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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Stator nach Anspruch 1, ein Verfahren zu einer Montage eines solchen Stators und eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator.
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Aus der
US 8,339,003 B2 ist ein elektrischer Stellmotor bekannt, der einen Stator mit asymmetrischer Spulenanordnung aufweist. Alle Spulenachsen sind hierbei Radialachsen in Bezug auf eine Rotationsachse eines Rotors des Stellmotors.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, einen gattungsgemäßen Stator mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Kostenersparnis und/oder einer einfachen Montage bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Stator für eine elektrische Maschine, mit einem Statorpaket, welches einen Rotoraufnahmebereich zur Aufnahme eines Rotors aufweist. Der Rotor ist dazu vorgesehen, im Rotoraufnahmebereich zu einer Rotation um eine Rotationsachse angetrieben zu werden. Das Statorpaket weist weiterhin zumindest einen Statorpolzahn auf, der einen Polschuh aufweist. Der Statorpolzahn ist von einer Spule umgeben, insbesondere umwickelt, die eine Spulenzentralachse umgibt und die insbesondere Teil des Stators ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Spulenzentralachse windschief zu der Rotationsachse liegt. Hierdurch kann insbesondere eine vereinfachte Montage erreicht werden. Insbesondere kann eine Kostenersparnis in Bezug auf geringere Materialkosten erreicht werden.
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Insbesondere kann erreicht werden, dass Gleichteile bei der Produktion verwendet werden können. Weiterhin kann eine einfache elektrische Kontaktierung erreicht werden.
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Der Stator ist insbesondere dazu vorgesehen, ein magnetisches Wechselfeld bereitzustellen, das dazu vorgesehen ist, zumindest eine magnetische Komponente des Rotors anzutreiben. Unter einer „elektrischen Maschine“ soll insbesondere eine Maschine verstanden werden, die zu einer Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie und/oder zu einer Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie vorgesehen ist. Insbesondere ist der Stator zu einer Verwendung in einem Elektromotor, insbesondere einem bürstenlosen Gleichstrommotor, vorgesehen.
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Unter einem „Statorpaket“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, ein durch eine oder mehrere Spulen generiertes Magnetfeld zu leiten und/oder zu bündeln. Beispielsweise besteht das Statorpaket zumindest großteils, insbesondere zu mindestens 90 %, vorteilhaft zu mindestens 92 %, vorzugsweise zu mindestens 95 % aus zumindest einem ferromagnetischen Material, insbesondere zumindest einem weichmagnetischen Werkstoff. Das Statorpaket besteht insbesondere aus gestapelten und elektrisch gegeneinander isolierten Blechen.
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Vorteilhaft ist das Statorpaket, insbesondere zumindest der Statorpolzahn und der Polschuh, dazu vorgesehen, ein von der Spule generiertes magnetisches Feld in den Rotoraufnahmebereich zu leiten. Der Statorpolzahn kann zumindest zwei Abschnitte umfassen. Ein erster Abschnitt des Statorpolzahns erstreckt sich insbesondere entlang einer Spulenzentralachse. Unter einer „Spulenzentralachse“ einer Spule soll insbesondere eine Achse bzw. Gerade verstanden werden, die eine geometrische Mittelachse der Spule bildet. Insbesondere ist die Spulenzentralachse eine Symmetrieachse der Spule. Ein zweiter Abschnitt des Statorpolzahns erstreckt sich zwischen dem ersten Abschnitt des Statorpolzahns und dem Polschuh des Statorpolzahns. Der zweite Abschnitt des Statorpolzahns verbindet den ersten Abschnitt des Statorpolzahns magnetisch mit dem Polschuh des Statorpolzahns. Der zweite Abschnitt des Statorpolzahns kann insbesondere gegenüber dem ersten Abschnitt des Statorpolzahns abgewinkelt sein. Der zweite Abschnitt des Statorpolzahns erstreckt sich ausgehend von einem Ende des ersten Abschnitts des Statorpolzahns in Richtung des Rotoraufnahmebereichs. An einem dem Rotoraufnahmebereich zugewandten Ende des zweiten Abschnitts geht der zweite Abschnitt des Statorpolzahns in den Polschuh des Statorpolzahns über. Der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt und der Polschuh des Statorpolzahns sind magnetisch leitfähig miteinander verbunden. Die Spule ist auf den ersten Abschnitt, welcher sich entlang der Spulenzentralachse erstreckt, aufgebracht. Insbesondere weist die Spule einen prismaartigen, beispielsweise rechteckartigen, alternativ runden oder ovalen, Querschnitt, insbesondere bezüglich der Spulenzentralachse, auf.
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Darunter, dass ein erster und ein zweiter Bestandteil des Statorpakets „magnetisch leitfähig verbunden“ sind, soll insbesondere verstanden werden, dass diese Bestandteile derart angeordnet, dimensioniert und vorteilhaft mechanisch verbunden sind, dass zumindest 90 %, vorteilhaft zumindest 95 %, vorzugsweise zumindest 99 % eines im ersten Bestandteil vorliegenden magnetischen Flusses in den zweiten Bestandteil übertragen wird.
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Darunter, dass eine Spulenzentralachse „windschief“ zur Rotationsachse liegt, soll insbesondere verstanden werden, dass ein Abstand der Spulenzentralachse zur Rotationsachse zumindest 2 mm, beispielsweise zumindest 5 mm, und/oder zumindest 10 %, insbesondere zumindest 20 %, vorteilhaft zumindest 50 %, eines Durchmessers des Rotoraufnahmebereichs quer zur Rotationsachse beträgt und/oder dass sich die Rotationsachse und die Spulenachse nicht schneiden.
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Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Statorpaket zumindest einen weiteren Statorpolzahn mit einem weiteren Polschuh aufweist, der am Rotoraufnahmebereich anliegt. Insbesondere ist der weitere Statorpolzahn bzw. der weitere Polschuh in Umfangsrichtung des Rotoraufnahmebereichs unmittelbar benachbart zum Statorpolzahn bzw. Polschuh angeordnet. Beispielsweise sind der Polschuh und der weitere Polschuh in Umfangsrichtung des Rotoraufnahmebereichs direkt mechanisch miteinander verbunden. Beispielsweise sind der Polschuh und der weitere Polschuh einstückig ausgebildet. Vorteilhaft weicht eine Verbindung des Polschuhs und des weiteren Polschuhs von einer magnetisch leitfähigen Verbindung ab. Insbesondere sind benachbarte Polschuhe derart angeordnet, dimensioniert und vorteilhaft mechanisch verbunden, dass maximal 10 %, vorteilhaft maximal 5 %, vorzugsweise maximal 1 % eines in einem der Polschuhe vorliegenden magnetischen Flusses in den benachbarten Polschuh übertragen wird. Beispielsweise weisen benachbarte Polschuhe einen Abstand auf, der kleiner ist als 2 mm, insbesondere kleiner ist als 1 mm, und/oder der kleiner ist als 10 °, insbesondere kleiner ist als 5 °, in Bezug auf eine Bogenlänge aus Sicht der Rotationsachse. Der weitere Statorpolzahn ist von einer weiteren Spule umgeben, die eine weitere Spulenzentralachse umgibt und die insbesondere Teil des Stators ist. Insbesondere erstreckt sich der weitere Statorpolzahn über seine gesamte Länge entlang der weiteren Spulenzentralachse der weiteren Spule. Die weitere Spulenzentralachse schneidet die Rotationsachse des Rotoraufnahmebereichs, insbesondere orthogonal, und/oder weist einen Abstand von weniger als 2 mm, vorzugsweise von weniger als 1 mm zur Rotationsachse auf.
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Vorzugsweise liegen die Spulenzentralachse und die weitere Spulenzentralachse parallel zueinander. Hierdurch kann insbesondere eine einfache Montage, eine Platzersparnis und/oder eine Materialersparnis erreicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Statorpaket zumindest einen dritten Statorpolzahn mit einem Polschuh aufweist, der am Rotoraufnahmebereich anliegt. Der dritte Statorpolzahn ist von einer dritten Spule umgeben, die eine dritte Spulenzentralachse umgibt und die insbesondere Teil des Stators ist. Die dritte Spulenzentralachse liegt insbesondere windschief zur Rotationsachse. Der dritte Statorpolzahn kann insbesondere zumindest zwei Abschnitte umfassen. Ein erster Abschnitt des dritten Statorpolzahns erstreckt sich insbesondere entlang der Spulenzentralachse der dritten Spule. Ein zweiter Abschnitt des dritten Statorpolzahns erstreckt sich zwischen dem ersten Abschnitt des dritten Statorpolzahns und dem Polschuh des dritten Statorpolzahns. Der zweite Abschnitt des dritten Statorpolzahns verbindet den ersten Abschnitt des dritten Statorpolzahns magnetisch mit dem Polschuh des dritten Statorpolzahns. Der zweite Abschnitt des dritten Statorpolzahns kann insbesondere gegenüber dem ersten Abschnitt des dritten Statorpolzahns abgewinkelt sein. Der zweite Abschnitt des dritten Statorpolzahns erstreckt sich ausgehend von einem Ende des ersten Abschnitts des dritten Statorpolzahns in Richtung des Rotoraufnahmebereichs. An einem dem Rotoraufnahmebereich zugewandten Ende des zweiten Abschnitts geht der zweite Abschnitt des dritten Statorpolzahns in den Polschuh des dritten Statorpolzahns über. Der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt und der dritte Abschnitt des Statorpolzahns sind magnetisch leitfähig miteinander verbunden. Die dritte Spule ist auf den ersten Abschnitt, welcher sich entlang der Spulenzentralachse der dritten Spule erstreckt, aufgebracht.
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Vorteilhaft weist das Statorpaket genau drei mit Spulen versehene Statorpolzähne auf, deren entsprechenden Spulenzentralachsen parallel zueinander liegen. Insbesondere sind die drei Statorpolzähne unmittelbar benachbart zueinander angeordnet. Hierdurch kann insbesondere ein effizienter, insbesondere dreiphasiger, Antrieb des Rotors, eine Platzersparnis und/oder eine Materialersparnis erreicht werden. Beispielsweise kann eine geringe Masse des Statorpakets erreicht werden.
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Vorzugsweise sind Zwischenräume zwischen mit Spulen versehenen Statorpolzähnen frei von Teilen des Statorpakets und/oder Teilen, die einstückig mit diesem ausgebildet sind. Insbesondere sind Zwischenräume zwischen mit Spulen versehenen Statorpolzähnen frei von unbewickelten Statorpolzähnen bzw. Hilfspolen. Hierdurch kann insbesondere eine Platzersparnis und/oder eine hohe Effizienz erreicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Polschuh bzw. jeder der Polschuhe maximal 35 °, insbesondere maximal 35 °, vorteilhaft maximal 25 °, und/oder mindestens 15 °, insbesondere mindestens 20°, vorteilhaft mindestens 25 °, des Rotoraufnahmebereichs, insbesondere aus Sicht der Rotationsachse, umgibt. In alternativen Ausgestaltungen ist denkbar, dass der Polschuh bzw. jeder der Polschuhe mehr als 35 °, vorzugsweise mehr als 45 ° und bevorzugt weniger als 75 ° und besonders bevorzugt weniger als 60 ° des Rotoraufnahmebereichs umgibt.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Statorpaket einen Ringabschnitt aufweist, der den Rotoraufnahmebereich zumindest teilweise umschließt, wodurch eine vorteilhafte Lagerung des Rotors und/oder ein vorteilhafter Schutz des Rotors und/oder eine vorteilhafte Antriebsmomentübertragung auf den Rotor erreicht werden kann/können. Der Ringabschnitt kann in Form eines Teils eines Rings, insbesondere eines Kreisrings, ausgestaltet sein, wobei sich eine Quererstreckung und/oder Dicke des Rings entlang der Umfangsrichtung des Ringabschnitts betrachtet verändern könnte. Der Ringabschnitt kann dazu vorgesehen sein, gemeinsam mit einer Gesamtheit aller Polschuhe des Statorpakets und mit evtl. Lücken zwischen den Polschuhen und dem Ringabschnitt, den Rotoraufnahmebereich komplett zu umgeben. Beispielsweise umgibt der Ringabschnitt, insbesondere ununterbrochen, zumindest 170 °, vorzugsweise zumindest 180 ° und besonders bevorzugt 230 °, des Rotoraufnahmebereichs, wodurch eine besonders vorteilhafte Lagerung des Rotors und/oder ein besonders vorteilhafter Schutz des Rotors erreicht werden kann/können.
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Vorzugsweise weist der Ringabschnitt eine Mehrzahl von Hilfspolen auf, die am Rotoraufnahmebereich anliegen, wodurch eine Übertragung eines Antriebsmoments auf den Rotor verbessert werden kann. Die Anzahl von Hilfspolen entspricht insbesondere einem Vielfachen insbesondere einem Zweifachen einer Anzahl von Statorpolzähnen. Im Gegensatz zu den Statorpolzähnen sind die Hilfspole unbewickelt. Insbesondere erstrecken sich die Hilfspole radial in Richtung des Rotoraufnahmebereichs. Beispielsweise sind Hilfspole zu benachbarten Hilfspolen oder Polschuhen um ein zumindest im Wesentlichen gleiches Bogenmaß, insbesondere in Bezug auf die Rotationsachse, beabstandet wie benachbarte Polschuhe zueinander. Vorzugsweise weisen die Hilfspole zumindest in Umfangsrichtung eine gleiche Erstreckung, insbesondere ein gleiches Bogenmaß bezüglich der Rotationsachse, auf wie die Polschuhe, wodurch eine vorteilhaft gleichmäßige Antriebsmomentübertragung erreicht werden kann. Vorteilhaft sind alle Hilfspole des Ringabschnitts und/oder des Statorpakets zumindest in Umfangsrichtung zumindest im Wesentlichen gleich groß. Darunter, dass zwei Werte „zumindest im Wesentlichen gleich“ sind, soll hierbei insbesondere verstanden werden, dass sich die beiden Werte um maximal 10 %, beispielsweise maximal 5 %, vorzugsweise um maximal 1 %, voneinander unterscheiden. In einer alternativen Ausgestaltung wäre auch denkbar auf Hilfspole am Ringabschnitt zu verzichten, wodurch insbesondere ein Rastmoment reduziert werden kann.
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Ferner kann das Statorpaket einen Rückschluss aufweisen, der dazu vorgesehen ist, einen magnetischen Kreis zu schließen. Hierdurch kann insbesondere eine effiziente Ausgestaltung erreicht werden. Vorteilhaft ist der Rückschluss U-förmig ausgebildet. Der U-förmige Rückschluss kann dazu vorgesehen sein, alle Spulen des Stators zu umgreifen. Insbesondere ist der Rückschluss dazu vorgesehen, an den von den Polschuhen abgewandten Enden der Statorpolzähne anzuliegen und vorzugsweise magnetisch leitfähig mit diesen verbunden zu sein.
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Beispielsweise weist der Rückschluss ein erstes Teil und zumindest ein zweites Teil auf. Vorzugsweise ist das erste Teil des Rückschlusses einstückig mit dem Ringabschnitt ausgebildet. Insbesondere sind das erste Teil und das zweite Teil dazu vorgesehen, zumindest magnetisch leitfähig miteinander verbunden zu werden oder sind zumindest magnetisch leitfähig miteinander verbunden. Hierdurch kann insbesondere eine einfache Montage erreicht werden. Beispielsweise ist das zweite Teil zumindest formschlüssig mit dem ersten Teil verbunden. Das erste Teil und das zweite Teil können dazu vorgesehen sein und können insbesondere entsprechende Formschlusselemente aufweisen, um mittels einer Rast- und/oder Schnappverbindung verbunden zu werden. Zusätzlich können, insbesondere zumindest in einem endmontierten Zustand, das zweite Teil und das erste Teil stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere verklebt oder verschweißt, sein.
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Gemäß weiteren Ausgestaltungen kann zumindest einer der Statorpolzähne einstückig mit dem zweiten Teil des Rückschlusses ausgebildet sein. Weiterhin könnte zumindest einer der Statorpolzähne zweiteilig ausgestaltet sein, wobei ein erster Teil des Statorpolzahns einstückig mit dem Ringabschnitt und/oder dem Polschuh ausgebildet ist und ein zweiter Teil des Statorpolzahns einstückig mit dem Rückschluss, insbesondere dem zweiten Teil des Rückschlusses, verbunden ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Ringabschnitt zumindest eine Unterbrechung aufweist, welche den Ringabschnitt in einen ersten Ringteilabschnitt und zumindest einen zweiten Ringteilabschnitt unterteilt. Hierdurch kann eine Gesamtimpedanz des Stators vorteilhaft angepasst werden. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass ein Einfluss eines Übergangs zwischen dem ersten Teil des Rückschlusses und dem zweiten Teil des Rückschlusses auf die Gesamtimpedanz gegenüber einem Einfluss der Unterbrechung auf die Gesamtimpedanz in den Hintergrund tritt und vorteilhaft vernachlässigbar wird. Zudem kann durch die Unterbrechung weiterer Bauraum für weitere Bauelemente geschaffen werden, insbesondere für eine durch den Rotor antreibbare Welle der elektrischen Maschine. Hierdurch kann wiederum ein Gesamtbauraumbedarf reduziert werden. Die Unterbrechung kann sich beispielsweise über höchstens 90 °, über maximal 60 ° oder über höchstens 45 ° des Rotoraufnahmebereichs erstrecken. In bestimmten Ausgestaltungen kann sich die Unterbrechung lediglich über maximal 5 ° des Rotoraufnahmebereichs erstrecken. Durch eine möglichst kleine Unterbrechung kann ein Rastmoment vorteilhaft klein gehalten werden.
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Insbesondere umgibt der erste Ringteilabschnitt, insbesondere ununterbrochen, zumindest 10 °, vorzugsweise wenigstens 20 ° und besonders vorteilhaft mindestens 30 ° des Rotoraufnahmebereichs und vorzugsweise höchstens 45 °. Insbesondere umgibt der zweite Ringteilabschnitt, insbesondere ununterbrochen, zumindest 10 °, vorzugsweise wenigstens 20 ° und besonders vorteilhaft mindestens 30 ° des Rotoraufnahmebereichs und vorzugsweise höchstens 45 °. Der erste Ringteilabschnitt und/oder der zweite Ringteilabschnitt weist/weisen vorzugsweise zumindest einen der Hilfspole auf. Insbesondere kann die Unterbrechung zwischen zwei Hilfspolen angeordnet sein. Ferner wäre denkbar, dass Hilfspole des ersten und/oder des zweiten Ringteilabschnitts zumindest in Umfangsrichtung unterschiedliche Erstreckungen, insbesondere unterschiedliche Bogenmaße bezüglich der Rotationsachse, aufweisen.
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Weiterhin wird ein Verfahren zur Montage eines zuvor beschriebenen Stators vorgeschlagen. Insbesondere wird hierbei das Statorpaket mit demontiertem zweitem Teil des Rückschlusses bereitgestellt. Weiterhin werden, insbesondere baugleiche und/oder vorkonfektionierte, Spulen bereitgestellt, die, insbesondere von außen, auf die Statorpolzähne aufgesteckt werden. Anschließend wird das zweite Teil des Rückschlusses mit dem ersten Teil des Rückschlusses verbunden, um den Stator zu bilden. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und/oder schnelle Montage des Stators erreicht werden. Um eine Haltbarkeit und/oder Stabilität zu erhöhen, können das erste und zweite Teil des Rückschlusses zusätzlich verklebt und/oder verschweißt werden.
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Ferner wird eine elektrische Maschine mit Rotor und einem zuvor beschriebenen Stator vorgeschlagen. Die elektrische Maschine ist insbesondere als ein bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Der Rotor der elektrischen Maschine ist insbesondere als mehrpoliger permanentmagnetischer Rotor ausgebildet.
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Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- 1 Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator in einer schematischen Schnittdarstellung,
- 2 den Stator gemäß 1 in einer schematischen Explosionsdarstellung,
- 3 eine Blechlage des Stators gemäß 1 und 2, bei der die Statorpolzähne miteinander verbunden sind,
- 4 eine Blechlage des Stators gemäß 1 und 2, bei der die Statorpolzähne als Einzelbleche ausgeführt sind,
- 5 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator in einer schematischen Darstellung,
- 6 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator, dessen Ringabschnitt eine Unterbrechung aufweist,
- 7 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einer kleineren Unterbrechung in einem Ringabschnitt als in 6,
- 8 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einer größeren Unterbrechung in einem Ringabschnitt als in 6,
- 9 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator mit einer reduzierten Anzahl von Polschuhen gegenüber dem Ausführungsbeispiel der 1,
- 10 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator, dessen Ringabschnitt gegenüber der 9 eine Unterbrechung aufweist, und
- 11 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator, dessen Ringabschnitt gegenüber dem Ausführungsbeispiel der 1 frei von Hilfspolen ist.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel. 1 zeigt eine als Elektromotor ausgebildete elektrische Maschine 10 mit einem Stator 12 und einem Rotor 14. Der Rotor 14 ist hier beispielsweise sechspoliger permanentmagnetischer Rotor ausgeführt. In der dargestellten Konfiguration des Stators 12 wäre jedoch ebenso eine Verwendung eines zwölfpoligen Rotors denkbar.
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Der Stator 12 weist einen Rotoraufnahmebereich 16 auf, der dazu vorgesehen ist, den Rotor 14 aufzunehmen. Der Rotor 14 ist dazu vorgesehen, um eine Rotationsachse 18 (senkrecht zur Zeichenebene) im Rotoraufnahmebereich 16 angetrieben zu werden.
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Der Stator 12 weist ein Statorpaket 20 auf. Das Statorpaket 20 weist einen Statorpolzahn 32 mit einem Polschuh 30 auf, der an dem Rotoraufnahmebereich 16 anliegt. Das Statorpaket 20 weist einen weiteren Statorpolzahn 42 mit einem weiteren Polschuh 40 auf, der an dem Rotoraufnahmebereich 16 anliegt. Das Statorpaket 20 weist einen dritten Statorpolzahn 52 mit einem dritten Polschuh 50 auf, der an dem Rotoraufnahmebereich 16 anliegt. Die Statorpolzähne 32, 42, 42 sind unmittelbar benachbart zueinander angeordnet. Die Polschuhe 30, 40, 50 weisen umfangsmäßig bezüglich des Rotoraufnahmebereichs 16 gleiche Erstreckungen auf.
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Der Statorpolzahn 32 ist von einer Spule 34 umgeben, die eine Spulenzentralachse 36 umgibt. Der Statorpolzahn 32 umfasst zwei Abschnitte 31, 58. Ein erster Abschnitt 58 des Statorpolzahns 32 erstreckt sich entlang der Spulenzentralachse 36. Ein zweiter Abschnitt 31 des Statorpolzahns 32 verbindet den ersten Abschnitt 58 des Statorpolzahns 32 mit dem Polschuh 30 des Statorpolzahns 32. Der zweite Abschnitt 31 des Statorpolzahns 32 ist gegenüber dem ersten Abschnitt 58 des Statorpolzahns 32 abgewinkelt. Ausgehend vom ersten Abschnitt 58 des Statorpolzahns 32 erstreckt sich der zweite Abschnitt 31 des Statorpolzahns 32 in Richtung des Rotoraufnahmebereichs 16. An einem dem Rotoraufnahmebereich 16 zugewandten Ende des zweiten Abschnitts 31 geht der zweite Abschnitt 31 des Statorpolzahns 32 in den Polschuh 30 des Statorpolzahns 32 über. Der Stator 12 weist die Spule 34 auf, die den Statorpolzahn 32 umgibt. Die Spule 34 ist auf den ersten Abschnitt 58 des Statorpolzahns 32, der sich entlang der Spulenzentralachse 36 erstreckt, aufgebracht und umgibt diesen in Umfangsrichtung.
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Der weitere Statorpolzahn 42 ist von einer weiteren Spule 44 umgeben, die eine weitere Spulenzentralachse 46 umgibt. Der Stator 12 weist die weitere Spule 44 auf, die den weiteren Statorpolzahn 42 umgibt. Der weitere Statorpolzahn 42 erstreckt sich über seine gesamte Länge entlang der weiteren Spulenzentralachse 46. Der weitere Statorpolzahn 42 geht an einem dem Rotoraufnahmebereich 16 zugewandten Ende unmittelbar in den weiteren Polschuh 40 über.
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Der dritte Statorpolzahn 52 ist von einer dritten Spule 54 umgeben, die eine dritte Spulenzentralachse 56 umgibt. Der Stator 12 weist die dritte Spule 54 auf, die den dritten Statorpolzahn 52 umgibt. Der dritte Statorpolzahn 52 umfasst zwei Abschnitte 51, 60. Ein erster Abschnitt 60 des dritten Statorpolzahns 32 erstreckt sich entlang der dritten Spulenzentralachse 56. Ein zweiter Abschnitt 51 des dritten Statorpolzahns 52 verbindet den ersten Abschnitt 60 des dritten Statorpolzahns 52 mit dem Polschuh 50 des dritten Statorpolzahns 52. Der zweite Abschnitt 51 des dritten Statorpolzahns 52 ist gegenüber dem ersten Abschnitt 60 des dritten Statorpolzahns 52 abgewinkelt. Ausgehend vom ersten Abschnitt 60 des Statorpolzahns 52 erstreckt sich der zweite Abschnitt 51 des dritten Statorpolzahns 52 in Richtung des Rotoraufnahmebereichs 16. An einem dem Rotoraufnahmebereich 16 zugewandten Ende des zweiten Abschnitts 51 geht der zweite Abschnitt 51 des dritten Statorpolzahns 52 in den Polschuh 50 des dritten Statorpolzahns 52 über. Der Stator 12 weist die dritte Spule 54 auf, die den dritten Statorpolzahn 52 umgibt. Die dritte Spule 54 ist auf den ersten Abschnitt 60 des dritten Statorpolzahns 52, der sich entlang der dritten Spulenzentralachse 56 erstreckt, aufgebracht und umgibt diesen in Umfangsrichtung.
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Die Spulenzentralachse 36 liegt windschief zu der Rotationsachse 18. Weiterhin liegt auch die dritte Spulenzentralachse 56 windschief zu der Rotationsachse 18. Die weitere Spulenzentralachse 46 schneidet die Rotationsachse 18 des Rotoraufnahmebereichs 16.
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Die Spulenzentralachse 36 und die weitere Spulenzentralachse 46 liegen parallel zueinander. Weiterhin liegen auch die dritte Spulenzentralachse 56 und die weitere Spulenzentralachse 46 parallel zueinander.
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Das Statorpaket 20 weist mit dem Statorpolzahn 32, dem weiteren Statorpolzahn 42 und dem dritten Statorpolzahn 52, genau drei Statorpolzähne 32, 42, 52 auf. Die genau drei Statorpolzähne 32, 42, 52 sind unmittelbar benachbart zueinander angeordnet. Die Spulenzentralachsen 36, 46, 56 der genau drei Statorpolzähne 32, 42, 52 liegen parallel zueinander.
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Ein Zwischenraum zwischen der Spule 34 und der weiteren Spule 44 ist frei von Teilen des Statorpakets 20. Ein Zwischenraum zwischen der weiteren Spule 44 und der dritten Spule 54 ist frei von Teilen des Statorpakets 20.
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Das Statorpaket 20 weist einen Ringabschnitt 22 auf, der den Rotoraufnahmebereich 16 zumindest teilweise umschließt. Der Ringabschnitt 22 umgibt im vorliegenden Beispiel etwa 240 ° des Rotoraufnahmebereichs 16 ununterbrochen, insbesondere in Bezug auf die Rotationsachse 18. Die Polschuhe 30, 40, 50 sind in Umfangsrichtung des Rotoraufnahmebereichs 16 mit dazwischen liegenden Nuten aufeinanderfolgend, insbesondere zueinander benachbart, angeordnet. Gemeinsam umgeben die Polschuhe 30, 40, 50 etwas weniger als 120 ° des Rotoraufnahmebereichs 16, insbesondere in Bezug auf die Rotationsachse 18. Der Ringabschnitt 22 und die Polschuhe 30, 40, 50 umgeben, gemeinsam mit Nuten zwischen den Polschuhen 30, 40, 50 und zwischen den Polschuhen 30, 40, 50 und dem Ringabschnitt 22 den kompletten Rotoraufnahmebereich 16. Der Ringabschnitt 22 umgibt hierbei also ein etwa doppelt so großes Bogenmaß wie die Polschuhe 30, 40, 50 zusammen.
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Der Ringabschnitt 22 weist eine Mehrzahl von Hilfspolen 28 auf. Eine Anzahl der Hilfspole 28 entspricht einem Vielfachen, im vorliegenden Beispiel einem Zweifachen, der Anzahl der Polschuhe 30, 40, 50, im vorliegenden Beispiel drei. Der Ringabschnitt 22 weist sechs Hilfspole 28 auf. Die Hilfspole 28 liegen am Rotoraufnahmebereich 16 an. Alle Hilfspole 28 sind zumindest in Umfangsrichtung bezüglich des Rotoraufnahmebereichs 16 gleich groß. Die Hilfspole 28 sind durch zwischen den einzelnen Hilfspolen 28 angeordnete Nuten voneinander getrennt.
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Das Statorpaket 20 weist einen Rückschluss 26 auf, der dazu vorgesehen ist, einen magnetischen Kreis zu schließen. Der Rückschluss 26 weist ein erstes Teil 24, 24' auf, das einstückig mit dem Ringabschnitt 22 ausgebildet ist. Der Rückschluss 26 weist ein zweites Teil 25 auf, das magnetisch leitfähig mit dem ersten Teil 24, 24' verbunden ist. Das erste Teil 24, 24' und das zweite Teil 25 weisen jeweils Formschlusselemente auf, die dazu vorgesehen sind, das zweite Teil 25 formschlüssig mit dem ersten Teil 24, 24' zu verbinden. Das erste Teil 24, 24' und das zweite Teil 25 sind mittels einer Rast- und/oder Schnappverbindung 82 miteinander verbunden. Das erste Teil 24, 24' ist als zwei Stege ausgebildet, die sich vom Ringabschnitt 22 ausgehend parallel zu den Statorpolzähnen 32, 42, 52 erstrecken. Das zweite Teil 25 weist Nuten 78 auf, in die die von den Polzähnen 32, 42, 52 Enden der Statorpolzähne 32, 42, 52 im montierten Zustand hineinragen.
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Das Statorpaket 20 kann weiterhin Montageelemente 62, insbesondere Löcher, aufweisen. Insbesondere dienen diese Montageelemente 62 zur Befestigung und/oder Positionierung, insbesondere an einer Leiterplatte oder einem Motorgehäuse. Zudem kann das Statorpaket 20 eine Ausnehmung 80 zur Aufnahme eines Erdungskontakts aufweisen.
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Bei einer Herstellung und/oder Montage des Stators 12 wird zuerst das Statorpaket 20 gefertigt. Das Statorpaket 20 wird aus Blechstanzteilen gefertigt, die aufeinandergestapelt und miteinander verklebt werden, insbesondere mittels Backlacks, oder stanzpaketiert werden (vgl. 2). Hierzu wird eine geringe Anzahl durchgehender Blechlagen 66, bei denen die Polschuhe 30, 40 50 untereinander bzw. die äußeren Polschuhe 30, 50 mit benachbarten Hilfspolen 28 über Blechstege 76 verbunden sind (vgl. 3), kombiniert mit einer größeren Anzahl an Blechlagen 68, bei denen die Statorpolzähne 32, 42, 52 als Einzelbleche ausgeführt sind, welche im Bereich der Polschuhe 30, 40, 50 nicht, insbesondere nicht magnetisch leitend, untereinander oder mit einem der Hilfspole 28 verbunden sind (vgl. 4). Insbesondere sind zumindest die äußersten Blechlagen des Statorpakets 20 als durchgehende Blechlagen 66 ausgeführt. Zusätzlich können auch vereinzelte innere Blechlagen des Statorpakets 20 als durchgehende Blechlagen 66 ausgeführt sein. Durch die Kombination von durchgehenden Blechlagen 66 mit Blechlagen 68, bei denen die Statorpolzähne 32, 42, 52 als Einzelbleche ausgebildet sind, wird eine mechanisch stabile, aber magnetisch kaum leitfähige Verbindung zwischen benachbarten Polschuhen 30, 40, 50 erreicht. Anschließend kann der Stapel mittels eines Trennverfahrens, insbesondere mittels Wasserstrahlschneidens, Laserschneidens oder Drahterodierens auf die endgültige Form gebracht. Insbesondere wird hierbei der Stapel in zwei Bestandteile geteilt - den zweiten Teil 25 des Rückschlusses 26 und den ersten Teil 24, 24' des Rückschlusses 26, der einstückig ausgebildet ist mit den Statorpolzähnen 32, 42, 52, den Polschuhen 30, 40, 50und dem Ringabschnitt 22. Alternativ können die Bestandteile auch unabhängig voneinander gefertigt werden.
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Anschließend werden die vorkonfektionierten und gleichteiligen Spulen 34, 44, 54, aus Sicht des Rotoraufnahmebereichs 16 von außen, auf die Statorpolzähne 32, 42, 52 aufgesteckt. Die Spulen 34, 44, 54 weisen jeweils einen Spulenkörper 64, 70, 72 auf. Die Spulenkörper 64, 70, 72 bestehen einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere zumindest im Wesentlichen aus einem Kunststoff. Die Spulenkörper 64, 70, 72 sind dazu vorgesehen, einen Wickeldraht der Spulen 34, 44, 54 elektrisch von den Statorpolzähnen 32, 42, 52 zu isolieren. Zudem tragen die Spulenkörper 64, 70, 72 Kontaktstifte 74 zur elektrischen Kontaktierung und der Spulen 34, 44, 54. Die parallele Anordnung der Statorpolzähne 32, 42, 52 und die dadurch erreichte parallele Anordnung der Spulen 34, 44, 54 erlaubt es die Kontaktstifte 74 entlang einer Geraden anzuordnen, wodurch eine Kontaktierung und/oder Verschaltung der Spulen 34, 44, 54 vorteilhaft einfach realisiert werden kann. Anschließend wird das zweite Teil 25 des Rückschlusses 26 formschlüssig mit dem ersten Teil 24, 24' des Rückschlusses 26 verbunden.
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In den 5 bis 11 sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleichbleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 bis 4 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele sind an die Bezugszeichen der Ausgestaltungen gemäß der 5 bis 11 die Buchstaben „a“ bis „g“ angehängt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 bis 4 verwiesen werden.
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5 zeigt eine als Elektromotor ausgebildete elektrische Maschine 10a mit einem Stator 12a und einem Rotor 14a. Der Stator 12a weist ein Statorpaket 20a auf. Das Statorpaket 20a weist einen geteilten Statorpolzahn 32a, 32a' auf. Ein erster Teil des Statorpolzahns 32a ist einstückig mit einem Polschuh 30a ausgebildet. Ein zweiter Teil des Statorpolzahns 32a' ist einstückig mit einem zweiten Teil 25a eines Rückschlusses 26 ausgebildet.
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Das Statorpaket 20a weist einen weiteren geteilten Statorpolzahn 42a, 42a' auf. Ein erster Teil des weiteren Statorpolzahns 42a ist einstückig mit einem Polschuh ausgebildet. Ein zweiter Teil des weiteren Statorpolzahns 42a' ist einstückig mit einem zweiten Teil 25a eines Rückschlusses 26a ausgebildet.
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Das Statorpaket 20a weist einen dritten geteilten Statorpolzahn 52a, 52a' auf. Ein erster Teil des dritten Statorpolzahns 52a ist einstückig mit einem Polschuh 50a ausgebildet. Ein zweiter Teil des dritten Statorpolzahns 52a' ist einstückig mit einem zweiten Teil 25a eines Rückschlusses 26a ausgebildet.
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Weiterhin sind Ausgestaltungen denkbar, in denen zumindest einer der Statorpolzähne oder alle Statorpolzähne einstückig mit dem zweiten Teil des Rückschlusses ausgebildet ist/sind. Ebenso sind Mischformen der vorgestellten Ausgestaltungen denkbar.
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Ferner sind Ausgestaltungen mit mehr oder weniger als drei Statorpolzähnen denkbar. Eine Anzahl der Hilfspole, Polschuhe und Spulen wird entsprechend angepasst.
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Die 6, 7 und 8 zeigen weitere als Elektromotoren ausgebildete elektrische Maschinen 10b, 10c, 10d, deren Ringabschnitte 22b, 22c, 22d gegenüber den 1 bis 4 jeweils eine Unterbrechung 84b, 84c, 84d aufweisen, welche den jeweiligen Ringabschnitt 22b, 22c, 22d in einen ersten Ringteilabschnitt 86b, 86c, 86d und einen zweiten Ringteilabschnitt 88b, 88c, 88d unterteilen. Durch die Unterbrechungen 84b, 84c, 84d kann eine Gesamtimpedanz vorteilhaft angepasst werden, wobei insbesondere ein Einfluss eines Übergangs zwischen einem ersten Teil 24b, 24c, 24d und einem zweiten Teil 25b, 25c, 25d eines Rückschlusses 26b, 26c, 26d auf die Gesamtimpedanz minimiert werden kann. Zudem kann in der Unterbrechung 84b, 84c, 84d zusätzlicher Bauraum geschaffen werden, beispielsweise für eine durch einen Rotor 14b, 14c, 14d angetriebene Welle (nicht dargestellt) oder eine feststehende Achse 90b (vgl. 6), auf der ein Getriebezahnrad montierbar ist.
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Die Unterbrechungen 84b, 84c, 84d sind unterschiedlich groß. Die Unterbrechung 84c aus 7 ist beispielsweise kleiner als die Unterbrechung 84b aus 6 und ist genau zwischen zwei Hilfspolen 28c angeordnet. Die Unterbrechung 84d aus 8 ist beispielsweise größer als die Unterbrechung 84b aus 6, wobei gegenüber der Ausgestaltung der 7 zwei Hilfspole 28c fehlen. In der Ausgestaltung gemäß 6 sind zwei an die Unterbrechung 84b angrenzende Hilfspole 28b durch die Unterbrechung 84b gegenüber den übrigen Hilfspolen 28b verkleinert.
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Je kleiner die Unterbrechung 84b, 84c, 84d ist, desto kleiner ist auch ein auftretendes Rastmoment, was einerseits wünschenswert ist. Je größer die Unterbrechung 84b, 84c, 84d hingegen ist, desto größer ist der zur Verfügung stehende zusätzliche Bauraum, wodurch insbesondere auch eine Montage vereinfacht werden kann. Die Wahl einer Grö-ße der Unterbrechung 84b, 84c, 84d hängt von der jeweiligen Anwendung ab.
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Die 9 und 10 zeigen weitere als Elektromotoren ausgebildete elektrische Maschinen 10e, 10f mit einer gegenüber den Ausführungsbeispielen der 1 bis 8 reduzierten Anzahl an Polen, das heißt einer reduzierten Gesamtanzahl an Polschuhen 30e, 30f, 40e, 40f, 50e, 50f und Hilfspolen 28e, 28f. Zudem weisen Rotoren 14e, 14f vorliegend acht Magnetpole auf, währen die Rotoren 14, 14a, 14b, 14c, 14d der vorherigen Ausführungsbeispiele lediglich sechs Magnetpole aufweisen.
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Während eine Anzahl an Polen in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 7 neun und im Ausführungsbeispiel der 8 sieben beträgt, weist das Ausführungsbeispiel der 9 lediglich sechs Pole und das Ausführungsbeispiel der 10 lediglich fünf Pole auf.
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Ein Ringabschnitt 22f des Ausführungsbeispiels der 10 weist eine Unterbrechung 84f auf mit einer Winkelerstreckung, welche genau einem der Hilfspole 28e der 9 entspricht.
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Durch die Reduzierung der Anzahl an Polen erstrecken sich die Polschuhe 30e, 30f, 40e, 40f, 50e, 50f über einen Winkelbereich von annähernd 180 ° um einen Rotoraufnahmebereich 16e, 16f.
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Eine Aufteilung eines Rückschlusses ist in den Ausführungsbeispielen der 9 und 10 entsprechend denkbar wie in den Ausführungsbeispielen zuvor (nicht dargestellt).
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11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 entspricht, wobei ein Ringabschnitt 22g gemäß 11 frei von Hilfspolen 28 ist. Hierdurch kann ein Rastmoment vorteilhaft verkleinert werden.
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Bezugszeichen
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- 10
- elektrische Maschine
- 12
- Stator
- 14
- Rotor
- 16
- Rotoraufnahmebereich
- 18
- Rotationsachse
- 20
- Statorpaket
- 22
- Ringabschnitt
- 24
- erstes Teil
- 25
- zweites Teil
- 26
- Rückschluss
- 28
- Hilfspol
- 30
- Polschuh
- 31
- zweiter Abschnitt
- 32
- Statorpolzahn
- 34
- Spule
- 36
- Spulenzentralachse
- 40
- Polschuh
- 42
- Statorpolzahn
- 44
- Spule
- 46
- Spulenzentralachse
- 50
- Polschuh
- 51
- zweiter Abschnitt
- 52
- Statorpolzahn
- 54
- Spule
- 56
- Spulenzentralachse
- 58
- erster Abschnitt
- 60
- erster Abschnitt
- 62
- Montageelement
- 64
- Spulenkörper
- 66
- Blechlage
- 68
- Blechlage
- 70
- Spulenkörper
- 72
- Spulenkörper
- 74
- Kontaktstift
- 76
- Blechsteg
- 78
- Nut
- 80
- Ausnehmung
- 82
- Rast- und/oder Schnappverbindung
- 84
- Unterbrechung
- 86
- Erster Ringteilabschnitt
- 88
- Zweiter Ringteilabschnitt
- 90
- Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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