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Die Erfindung betrifft einen Bausatz für einen elektrischen Antrieb und eine Menge von elektrischen Antrieben.
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Einem Anwender stehen typischerweise diverse elektrische Antriebe unterschiedlicher Bauarten zur Auswahl, wobei die Bauarten sich beispielsweise in Leistung oder Baugröße des Antriebs unterscheiden. Daher kann der Anwender in Abhängigkeit von der erforderlichen Leistung und des zur Verfügung stehenden Bauraums seiner konkreten Anwendung die für ihn optimale Bauart des elektrischen Antriebs auswählen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bausatz für einen elektrischen Antrieb und eine Menge von elektrischen Antrieben bereitzustellen, welche verschiedene Bauarten von elektrischen Antrieben einfach und kostengünstig breitstellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Bausatz und eine Menge von elektrischen Antrieben gemäß den Ansprüchen.
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Ein erfindungsgemäßer Bausatz für einen elektrischen Antrieb weist gleichartige, insbesondere ferromagnetische, Statorzähne auf. Ein jeweiliger Statorzahn weist einen Jochbereich, einen Polschuhbereich und einen Wicklungsbereich auf. Der Wicklungsbereich verläuft zwischen dem Jochbereich und dem Polschuhbereich. Der Jochbereich ist derart geometrisch ausgestaltet, dass verschiedene Statorzahn-Anzahlen von Statorzähnen derart benachbart zueinander anordenbar sind, dass die Jochbereiche der benachbart angeordneten Statorzähne zusammen ein Statorjoch des elektrischen Antriebs bilden.
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Alle Statorzähne des Bausatzes können gleich sein, insbesondere in ihrer Form, Geometrie und/oder Kontur. Insbesondere können die Statorzähne als Gleichteile bezeichnet werden. Insbesondere können die Statorzähne dazu ausgebildet sein, in elektrischen Antrieben unterschiedlicher Leistung und Baugröße verwendet zu werden.
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Vorzugsweise können die Jochbereiche der benachbart angeordneten Statorzähne des Statorjochs einander berühren oder kontaktieren.
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Der Jochbereich kann derart geometrisch ausgestaltet sein, dass das gebildete Statorjoch des elektrischen Antriebs ein ringförmiges oder ringsegmentförmiges Statorjoch oder ein lineares Statorjoch ist. Insbesondere kann der Jochbereich derart geometrisch ausgestaltet sein, dass ringförmige oder ringsegmentförmige Statorjoche oder lineare Statorjoche mit unterschiedlichen Statorzahn-Anzahlen von Statorzähnen gebildet werden können. Durch die Statorzahn-Anzahl eines ringförmigen oder ringsegmentförmigen Statorjochs kann ein Außendurchmesser des Statorjochs festgelegt sein. Insbesondere ringförmige oder ringsegmentförmige Statorjoche mit unterschiedlichen Statorzahn-Anzahlen können sich in ihren Außendurchmesser unterscheiden. Durch die Statorzahn-Anzahl eines linearen Statorjochs kann eine Länge des linearen Statorjochs festgelegt sein.
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Der Jochbereich kann derart geometrisch ausgestaltet sein, dass das gebildete Statorjoch des elektrischen Antriebs ein Statorjoch eines Außenläufers oder ein Statorjoch eines Innenläufers ist.
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Der Bausatz kann eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweisen, insbesondere kann der Bausatz 3 bis 300 Statorzähne aufweisen.
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Vorteilhafterweise kann durch die Verwendung von gleichartiger Statorzähnen für die Bildung von Statorjochen mit verschiedenen Statorzahn-Anzahlen von Statorzähnen ein Anteil von Gleichteilen für die verschiedene Statorjoche erhöht werden. Dies reduziert die Kosten.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Jochbereich eines jeweiligen Statorzahns derart geometrisch geformt, dass Jochbereiche benachbart angeordneter Statorzähne eine formschlüssige Verbindung bilden. Insbesondere können die Jochbereiche benachbart angeordneter Statorzähne die formschlüssige Verbindung unabhängig von einem Winkel der benachbart angeordneten Statorzähne zueinander bilden. Vorteilhafterweise verhindert die formschlüssige Verbindung ein ungewolltes Lösen eines aus den Statorzähnen zusammengesetztes Statorjochs in Verbindung mit einem Befestigungsmittel.
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In Weiterbildung der Erfindung weist der Jochbereich eines jeweiligen Statorzahns einen ersten Kontaktabschnitt und einen zweiten, dem ersten Kontaktabschnitt gegenüberliegenden Kontaktabschnitt auf. Der erste Kontaktabschnitt weist eine konkave Kontur auf und der zweite Kontaktabschnitt weist eine konvexe Kontur auf. Die konvexe Kontur eines zweiten Kontaktabschnitts eines Statorzahns greift in die konkave Kontur eines ersten Kontaktabschnitts eines benachbarten Statorzahns ein.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die konkave Kontur und die konvexe Kontur jeweils kreisbogenförmig. In Weiterbildung der Erfindung weist die kreisbogenförmige konkave Kontur und die kreisbogenförmige konvexe Kontur jeweils einen Radius auf, der von einer Dicke des Jochbereichs abhängt.
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In Weiterbildung der Erfindung weisen die kreisbogenförmige konkave Kontur und die kreisbogenförmige konvexe Kontur jeweils einen Radius auf, der gleich der Hälfte der Dicke ist oder größer ist als die Hälfte der Dicke des Jochbereichs. Insbesondere können die kreisbogenförmige konkave Kontur und die kreisbogenförmige konvexe Kontur jeweils einen Radius aufweisen, der gleich der Dicke des Jochbereichs oder größer als die Dicke des Jochbereichs ist. Vorzugsweise können die kreisbogenförmige konkave Kontur und die kreisbogenförmige konvexe Kontur jeweils einen Radius aufweisen, der kleiner ist als die dreifache Dicke des Jochbereichs.
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In Weiterbildung der Erfindung weist der Bausatz gleichartige Statorzahnmodule auf, wobei ein jeweiliges Statorzahnmodul aufweist: einen zugehörigen Statorzahn, eine Statorwicklung, die um den Wicklungsbereich des zugehörigen Statorzahns gewickelt ist, und eine Elektronik, die dazu ausgebildet ist, die Statorwicklung mit einem Signal, insbesondere in Form eines Stroms oder einer Spannung, zu beaufschlagen.
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Die Elektronik des Statorzahnmoduls kann alle für die Beaufschlagung der Statorwicklung mit dem Signal erforderliche Hardware und Firmware umfassen. Vorzugsweise kann die Elektronik mindestens einen Leistungshalbleiter, eine Leistungsdiode und/oder eine H-Brücke aufweisen. Die Elektronik kann weiter eine Steuereinheit aufweisen, die die H-Brücke derart ansteuert, dass ein geeignetes pulsweitenmoduliertes Signal für die Statorwicklung erzeugt wird. Die Elektronik bzw. deren Steuereinheit erzeugt das Signal bevorzugt abgestimmt auf die elektrischen Eigenschaften der Statorwicklung.
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Die Elektronik des jeweiligen Statorzahnmoduls kann mit der Elektronik der übrigen Statorzahnmodule eines Statorjochs des elektrischen Antriebs zur zeitlichen Abstimmung für die Beaufschlagung der Statorwicklung mit dem Signal verbunden sein.
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In Weiterbildung der Erfindung ist ein Polschuhbereich eines jeweiligen Statorzahns bestimmungsgemäß einem Läufer des elektrischen Antriebs zuzuwenden. Mit anderen Worten: ein jeweiliger Statorzahn ist dazu ausgebildet, dass der Polschuhbereich dem Läufer des elektrischen Antriebs zugewandt ist, wenn die benachbart angeordneten Statorzähne zusammen ein Statorjoch des elektrischen Antriebs bilden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ebenfalls durch eine Menge von elektrischen Antrieben unterschiedlicher Bauart gelöst, wobei alle Bauarten der elektrischen Antriebe aus einem Bausatz nach obiger Beschreibung gebildet sind. Die Bauarten der elektrischen Antriebe können sich in einer Leistung der elektrischen Antriebe und/oder in einer Baugröße der elektrischen Antriebe voneinander unterscheiden.
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In Weiterbildung der Erfindung weisen unterschiedliche Bauarten voneinander verschiedene Statorzahn-Anzahlen auf. Insbesondere können die Leistung und/oder die Baugröße eines jeweiligen elektrischen Antriebs abhängig von der Statorzahn-Anzahl sein.
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In Weiterbildung der Erfindung unterscheiden sich die Bauarten der elektrischen Antriebe dadurch, dass bei einer Bauart bei einem elektrischen Antrieb die Statorzähne derart benachbart zueinander angeordnet sind, dass die Jochbereiche der benachbart angeordneten Statorzähne zusammen ein ringsegmentförmiges Statorjoch oder ein ringförmiges Statorjoch des elektrischen Antriebs bilden, oder bei einer anderen Bauart bei einem elektrischen Antrieb die Statorzähne derart benachbart zueinander angeordnet sind, dass die Jochbereiche der benachbart angeordneten Statorzähne zusammen ein Statorjoch eines Linearantriebs bilden. Insbesondere kann das ringsegmentförmige Statorjoch oder das ringförmige Statorjoch des elektrischen Antriebs ein Statorjoch eines Außenläufers oder ein Statorjoch eines Innenläufers sein.
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In Weiterbildung der Erfindung liegen die Statorzahn-Anzahlen in einem Bereich zwischen 3 und 300, insbesondere zwischen 6 und 128.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Statorzahn-Anzahl eines jeweiligen elektrischen Antriebs ein Vielfaches einer Phasenzahl des jeweiligen elektrischen Antriebs. Insbesondere kann die Phasenzahl drei sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische Schrägansicht eines einzelnen Statorzahns eines Bausatzes für einen elektrischen Antrieb,
- 2 eine schematische Schrägansicht einer ersten Bauart eines elektrischen Antriebs aus einer Mehrzahl von Statorzähnen, wobei die Statorzähne ein ringförmiges Statorjoch bilden,
- 3 eine schematische Schrägansicht einer zweiten Bauart eines elektrischen Antriebs aus einer Mehrzahl von Statorzähnen, wobei die Statorzähne ein ringförmiges Statorjoch bilden, und
- 4 eine schematische Schrägansicht einer dritten Bauart eines elektrischen Antriebs aus einer Mehrzahl von Statorzähnen, wobei die Statorzähne ein Statorjoch eines Linearantriebs bilden,
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1 zeigt eine schematische Schrägansicht eines einzelnen ferromagnetischen Statorzahns 2 eines Bausatzes 100 für einen elektrischen Antrieb. In 1 ist aus Darstellungsgründen lediglich ein einzelner Statorzahn 2 dargestellt. Es versteht sich, dass der Bausatz 100 eine beliebige Anzahl derartiger Statorzähne 2 aufweisen kann. Die Statorzähne 2 sind als Gleichteil für unterschiedliche elektrische Antriebe verwendbar, so dass unterschiedliche elektrische Antriebe aufgrund des erfindungsgemäßen Gleichteilekonzepts flexibel und kostengünstig herstellbar sind.
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Typisch wird ein solcher Bausatz 100 bei einem Hersteller elektrischer Antriebe gelagert, wobei der Hersteller dann bei Bedarf elektrische Antriebe gleicher oder unterschiedlicher Bauart basierend auf dem gelagerten Bausatz herstellt.
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Ein jeweiliger Statorzahn 2 weist einen Jochbereich 3, einen Polschuhbereich 4 und einen Wicklungsbereich 5 auf. Der Wicklungsbereich 5 verläuft zwischen dem Jochbereich 3 und dem Polschuhbereich 4.
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Der Jochbereich 3 ist derart geometrisch ausgestaltet, dass verschiedene Statorzahn-Anzahlen von Statorzähnen 2 derart benachbart zueinander anordenbar sind, dass die Jochbereiche 3 der benachbart angeordneten Statorzähne 2 zusammen ein Statorjoch 16 (siehe 3 und 4) des elektrischen Antriebs bilden.
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Der Jochbereich 3 eines jeweiligen Statorzahns 2 weist einen ersten Kontaktabschnitt 6 und einen zweiten, dem ersten Kontaktabschnitt 6 gegenüberliegenden Kontaktabschnitt 7 auf. Der erste Kontaktabschnitt 6 weist eine konkave Kontur auf und der zweite Kontaktabschnitt 7 weist eine konvexe Kontur auf.
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Die konkave Kontur und die konvexe Kontur sind jeweils kreisbogenförmig und weisen jeweils einen Radius auf, der von einer Dicke D des Jochbereichs 3 abhängt. Der Radius kann beispielsweise das 0,55-fache der Dicke D des Jochbereichs betragen und ist für die konkave Kontur und die konvexe Kontur gleich.
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2 zeigt eine schematische Schrägansicht einer ersten Bauart eines dreiphasigen elektrischen Antriebs 1000, der aus 12 Statorzähnen 2 gebildet ist, wobei die Statorzähne 2 ein ringförmiges Statorjoch bilden, Pro Phase sind folglich 4 Statorzähne vorgesehen. Eine Abfolge der Phasen kann beispielsweise u/v/w/u/v/w/u/v/w/u/v/w sein.
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Wie in 2 gezeigt, greift die konvexe Kontur eines zweiten Kontaktabschnitts 7 eines Statorzahns 2 in die konkave Kontur eines ersten Kontaktabschnitts 6 eines benachbarten Statorzahns 2 ein. Dadurch entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen benachbarter Statorzähnen 2. Diese formschlüssige Verbindung ist unabhängig von einem Winkel zwischen benachbart angeordneten Statorzähnen 2. Deshalb ermöglichen die Statorzähne 2 unterschiedliche ringförmige Statorjoche mit verschiedenen Außendurchmessern zu bilden.
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Die Statorzähne 2 sind derart angeordnet, dass ein Polschuhbereich 4 eines jeweiligen Statorzahns 2 einem aus Gründen der Übersichtlichkeit höchst schematisch und gestrichelt dargestellten Läufer 10 des elektrischen Antriebs 1000 zugewandt ist. Einem jeweiligen Statorzahn 2 ist eine Statorwicklung 8 zugeordnet, die um den Wicklungsbereich 5 des jeweiligen Statorzahns 2 gewickelt ist. Weiter ist pro Statorzahn 2 und Statorwicklung 8 eine Elektronik 9 vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, die zugehörige Statorwicklung 8 mit einem Signal, beispielsweise einer pulsweitenmodulierten Spannung zu beaufschlagen. Ein jeweiliger Statorzahn 2, eine zugehörige Statorwicklung 8 und eine zugehörige Elektronik 9 bilden zusammen ein Statorzahnmodul 1.
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Die jeweiligen Elektroniken 9 der Statorzahnmodule 1 wirken derart miteinander zusammen, dass die jeweiligen Statorwicklungen 8 zeitlichen aufeinander abgestimmt mit den jeweiligen Signalen beaufschlagt werden, so dass ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird.
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Ein jeweiliges Statorzahnmodul 1 weist ein Kühlelement 11 auf, das beispielsweise von einem Kühlmedium wie Wasser durchströmt sein kann.
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Der elektrische Antrieb 1000 weist typisch weitere Elemente/Komponenten auf, beispielsweise ein Antriebsgehäuse, der die in 2 gezeigten Statorzahnmodule 1 mechanisch fixiert.
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3 eine schematische Schrägansicht einer zweiten Bauart eines dreiphasigen elektrischen Antriebs 1000' aus 24 Statorzähnen 2, wobei die Statorzähne 2 wie in 2 ein ringförmiges Statorjoch bilden. Pro Phase sind daher 8 Statorzähne 2 vorgesehen.
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Ein jeweiliges Statorzahnmodul 1 weist ein Kühlelement 11' mit Kühlrippen 15 auf, das beispielsweise von einem Kühlmedium wie Luft überströmt sein kann.
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Bei den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen ist das Statorjoch jeweils ringförmig. Es sind auch erfindungsgemäße Ausführungsformen möglich, bei denen das Statorjoch nicht vollständig ringförmig sondern lediglich ringsegmentförmig ausgebildet ist. Das Ringsegment kann beispielsweise einen Ringsegmentwinkel von 90 ° oder 180 ° aufweisen. Es kann ein Ringsegment oder es können mehrere Ringsegmente, beispielsweise zwei Ringsegmente, vorgesehen sein.
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4 zeigt eine schematische Schrägansicht einer dritten Bauart eines elektrischen Antriebs 1000" aus exemplarisch 6 Statorzähnen 2 bzw. Statorzahnmodulen 1, wobei die Statorzähne 2 ein Statorjoch eines Linearantriebs bilden.
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Die in 2 bis 4 gezeigten elektrischen Antriebe 1000, 1000', 1000" bilden eine Menge von elektrischen Antrieben. Die elektrischen Antriebe 1000, 1000', 1000" sind jeweils aus dem Bausatz 100 gebildet.
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Die in 2 bis 4 gezeigten elektrischen Antriebe 1000, 1000', 1000" unterscheiden sich in ihrer Bauart, insbesondere in einer Leistung und in einer Baugröße voneinander.
