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Die Erfindung betrifft einen Stator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige Statoren sind beispielsweise aus dem Dokument
WO 2011/026795 A1 bekannt, das einen Stator einer elektrischen Maschine, z.B. eines Motors offenbart, insbesondere zum motorischen Verstellen beweglicher Teile, mit einem Statorjoch, wobei an dem Statorjoch Statorzähne, zur Aufnahme von elektrischen Wicklungen angeordnet sind. An den radialen Enden der Statorzähne sind Zahnschuhe angeordnet, wobei jeder einzelne Zahnschuh als separat gefertigtes Bauteil ausgebildet ist, das nach dem Aufbringen einer elektrischen Wicklung auf einem Zahnhals des Statorzahns an diesem befestigbar ist. Weiterhin wird offenbart, dass die Zahnschuhe kraft- und/oder formschlüssig auf die Statorzähne aufsteckbar sind.
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Das Dokument
DE 10 2012 022 868 A1 offenbart einen vergleichbaren Stator, insbesondere einer permanentmagneterregten Synchronmaschine eines elektromechanischen Lenksystems, wobei der Stator ein Statorjoch, mindestens einen Statorzahn und mindestens ein Verschlusselement umfasst. Das mindestens eine Verschlusselement ist an einer Kopfseite des Statorzahns mit dem Statorzahn verbunden und/oder der mindestens eine Statorzahn ist an einer Wurzelseite des Statorzahns mit dem Statorjoch verbunden.
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Derartige Statoren weisen den wesentlichen Nachteil eines schlechten Dämpfungsverhaltens gegenüber Schwingungen, sowie einer damit einher gehenden hohen Geräuschentwicklung beim Betrieb der elektrischen Maschine auf. Bei einer Fertigung der Zahnschuhe und des Grundstators, umfassend Statorjoch und Statorzahn, beispielsweise mittels Stanzpaketierverfahren aus Dynamoblechen, besteht darüber hinaus der Nachteil, dass etwaige Toleranzen zu einer Begrenzung der axialen Statorlänge führen, da bei dem notwendigen Fügeprozess der Zahnschuh über die volle axiale Länge des Grundstators gefügt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Stator der eingangs beschriebenen Gattung weiter zu entwickeln, der eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Schwingungen, insbesondere eine hohe mechanische Festigkeit zwischen Statorzahn und Zahnschuh bei gleichzeitig geringerer Einschränkung im Hinblick auf die axiale Längengestaltung des Stators aufweist.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Im Sinne der Erfindung ist unter dem Begriff eines Stators sowohl ein Innenläuferstator als auch ein Außenläuferstator zu verstehen.
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Im Sinne der Erfindung umfasst ein Grundstator ein Statorjoch und Statorzähne, wobei jeweils Grundstator und/oder Statorzahn mittels Stanzpaketierung aus Dynamoblechen und/oder anderen additiven Verfahren hergestellt sein können.
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Die Erfindung umfasst einen Stator einer elektrischen Maschine, z.B. eines Motors, wobei der Stator ein Statorjoch umfasst, wobei Statorzähne an dem Statorjoch zur Aufnahme von elektrischen Wicklungen angeordnet sind, wobei an einem radialen Ende eines jeden Statorzahns ein Zahnschuh angeordnet ist, wobei wenigstens ein Zahnschuh als separat gefertigtes Bauteil ausgebildet ist, wobei der Zahnschuh, nach dem Aufbringen der elektrischen Wicklung auf den Statorzahn, kraft- und/oder formschlüssig an dem Statorzahn aufsteckbar ist, wobei die Verbindung zwischen Zahnschuh und Statorzahn mittels einer Schwalbenschwanzverbindung ausgebildet ist.
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Im Betrieb der elektrischen Maschine können auf den Stator hohe Kräfte wirken, beispielsweise auf Grund der permanentmagnetischen Einwirkungen und Trägheitsmomente, oder auf Grund der durch den Rotor erzeugten Vibrationen. Vorteilhaft kann die Erfindung hierbei die Kräfteverteilung auf den Stator verbessern und ermöglichen, dass die Geräuschentwicklungen im Betrieb reduziert und die Stabilität des Stators verbessert werden kann. Dies wird durch die Schwalbenschwanzverbindung dahingehend ermöglicht, dass diese als in Formschlussrichtung aufgrund ihrer Verjüngung selbst zentrierende und selbstspannende Verbindung realisiert ist.
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Die Statorzähne sind zunächst frei zugänglich und können dadurch zügig und mit hohem Füllgrad der Statornut bewickelt werden, oder es können vorgefertigte Wickelkörper, beispielsweise aus einer Drahtwicklung gebildet, gegossen oder geformte Wicklungen, mit hohem Nutfüllgrad aufgeschoben werden, bevor anschließend der Zahnschuh an den Grundstator gefügt wird. Dies ermöglicht auch in vorteilhafter Weise eine flexible und beliebig enge Ausgestaltung einer Nutöffnung des Stators, da diese unabhängig von der eingesetzten Wickeltechnik ist.
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Vorteilhaft ist weiterhin, mittels eines solchen modularen Aufbaus eine Erhöhung des Nutfüllfaktors und der Flexibilität auf Grund des somit gegebenen Baukastenprinzips zu ermöglichen. Dadurch kann eine deutliche Steigerung von Wirkungsgrad und Drehmomentdichte erreicht werden. Eine Erhöhung der Kupfermenge und somit eine Steigerung des Wirkungsgrades des Stators kann dadurch erzeugt werden. Es wird somit eine Möglichkeit zum Einsatz von extern gewickelten Spulenkörper oder extern geformter Spulen, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium ermöglicht. Einbußen, beispielsweiße der mechanischen Robustheit als Außenläufermotors können reduziert werden. Auf Grund der Gestaltungsmöglichkeiten der separaten Zahnschuhe können zusätzlich Verbesserungen des Schwingungs- und Geräuschverhaltens ermöglicht werden.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Feder der Schwalbenschwanzverbindung in radialer Richtung zum Stator zweigeteilt ausgebildet ist.
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Hierdurch kann eine Elastizität der Verbindung zwischen Statorzahn und Zahnschuh sowohl in tangentialer, als auch in radialer Richtung des Stators erzeugt werden, welche sich vorteilhaft auf eine Dämpfung etwaiger Schwingungen und Vibrationen des Stators auswirken kann. Hierdurch kann auch das Ausgleichen von Toleranzen bei der Fertigung von Grundstator und Zahnschuh, beispielsweise aus Dynamoblechen, ermöglicht werden, was sich vorteilhaft auf eine mögliche Beschränkung der Länge bei der Fertigung des Stators auswirken kann.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die beiden Teile der Feder zur Ausbildung eines Schlitzes, zueinander beabstandet sind.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass die Elastizitätseigenschaften der Schwalbenschwanzverbindung flexibel durch die Wahl der Schlitzbreite im Verhältnis zur Breite der Feder angepasst werden können.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass der Schlitz zur Aufnahme eines Spreizmittels, insbesondere eines Bolzens, bevorzugt eines Flachkeils, ausgebildet ist, wobei das Spreizmittel mittels der Feder einen Kraftschluss zwischen Zahnschuh und Statorzahn erzeugt.
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Hierdurch kann ein Kraftschluss zwischen Zahnschuh und Statorzahn erzeugt werden, und durch geeignete Wahl des Spreizmittels situationsbedingt angepasst werden. Dies kann sich vorteilhaft auf die Verbesserung der Stabilität des Stators auswirken.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Spreizmittel formfüllend bezüglich des Schlitzes ausgebildet ist.
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In vorteilhafter Weise können hierdurch etwaige Hohlräume geschlossen werden, um damit Freiheitsgrade für Schwingungen zu vermeiden, was sich wiederum zu einer Verbesserung der Geräuschentwicklung und der Stabilität des Stators im Betrieb nutzen lässt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Hierbei zeigen
- 1 eine schematische Explosionsdarstellung eines Stators;
- 2 eine Nahaufnahme einer Schwalbenschwanzverbindung mit Bolzen eines Außenläuferstators;
- 3 eine Nahaufnahme einer Schwalbenschwanzverbindung mit Flachkeil eines Außenläuferstators und
- 4 eine Nahaufnahme einer Schwalbenschwanzverbindung mit Bolzen eines Innenläuferstators.
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Die 1 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Stators 1 einer elektrischen Maschine (nicht dargestellt) mit Zahnschuh 4 und Spreizmittel 6. Der Stator 1 umfasst ein Statorjoch 2, wobei Statorzähne 3 an dem Statorjoch 2 zur Aufnahme von elektrischen Wicklungen (nicht dargestellt), die innerhalb der Statornut 11 gewickelt werden oder als fertig gewickelte Baugruppe eingesetzt werden, angeordnet sind. An dem radialen Ende eines jeden Statorzahns 3 ist ein Zahnschuh 4 angeordnet, wobei der Zahnschuh 4 als separat gefertigtes Bauteil ausgebildet ist.
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Der jeweilige Zahnschuh 4 ist, nach dem Aufbringen der elektrischen Wicklung auf den Statorzahn 3, kraft- und/oder formschlüssig an dem Statorzahn 3 aufsteckbar. Somit wird ein frei zugängliches Bewickeln des Statorzahns 3 vor der Anbringung des Zahnschuhs 4 ermöglicht, was dadurch schnell und zügig ausgeführt werden kann. Auch das Aufstecken einer fertig gewickelten Baugruppe ist mit sehr geringem verbleibenden Bauraum ermöglicht, da die Gesamte Nutbreite der Statornut 11 zur Anordnung zur Verfügung steht. Dadurch dass eine freie Formgebung des Zahnschuhs 4 ermöglicht wird, kann dieser, wie dargestellt, derart gefertigt sein, dass sich eine möglichst enge Nutöffnung 12 ergibt. Dies kann sich vorteilhaft auf die Schwingungs- und Geräuschentwicklung im Betrieb des Stators 1 und ebenso auf die Magnetische Wechselwirkung im Betrieb des Stators 1 in einem Motor auswirken.
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Weiterhin ist dargestellt, dass die Verbindung zwischen Zahnschuh 4 und Statorzahn 3 mittels einer Schwalbenschwanzverbindung 5 ausgebildet ist. Diese kann eine Verteilung der auf den Stator 1 im Betrieb wirkenden Kräfte optimieren. Die Selbstzentrierung und Selbstspannung aufgrund ihrer Verjüngung in Formschlussrichtung kann zu einer Verbesserung des Schwingungs- und Geräuschverhaltens des Stators 1 bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität beitragen.
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Der Grundstator (nicht bezeichnet), umfassend das Statorjoch 2 mit den Statorzähnen 3, ist wie auch der Zahnschuh 4 aus einzelnen Dynamoblechen 13 gefertigt, wobei die Dynamobleche 13 beispielsweise mittels eines Stanzpaketierverfahrens zu jeweils Grundstator (nicht bezeichnet) und Statorzahn 3 verbunden sind. Nicht in 1 dargestellt ist, dass sich insbesondere bei dem Zahnschuh 4 additive Fertigungsverfahren vorteilhaft anbieten, da diese je nach Größe des Stators sehr filigran sein können. So kann die Herstellung komplexer Geometrien ermöglicht und die Flexibilität verbessert werden, da auf teure Stanzwerkzeuge verzichtet und die Geometrie im Laufe des Produktlebenszyklus flexibel optimiert und/oder angepasst werden kann.
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2 zeigt eine Nahaufnahme einer erfindungsgemäßen Schwalbenschwanzverbindung 5 zwischen Zahnschuh 4 und Statorzahn 3 in einer Ausführungsvariante mit Bolzen 7. Die Feder 8 der Schwalbenschwanzverbindung 5 ist in radialer Richtung des Stators 1 (in 1 dargestellt) zweigeteilt in der Art ausgebildet, dass die beiden Teile der Feder 8 zur Ausbildung eines Schlitzes 9 zueinander beabstandet sind. Der Schlitz 9 ist zur Aufnahme eines Bolzens 7 ausgebildet, wobei der Bolzen 7 mittels der Feder 8 einen Kraftschluss zwischen Zahnschuh 4 und Statorzahn 3 erzeugt. Toleranzen von Zahnschuh 4 und Statorzahn 3 können im Fertigungsprozess mittels der Zweiteilung der Feder 8 und dem den Anforderungen angepassten Schlitz 9 ausgeglichen werden, indem dadurch eine Elastizität der Schwalbenschwanzverbindung geschaffen wird. Hierdurch können in axialer Richtung des Stators hohe Statorbaulängen ermöglicht werden. Ein daraufhin eingebrachtes Spreizmittel 6 (in 1 dargestellt), wie ein hier dargestellter Bolzen 7, kann sodann für einen notwendigen Kraftschluss zur Erzeugung einer stabilen Verbindung sorgen.
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3 zeigt eine Nahaufnahme einer Schwalbenschwanzverbindung 5 zwischen Zahnschuh 4 und Statorzahn 3 in einer Ausführungsvariante mit Flachkeil 10. Die Feder 8 der Schwalbenschwanzverbindung 5 ist in radialer Richtung zum Stator 1 (nicht dargestellt) zweigeteilt in der Art ausgebildet, dass die beiden Teile der Feder 8 zur Ausbildung eines Schlitzes 9 (nicht sichtbar) zueinander beabstandet sind. Der Schlitz 9 (nicht sichtbar) ist zur Aufnahme eines Flachkeils 10 ausgebildet, wobei der Flachkeil 10 mittels der Feder 8 einen Kraftschluss zwischen Zahnschuh 4 und Statorzahn 3 erzeugt. Weiterhin ist dargestellt, dass der Flachkeil 10 formfüllend bezüglich des Schlitzes 9 (nicht sichtbar) ausgebildet ist. Hierdurch können Hohlräume geschlossen werden, was sich vorteilhaft auf die Stabilität, sowie das Schwingungs- und Geräuschverhalten des Stators im Betrieb auswirken kann.
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4 zeigt eine Nahaufnahme einer erfindungsgemäßen Schwalbenschwanzverbindung 5 zwischen Zahnschuh 4 und Statorzahn 3 in einer Ausführungsvariante mit Bolzen im Fall eines Innenläuferstators, analog zu der 2. Die Feder 8 der Schwalbenschwanzverbindung 5 ist in radialer Richtung des Stators 1 (in 1 dargestellt) zweigeteilt derart ausgebildet, dass die beiden Teile der Feder 8 zur Ausbildung eines Schlitzes 9 zueinander beabstandet sind. Der Schlitz 9 ist zur Aufnahme eines Bolzens 7 ausgebildet, wobei der Bolzen 7 mittels der Feder 8 einen Kraftschluss zwischen Zahnschuh 4 und Statorzahn 3 erzeugt. Toleranzen von Zahnschuh 4 und Statorzahn 3 können im Fertigungsprozess mittels der Zweiteilung der Feder 8 und dem den Anforderungen angepassten Schlitz 9 ausgeglichen werden, indem dadurch eine Elastizität der Schwalbenschwanzverbindung geschaffen wird. Hierdurch können in axialer Richtung des Stators hohe Statorbaulängen ermöglicht werden. Ein daraufhin eingebrachtes Spreizmittel 6 (in 1 dargestellt), wie ein hier dargestellter Bolzen 7, kann sodann für einen notwendigen Kraftschluss zur Erzeugung einer stabilen Verbindung sorgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Statorjoch
- 3
- Statorzahn
- 4
- Zahnschuh
- 5
- Schwalbenschwanzverbindung
- 6
- Spreizmittel
- 7
- Bolzen
- 8
- Feder
- 9
- Schlitz
- 10
- Flachkeil
- 11
- Statornut
- 12
- Nutöffnung
- 13
- Dynamoblech
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/026795 A1 [0002]
- DE 102012022868 A1 [0003]
