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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Statorkern und eine elektrische Maschine mit dem Statorkern.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik sind elektrische Maschinen mit einem Statorkern, aufweisend ein im Wesentlichen zylindrisches Joch an welchem eine Vielzahl an parallel zur Axialrichtung des Statorkerns verlaufender offener Nuten angeordnet sind, beschrieben. Zwischen den Nuten ist die Anordnung von Statorzähnen offenbart, siehe beispielsweise die Schrift
DE 10 2015 102 777 A1 .
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Solche elektrischen Maschinen können Geräusche durch mechanische Vibration der Statorzähne erzeugen, welche zwischen den Nuten angeordnet sind.
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Die Schrift
DE 1 463 943 A1 offenbart einen Nutenverschluß einer Statornut einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Turbogengenerators.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Reduktion der Vibrationsgeräusche in einer elektrischen Maschine bei einem möglichst geringen Effizienzverlust im Betrieb der elektrischen Maschine.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Statorkern für eine elektrische Maschine umfasst ein im Wesentlichen zylindrisches Joch. Das Joch weist mindestens eine Blechlamelle auf. Bevorzugt umfasst das Joch eine Vielzahl von Blechlamellen, welche in Axialrichtung des Joch übereinander gestapelt sind. In Radialrichtung des Jochs geöffnet sind an jeder Blechlamelle eine Vielzahl an Nuten angeordnet, wobei die Nuten insbesondere zueinander in Achsrichtung des Jochs parallel verlaufen. Wenigstens eine Blechlamelle des Statorkerns weist erfindungsgemäß zumindest eine geschlossene Nut auf, wobei mindestens eine Nut einer Blechlamelle des Statorkerns offen ist. Durch den erfindungsgemäßen Startorkern entsteht der Vorteil, dass zwischen den Nuten der Blechlamellen angeordnete und benachbarte Statorzähne im Falle einer geschlossenen Nut mechanisch aneinander fixiert sind. Dadurch wird im Betrieb einer elektrischen Maschine mit dem Statorkern die Vibration der fixierten Statorzähne reduziert, wodurch eine verringerte Geräuschentwicklung resultiert.
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Die zumindest eine geschlossene Nut mindestens einer Blechlamelle ist durch eine einteilige Blechlamelle, einen Schweißpunkt oder eine Klebung verschlossen. Eine geschlossene Nut durch eine einteilige Blechlamelle ist vorteilhafterweise sehr dauerbeständig und günstig zu fertigen. Die Herstellung eines Schweißpunktes oder einer Klebung zum Verschließen einer Nut kann vorteilhafterweise nach der Aufnahme einer elektrischen Wicklung erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausführung umfasst der Statorkern eine Vielzahl von Blechlamellen, wobei mindestens eine Blechlamelle nur geschlossene Nuten aufweist. Die Blechlamellen werden separat gefertigt, beispielsweise einteilig gestanzt, und anschließend gestapelt, d.h. das Fertigungsverfahren bleibt vorteilhafterweise bis auf die Anordnung der mindestens einen Blechlamelle mit geschlossenen Nuten in dieser Ausführung im Wesentlichen erhalten.
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Der Statorkern umfasst in einer weiteren Ausführung eine Vielzahl von Blechlamellen, wobei jede Blechlamelle geschlossene Nuten und offene Nuten aufweist. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass Unterschiede in der magnetischen Kraft des Erregerfeldes einer elektrischen Wicklung, welche in den Nuten angeordnet ist, in Axialrichtung des Jochs minimiert werden.
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In einer Weiterbildung liegen die offenen Nuten unmittelbar benachbarter Blechlamellen in Achsrichtung des zylindrischen Jochs unmittelbar übereinander. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass Unterschiede in der magnetischen Kraft des Erregerfeldes einer elektrischen Wicklung, welche in den Nuten angeordnet ist, in Axialrichtung des Jochs minimiert werden.
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Alternativ werden die offenen Nuten unmittelbar benachbarter Blechlamellen in Achsrichtung des zylindrischen Jochs versetzt zueinander angeordnet. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass Unterschiede in der magnetischen Kraft des Erregerfeldes einer elektrischen Wicklung, welche in den Nuten angeordnet ist, in Axial- und Umfangsrichtung und das Rastmoment der elektrischen Maschine minimiert werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung weist an einer Oberseite des Statorkerns und/oder an einer Unterseite des Statorkerns die jeweilige Blechlamelle nur geschlossene Nuten auf. Diese bevorzugte Ausführung ist besonders kostengünstig herzustellen und dazu geeignet, effizient Vibrationen zu reduzieren.
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Optional kann in einer weiteren Ausführung die Blechlamelle in der Mitte des Statorkerns nur geschlossenen Nuten aufweisen. In dieser Ausführung werden die Statorzähne in der Mitte des Statorkerns zueinander stabilisiert, wodurch die Vibrationen bzw. die Geräuschentwicklung effizient abgesenkt werden.
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Die Erfindung betrifft auch die elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Statorkern. Diese elektrische Maschine ist im Betrieb leiser als diejenigen mit einem Statorkern nach dem Stand der Technik.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert.
- 1: Statorkern nach dem Stand der Technik
- 2: Statorkern, umfassend geschlossene Nuten
- 3: Statorkern, umfassend mehrere Blechlamellen mit geschlossenen Nuten
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Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein Statorkern 100 für eine elektrische Maschine nach dem Stand der Technik in einer Aufsicht offenbart. Der Statorkern 100 weist ein im Wesentlichen zylindrisches Joch 101 auf und ist dazu eingerichtet, im Inneren des Jochs 101 in einem Hohlraum einen Rotor aufzunehmen. Das Joch 101 verbindet eine Vielzahl von Statorzähnen miteinander, welche in Radialrichtung des Jochs 101 zum Hohlraum verlaufend am Joch angeordnet sind. Die Statorzähne sind jeweils zwischen zwei Nuten 102 des Statorkerns 100 angeordnet. Die Nuten 102 sind in Radialrichtung des Jochs 101, d.h. in 1 zum Hohlraum hin, geöffnet angeordnet und verlaufen in Axialrichtung 106 des Jochs 101 zueinander parallel. Typischerweise weist der Statorkern 100 in Axialrichtung 106 des Jochs 101 eine Vielzahl von gestapelten Blechlamellen 110 auf, wobei die Blechlamellen 110 typischerweise jeweils mindestens eine elektrisch isolierende Oberfläche aufweisen. Die Blechlamellen 110 und 203 sind typischerweise aneinander fixiert. Alternativ zu dem Ausführungsbeispiel aus 1 können die Statorzähne und die Nuten 102 an der Außenfläche des Jochs 101 angeordnet und der Statorkern 100 somit dazu eingerichtet sein, einen Außenläufer als Rotor aufzunehmen (nicht dargestellt).
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Die Nuten 102 des Statorkerns 100 sind dazu eingerichtet, eine elektrische Wicklung der elektrischen Maschine aufzunehmen. Die elektrische Wicklung ist dazu vorgesehen, ein rotierendes magnetisches Erregerfeld zu erzeugen. Der Statorkern 100 ist mittels der Statorzähne und des Jochs 101 dazu eingerichtet, den magnetischen Fluss der elektrischen Wicklung zu erhöhen. Die Stapelung der Blechlamellen 110 resultiert im Betrieb der elektrischen Maschine in einer Reduktion von Wirbelströmen im Statorkern 100.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßer Statorkern 100 in einer Schnittansicht von der Seite dargestellt. Der Statorkern 100 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel fünf Blechlamellen 110 und 203. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Statorkern 100 wenigstens eine Blechlamelle 110, bevorzugt eine Vielzahl an Blechlamellen 110 und 203 aufweist. In 2 weist eine Blechlamelle 203 des Statorkerns 100 an der Oberseite 301 des Statorkerns 100 nur geschlossene Nuten 202 auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass eine Blechlamelle 110 geschlossene Nuten 202 und offene Nuten 102 umfasst. Die geschlossenen Nuten 202 der Blechlamelle 203 sind in dem Ausführungsbeispiel aus 2 mittels einer einteiligen Blechlamelle 203 realisiert. Alternativ kann eine geschlossene Nut 202 durch einen Schweißpunkt 201 oder eine Klebung 201 verschlossen sein. Die restlichen Blechlamellen 110 umfassen im Ausführungsbeispiel aus 2 nur offene Nuten 102. Alternativ können die restlichen Blechlamellen 110 ebenfalls mindestens eine geschlossene Nut 202 aufweisen. Geschlossenen Nuten 202 einer Blechlamelle 110 oder 203 resultieren im Betrieb der elektrischen Maschine in reduzierten mechanischen Vibrationen der Statorzähne, welche zwischen den Nuten 102 und 202 angeordnet sind, bzw. einer minimierten Geräuschentwicklung der elektrischen Maschine im Betrieb. Die Blechlamellen 110 in der Mitte 302 und an der Unterseite 303 des Statorkerns 100 können bevorzugt, allerdings in 2 nicht gezeigt, ebenfalls geschlossene Nuten 202 umfassen.
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Der erfindungsgemäße Statorkern 100 kann insbesondere dazu eingerichtet sein, eine Steckwicklung aufzunehmen, wobei eine Vielzahl von Wicklungsdrähten in den Nuten 102 und 202 durch ein Einschieben von einer Oberseite 301 oder von einer Unterseite 303 des Statorkerns 100 angeordnet und an der Oberseite 301 und/oder der Unterseite 303 miteinander verschaltet, insbesondere verschweißt, sind.
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In 3 ist ein Ausschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Statorkerns 100 für eine elektrische Maschine in einer Seitenansicht dargestellt. Der Statorkern 100 weist ein zylindrisches Joch 101 auf. Am Joch 101 sind zu einem Hohlraum 304 im Inneren des Statorkerns 100 hin und in Axialrichtung des Jochs 101 parallel verlaufende Statorzähne und offene Nuten 102 und geschlossene Nuten 202 angeordnet. Der Hohlraum 304 ist dazu eingerichtet, einen Rotor der elektrischen Maschine aufzunehmen. Die Nuten 102 und 202 sind dazu eingerichtet, eine elektrische Wicklung der elektrischen Maschine aufzunehmen, im Beispiel aus 3 insbesondere eine Steckwicklung. Der Statorkern 100 weist eine Vielzahl an übereinander gestapelter Blechlamellen 110 und 203 auf. An der Oberseite 301, in der Mitte 302 und an der Unterseite 303 des Statorkerns 100 sowie jeweils zwischen der Oberseite 301 und der Mitte 302 und zwischen der Mitte 302 und der Unterseite 303 des Statorkerns 100 ist jeweils eine Blechlamellen 203 angeordnet, welche nur geschlossene Nuten 202 aufweist. Die geschlossenen Nuten 202 der fünf Blechlamellen 203 sind in diesem Ausführungsbeispiel durch jeweils eine einteilige Blechlamelle 203 realisiert. Zwischen den Blechlamellen 203 ist eine Vielzahl an Blechlamellen 110 mit offenen Nuten 102 angeordnet.
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Alternativ kann es vorgesehen sein, einen Nutverschluss einer geschlossenen Nut 202 jeweils durch einen lokalen Schweißpunkt 201 oder eine lokale Verklebung 201 zwischen jeweils zwei Statorzähnen zu realisieren.
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Bevorzugt werden geschlossene Nuten 202 durch einteilige Blechlamellen 110 und 203 realisiert und eine Steckwicklung im Statorkern 100 angeordnet. Es kann alternativ vorgesehen sein, den erfindungsgemäßen Statorkern 100 nach dem folgenden Verfahren zu fertigen. In einem ersten Schritt wird ein Statorkernrohling 100 mit nur geöffnete Nuten 102 bereitgestellt. In einem anschließenden Schritt erfolgt ein Einlegen einer elektrischen Wicklung in die offenen Nuten 102. In einem abschließenden Schritt wird ein nachträgliches Verschließen der geöffneten Nuten 102 mittels Schweißpunkten 201 oder Verklebungen 201 durchgeführt.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Statorkern 100 eine Vielzahl von Blechlamellen 110 umfasst, wobei jede Blechlamelle 110 jeweils mindestens eine geschlossene Nut 202 und wenigstens eine offene Nut 102 aufweist. Die offenen Nuten 102 übereinander gestapelter Blechlamellen 110 bzw. unmittelbar benachbarter Blechlamellen 110 können in Achsrichtung 106 des zylindrischen Jochs 101 unmittelbar übereinander liegen. Eine solche Ausführung des Statorkerns 100 kann sowohl mit einer einteiligen Blechlamelle 110 mit ausgeschnittenen geschlossenen Nuten 202 als auch durch nachträgliche lokale Verklebungen 201 bzw. Schweißpunkte 201 an den Nuten der Blechlamellen 110 realisiert sein.
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Alternativ können die offenen Nuten 102 bzw. verschlossenen Nuten 202 unmittelbar benachbarter Blechlamellen 110 in Achsrichtung 106 des zylindrischen Jochs 101 versetzt zueinander liegen. Dadurch wird ein homogener magnetischer Fluss der elektrischen Wicklung bzw. des Statorkerns 100 und ein reduziertes Rastmoment der elektrischen Maschine erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015102777 A1 [0002]
- DE 1463943 A1 [0004]
