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WO2011131582A2 - Statoranordnung für eine permanentmagneterregte elektrische maschine - Google Patents

Statoranordnung für eine permanentmagneterregte elektrische maschine Download PDF

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Publication number
WO2011131582A2
WO2011131582A2 PCT/EP2011/056017 EP2011056017W WO2011131582A2 WO 2011131582 A2 WO2011131582 A2 WO 2011131582A2 EP 2011056017 W EP2011056017 W EP 2011056017W WO 2011131582 A2 WO2011131582 A2 WO 2011131582A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stator
tooth
tooth tip
segment
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/056017
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011131582A3 (de
Inventor
Karl-Juergen Roth
Andreas Ewert
Eike Hermann Timm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2011131582A2 publication Critical patent/WO2011131582A2/de
Publication of WO2011131582A3 publication Critical patent/WO2011131582A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the invention generally relates to permanent magnet-excited electrical machines, in particular a stator arrangement of such an electrical machine.
  • An electronically commutated electrical machine such as e.g. a synchronous machine usually has a rotor provided with permanent magnets and a stator provided with stator coils.
  • the stator includes a stator assembly provided with stator teeth wrapped by the individual stator coils.
  • the stator assembly is usually constructed of individual stamped sheets, which are assembled into packages and glued together or overmolded with a suitable material for fixing.
  • the stator coils are placed around the stator teeth, either by winding them directly or by placing pre-wound stator coils on the stator teeth.
  • the skewing can be carried out in the stator and / or in the rotor of a rotary machine in the form of a displacement of the stator teeth or of the rotor poles in the direction of movement of the rotor poles taking place along the direction of the relative movement between the stator teeth and the rotor poles.
  • the skewing can take place continuously or in the form of a so-called pseudo- Bevel be executed.
  • a pseudo-beveling is understood to mean an arrangement in which the stator arrangement and / or the rotor are subdivided in the axial direction into individual unsculled sections which are offset relative to one another with respect to the direction of movement of the rotor poles.
  • a pseudo taper of the rotor generally allows the use of buried permanent magnets.
  • the efficiency of an electric machine with a pseudo-skewed rotor compared to a continuous-skewed rotor is lower, and it is usually necessary to divide the rotor in the axial direction into more than two rotor sections circumferentially offset from each other In order to achieve a similar efficiency as a rotor with a continuous slope. This leads to high magnetic and assembly costs.
  • the provision of a continuous skew in the stator assembly can be carried out so that the winding of the stator coils is applied to a stack of loose laminations and then the laminations are offset from each other, so that a skew of the individual stator teeth.
  • the laminations are then fixed by means of a known method, for example by welding or gluing, so that these to a disk set get connected. This process is very complex and limits the possible winding technique. Segmented Statoranowski can be produced with this technique is not or only very expensive.
  • a pseudo bevel in the stator arrangement is known, for example, from DE10348401 A1.
  • a stator assembly having a plurality of blocks arranged in the axial direction is shown, each of which forms common tooth shanks which extend in the axial direction without steps, and in which the tooth tips of a stator tooth formed by a plurality of blocks are offset relative to each other in the circumferential direction.
  • this has the disadvantage that in adjacent blocks, the distance between a portion of a tooth tip of a stator tooth and a portion of a tooth tip of an adjacent stator tooth may be small or even touch the portions, so that a stray flux occurs between these portions, the torque can significantly reduce the electrical machine.
  • stator according to claim 1 This object is achieved by the stator according to claim 1 and by the stator assembly, the stator and the electric machine according to the independent claims.
  • a stator segment for constructing a linear or circular stator arrangement.
  • the stator segment comprises: at least one stator tooth, comprising:
  • a toothed shaft extending in a first direction; a tooth tip that closes the tooth shaft in the first direction and that has at least two tooth tip portions that are in a second direction perpendicular to the first direction adjacent to each other, wherein at least a first end of the tooth tip portions project from the stator tooth with respect to a third direction perpendicular to the first and second directions with a different tooth tip protrusion, a base part extending in the third direction and the tooth shaft of the at least one stator tooth is arranged at the opposite end of the tooth head;
  • the width or the segment angle of the base part in the third direction is greater than the width or the segment angle between the respective outer ends of the tooth tip sections in the third direction.
  • An idea of the present invention is to provide a stator tooth for the construction of a stator assembly of an electrical machine, in which the skew is designed as a stator bevel in the form of a pseudo taper.
  • the pseudo bevel is achieved by a substantially stepless tooth shaft, are placed on the stator tooth sections, which differ in their geometry and / or their positioning on the tooth socket.
  • tooth tip portions are formed on the stator tooth along the second direction in a third direction corresponding to a moving direction of rotor poles of the electric machine offset from the stator teeth.
  • at least one of the tooth tip portions has a larger tip protrusion at the first end than at its opposite end. This leads to a corresponding displacement of the magnetic flux from the axis of the tooth shank of the stator tooth in a direction perpendicular to the first direction (extension direction of the tooth shank).
  • the first end of one of the tooth head sections can not have a tooth head overhang.
  • the tooth head portions may each have a rectangular cross-section with respect to the first direction. Further, second ends of the tooth tip portions facing the first end with respect to the third direction may protrude from the stator tooth with a different tooth tip protrusion.
  • At least two tooth tip sections have equal widths in the second direction.
  • the tooth head projections of the respective end of the at least two tooth head sections can be reduced along the second direction.
  • tooth head projections of the respective further end of the at least two tooth head sections can increase along the second direction.
  • the tooth head projections of the respective end of the at least two tooth can gropf sections along the second direction alternately increase and decrease.
  • the width or the segment angle between the respective outer ends of the tooth head sections in the third direction is less than 80% of the width or the segment angle of the base part in the third direction.
  • stator assembly comprises:
  • stator teeth each comprising:
  • a toothed shaft extending in a first direction; a tooth tip that closes the tooth shaft in the first direction and that has at least two tooth tip portions adjacent to each other in a second direction perpendicular to the first direction, wherein a first end of the tooth tip portions is in a third direction perpendicular to the first and second directions protrude a different tooth head projection of the stator tooth,
  • stator body which extends in the third direction and at which the tooth shanks of the stator teeth Weil are arranged with their end opposite the tooth tip, wherein between the tooth tip portions of adjacent stator teeth, a groove is formed;
  • the distance or the angle between the first end of a first tooth tip portion of a first stator tooth and a relation to the third direction opposite the first end second end of a second tooth tip portion of an adjacent second stator tooth exceeds a predetermined minimum value, wherein the second tooth tip portion to a first tooth tip portion of the second stator tooth adjacent to the first tooth tip portion of the first stator tooth with respect to the third direction.
  • stator can be formed nik Vietnamese formig for use in a rotary electric machine or flat for use in a translatory electric machine.
  • stator for an electric machine with the above stator arrangement wherein the stator teeth are each wound by at least one stator coil.
  • an electric machine is provided with the above stator assembly and a rotor having a number of rotor poles.
  • the predetermined minimum value may correspond to an angle greater than an offset angle resulting from 360 ° divided by the product of the number of detent positions of the electric machine and the number of stator tooth portions of a stator tooth, the number of detent positions is determined by the least common multiple of the number of slots of the stator assembly and the number of rotor poles.
  • Figure 1 is a sectional view of an electric machine
  • Figure 2 is a perspective view of a stator segment
  • FIGS 3a and 3b different laminations for the construction of
  • FIGS. 4a and 4b show different compositions of the stator tooth sections in the axial direction.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a rotary electric machine 1 perpendicular to an axial direction (second direction).
  • FIG. 1 shows an internal-rotor machine with a stator 2 and a rotor 3 embodied as a rotor.
  • the stator 2 comprises a stator assembly 4, which is formed circular cylindrical and defines a likewise circular cylindrical inner recess 5.
  • the stator arrangement 4 comprises a stator body, which carries a number of stator teeth 6 protruding inwardly in the direction of the inner recess 5, which stator teeth are arranged substantially equidistantly on an inner surface of the stator arrangement 4.
  • the stator teeth 6 each have at the inwardly facing end a tooth head 7, which represents a widening of the stator teeth 6 at least in a circumferential direction U (third direction) of the circular cylindrical inner recess 5.
  • the rotor 3 is rotatably mounted about the axial direction (second direction) on a rotation axis D and provided with permanent magnets 7.
  • the permanent magnets 7 are arranged as "buried" magnets, ie inside the rotor, in so-called pockets, so that rotor bars 3 are formed on the rotor 3, each corresponding to an area in the circumferential direction of the rotor 3 in which a direction of magnetization prevails Magnetization direction of the permanent magnet 7 corresponds to a radial direction R (first direction) with respect to the rotation axis D of the rotor 3.
  • the stator teeth 6 of the stator assembly 4 are each wound with a stator coil 8 in the present example.
  • the stator coils 8 are electrically connected in a suitable manner and alternately energized by a control unit (not shown) to provide a circulating magnetic field inside the electric machine 1.
  • the stator assembly 4 is constructed with individual, preferably similar, stator segments 10, which are manufactured individually and are preferably provided with the respective stator coil 8 before they are e.g. be assembled by welding or with the aid of a clamping ring to the circular cylindrical stator 2.
  • the stator segments 10 may be formed identically and at their respective lateral connection surfaces 1 1, with which the individual stator segments 10 abut each other, have a contour to a better connection between the individual stator segments 10 and a better adjustment or alignment of the individual stator segments 10 to each other to enable.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a stator segment 10
  • Stator segment 10 has a projection 12 at a first 1 1 a of the connection surfaces and a recess in the form of a groove 13 at an opposite second 1 1 b of the connection surfaces 1 1.
  • mutually adjacent stator segments 10 for example according to a tongue and groove principle, can be connected to one another in the stator arrangement 4 so that at least one fixation in the radial direction R is achieved.
  • Other contouring of the connection surfaces 1 1 a, 1 1 b are conceivable, in particular so that a connection of two adjacent stator segments 10 is simplified.
  • the stator 10 has a base portion 14 with a predetermined Statorsegmentbreite B (in rotary machines indicated in an angle and in the case of translational machines, in a circumferential dimension) in the circumferential direction.
  • Statorsegmentbreite B in rotary machines indicated in an angle and in the case of translational machines, in a circumferential dimension
  • the stator tooth 6 is substantially perpendicular.
  • the stator tooth 6 extends essentially in the axial direction A and in the radial direction R, starting from the base part 14 in the direction of the inner recess 5 and has a tooth tip 7 at its end opposite the base part 14.
  • the number of stator teeth 6 projecting from the stator segment 10 is not limited to one, but two stator teeth 6 or more than two stator teeth 6 may also be provided on a stator segment 10.
  • the tooth head 7 is divided into two and is at least one side with respect to a center axis M of the stator tooth 6, which extends in the radial direction R centrally through the stator tooth 6, in the circumferential direction U or generally in the direction of movement of the rotor poles on the stator teeth over from the stator tooth 6.
  • the stator tooth 6 is divided in the embodiment shown in two stator tooth sections 6a and 6b, which differ from each other only with respect to the arrangement of the respective tooth tip portion 7a, 7b.
  • a first 6a of the stator tooth sections has a first tooth tip 7a.
  • the first tooth head 7a projects in a first circumferential direction from the first stator tooth section 6a around a first tooth head projection a1.
  • the first tooth head 7a projects in a second of the first opposite circumferential direction from the first stator tooth section 6a around a second tooth head projection a2.
  • the tooth head projections are given in the present stator for a rotary machine in segment angle degree. In a translational stator, the tooth head projections could be determined by a length specification.
  • the second tooth head 7b protrudes from the second stator tooth section 6b in the first circumferential direction about a third tooth head projection b1. Furthermore, in the second circumferential direction, the second tooth head 7a projects from the second stator tooth section 6b around a fourth tooth head projection b2.
  • the first tooth head projection a1 is larger than the third tooth head projection b1 and the fourth tooth head projection b2 is larger than the second tooth head a2.
  • the first and third tooth head protrusions a1, b1 or the second and fourth tooth head protrusions a2, b2 differ from one another.
  • a step-shaped configuration of the tooth head 7 is obtained, which in the axial direction A results, in sections, in a different embodiment of the magnetic field generated by the stator coil 8 surrounding the stator tooth 6.
  • the staggered formation of the tooth tip portions 7a, 7b, a so-called pseudo bevel is achieved, which has a similar effect in terms of reducing the torque fluctuations, as would be the case with a continuous skew.
  • each largest tooth head projections of the tooth head sections in the first circumferential direction and the largest tooth head projections Tooth tip portions in the second circumferential direction give a width or a segment angle which is less than the width or the segment angle B of the base part 14. In the illustrated embodiment, this means: a1 + b2 ⁇ B.
  • Tooth head portions so to ensure that the following condition applies in order to keep the leakage fluxes between adjacent stator teeth low: a1 + b2> (100% - NB) * B - 3607 n latch / n Zah nkopfabête
  • FIGS. 3 a and 3 b Individual laminations 21, 22 are shown in FIGS. 3 a and 3 b, with which a stator segment 10 can be produced.
  • the laminations 21, 22 are stacked. By stacking the first laminations 21 and the second laminations 22, the individual stator tooth sections 6a, 6b are arranged one above the other in the axial direction.
  • the laminations 21, 22 are designed so that the respective base parts 14 and the areas that form the toothed shaft of the stator tooth 6 are formed congruent and differ only by the structure of the tooth tip 7.
  • the tooth head structure of the second lamella plate 22 of FIG. 3b is further in the second circumferential direction away from the tooth shaft of the stator tooth 6 than in the first circumferential direction opposite thereto.
  • stator toothed tooth 10 in the manner described above offers the advantage that the toothed shaft of the stator tooth 6 has an unevenness in the axial direction A, i. its side surface parallel to the axial direction A has no gradation due to the composition of the toothed segment sections 10. As a result, there are no disadvantages in the winding of the stator tooth 6. As a result, a stator segment 10 constructed in this way by stacking the first and second laminations 21, 22 is easy to wind and thus easy to manufacture. Furthermore, a stator tooth 6 of such a stator segment 10 can be simpler
  • Manner be covered with an insulating mask, for example by means of two axial available about U-shaped plastic parts, which completely surround the toothed shaft of the stator tooth 6 substantially. This insulation of the toothed shaft formed by the U-shaped plastic parts can subsequently be wound with the windings of the stator coil 8.
  • the arrangement of the individual sections of the stator tooth 6 is essentially arbitrary as long as there is at least one step on one side of a tooth head 7 in the circumferential direction.
  • FIG. 4 a shows an example of the arrangement of three stator tooth sections in the axial direction A schematically. It can be seen that three stator tooth sections 6a, 6b, 6c adjoin one another in the axial direction A, whose tooth head sections 7a, 7b, 7c each have the same width and are offset from one another along the axial direction A in the same circumferential direction.
  • FIG. 4b shows a case in which the stator tooth sections 6a, 6b, 6c are arranged such that, in the case of two adjacent steps, each extend at a transition between two axially adjacent stator tooth sections 6a, 6b, 6c in opposite circumferential directions.
  • two different topologies of stator tooth sections 6a, 6b, 6c may be provided with two different tooth head sections alternately arranged in the axial direction.
  • FIGS. 4a and 4b show the arrangement of three stator tooth sections 6a, 6b, 6c joined together in the axial direction.
  • any number of stator tooth sections 6a, 6b, 6c to be stacked is conceivable.
  • Each stator tooth section 6a, 6b, 6c may be constructed, as described above, with one or more individual laminations 21, 22. It is therefore also possible, packages from one or more first and second laminations 21, 22 of Figures 3a and 3b to stack alternately one above the other, so as to achieve the most uniform distribution of the magnetic field lines in the axial direction.
  • the above arrangement of the tooth tip portions of the stator teeth can be used both in rotary electric machines, for example in internal rotor motors, as shown above, and in an analogous manner in external rotor motors, as well as translational electric machines. Furthermore, the above arrangement of the tooth tip portions of the stator teeth can be applied to electric machines with untapered travelers

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Statorsegment (10) zum Aufbau einer linearen oder kreisförmigen Statoranordnung (4), umfassend: mindestens einen Statorzahn (6), umfassend: einen Zahnschaft, der sich in einer ersten Richtung erstreckt; einen Zahnkopf (7), der den Zahnschaft in der ersten Richtung abschließt und der mindestens zwei Zahnkopfabschnitte (7a, 7b) aufweist, die in einer zur ersten Richtung senkrechten, zweiten Richtung aneinander angrenzen, wobei mindestens ein erstes Ende der Zahnkopfabschnitte (7a, 7b) bezüglich einer zu der ersten und zweiten Richtung senkrechten, dritten Richtung mit einem unterschiedlichen Zahnkopfüberstand von dem Statorzahn (6) abstehen, ein Basisteil (14), das sich in der dritten Richtung erstreckt und das an dem Zahnschaft des mindestens einen Statorzahns (6) an dem dem Zahnkopf (7) gegenüberliegenden Ende angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Breite bzw. der Segmentwinkel des Basisteils (14) in der dritten Richtung größer ist als die Breite bzw. der Segmentwinkel zwischen den jeweils äußeren Enden der Zahnkopfabschnitte (7a, 7b) in dritter Richtung.

Description

Beschreibung Titel
Statoranordnung für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen permanentmagneterregte elektrische Maschinen, insbesondere eine Statoranordnung einer derartigen elektrischen Maschine.
Stand der Technik
Eine elektronisch kommutierte elektrische Maschine, wie z.B. eine Synchronmaschine, weist üblicherweise einen mit Permanentmagneten versehenen Läufer und einen mit Statorspulen versehenen Stator auf. Der Stator umfasst eine Statoranordnung, der mit Statorzähnen versehen ist, die durch die einzelnen Statorspulen umwickelt sind. Die Statoranordnung ist üblicherweise aus einzelnen gestanzten Blechen aufgebaut, die zu Paketen zusammengefügt sind und miteinander verklebt oder mit einem geeigneten Material zur Fixierung umspritzt werden. Die Statorspulen werden um die Statorzähne angeordnet, entweder indem diese direkt bewickelt werden oder indem vorab gewickelte Statorspulen auf die Statorzähne aufgesetzt werden.
Zur Realisierung einer elektrischen Maschine, bei der eine Drehmomentenschwankung im Leerlauf und unter Last möglichst minimiert werden soll und bei der die Geräuschentwicklung minimiert ist, ist eine sogenannte Schrägung notwendig. Die Schrägung kann im Stator und/oder im Läufer einer rotatorischen Maschine in Form eines entlang der Richtung der Relativbewegung zwischen den Statorzähnen und den Rotorpolen erfolgenden Versatzes der Statorzähne bzw. der Rotorpole in Bewegungsrichtung der Rotorpole vorgenommen sein. Die Schrägung kann kontinuierlich verlaufen oder in Form einer sogenannten Pseu- doschrägung ausgeführt sein. Unter einer Pseudoschrägung versteht man eine Anordnung, bei der die Statoranordnung und/oder der Läufer in axialer Richtung in einzelne ungeschrägte Abschnitte unterteilt sind, die bezüglich der Bewegungsrichtung der Rotorpole gegeneinander versetzt sind.
Wenn eine elektrische Maschine mit einer Schrägung aufgebaut wird, erfolgt dies bislang über eine kontinuierliche Schrägung des Stators oder des Läufers oder über eine Pseudoschrägung des Läufers mit Hilfe von Läufersegmenten. Eine kontinuierliche Schrägung des Läufers erfordert die Verwendung von Oberflächenmagneten, die schräg zur axialen Richtung (bei rotatorischen Maschinen) bzw. schräg zur Bewegungsrichtung der Läuferpole magnetisiert werden. Die Kosten solcher Permanentmagnete bzw. deren Magnetisierung und die Möglichkeiten zur Befestigung derartiger Permanentmagnete an dem Läufer sind bei einer solchen Lösung aufwendig. Weiterhin wird durch ein bei einer solchen Ausgestaltung benötigtes Schutzrohr der Luftspalt vergrößert, wodurch die Leistungsdichte der Maschine begrenzt wird.
Aus der Druckschrift EP 1 447 901 A2 ist eine Pseudoschrägung eines Rotors einer elektrischen Maschine bekannt, bei der in axialer Richtung mehrere Rotorabschnitte in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
Eine Pseudoschrägung des Läufers lässt allgemein die Verwendung von vergrabenen Permanentmagneten zu. Der Wirkungsgrad einer elektrischen Maschine mit einem Läufer mit Pseudoschrägung im Vergleich zu einem Läufer mit einer kontinuierlichen Schrägung ist jedoch geringer und es ist in der Regel erforderlich, den Läufer in axialer Richtung in mehr als zwei Läuferabschnitte zu unterteilen, die zueinander in Umfangsrichtung versetzt montiert sind, um einen ähnlichen Wirkungsgrad wie bei einem Läufer mit einer kontinuierlichen Schrägung zu erreichen. Dies führt zu hohen Magnet- und Montagekosten.
Das Vorsehen einer kontinuierlichen Schrägung in der Statoranordnung kann so durchgeführt werden, dass die Wicklung der Statorspulen auf einen Stapel loser Blechlamellen aufgebracht wird und anschließend werden die Blechlamellen gegeneinander versetzt, so dass eine Schrägung der einzelnen Statorzähne entsteht. Die Blechlamellen werden danach mit Hilfe eines bekannten Verfahrens fixiert, z.B. durch Schweißen bzw. Kleben, so dass diese zu einem Lamellenpaket verbunden werden. Dieses Verfahren ist sehr aufwändig und beschränkt die mögliche Wickeltechnik. Segmentierte Statoranordnungen lassen sich mit dieser Technik nicht oder nur sehr aufwendig herstellen.
Das Vorsehen einer Pseudoschrägung in der Statoranordnung ist beispielsweise aus DE10348401 A1 bekannt. Dort ist eine Statoranordnung mit mehreren in axialer Richtung aufeinander angeordneten Blöcken gezeigt, die jeweils gemeinsame Zahnschafte bilden, die sich stufenfrei in axialer Richtung erstrecken, und bei denen die Zahnköpfe eines durch mehrere Blöcke gebildeten Statorzahns bei benachbarten Blöcken zueinander in Umfangsrichtung versetzt sind. Dies hat jedoch den Nachteil, dass bei benachbarten Blöcken der Abstand zwischen einem Abschnitts eines Zahnkopfs eines Statorzahns und einem Abschnitt eines Zahnkopfs eines benachbarten Statorzahns gering sein kann oder sich die Abschnitte sogar berühren können, so dass ein Streufluss zwischen diesen Abschnitten auftritt, der das Drehmoment der elektrischen Maschine erheblich reduzieren kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine mit einer Statoranordnung zur Verfügung zu stellen, die eine Schrägung aufweist und die in einfacher Weise herstellbar und bewickelbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch das Statorsegment gemäß Anspruch 1 sowie durch die Statoranordnung, den Stator und die elektrische Maschine gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Statorsegment zum Aufbau einer linearen oder kreisförmigen Statoranordnung vorgesehen. Das Statorsegment umfasst: mindestens einen Statorzahn, umfassend:
einen Zahnschaft, der sich in einer ersten Richtung erstreckt; einen Zahnkopf, der den Zahnschaft in der ersten Richtung abschließt und der mindestens zwei Zahnkopfabschnitte aufweist, die in einer zur ersten Richtung senkrechten, zweiten Richtung aneinander angrenzen, wobei mindestens ein erstes Ende der Zahnkopfabschnitte bezüglich einer zu der ersten und zweiten Richtung senkrechten, dritten Richtung mit einem unterschiedlichen Zahnkopfüberstand von dem Statorzahn abstehen, ein Basisteil, das sich in der dritten Richtung erstreckt und das an dem Zahnschaft des mindestens einen Statorzahns an dem dem Zahnkopf gegenüberliegenden Ende angeordnet ist;
dadurch gekennzeichnet, dass die Breite bzw. der Segmentwinkel des Basisteils in der dritten Richtung größer ist als die Breite bzw. der Segmentwinkel zwischen den jeweils äußeren Enden der Zahnkopfabschnitte in dritter Richtung.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Statorzahn für den Aufbau einer Statoranordnung einer elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellen, bei dem die Schrägung als Statorschrägung in Form einer Pseudoschrä- gung ausgeführt ist. In vorteilhafter Weise wird die Pseudoschrägung durch einen im Wesentlichen stufenfreien Zahnschaft erreicht, auf den Statorzahnabschnitte aufgesetzt sind, die sich in ihrer Geometrie und/oder ihrer Positionierung auf dem Zahnschaft unterscheiden. Dabei sind Zahnkopfabschnitte an dem Statorzahn entlang der zweiten Richtung in einer dritten Richtung, die einer Bewegungsrichtung von Läuferpolen der elektrischen Maschine entspricht, versetzt an den Statorzähnen ausgebildet. Mit anderen Worten hat mindestens einer der Zahnkopfabschnitte an dem ersten Ende einen größeren Zahnkopfüberstand als an seinem gegenüberliegenden Ende. Dies führt zu einer entsprechenden Verlagerung des Magnetflusses aus der Achse des Zahnschafts des Statorzahns in einer Richtung senkrecht zur ersten Richtung (Erstreckungsrichtung des Zahnschaftes).
Weiterhin kann das erste Ende einer der Zahnkopfabschnitte keinen Zahnkopfüberstand aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Zahnkopfabschnitte jeweils einen rechteckigen Querschnitt bezüglich der ersten Richtung aufweisen. Ferner können zweite Enden der Zahnkopfabschnitte, die bezüglich der dritten Richtung dem ersten Ende gegenüberliegen, mit einem unterschiedlichen Zahnkopfüberstand von dem Statorzahn abstehen.
Es kann vorgesehen sein, dass mindestens zwei Zahnkopfabschnitte gleiche Breiten in der zweiten Richtung aufweisen.
Insbesondere können sich die Zahnkopfüberstände des jeweiligen Endes der mindestens zwei Zahnkopfabschnitte entlang der zweiten Richtung verringern.
Weiterhin können sich die Zahnkopfüberstände des jeweiligen weiteren Endes der mindestens zwei Zahnkopfabschnitte entlang der zweiten Richtung vergrößern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können sich die Zahnkopfüberstände des jeweiligen Endes der mindestens zwei Zahn köpf abschnitte entlang der zweiten Richtung wechselweise vergrößern und verkleinern.
Es kann vorgesehen sein, dass die Breite bzw. der Segmentwinkel zwischen den jeweils äußeren Enden der Zahnkopfabschnitte in dritter Richtung weniger als 80% der Breite bzw. des Segmentwinkels des Basisteils in der dritten Richtung beträgt.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Statoranordnung vorgesehen. Die Statoranordnung umfasst:
mehrere Statorzähne, jeweils umfassend:
einen Zahnschaft, der sich in einer ersten Richtung erstreckt; einen Zahnkopf, der den Zahnschaft in der ersten Richtung abschließt und der mindestens zwei Zahnkopfabschnitte aufweist, die in einer zur ersten Richtung senkrechten, zweiten Richtung aneinander angrenzen, wobei ein erstes Ende der Zahnkopfabschnitte bezüglich einer zu der ersten und zweiten Richtung senkrechten, dritten Richtung mit einem unterschiedlichen Zahnkopfüberstand von dem Statorzahn abstehen,
ein flächiger oder kreiszylinderförmiger Statorkörper, der sich in der dritten Richtung erstreckt und an dem die Zahnschäfte der Statorzähne je- weils mit ihrem dem Zahnkopf gegenüberliegenden Ende angeordnet sind, wobei zwischen den Zahnkopfabschnitten benachbarter Statorzähne eine Nut ausgebildet ist;
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand bzw. der Winkel zwischen dem ersten Ende eines ersten Zahnkopfabschnittes eines ersten Statorzahns und einem bezüglich der dritten Richtung dem ersten Ende gegenüberliegen zweiten Ende eines zweiten Zahnkopfabschnittes eines benachbarten zweiten Statorzahns einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet, wobei der zweite Zahnkopfabschnitt zu einem ersten Zahnkopfabschnitt des zweiten Statorzahns benachbart ist, der bezüglich der dritten Richtung dem ersten Zahnkopfabschnitt des ersten Statorzahns gegenüberliegt.
Weiterhin kann der Statorkörper kreiszylinderformig zum Einsatz für eine rotatorische elektrische Maschine oder flächig zum Einsatz in einer translatorischen elektrischen Maschine ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Stator für eine elektrische Maschine mit der obigen Statoranordnung vorgesehen, wobei die Statorzähne jeweils von mindestens einer Statorspule umwickelt sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine elektrische Maschine mit der obigen Statoranordnung und einem Läufer mit einer Anzahl von Läuferpolen vorgesehen.
Insbesondere kann bei einem kreisförmigen Statorkörper der vorgegebene Mindestwert einem Winkel entsprechen, der größer ist als ein Versatzwinkel, der sich aus 360° dividiert durch das Produkt der Anzahl der Raststellungen der elektrischen Maschine und der Anzahl der Statorzahnabschnitte eines Statorzahns ergibt, wobei die Anzahl der Raststellungen durch das kleinste gemeinsame Vielfache der Anzahl der Nuten der Statoranordnung und der Anzahl der Läuferpole bestimmt ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines Statorsegments;
Figuren 3a und 3b verschiedene Blechschnitte zum Aufbau der
Statorzahnabschnitte der Figur 2; und
Figuren 4a und 4b verschiedene Zusammensetzungen der Statorzahnabschnitte in axialer Richtung.
Beschreibung von Ausführungsformen
In Figur 1 ist eine Schnittansicht einer rotatorischen elektrischen Maschine 1 senkrecht zu einer axialen Richtung (zweite Richtung) dargestellt. Figur 1 zeigt eine Innenlaufermaschine mit einem Stator 2 und einem als Rotor ausgebildeten Läufer 3.
Der Stator 2 umfasst eine Statoranordnung 4 auf, die kreiszylindrisch ausgebildet ist und eine ebenfalls kreiszylindrische Innenausnehmung 5 definiert. Die Statoranordnung 4 umfasst einen Statorkörper, der eine Anzahl nach Innen in Richtung der Innenausnehmung 5 abstehender Statorzähne 6 trägt, die im Wesentlichen äquidistant an einer Innenfläche der Statoranordnung 4 angeordnet sind. Die Statorzähne 6 weisen jeweils an dem nach innen weisenden Ende einen Zahnkopf 7 auf, der eine Verbreiterung der Statorzähne 6 zumindest in einer Um- fangsrichtung U (dritte Richtung) der kreiszylindrischen Innenausnehmung 5 darstellt.
Der Läufer 3 ist um die axiale Richtung (zweite Richtung) an einer Drehachse D drehbeweglich gelagert und mit Permanentmagneten 7 versehen. Die Permanentmagneten 7 sind als„vergrabene" Magnete, d.h. im Inneren des Läufers, in so genannten Taschen angeordnet, so dass an dem Läufer 3 Läuferpole ausgebildet werden, die jeweils einem Bereich in Umfangsrichtung des Läufers 3 entsprechen, in dem eine Magnetisierungsrichtung vorherrscht. Die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagneten 7 entspricht einer radialen Richtung R (erste Richtung) bezüglich der Drehachse D des Läufers 3. Die Statorzähne 6 der Statoranordnung 4 sind im vorliegenden Beispiel jeweils mit einer Statorspule 8 umwickelt. Die Statorspulen 8 werden in geeigneter Weise elektrisch angeschlossen und durch eine (nicht gezeigte) Steuereinheit wechselweise bestromt, um ein umlaufendes Magnetfeld im Inneren der elektrischen Maschine 1 zu schaffen.
Die Statoranordnung 4 ist mit einzelnen, vorzugsweise gleichartigen Statorsegmenten 10 aufgebaut, die einzeln gefertigt werden und vorzugsweise mit der jeweiligen Statorspule 8 versehen werden, bevor diese z.B. durch Schweißen oder mit Hilfe eines Spannrings zu dem kreiszylinderförmigen Stator 2 zusammengesetzt werden. Die Statorsegmente 10 können identisch ausgebildet sein und an ihren jeweiligen seitlichen Anschlussflächen 1 1 , mit denen die einzelnen Statorsegmente 10 aneinander anliegen, eine Kontur aufweisen, um eine bessere Verbindung zwischen den einzelnen Statorsegmenten 10 und eine bessere Justage bzw. Ausrichten der einzelnen Statorsegmente 10 zueinander zu ermöglichen.
Um Drehmomentenschwankungen einer derartigen elektrischen Maschine im Leerlauf und unter Last zu reduzieren sowie die Geräuschentwicklung zu minimieren, kann vorgesehen sein, eine Schrägung der Statoranordnung 4 vorzuse- hen. Bei einer Schrägung sind die Statorzähne 6 üblicherweise entlang der axialen Richtung A des zylinderförmigen Stators 2 in Umfangsrichtung zueinander versetzt. Der Versatz kann im Allgemeinen kontinuierlich oder stufenförmig erfolgen. In Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Statorsegments 10. Das
Statorsegment 10 weist an einer ersten 1 1 a der Anschlussflächen einen Vorsprung 12 und an einer gegenüberliegenden zweiten 1 1 b der Anschlussflächen 1 1 eine Ausnehmung in Form einer Nut 13 auf. Auf diese Weise können einander in der Statoranordnung 4 zueinander benachbarte Statorsegmente 10, z.B. ge- mäß einem Nut-Feder-Prinzip miteinander verbunden werden, so dass zumindest eine Fixierung in radialer Richtung R erreicht wird. Auch andere Konturie- rungen der Anschlussflächen 1 1 a, 1 1 b sind denkbar, insbesondere so dass eine Verbindung von zwei benachbarten Statorsegmenten 10 vereinfacht wird. Das Statorsegment 10 weist ein Basisteil 14 mit einer vorgegebenen Statorsegmentbreite B (bei rotatorischen Maschinen in einem Winkelmaß angegeben und bei translatorischen Maschinen in einem Längenmaß angegeben) in Umfangs- richtung auf. Von dem Statorsegment 10 steht der Statorzahn 6 im Wesentlichen senkrecht ab. Der Statorzahn 6 verläuft im Wesentlichen in axialer Richtung A und in radialer Richtung R ausgehend von dem Basisteil 14 in Richtung der In- nenausnehmung 5 und weist an seinem dem Basisteil 14 entgegengesetzten Ende einen Zahnkopf 7 auf. Die Anzahl der von dem Statorsegment 10 abstehenden Statorzähne 6 ist nicht auf eines beschränkt, sondern es können auch zwei Statorzähne 6 oder mehr als zwei Statorzähne 6 an einem Statorsegment 10 vorgesehen sein.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist der Zahnkopf 7 zweigeteilt und steht zumindest einseitig bezüglich einer Mittenachse M des Statorzahns 6, die in radialer Richtung R mittig durch den Statorzahn 6 verläuft, in Umfangsrichtung U bzw. allgemein in Bewegungsrichtung der Rotorpole an den Statorzähnen vorbei von dem Statorzahn 6 ab.
Der Statorzahn 6 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel in zwei Statorzahnabschnitte 6a und 6b aufgeteilt, die sich lediglich bezüglich der Anordnung des jeweiligen Zahnkopfabschnittes 7a, 7b voneinander unterscheiden. Ein erster 6a der Statorzahnabschnitte weist einen ersten Zahnkopf 7a auf. Der erste Zahnkopf 7a steht in einer ersten Umfangsrichtung von dem ersten Statorzahnabschnitt 6a um einen ersten Zahnkopfüberstand a1 ab. Weiterhin steht der erste Zahnkopf 7a in einer zweiten der ersten entgegengesetzten Umfangsrichtung von dem ersten Statorzahnabschnitt 6a um einen zweiten Zahnkopfüberstand a2 ab. Die Zahnkopfüberstände sind bei dem vorliegenden Stator für eine rotatorische Maschine in Segmentwinkelgrad angegeben. Bei einem translatorischen Stator könnten die Zahnkopfüberstände durch eine Längenangabe bestimmt sein. Analog steht der zweite Zahnkopf 7b in der ersten Umfangsrichtung von dem zweiten Statorzahnabschnitt 6b um einen dritten Zahnkopfüberstand b1 ab. Weiterhin steht der zweite Zahnkopf 7a in der zweiten Umfangsrichtung von dem zweiten Statorzahnabschnitt 6b um einen vierten Zahnkopfüberstand b2 ab.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Zahnkopfüberstand a1 größer als der dritte Zahnkopfüberstand b1 und der vierte Zahnkopfüberstand b2 größer als der zweite Zahn köpf überstand a2. Um eine einer kontinuierlichen Schrägung vergleichbare Wirkung zu erzielen, kann es bereits ausreichend sein, wenn der erste und der dritte Zahnkopfüberstand a1 , b1 oder der zweite und der vierte Zahnkopfüberstand a2, b2 voneinander abweichen. Mit anderen Worten ist es wesentlich, das mindestens eine Seite eines Zahnkopfabschnittes 7a, 7b bezüglich der gleichen Seite eines weiteren Zahnkopfabschnittes 7a, 7b versetzt aus- gebildet ist, um so in Umfangrichtung der Läuferpole des Läufers 3 eine Verschiebung der radialen Magnetfeldlinien des betreffenden Statorzahns 6 entlang der axialen Richtung A zu erreichen. Da die Topologie des Zahnkopfes 7 die Ausbildung der Magnetfeldlinien wesentlich beeinflusst, kann somit ein Versatz des durch den Statorzahn 6 gebildeten Magnetfeldes für jeden Statorzah- nabschnitt 6a, 6b erreicht werden.
Auf diese Weise erhält man eine stufenförmige Ausgestaltung des Zahnkopfes 7, die in axialer Richtung A abschnittsweise zu einer unterschiedlichen Ausbildung des Magnetfeldes führt, das durch die den Statorzahn 6 umgebenden Statorspule 8 erzeugt wird. Durch die versetzte Ausbildung der Zahnkopfabschnitte 7a, 7b wird eine sogenannte Pseudoschrägung erreicht, die eine ähnliche Wirkung hinsichtlich der Reduzierung der Drehmomentenschwankungen aufweist, wie dies bei einer kontinuierlichen Schrägung der Fall wäre.
Um zu vermeiden, dass die Statorzahnabschnitte von benachbarten Zähnen einen zu geringen Abstand zueinander aufweisen, was zu Streuflüssen und damit zu einer Reduzierung des erreichbaren Drehmomentes führen würde, ist vorgesehen, dass jeweils größten Zahnkopfüberstände der Zahnkopfabschnitte in der ersten Umfangsrichtung und die jeweils größten Zahnkopfüberstände der Zahnkopfabschnitte in der zweiten Umfangsrichtung eine Breite bzw. einen Segmentwinkel ergeben, die/der geringer ist als die Breite bzw. der Segmentwinkel B des Basisteils 14. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bedeutet dies: a1 +b2 < B. Auf diese Weise kann auch zwischen benachbarten Statorzähnen gewährleistet werden, dass zueinander in axialer Richtung versetzte Statorzahnabschnitte von benachbarten Statorzähnen (bei einem mit den Statorsegmenten aufgebauten Statoranordnung) einen ausreichend großen Abstand zueinander aufweisen.
Eine Untersuchung hat ergeben, dass bei einer elektrischen Maschine die prozentuale Nutschlitzbreite NB des Nutschlitzes 20% der Zahnteilung (360 Anzahl der Statorzähne) nicht unterschreiten sollte, wenn keine deutliche Reduzierung des erreichbaren Drehmomentes aufgrund von Streuflüssen auftreten soll. Je nach Topologie der elektrischen Maschine kann der Wert der Nutschlitzbreite NB auch von 20% abweichen. Gleichzeitig wird eine optimale Schrägung bei einem Versatzwinkel VW von 3607 nRast nZahnko fabschnitte erreicht, wobei nRast der Anzahl der Raststellungen und nZahnko fabschnitte der Anzahl der Zahnkopfabschnitte pro Statorzahn entspricht. Bei der Wahl der Zahnkopfüberstände von benachbarten
Zahn kopfabschnitten ist also zu gewährleisten, dass folgende Bedingung gilt, um die Streuflüsse zwischen benachbarten Statorzähnen gering zu halten: a1 + b2 > (100 % - NB) * B - 3607 nRast /nZah nkopfabschnitte
In den Figuren 3a und 3b sind einzelne Blechlamellen 21 , 22 dargestellt, mit denen ein Statorsegment 10 hergestellt werden kann. Die Blechlamellen 21 , 22 werden gestapelt. Durch das Stapeln der ersten Blechlamellen 21 und der zweiten Blechlamellen 22 werden die einzelnen Statorzahnabschnitte 6a, 6b in axialer Richtung übereinander angeordnet. Die Blechlamellen 21 , 22 sind so gestaltet, dass die jeweiligen Basisteile 14 und die Bereiche, die den Zahnschaft des Statorzahns 6 bilden, deckungsgleich ausgebildet sind und sich lediglich durch die Struktur des Zahnkopfes 7 unterscheiden. Die Zahnkopfstruktur des in der Figur 3a gezeigten ersten Lamellenbleches 21 ist in Richtung der ersten Umfangsrich- tung verschoben, so dass es in der ersten Umfangsrichtung von dem Zahnschaft des Statorzahns 6 weiter absteht als in der dazu entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung. Die Zahnkopfstruktur des zweiten Lamellenbleches 22 der Figur 3b steht in der zweiten Umfangsrichtung von dem Zahnschaft des Statorzahns 6 weiter ab als in der dazu entgegengesetzten ersten Umfangsrichtung.
Die Ausbildung des Statorzahnsegmets 10 in der oben beschriebenen Weise bietet den Vorteil, dass der Zahnschaft des Statorzahns 6 einen in axialer Richtung A ungestuften Verlauf aufweist, d.h. seine zur axialen Richtung A parallele Seitenfläche weist keine Stufung durch die Zusammensetzung der Zahnsegmentab- schnitte 10 auf. Dadurch bestehen keine Nachteile bei der Bewicklung des Statorzahns 6. Dadurch ist ein derart durch Stapeln der ersten und zweiten Blechlamellen 21 , 22 aufgebautes Statorsegment 10 einfach zu bewickeln und somit einfach herzustellen. Weiterhin kann ein Statorzahn 6 eines solchen Statorsegments 10 in einfacher
Weise mit einer Isoliermaske ummantelt werden, z.B. mit Hilfe von zwei axial fügbaren etwa u-förmigen Kunststoffteilen, die den Zahnschaft des Statorzahns 6 im Wesentlichen vollständig umschließen. Diese durch die u-förmigen Kunstoffteile gebildete Isolierung des Zahnschafts kann anschließend mit den Windungen der Statorspule 8 bewickelt werden.
Die Anordnung der einzelnen Abschnitte des Statorzahns 6 ist im Wesentlichen beliebig, solange mindestens eine Stufung auf einer Seite eines Zahnkopfes 7 in Umfangsrichtung vorliegt. Vorzugsweise sind die Breiten der einzelnen Zahnköpfe 7 der Zahnkopfabschnitte 7a, 7b, d.h. deren Abmessung in Umfangsrichtung, gleich, können jedoch auch in verschiedenen Breiten vorgesehen sein.
In Figur 4a ist ein Beispiel für die Anordnung von drei Statorzahnabschnitten in axialer Richtung A schematisch dargestellt. Man erkennt, dass sich in axialer Richtung A drei Statorzahnabschnitte 6a, 6b, 6c aneinander reihen, deren Zahnkopfabschnitte 7a, 7b, 7c jeweils die gleiche Breite aufweisen und entlang der axialen Richtung A in der gleichen Umfangsrichtung zueinander versetzt sind.
In Figur 4b ist ein Fall gezeigt, bei dem die Statorzahnabschnitte 6a, 6b, 6c so angeordnet sind, dass bei zwei benachbarten Stufungen jeweils an einem Übergang zwischen zwei in axialer Richtung benachbarten Statorzahnabschnitten 6a, 6b, 6c in einander entgegengesetzten Umfangsrichtungen verlaufen. In einem Ausführungsbeispiel können zwei verschiedene Topologien von Statorzahnabschnitten 6a, 6b, 6c mit zwei verschiedenen Zahnkopfabschnitten vorgesehen sein, die in axialer Richtung abwechselnd aneinander angeordnet sind.
Die Beispiele der Figuren 4a und 4b zeigen die Anordnung von 3 in axialer Richtung aufeinander gefügten Statorzahnabschnitten 6a, 6b, 6c. Es ist jedoch im Prinzip jede Anzahl von zu stapelnden Statorzahnabschnitten 6a, 6b, 6c denkbar. Um den Aufbau eines derartigen Statorzahnsegments 10 bzw. einer derartigen Statoranordnung 2 zu vereinfachen, ist es vorteilhaft, die Anzahl von Statorzahnabschnitten 6a, 6b, 6c mit unterschiedlichen Zahnkopfabschnitten 7a, 7b, 7c auf vorzugsweise vier oder fünf zu beschränken.
Jeder Statorzahnabschnitt 6a, 6b, 6c kann, wie oben beschrieben, mit einer oder mehreren einzelnen Blechlamellen 21 , 22 aufgebaut sein. Es ist daher auch möglich, Pakete aus einer oder mehreren ersten bzw. zweiten Blechlamellen 21 , 22 der Figuren 3a und 3b wechselweise übereinander zu stapeln, um so eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Magnetfeldlinien in axialer Richtung zu erreichen. Die obige Anordnung der Zahnkopfabschnitte der Statorzähne kann sowohl bei rotatorischen elektrischen Maschinen, z.B. bei Innenläufermotoren, wie oben dargestellt, und in analoger Weise bei Außenläufermotoren, als auch bei translatorischen elektrischen Maschinen angewendet werden. Weiterhin kann die obige Anordnung der Zahnkopfabschnitte der Statorzähne bei elektrischen Maschinen mit ungeschrägten Läufern angewendet werden

Claims

Ansprüche
1 . Statorsegment (10) zum Aufbau einer linearen oder kreisförmigen Statoranordnung (4), umfassend:
mindestens einen Statorzahn (6), umfassend:
einen Zahnschaft, der sich in einer ersten Richtung erstreckt; einen Zahnkopf (7), der den Zahnschaft in der ersten Richtung abschließt und der mindestens zwei Zahnkopfabschnitte (7a, 7b) aufweist, die in einer zur ersten Richtung senkrechten, zweiten Richtung aneinander angrenzen, wobei mindestens ein erstes Ende der Zahnkopfabschnitte (7a, 7b) bezüglich einer zu der ersten und zweiten Richtung senkrechten, dritten Richtung mit einem unterschiedlichen Zahn köpf überstand von dem Statorzahn (6) abstehen,
ein Basisteil (14), das sich in der dritten Richtung erstreckt und das an dem Zahnschaft des mindestens einen Statorzahns (6) an dem dem Zahnkopf (7) gegenüberliegenden Ende angeordnet ist;
dadurch gekennzeichnet, dass die Breite bzw. der Segmentwinkel des Basisteils (14) in der dritten Richtung größer ist als die Breite bzw. der Segmentwinkel zwischen den jeweils äußeren Enden der Zahnkopfabschnitte (7a, 7b) in dritter Richtung.
2. Statorsegment (10) nach Anspruch 1 , wobei das erste Ende einer der Zahnkopfabschnitte (7a, 7b) keinen Zahnkopfüberstand aufweist.
3. Statorsegment (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei zweite Enden der Zahnkopfabschnitte (7a, 7b), die bezüglich der dritten Richtung dem ersten Ende gegenüberliegen, mit einem unterschiedlichen Zahnkopfüberstand von dem Statorzahn (6) abstehen.
4. Statorsegment (10) nach Anspruch 3, wobei die mindestens zwei Zahnkopfabschnitte (7a, 7b) gleiche Breiten in der zweiten Richtung aufweisen. Statorsegment (10) nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei die Breite bzw. der Segmentwinkel zwischen den jeweils äußeren Enden der Zahnkopfabschnitte (7a, 7b) in dritter Richtung weniger als 80% der Breite bzw. des Segmentwinkels des Basisteils (14) in der dritten Richtung beträgt.
Statoranordnung (4), umfassend:
- mehrere Statorzähne (6), jeweils umfassend:
einen Zahnschaft, der sich in einer ersten Richtung erstreckt; einen Zahnkopf (7), der den Zahnschaft in der ersten Richtung abschließt und der mindestens zwei Zahnkopfabschnitte (7a, 7b) aufweist, die in einer zur ersten Richtung senkrechten, zweiten Richtung aneinander angrenzen, wobei ein erstes Ende der Zahnkopfabschnitte (7a, 7b) bezüglich einer zu der ersten und zweiten Richtung senkrechten, dritten Richtung mit einem unterschiedlichen Zahnkopfüberstand von dem Statorzahn (6) abstehen,
ein flächiger oder kreiszylinderförmiger Statorkörper (14, der sich in der dritten Richtung erstreckt und an dem die Zahnschäfte der Statorzähne (6) jeweils mit ihrem dem Zahnkopf (7) gegenüberliegenden Ende angeordnet sind, wobei zwischen den Zahn kopfabschnitten (7a, 7b) benachbarter Statorzähne (6) eine Nut ausgebildet ist;
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand bzw. der Winkel zwischen dem ersten Ende eines ersten Zahnkopfabschnittes (7a) eines ersten Statorzahns (6) und einem bezüglich der dritten Richtung dem ersten Ende gegenüberliegen zweiten Ende eines zweiten Zahnkopfabschnittes (7b) eines benachbarten zweiten Statorzahns (6) einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet, wobei der zweite Zahnkopfabschnitt (7b) zu einem ersten Zahnkopfabschnitt (7a) des zweiten Statorzahns benachbart ist, der bezüglich der dritten Richtung dem ersten Zahnkopfabschnitt (7a) des ersten Statorzahns (6) gegenüberliegt.
Stator (2) für eine elektrische Maschine (1 ) mit einer Statoranordnung (4) nach Anspruch 6, wobei die Statorzähne (6) mit mindestens einer Statorspule (8) umwickelt sind.
Elektrische Maschine (1 ) mit einer Statoranordnung (4) nach Anspruch 6, und einem Läufer (3) mit einer Anzahl von Läuferpolen. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 8, wobei bei einem kreisförmigen Statorkörper der vorgegebene Mindestwert einem Winkel entspricht, der größer ist als ein Versatzwinkel, der sich aus 360° dividiert durch das Produkt der Anzahl der Raststellungen der elektrischen Maschine (1 ) und der Anzahl der Statorzahnabschnitte (7a, 7b) eines Statorzahns (6) ergibt, wobei die Anzahl der Raststellungen durch das kleinste gemeinsame Vielfache der Anzahl der Nuten (13) der Statoranordnung (4) und der Anzahl der Läuferpole bestimmt ist.
Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 9, wobei der vorgegebene Mindestwert einem Winkel entspricht, der größer ist als der Versatzwinkel zuzüglich einer vorgegebenen minimalen Nutschlitzbreite.
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