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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Stators.
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Ein Stator für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der
DE 10 2004 015 849 B4 bekannt. Der bekannte Stator zeichnet sich durch aus Blechzuschnitten bestehende Statorzahnelemente zur Aufnahme von Drahtwicklungen auf, die entsprechend der Darstellung der
16 der genannten Schrift mittels ebenfalls aus gestapelten Blechzuschnitten bestehenden Hilfszahnelementen miteinander verbunden sind. Der aus der genannten Schrift bekannte Stator ermöglicht es, die Ankerwicklungen an den Statorzahnelementen jeweils separat auszubilden und anschließend die Statorzahnelemente in Umfangsrichtung unter Verwendung der Hilfszahnelemente als Verbindungselemente zusammenzusetzen. Dadurch ergibt sich eine gute Zugänglichkeit zu den Aufnahmen für die Ankerwicklung in dem jeweiligen Statorzahnelement und somit eine einfache automatische Wickelbarkeit der Drahtwicklungen. Nachteilig dabei ist die relativ aufwendige Montage eines derartigen, aus einer Vielzahl von Statorzahnelementen bestehenden Stators unter Verwendung der Hilfszahnelmente.
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Weiterhin ist es bekannt, zur Verbesserung des Kupferfüllgrads und damit zur Verbesserung des Wirkungsgrads eines Stators bei einer Ausbildung des Stators, bei der die Statorzähne an einem einzigen, gemeinsamen, aus einer Vielzahl von Blechzuschnitten bestehenden Blechpaket besteht, den Abstand zwischen den Statorzähnen möglichst groß zu wählen. Dadurch wird insbesondere bei einem vollautomatischen Wickelprozess die Zugänglichkeit für eine Wickelnadel verbessert. Ein größerer Abstand zwischen den Statorzähnen beeinflusst jedoch den magnetischen Fluss nachteilhaft, da der Abstand zwischen den Polschuhen durch den großen Abstand der Statorzähne signifikant steigt.
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Die aus der eingangs genannten
DE 10 2004 015 849 B4 bekannten Hilfszahnelement bewirken daher neben der Verbindung der einzelnen Statorzahnelemente auch eine Verbesserung des magnetischen Flusses. Die aus der genannten Schrift bestehenden Hilfszahnelemente bestehen jedoch aus demselben Material wie das Material der Statorzahnelemente und sind ebenso wie diese aus übereinander gestapelten Blechzuschnitten hergestellt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Stator für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass dessen magnetische Eigenschaften, und somit auch der Wirkungsgrad des Stators, hoch ist. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, für das Material der Hilfszähne ein anderes Material zu wählen als für die Statorzähne. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das Material der Hilfszähne insbesondere mit Blick auf die magnetischen Eigenschaften bzw. des magnetischen Fluss optimiert ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Stators für eine elektrische Maschine sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In einer ersten Ausführungsform der Hilfszähne, die eine Verarbeitung bzw. Herstellung auf Maschinen ermöglicht, wie sie auch für die Statorzähne verwendet werden, ist es vorgesehen, dass die Hilfszähne aus gestapelten Blechzuschnitten bestehen.
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Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Hilfszähne einen monolithisch ausgebildeten Körper ausbilden. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass in Längsrichtung des Stators betrachtet ein (einziger) Hilfszahn in axialer Überdeckung mit den übereinander gestapelten Blechzuschnitten für die Statorzähne angeordnet ist. Eine derartige Ausführungsform hat insbesondere bei kleinbauenden elektrischen Maschinen den Vorteil, dass sich ein derartiger monolithisch ausgebildeter Körper bzw. Hilfszahn im Vergleich zu übereinander gestapelten, aus relativ kleinen Zuschnitten bestehenden Hilfszähne relativ einfach ausbilden lässt. Darüber hinaus ermöglicht es ein derartig monolithisch ausgebildeter Körper bzw. Hilfszahn, diesen beispielsweise in Längsrichtung betrachtet besonders einfach mit einem unterschiedlichen Querschnitt auszubilden, sei aus konstruktiven Erfordernissen, oder aus Gründen der elektrischen Eigenschaften.
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Ganz besonders bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn das Material eines derartig monolithisch ausgebildeten Körpers aus Weichmagnetischen Verbundwerkstoffen (SMC (Soft Magnetic Composite)-Material) besteht. Weichmagnetische Verbundwerkstoffe sind insbesondere eisenbasierte Pulverwerkstoffe, welche durch Verpressen und/oder Wämebehandlung zu soliden Bauteilen verarbeitet werden, wobei Eisenpartikel des Verbundwerkstoffs vorzugsweise mit einer Isolationsschicht umzogen sind. Weichmagnetische Verbundwerkstoffe haben den Vorteil, dass sich komplexe Werkstückgeometrien endkonturnah und kostengünstig realisieren lassen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aufgrund der Isolationsschicht der Eisenpartikel des Verbundwerkstoffes durch Magnetfelder induzierte Wirbelströme reduziert werden.
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Mit Blick auf eine möglichst einfache Herstellbarkeit der einzelnen Statorzähne wird vorgeschlagen, dass die Statorzähne an einem gemeinsamen Blechzuschnitt ausgebildet sind. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die einzelnen Blechzuschnitte für die Statorzähne jeweils die Geometrie für alle Statorzähne aufweisen, wobei die Blechzuschnitte übereinandergestapelt und beispielsweise durch Verstemmen miteinander verbunden sind, sodass im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik keine Statorzahnelemente für jeweils eine Drahtwicklung miteinander verbunden werden müssen.
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Besonders bevorzugt zur Verbindung der Hilfszähne mit den Blechzuschnitten für die Statorzähne ist es, wenn die Verbindung durch Kleben, Einpressen oder ähnliche Techniken erfolgt. Insbesondere im Zusammenhang mit einem monolithisch ausgebildeten Körper für die Hilfszähne lässt sich ein derartiger Fügeprozess besonders einfach, effektiv und sicher gestalten.
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Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Maschine mit einem soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Stator.
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Insbesondere findet eine derartige elektrische Maschine Verwendung als Elektromotor, insbesondere als elektronisch kommutierter Elektromotor (EC) und/oder als Stellantrieb, beispielsweise für einen Komfortantrieb in einem Kraftfahrzeug. Ein elektronisch kommutierter Elektromotor (EC-Elektromotor: engl. „electronical commutation“) ist ein Synchronmotor, der mittels einer Elektronik zum Umrichten wie ein Gleichstrommotor angesteuert wird. Aufgrund der fehlenden Bürsten, die bei konventionellen Gleichstrommotoren hochfrequente Störungen ins Leitungsnetz speisen, wird der elektronisch kommutierte Elektromotor auch als BLDC-Elektromotor (engl. „brushless direct current“) bezeichnet. Der erfindungsgemäße Stator ist dann umso vorteilhafter einsetzbar, je kleiner die Baugröße der elektrischen Maschine bzw. des Elektromotors ist, da in diesem Fall auch die Dimensionierung bzw. Größe der Hilfszähne relativ klein ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
- 1 einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine und
- 2 einen Teillängsschnitt entlang der Linie II-II der 1.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist der Querschnitt durch eine elektrische Maschine 100, beispielsweise in Form eines Elektromotors für einen Stellantrieb in einem Kraftfahrzeug, dargestellt. Die elektrische Maschine 100 weist einen Stator 10 auf, der radial um einen Rotor 1 angeordnet ist. Der Rotor 1 ist um eine Drehachse 2, die gleichzeitig eine Längsachse des Stators 10 ausbildet, drehbar gelagert und weist einen Rotorträger 3 auf, an dessen Außenumfang beispielhaft und nicht einschränkend, Magnetelemente 4, 5 mit wechselnd angeordneter Polarität befestigt sind. Der Rotor 1 weist im Bereich der Magnetelemente 4, 5 einen runden Außenquerschnitt auf.
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Der Stator 10 weist beispielhaft einen quadratischen Außenumfang 11 auf und besteht aus einer Vielzahl, senkrecht zur Zeichenebene der 1 übereinander angeordneten Blechzuschnitten 12. Die Blechzuschnitte 12 bilden ebenfalls rein beispielhaft vier Statorzähne 13 bis 16 zur Aufnahme jeweils einer Drahtwicklung 17 aus, wobei zwischen den Drahtwicklungen 17 und den (metallischen) Statorzähnen 13 bis 16 jeweils eine aus einem elektrisch isolierenden Material bestehende Einlage 18 zur elektrischen Isolation angeordnet ist. Die insbesondere aus einem Kupferlackdraht bestehenden Drahtwicklungen 17 werden nach dem Übereinanderstapeln und Verbinden der einzelnen Blechzuschnitte 12 über senkrecht zur Zeichenebene der 1 angeordnete Splinte 19 vorzugsweise maschinell um die Statorzähne 13 bis 16 gewickelt.
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Zwischen zwei Statorzähnen 13 bis 16 ist in Umfangsrichtung betrachtet jeweils ein Hilfszahn 20 angeordnet. Der Hilfszahn 20 weist beispielhaft auf der den Splinten 19 zugewandten Seite jeweils einem Verankerungsabschnitt 21 zur formschlüssigen Befestigung des Hilfszahns 20 mit den Blechzuschnitten 12 auf. An den Verankerungsabschnitt 21 schließt sich ein in etwa rechteckförmiger Mittelabschnitt 22 sowie auf der dem Verankerungsabschnitt 21 abgewandten Seite ein in der Breite vergrößerter Endabschnitt 23 an, dessen Form auf der den Magnetelementen 4, 5 zugewandten Seite gerundet ausgebildet ist, um den Luftspalt zwischen den Magnetelementen 4 und 5 und den Endabschnitten 23 zu minimieren.
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Das Material der Hilfszähne 20 besteht aus einem anderen Material als das Material für die Blechzuschnitte 12 bzw. der Statorzähne 13 bis 16.
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In einer ersten Ausführungsform bestehen die Hilfszähne 20, in Analogie zu den Statorzähnen 13 bis 16, aus einer Vielzahl von übereinandergestapelten Blechzuschnitten 12. Alternativ und bevorzugt ist es jedoch, dass die Hilfszähne 20 jeweils aus einem monolithisch ausgebildeten Körper 25 bestehen, der aus SMC (Soft Magnetic Composite)-Material besteht.
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Entsprechend der Darstellung der 2 ist es möglich, dass die Hilfszähne 20, insbesondere bei der Ausbildung als monolithisch ausgebildeter Körper 25, in Längsrichtung einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise kann der Luftspalt zwischen den Magnetelementen 4, 5 und den Endabschnitt 23 des Körpers 25 in Längsrichtung durch eine geometrische Anpassung des Endabschnitts 23 unterschiedlich sein.
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Die Verbindung zwischen den Hilfszähnen 20 und den Blechzuschnitten 12 kann neben der dargestellten Formschlüssigen Verbindung auch beispielsweise durch Kleben, Verstemmen oder Klemmen mit den Blechzuschnitten 12 erfolgen.
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Der soweit beschriebene Stator 10 bzw. die elektrische Maschine 100 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004015849 B4 [0002, 0004]
