DE102007026674A1

DE102007026674A1 - Primärteil für einen Elektromotor

Info

Publication number: DE102007026674A1
Application number: DE200710026674
Authority: DE
Inventors: Christian Dr. Kähler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2008-12-18

Abstract

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine zur Herstellung von Bausätzen geeignete elektrische Maschine zu realisieren, wobei die erste Komponente der Maschine, nämlich das Sekundärteil oder der Rotor, unverändert bleibt und die zweite Komponente der Maschine, nämlich das Primärteil oder der Stator, an unterschiedlichste Anforderungen adaptierbar ist. Diese Aufgabe löst die Erfindung mittels eines Primärteils für eine elektrische Maschine mit Primärteilrücken 1, von dem Primärteilzähne 2, 3 zur Aufnahme von Primärwicklungen abstehen, wobei erste und zweite Zähne 2, 3 vorhanden sind, welche sich, in ihrer Länge gemessen, entlang der Längsachse des Zahnes 2, 3 unterscheiden, wobei die Länge eines Zahnes 2, 3, betrachtet an denjenigen Seitenflächen 2a, 2b, 3a, 3b des Zahnes 2, 3, welche den Seitenflächen 2a, 2b, 3a, 3b eines benachbarten Zahnes 2, 3 gegenüberliegen, im Wesentlichen identisch ist, wobei die Zähne 2, 3 derart voneinander beabstandet sind, dass eine konzentrische Wicklung 4 anordenbar ist. Der Vorteil eines solchen Aufbaus liegt darin, dass der Rücken der ersten Komponente mit unterschiedlicher Materialdicke realisierbar ist, so dass die Mindestmaterialdicke, welche für die Stabilität erforderlich ist, stets gewährleistet ist und zusätzliche, aufgrund der Realisierung der Zähne gewonnene Materialstärke für die Unterbringung von Kühlmitteln genutzt werden kann. Somit ist es möglich, eine Maschinenbaureihe zu realisieren, welche bei identischen äußeren ...

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine gemäß dem unabhängigen Anspruch.
Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen bekannt. Einige dieser Maschinen weisen Primärteile mit Wickelzähnen unterschiedlicher Länge zur Aufnahme von Wicklungen auf. Die unterschiedliche Länge der Zähne beziehungsweise Tiefe der Nuten vereinfacht die Anbringung verteilter Wicklungen, bei denen sich mehrere elektrische Phasen einen gemeinsamen Wickelzahn teilen.
Das Dokument EP 1 578 000 A2 zeigt eine Maschine bei der die Nuttiefe der langen Nuten doppelt so hoch ist wie die Nuttiefe der kurzen Nuten, um einen gleichmäßigen Kupferfüllfaktor für die verschiedenen Phasen zu gewährleisten. Die in Dokument EP 1 578 000 A2 gezeigte Lösung ist jedoch nur für verteilte Wicklungen vorgesehen.
Das Dokument de DE 103 02 892 A1 zeigt ebenfalls eine Anordnung für verteilte Wicklungen, wobei mit unterschiedlichen Zahnlängen gearbeitet wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine Maschine zu realisieren, wobei die erste Komponente der Maschine, nämlich das Sekundärteil oder der Rotor, unverändert bleibt und die zweite Komponente der Maschine, nämlich das Primärteil oder der Stator an unterschiedliche Anforderungen adaptierbar ist. Das Prinzip soll sowohl für Bausatz- als auch für Gehäusemotoren anwendbar sein.
Die Aufgabe wird gelöst durch Verwendung einer ersten Komponente, insbesondere einem Primärteil oder Stator, mit tragendem Rückenteil, in Verbindung mit einer zweiten Komponente, insbesondere einem Sekundärteil oder Rotor, wobei von dem Rückenteil Zähne zur Aufnahme von Wicklungen abstehen, wobei erste und zweite Zähne vorhanden sind, welche sich in ihrer Länge gemessen in radialer Richtung entlang der Längsachse des Zahnes unterscheiden, wobei die Länge eines Zahnes, betrachtet an denjenigen Seitenflächen des Zahnes, welche den Seitenflächen eines benachbarten Zahnes gegenüberliegen und ebenfalls in radialer Richtung gemessen, im wesentlichen identisch ist, wobei die Zähne derart voneinander beabstandet sind, dass eine konzentrische Wicklung anordenbar ist. Der Vorteil eines solchen Aufbaus liegt darin, dass der Rücken der ersten Komponente mit unterschiedlicher Materialdicke realisierbar ist, so dass die Mindestmaterialdicke, welche für die Stabilität erforderlich ist, stets gewährleistet ist und zusätzliche, aufgrund der Realisierung der Zähne gewonnene Materialstärke, für die Unterbringung von Kühlmitteln genutzt werden kann. Somit ist es möglich eine Maschinenbaureihe zu realisieren, welche bei identischen äußeren Abmessungen mit unterschiedlich konfigurierten ersten Komponenten ausgestattet ist.
Vorteilhafterweise ist die Anzahl derjenigen ersten Zähne mit erster Länge und die Anzahl derjenigen zweiten Zähne mit zweiter Länge identisch. Bevorzugt umfassen die Zähne konzentrische Wicklungen für unterschiedliche Phasen, wobei die Anzahl der derjenigen Zähne mit erster Länge und die Anzahl derjenigen Zähne mit zweiter Länge, welche Wicklungen gleicher Phase tragen, identisch ist. Hierdurch ergibt sich ein symmetrischer Aufbau und damit auch eine symmetrische Feldverteilung.
Ganz besonders bevorzugt ist der Quotient W1:W2 aus der Anzahl der Windungen W1 der ersten Wicklung an dem Zahn mit erster Länge und der Windungen W2 der zweiten Wicklung an dem Zahn mit zweiter Länge im wesentlichen identisch mit dem Quotienten A1:A2 der ersten Querschnittsfläche A1 der ersten Wicklung an dem Zahn mit der ersten Länge und der zweiten Querschnittsfläche A2 der zweiten Wicklung (4) an dem Zahn (3) mit der zweiten Länge ist, so dass gilt: (W1:W2) = A1:A2. Dies bewirkt einen Verlauf der Induzierten Spannung wie bei Maschinen mit identischen Nuthöhen (annähernd Sinusform).
Alternativ kann die Vorrichtung so realisiert sein, dass der Quotient W1:W2 aus der Anzahl der Windungen W1 der ersten Wicklung an dem Zahn mit der ersten Länge und der Anzahl der Windungen W2 der zweiten Wicklung an dem Zahn mit der zweiten Länge multipliziert mit dem Quotienten d1:d2 aus dem Drahtquerschnitt d1 der Windungen W1 der ersten Wicklung und dem Drahtquerschnitt d2 der Windungen W2 der Zweiten Wicklung im wesentlichen identisch mit dem Quotienten A1:A2 der ersten Querschnittsfläche A1 der ersten Wicklung an dem Zahn mit der ersten Länge und der zweiten Querschnittsfläche A2 der zweiten Wicklung an dem Zahn mit der zweiten Länge ist, so dass gilt: (W1:W2)·(d1:d2) = A1:A2. Dies bewirkt ein vollständiges Ausfüllen der Nut und damit eine bessere Wärmeabfuhr.
Ganz besonders vorteilhaft ist die Verteilung der Zähne entlang der Komponente so realisiert, dass stets eine Anzahl von ersten Zähnen auf eine identische Anzahl von zweiten Zähnen folgt und bezüglich der Verteilung Symmetrie entlang des Primärteils besteht. Auch dies wirkt sich positiv auf die Form der induzierten Spannung und die Feldsymmetrien aus.
Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr kann ein Hilfszahn zwischen dem ersten und dem zweiten Zahn vorgesehen werden, welcher bei Bewicklung beider Zähne beide Wicklungen voneinander zumindest teilweise separiert, wobei der Hilfszahn derart ausgebildet ist, dass eine an den ersten und zweiten Zahn angebrachte Wicklung am Hilfszahn anliegen kann.
Die Anzahl von unterschiedlichen Zahnlängen ist dabei nicht auf zwei beschränkt. Auch andere Anzahlen sind möglich, wenn die symmetrische Feldverteilung eingehalten wird und die induzierte Spannung annähernd sinusförmig bleibt. Die oben beschriebenen Merkmale gelten in Fällen mit mehr als zwei unterschiedlichen Zahnlängen analog, d. h. für Maschinen mit Zähnen erster, zweiter, dritter, vierter usw. unterschiedlicher Länge.
Vorteilhafterweise umfasst die erste Komponente Kühlkanäle, welche in denjenigen Regionen des tragenden Rückenteils angeordnet sind, in denen die Materialstärke größer als die Materialmindeststärke ist. Somit wird es möglich die elektrische Maschine zu kühlen und es ist möglich eine Baureihe mit identischen Sekundärteilen zu realisieren, welche sich in der Art der Kühlung unterscheiden.

Bevorzugt beträgt die Zahnzahl innerhalb der ersten Komponente N₁ = i·n·N_1G, wobei i = 2 gesetzt ist, da so Symmetrie in Bewegungsrichtung erzeugt wird, und n eine ganze Zahl darstellt und N_1G der Grundzahl des Wickelschemas entspricht, wobei insbesondere ein Wickelschema von 3/2 oder ¾ oder 6/5 oder 6/7 oder 9/8 oder 9/10 für dreiphasige Antriebe empfohlen wird. Als. sinnvolle Zahn-Polzahl- Kombinationen (N₁/N₂) ergeben sich beispielhaft die in der Tabelle genannten Zahlenkolonnen:

Wickelschema	N₁	N₂	p	i	n	N_1G
3/2	6	4	2	2	1	3
	12	8	4	2	2	3
	18	12	6	2	3	3
¾	6	8	4	2	1	3
	12	16	8	2	2	3
	18	24	12	2	3	3
6/5	12	10	5	2	1	6
	24	20	10	2	2	6
6/7	12	14	7	2	1	6
	24	28	14	2	2	6
9/8	18	16	8	2	1	9
	36	32	16	2	2	9
9/10	18	20	10	2	1	9
	36	40	20	2	2	9

N₁ bezeichnet die Anzahl der Stator- oder Primärteilzähne und N₂ die Anzahl der Rotorpole. Hierdurch wird es möglich die Grundwelle der Maschine festzulegen. Die Bezeichnung des Wickelschemas bezieht sich auf die kleinste Wickeleinheit, so dass die Bezeichnung gleich bleibt, auch wenn vielfache der Zahn- und Polzahlen verwendet werden.
Mit der Erfindung ist es möglich Bausätze für folgende Anwendungen zu realisieren:

– Rotationssymmetrischer Motor mit Stator.
– Linearmotor mit Primärteil.
– Solenoidmotor mit Primärteil.
– Generator mit Primärteil.
– Schweißzangenantrieb.
– Bearbeitungsmaschine, insbesondere Werkzeugmaschine.

Die Anwendungsmöglichkeiten sind nicht abschließend zu sehen und eröffnen Anwendungsfelder auf alten Gebieten der Technik.
Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Figuren.
1 zeigt den Stator einer rotationssymmetrischen elektrischen Maschine mit Rückenteil 1 zur Stabilisierung des Stators, wobei von dem Rückenteil 1 Zähne 2, 3 zur Aufnahme von konzentrischen Wicklungen 4 in radialer Richtung abstehen. Bezugszeichen 6 kennzeichnet Ausnehmungen im Rückenteil 1, welche zur Aufnahme beliebiger Motorkomponenten geeignet sind, sofern diese in den Ausnehmungen unterzubringen sind. Es wäre aber auch denkbar folgende Motorkomponenten innerhalb von Ausnehmungen am Rückenteil der ersten Komponente (Stator, Primärteil) unterzubringen: Kühlrohre, Kühlkanäle, Heat-Pipes, Durchführungen für Leistungs-, Geber-, Bremsleitungen oder Fremdmaschinenkomponenten. Erste 2 und zweite 3 Zähne sind vorhanden, welche sich in ihrer Länge gemessen in radialer Richtung unterscheiden. Die Länge eines einzigen Zahnes 2, 3, betrachtet an denjenigen Seitenflächen 2a, 2b, 3a, 3b des Zahnes 2, 3, welche den Seitenflächen 2a, 2b, 3a, 3b eines benachbarten Zahnes 2, 3 gegenüberliegen, sind im wesentlichen identisch. Dies ist beispielsweise im anfänglich genannten Stand der Technik ( DE 103 02 892 A1 ) nicht der Fall. Es ist im Stand der Technik deutlich zu sehen, dass ein Zahn an seinen beiden Flanken unterschiedliche Längen aufweist, was es unmöglich macht, eine bezüglich der in radialer Richtung gemessenen Zahnlänge symmetrische und konzentrische Wicklung anzubringen. Auch die aus EP 1 578 000 A2 bekannte Vorrichtung ist nicht zur Aufnahme von Wicklungen mit derartigen Merkmalen geeignet, da einige oder aller Zähne nicht das erfindungsgemäße Kriterium von Zähnen mit identisch langen Zahnflanken in radialer Richtung aufweisen. Während bei der Erfindung die Länge der Zahnflanken in radialer Richtung gemessen im wesentlichen identisch ist, so ist die Länge erfindungsgemäßer benachbarter Zähne in radialer Richtung gemessen unterschiedlich. Es können somit Wicklungen mit unterschiedlicher Windungszahl und damit mit unterschiedlicher radialer Länge auf die Zähne aufgebracht werden. Die Zähne 2, 3 bilden zusammen mit dem Rückteil 1 einen Wickelraum mit U-förmigem Querschnitt, wobei die Zähne 2, 3 derart voneinander beabstandet sind, dass eine konzentrische Wicklung 4 an jedem Zahn 2, 3 anordenbar ist. Nach Anbringung von konzentrischen Wicklungen an zwei benachbarten Zähnen 2, 3 füllt diese Wicklung den Raum mit U-förmigem Querschnitt zumindest teilweise aus. In 1 ist eine Wicklung gezeigt, bei der der Quotient W1:W2 aus der Anzahl der Windungen W1 der ersten Wicklung 4 an dem Zahn 2 mit erster Länge und der Windungen W2 der zweiten Wicklung 4 dem Zahn 3 mit zweiter Länge im wesentlichen identisch mit dem Quotienten A1:A2 der ersten Querschnittsfläche A1 der ersten Wicklung 4 an dem Zahn 2 mit der ersten Länge und der zweiten Querschnittsfläche A2 der zweiten Wicklung 4 an dem Zahn (3) mit der zweiten Länge ist, so dass gilt: W1:W2 = A1:A2. Aus 1 ist ebenfalls ersichtlich, dass die Verteilung der Zähne 2, 3 entlang des Primärteils so realisiert ist, dass stets eine Anzahl von ersten Zähnen auf eine identische Anzahl von zweiten Zähnen folgt und somit im Sinne der Erfindung Symmetrie entlang des Primärteils besteht.
2 zeigt eine vom Prinzip her identisch Lösung wie 1. Allerdings sind hier zwischen den Wicklungen 4 sogenannte Zwischenzähne 5 eingebracht, welche die Wärmeabfuhr von den Wicklungen 4 positiv beeinflussen. Zusätzlich sind hier im Gegensatz zu rechteckigen Ausnehmungen 6 wie bei 1 gezeigt U-förmige Ausnehmungen 6 in der dem Gehäuse des Motors (nicht gezeigt) zugewandten Seite des Rückenteils angeordnet. Prinzipiell können die Ausnehmungen alle Querschnittsformen annehmen, solange die Mindestdicke und damit die Stabilität des Rückenteils 1 gewährleistet bleibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1578000 A2 [0003, 0003, 0019]
- DE 10302892 A1 [0004, 0019]

Claims

Erste Komponente, insbesondere Primärteil oder Stator, für eine elektrische Maschine mit Rückenteil (1) zur Stabilisierung, wobei von dem Rückenteil (1) Zähne (2, 3) zur Aufnahme von Wicklungen (4) abstehen, wobei zumindest erste (2) und zweite (3) Zähne vorhanden sind, welche sich in ihrer Länge gemessen in radialer Richtung, unterscheiden dadurch gekennzeichnet, dass die Länge eines Zahnes (2, 3), betrachtet an denjenigen Seitenflächen (2a, 2b, 3a, 3b) des Zahnes (2, 3), welche den Seitenflächen (2a, 2b, 3a, 3b) eines benachbarten Zahnes (2, 3) gegenüberliegen, im wesentlichen identisch ist, wobei die Zähne (2, 3) derart voneinander beabstandet sind, dass eine konzentrische Wicklung (4) anordenbar ist.
Komponente nach Anspruch 1, wobei die Anzahl derjenigen ersten Zähne (2) mit erster Länge und die Anzahl derjenigen zweiten Zähne (3) mit zweiter Länge identisch ist.
Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zähne (2, 3) konzentrische Wicklungen (4) für unterschiedliche Phasen umfassen, wobei die Anzahl der derjenigen Zähne (2) mit erster Länge und die Anzahl derjenigen Zähne (3) mit zweiter Länge, welche Wicklungen gleicher Phase tragen, identisch ist.
Komponente nach Anspruch 3, wobei der Quotient W1:W2 aus der Anzahl der Windungen W1 der ersten Wicklung (4) an dem ersten Zahn (2) mit erster Länge und der Windungen W2 der zweiten Wicklung (4) dem zweiten Zahn (3) mit zweiter Länge im wesentlichen identisch mit dem Quotienten A1:A2 der ersten Querschnittsfläche A1 der ersten Wicklung (4) an dem ersten Zahn (2) mit der ersten Länge und der zweiten Querschnittsfläche A2 der zweiten Wicklung (4) an dem zweiten Zahn (3) mit der zweiten Länge ist, so dass gilt: (W1:W2) = A1:A2.
Komponente nach Anspruch 3, wobei der Quotient W1:W2 aus der Anzahl der Windungen W1 der ersten Wicklung (4) an dem ersten Zahn (2) mit der ersten Länge und der Anzahl der Windungen W2 der zweiten Wicklung (4) dem zweiten Zahn (3) mit der zweiten Länge multipliziert mit dem Quotienten d1:d2 aus dem Drahtquerschnitt d1 der Windungen W1 der ersten Wicklung (4) und dem Drahtquerschnitt d2 der Windungen W2 der zweiten Wicklung (4) im wesentlichen identisch mit dem Quotienten A1:A2 der ersten Querschnittsfläche A1 der ersten Wicklung (4) an dem ersten Zahn (2) mit der ersten Länge und der zweiten Querschnittsfläche A2 der zweiten Wicklung (4) an dem zweiten Zahn (3) mit der zweiten Länge ist, so dass gilt: (W1:W2)·(d1:d2) = A1:A2.
Komponente nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verteilung der Zähne (2, 3) entlang der ersten Komponente so realisiert ist, dass stets eine Anzahl von ersten Zähnen auf eine identische Anzahl von zweiten Zähnen folgt.
Komponente nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Hilfszahn (5) zwischen dem ersten und dem zweiten Zahn (2, 3) vorgesehen ist, welcher bei Bewicklung beider Zähne (2, 3) beide Wicklungen voneinander zumindest teilweise separiert, wobei der Hilfszahn (5) derart ausgebildet ist, dass eine an den ersten (2) und zweiten (3) Zahn angebrachte Wicklung (4) am Hilfszahn (5) anliegen kann.
Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese im Primärteilrücken (1) zumindest eine Ausnehmung (6) umfasst.
Baureihe für eine elektrische Maschinen, wobei in der Baureihe zumindest zwei Komponenten nach Anspruch 8 umfasst sind, welche sich in der Realisierung der Ausnehmung (6) unterscheiden.
Elektrische Maschine mit einer ersten Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei dessen Zahnzahl p = 2·n·N_1G beträgt, wobei n eine ganze Zahl ist und N_1G der Grundzahl des Wickelschemata entspricht.
Elektrische Maschine nach Anspruch 10, wobei diese ein Wickelschema von 3/2 oder ¾ oder 6/5 oder 6/7 oder 9/8 oder 9/10 verwendet.
Rotationssymmetrischer Motor mit Stator, gebildet aus einer Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8.
Linearmotor mit Primärteil gebildet aus einer Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8.
Solenoidmotor mit Primärteil gebildet aus einer Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8.
Generator mit Primärteil gebildet aus einer Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8.
Schweißzangenantrieb mit einem Motor nach einem der Ansprüche 10 bis 14.
Bearbeitungsmaschine, insbesondere Werkzeugmaschine, mit einem Motor nach einem der Ansprüche 10 bis 14.