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DE102008056934A1 - Maschine mit konzentrierten Wicklungen mit magnetischen Schlitzkeilen - Google Patents

Maschine mit konzentrierten Wicklungen mit magnetischen Schlitzkeilen Download PDF

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Publication number
DE102008056934A1
DE102008056934A1 DE102008056934A DE102008056934A DE102008056934A1 DE 102008056934 A1 DE102008056934 A1 DE 102008056934A1 DE 102008056934 A DE102008056934 A DE 102008056934A DE 102008056934 A DE102008056934 A DE 102008056934A DE 102008056934 A1 DE102008056934 A1 DE 102008056934A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
stator
teeth
stator teeth
adjacent
magnetic
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.)
Withdrawn
Application number
DE102008056934A
Other languages
English (en)
Inventor
Khwaja R. Troy Rahman
Edward L. Orion Kaiser
Matthew D. Oakland Laba
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.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
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 GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of DE102008056934A1 publication Critical patent/DE102008056934A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14Stator cores with salient poles
    • H02K1/146Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148Sectional cores
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/32Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H02K3/345Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation between conductor and core, e.g. slot insulation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/46Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H02K3/487Slot-closing devices
    • H02K3/493Slot-closing devices magnetic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Es werden Verfahren und Vorrichtungen bereitgestellt, um Betriebskennlinien einer Maschine mit konzentrierten Wicklungen zu verbessern. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung Statorzähne mit distalen Enden, wobei die Statorzähne auf ringförmige Weise um eine Achse herum so angeordnet sind, dass sie Statorschlitze zwischen benachbarten Zähnen und Schlitzöffnungen zwischen den distalen Enden der benachbarten Zähne definieren, wobei die Statorzähne so ausgelegt sind, dass sie eine Relativbewegung zwischen benachbarten Zähnen verhindern. Die Vorrichtung umfasst ferner magnetische Keile, die so ausgelegt sind, dass sie zwischen die distalen Enden der benachbarten Zähnen zu verschließen.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung ist mit der US-Patentanmeldung Nr. 11/749,802 verwandt, die am 17. Mai 2007 eingereicht wurde und die Attorney Docket No. GP-308951-PTH-CD mit dem Titel "Concentrated Winding Machine with Magnetic Slot Wedges" hat, welche hiermit durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf elektrische Maschinen, und sie bezieht sich insbesondere auf Maschinen mit konzentrierten Wicklungen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Eine elektrische Maschine kann verteilte Wicklungen oder konzentrierte Wicklungen aufweisen, wobei der Unterschied zwischen diesen Wicklungen dem Fachmann wohlbekannt ist. Bei einer Maschine mit konzentrierten Wicklungen kann ein Stator aus Segmenten aufgebaut sein, welche dann verbunden werden, um den Gesamtstator zu bilden. Dies ist in 1 veranschaulicht, welche eine Schnittzeichnung ist, die einen herkömmlichen segmentierten Stator 500 veranschaulicht, der aus einer Anzahl von Statorsegmenten 510 zusammengesetzt ist. Jedes Statorsegment umfasst einen einstückig ausgebildeten Zahn 512 und Zahnspitzen oder Zahnköpfe 515. Die Zähne 512 definieren Statorschlitze 520, die zwischen benachbarten Zähnen liegen. An einem radialen Ende steht jedes Statorsegment 510 in Kontakt mit einem benachbarten Statorsegment 510, während an dem anderen radialen Ende die Zahnspitzen 515 der Zähne 512 durch einen Abstand 505 getrennt sind. Der Abstand 505 kann auch als eine Schlitzöffnung bezeichnet sein.
  • Herkömmliche Statorentwürfe umfassen Statoren mit starren Zähnen und Statoren mit lockeren Zähnen. Für die Zwecke dieser Offenbarung ist ein Stator mit starren Zähnen als ein Stator definiert, der keine Bewegung von Statorzähnen relativ zueinander zulässt. Der segmentierte Stator 500 kann als ein Stator mit starren Zähnen bezeichnet werden, weil der Stator 500 derart zusammengebaut ist, dass die einzelnen Statorsegmente 510 auf eine Weise verbunden sind, die nicht zulässt, dass sich die Statorzähne 512 relativ zueinander bewegen. Im Gegensatz dazu lassen Statoren mit lockeren Zähnen die Bewegung von Statorzähnen relativ zueinander zu. Beispiele für Statoren mit lockeren Zähnen sind in dem US-Patent Nr. 6,844,653 an Kolomeitsev et al. zu finden, das am 18. Januar 2005 erteilt wurde und den Titel "Stator design for permanent magnet motor with combination slot wedge and tooth locator" trägt, welches durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
  • Bevor der segmentierte Stator 500 zusammengebaut wird, werden die einzelnen Spulen, die um jedes Statorsegment 510 herumgewickelt sind, durch ein Wickeln um einen Spulenkörper herum gebildet, welcher typischerweise aus Kunststoff besteht. Der Kunststoffspulenkörper wirkt wie eine Schlitzauskleidung, welche die Wicklung von dem Statorblech (Eisen) isoliert. 2 ist eine Schnittzeichnung, die ein herkömmliches Stator segment 620 mit einer Spule 630 veranschaulicht, welche um einen Kunststoffspulenkörper 640 herumgewickelt ist.
  • Ein Nachteil bei der Verwendung des Kunststoffspulenkörpers 640 als Schlitzauskleidung liegt darin, dass er die Schlitzfüllung verringert. Das heißt, dass er, weil der Kunststoff relativ dick ist, das Volumen in dem Statorschlitz verringert, das andernfalls durch Wicklungen der Spule 630 ausgefüllt werden könnte. Obwohl Schlitzauskleidungen mit Papierisolierung dünner als Kunststoffschlitzauskleidungen sind, können Schlitzauskleidungen mit Papierisolierung bei einem herkömmlichen segmentierten Statoraufbau nicht verwendet werden, weil eine Wicklung nach Spulenkörperart nicht möglich ist, da das Papier oft verdreht oder zerschnitten wird, wenn die Spule um das Papier herumgewickelt wird. Durch das Füllen des Schlitzes mit mehr Kupfer (dickerer Leiter) kann auch ein Kupferverlust verringert werden. Ein verringerter Kupferverlust ermöglicht ein verbessertes thermisches Verhalten der Maschine.
  • Um dieses Problem des segmentierten Statoraufbaus zu lösen, können Statorzähne in einen durchgehenden Statorrückenring eingebracht werden. 3 ist eine Schnittzeichnung, die einen weiteren herkömmlichen Stator 700 mit starren Zähnen veranschaulicht, der durch das Einbringen von Statorzähnen 720 in einen durchgehenden Statorrückenring 710 aufgebaut wurde. Wie die Statorzähne 512 von 1 definieren auch die Statorzähne 720 Statorschlitze 725 zwischen benachbarten Zähnen, und die Statorzähne weisen Zahnspitzen 715 auf, die eine schmale Lücke oder Schlitzöffnung 705 definieren. Bei diesem Konstruktionsverfahren wird die Spule separat von einem Statorzahn 720 gewickelt. Anschließend kann eine Schlitzauskleidung mit Papierisolierung um die Zähne herum angeordnet werden und dann wird die Spule über das Ende der Statorzähne 720 geschoben, das die Zahnspitzen 715 nicht aufweist. Anschließend wird das gleiche Ende des Statorzahns 720 (dasjenige ohne die Zahnspitzen 715) in einen entsprechenden Schlitz an dem Statorrückenring 710 eingebracht, um den Stator zu bilden.
  • Ein Nachteil des in 3 veranschaulichten Statorkonstruktionsverfahrens ist jedoch, dass es die mechanische Struktur des Stators schwächt und seine Steifigkeit verringert. Daher ist dieses Verfahren im Vergleich mit dem in 1 veranschaulichten Konstruktionsverfahren für einen segmentierten Stator anfälliger für unerwünschte Vibrationen und Geräusche.
  • Entsprechend ist es wünschenswert, über einen Stator mit starren Zähnen zu verfügen, der Papierschlitzauskleidungen vorteilhaft nutzen kann, um die Schlitzfüllung zu erhöhen. Zudem ist es wünschenswert, über einen Stator mit starren Zähnen mit erhöhter Steifigkeit zu verfügen. Darüber hinaus werden weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem voranstehenden technischen Gebiet und Hintergrund offenbar werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es wird eine Vorrichtung bereitgestellt, um Betriebskennlinien einer Maschine mit konzentrierten Wicklungen zu verbessern. Die Vorrichtung umfasst einen Stator mit starren Zähnen, der Statorzähne umfasst, die ringförmig um eine Achse derart angeordnet sind, dass sie Statorschlitze zwischen benachbarten Statorzähnen definieren, wobei die Statorschlitze Schlitzöffnungen zwischen den Enden der Statorzähne aufweisen. Die Vorrichtung umfasst leitfähige Wicklungen, die Spulen um die Statorzäh ne herum bilden und die einen Teil der Schlitzöffnungen einnehmen, und magnetische Keile, die mit den Enden der Statorzähne verbunden sind, um die Schlitzöffnungen abzudecken.
  • Es wird ein Verfahren bereitgestellt, um Betriebskennlinien einer Maschine mit konzentrierten Wicklungen zu verbessern. Das Verfahren umfasst, dass ein Stator mit starren Zähnen hergestellt wird, der Statorzähne aufweist, wobei die Statorzähne Statorschlitze und Schlitzöffnungen zwischen benachbarten Statorzähnen definieren, wobei der Stator mit starren Zähnen eine Relativbewegung zwischen benachbarten Statorzähnen nicht zulässt. Das Verfahren umfasst ferner, dass magnetische Keile zwischen benachbarte Statorzähne eingebracht werden, um die Schlitzöffnungen zu verschließen.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird hier nachstehend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und
  • 1 eine Schnittzeichnung ist, die einen herkömmlichen Stator veranschaulicht, der aus einer Anzahl von Statorsegmenten zusammengesetzt ist;
  • 2 eine Schnittzeichnung ist, die ein herkömmliches Statorsegment veranschaulicht, das eine Spule aufweist, welche um einen Kunststoffspulenkörper herumgewickelt ist;
  • 3 eine Schnittzeichnung ist, die einen herkömmlichen Stator veranschaulicht, der durch das Einbringen von Statorzähnen in einen durchgehenden Statorrückenring aufgebaut wurde;
  • 4 eine Zeichnung ist, die eine 24/16-Geometrie für eine Maschine mit konzentrierten Wicklungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht;
  • 5 eine Zeichnung ist, welche die Wicklungsverteilung der 24/16-Geometrie von 8 veranschaulicht;
  • 6 ein Graph ist, der das Nutrastmoment als eine Funktion der Rotorposition für eine Maschine mit konzentrierten Wicklungen, die magnetische Keile gemäß der beispielhaften Ausführungsform aufweist, und für eine herkömmliche Maschine mit konzentrierten Wicklungen, die Zahnspitzen wie der in 5 veranschaulichte herkömmliche Entwurf aufweist, vergleicht;
  • 7 ein Graph ist, der das Drehmoment der Maschine als eine Funktion der Rotorposition für eine Maschine mit konzentrierten Wicklungen mit einem 24/16-Stator mit starren Zähnen, die magnetische Keile gemäß der beispielhaften Ausführungsform aufweist, und für eine herkömmliche Maschine mit konzentrierten Wicklungen mit einem 24/16-Stator mit starren Zähnen, die Zahnspitzen wie der in 5 veranschaulichte herkömmliche Entwurf aufweist, vergleicht;
  • 8 eine Schnittzeichnung ist, die einen magnetischen Statorschlitzkeil und seine Beziehung zu den Statorzähnen und dem Rotor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weiter veranschaulicht;
  • 9 ein Graph ist, der die Eigenfrequenz eines Stators als eine Funktion der Modenzahl für einen Stator, der gemäß der beispielhaften Ausführungsform mit magnetischen Keilen hergestellt ist, und für einen herkömmlichen segmentierten Stator mit starren Zähnen ohne magnetische Keile vergleicht;
  • 10 ein Graph ist, der den Kernverlust als eine Funktion der Rotorposition für eine elektrische Maschine mit einem herkömmlichen Statorentwurf und für eine elektrische Maschine mit einem Stator mit magnetischen Keilen gemäß der beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht;
  • 11 ein Ablaufdiagramm ist, das einige Prozesse veranschaulicht, die in einem Verfahren zum Herstellen einer Maschine mit konzentrierten Wicklungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst sind;
  • 12 ein Ablaufdiagramm ist, das einige Prozesse veranschaulicht, die in einem Verfahren zum Verbessern der Kennlinien eines Stators mit starren Zähnen umfasst sind, welcher Statorzähne aufweist, die Statorschlitze und Schlitzöffnungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform definieren;
  • 13 ein Ablaufdiagramm ist, das einige Prozesse veranschaulicht, die in einem Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst sind.
  • BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die folgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung zu beschränken. Darüber hinaus ist es nicht beabsichtigt, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden genauen Beschreibung dargestellt ist.
  • 4 ist eine Schnittzeichnung, welche die Anordnung der Statorschlitze und Rotorpole in einem Abschnitt 800 einer Maschine mit konzentrierten Wicklungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht. Der Abschnitt 800, der in 4 veranschaulicht ist, weist eine Periodizität von 8 auf, d. h., dass nur ein 1/8 der gesamten Geometrie in der Zeichnung gezeigt ist.
  • In dem Abschnitt 800 weisen alle Segmente 810 des Stators mit starren Zähnen einen Statorzahn 820 auf, wobei Statorschlitze 830 zwischen benachbarten Statorzähnen 820 definiert sind. In dem Abschnitt 800 sind auch ein Rotor 840, Rotornordpole 850 und Rotorsüdpole 860 gezeigt. Insgesamt gibt es vierundzwanzig Statorschlitze 830 und sechzehn Rotorpole 850, 860, was zu einem Schlitz/Pol-Verhältnis von 1,5 führt. Der Einfachheit halber kann die Geometrie von 4 als eine 24/16-Geometrie bezeichnet werden. Es wird betont, dass die 24/16-Geometrie nur ein Beispiel ist; alternative Ausführungsformen können andere Anzahlen von Schlitzen und Polen aufweisen, die zu einem anderen Schlitz/Pol-Verhältnis führen.
  • Gemäß der in 4 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform bilden die Statorsegmente 810 zusammen ein ringförmiges Statorjoch, und die Statorzähne 820 erstrecken sich derart von einem Rand des ringförmigen Statorjochs weg, dass sie Statorschlitze 830 zwischen benachbarten Statorzähnen und Schlitzöffnungen an distalen Enden der Statorzähne definieren. Die Maschine mit konzentrierten Wicklungen umfasst ferner drei Phasenwicklungen A, B, C, die Spulen um die Statorzähne 820 herum bilden und einen Teil der Statorschlitze 830 einnehmen. Wie veranschaulicht ist, weist jede der Wicklungen A, B, C eine positive Spulenseite und eine negative Spulenseite auf, wobei die negative Spulenseite durch das Hochkomma-Symbol bezeichnet ist (z. B. ist die negative Spulenseite der Phasenwicklung A mit A' bezeichnet). Eine relativ dünne Papierschlitzauskleidung 880 ist um den Schlitz herum angeordnet, welche das Statorblech (Eisen) von den Wicklungen A, B, C isoliert. 8 veranschaulicht eine übliche Ausgestaltung, bei der die Statorsegmente 810 einen Rotor 840 umgeben, der auf einer (nicht gezeigten) Welle rotiert. Man sollte sich jedoch in Erinnerung halten, dass die erfinderischen Aspekte der beispielhaften Ausführungsform auch auf so genannte "von Innen nach Außen"-Entwürfe angewandt werden können, bei denen der Rotor um den Stator herum rotiert.
  • 5 ist eine Zeichnung, welche die Wicklungsverteilung für die 24/16-Geometrie von 4 veranschaulicht. In 5 sind sechs nummerierte Schlitze veranschaulicht, welche ein Viertel der gesamten 24/16-Geometrie darstellen. Wie aus 4 ersichtlich ist, gibt es zwei Wicklungen in jedem Statorschlitz 830, wobei die Phase einer jeden Wicklung mit den Buchstaben A, B, C bezeichnet ist, und wobei die positiven und negativen Spulenseiten einer jeden Wicklung durch das Fehlen oder das Vorhandensein des "Hochkomma"-Symbols bezeichnet sind. Das heißt, A', B', und C' bezeichnen alle die negative Spulenseite. Somit weist der Stator 800 von 4 zweilagige konzentrierte Wicklungen auf. Die untere Hälfte von 5 veranschaulicht die Beziehung der Rotorpole 850, 860 von 4 relativ zu den Wicklungen. Für jede der Phasenwicklungen A, B, C von 5 ist die relative Größe und Phasendifferenz zwischen den Phasenwicklungen wie folgt: Phase A: [0,866, –30], Phase B: [0,866, 90], Phase C: [0,866, 210]. Bei der in 4 und 5 veranschaulichten Anordnung beträgt die Nutrastfrequenz (Coggingfrequenz) das 48-fache der mechanischen Rotorfrequenz. Selbstverständlich können andere Ausführungsformen andere Größen, Phasen und Nutrastfrequenzen zeigen.
  • Gemäß der beispielhaften Ausführungsform umfasst der Abschnitt 800 ferner magnetische Keile 870, die mit den distalen Enden benachbarter Statorzähne 820 verbunden sind, um die Schlitzöffnungen der Statorschlitze 830 zu verschließen. Im Vergleich mit herkömmlichen Statorentwürfen mit starren Zähnen, z. B. denen, die in 1 und 3 veranschaulicht sind, fehlen bei der beispielhaften Ausführungsform die Zahnspitzen 515 oder 715. Bei dem segmentierten Stator 500 von 1 bedeutet das Vorhandensein der Zahnspitzen 515, dass die einzelnen Statorsegmente 510 mit einem Kunststoffspulenkörper separat auf einen Spulenkörper aufgewickelt werden, um die Spulen zu bilden, wie voranstehend beschrieben wurde. Gemäß der beispielhaften Ausführungsform können die Statorsegmente 810 aber zusammengebaut werden, um den Stator zu bilden, und danach können die Spulen, welche separat gewickelt wurden, zusammen mit einer Papierschlitzauskleidung über das Ende der Statorzähne 820 geschoben werden. Die magnetischen Keile 870 können dann, nachdem die Spulen und Schlitzauskleidungen an den Statorzäh nen 820 angeordnet wurden, mit den Statorzähnen 820 verbunden werden. Somit ist es gemäß der beispielhaften Ausführungsform möglich, die steifere mechanische Konstruktion, die ein segmentierter Stator mit starren Zähnen bietet, zu erreichen, sowie durch das Verwenden einer dünneren Papierschlitzauskleidung die Schlitzfüllung zu erhöhen.
  • Gemäß der beispielhaften Ausführungsform verbessert das Vorhandensein der magnetischen Keile 870 auch die physikalischen Kennlinien der elektrischen Maschine. Dies wird in den folgenden Paragraphen genauer erläutert, welche Begriffe, wie z. B. Nutungseffekt (Slottingeffekt), Rauschen, Vibration, Nutrastmoment, Drehmoment-Rippel oder Drehmomentrestwelligkeit, Leckfluss, Wirbelstrom, Kernverlust und Drehverlust enthalten. Diese Begriffe bezeichnen unerwünschte physikalische Phänomene, die bei elektrischen Maschinen in variierendem Ausmaß vorhanden sein können. Andere Begriffe, wie z. B. Reluktanz, Permeabilität und Rotorschrägung (rotor skew) werden ebenfalls verwendet. Da die diesen Begriffen zugeordneten Bedeutungen Fachleuten wohl bekannt sind, wird der Kürze halber eine vollständige und genaue Beschreibung dieser Begriffe weggelassen und stattdessen können flüchtige Beschreibungen dieser Begriffe auftauchen.
  • Allgemein gibt es einen Nutungseffekt, der aufgrund des Vorhandenseins von Schlitzen und Schlitzöffnungen in dem Stator auftritt, wie z. B. der Schlitze 520 und der Schlitzöffnungen 505 von 1, welche bezüglich des Materials des Statorzähne, welches typischerweise Eisen ist, eine niedrigere magnetische Permeabilität aufweisen. Wie voranstehend erläutert wurde, weist die in 4 veranschaulichte beispielhafte Ausführungsform keine Zahnspitzen auf, was ermöglicht, dass die Wicklung außerhalb aufgewickelt wird und dann auf den Zahn geschoben wird. Die Beseitigung der Zahnspitzen bedeutet jedoch, dass die Schlitzöffnungen der Schlitze 830 (4) breiter sind als die Schlitzöffnungen 505 des herkömmlichen Stators von 1. Das Vergrößern der Breite der Schlitzöffnung führt allgemein zu einem erhöhten Nutungseffekt.
  • Zwei der hauptsächlichen Manifestationen des Nutungseffekts sind das Nutrastmoment und der Drehmoment-Rippel. Das Nutrastmoment wird von der physikalischen Struktur der Maschine erzeugt, z. B. der magnetischen Anziehung zwischen den am Rotor montierten Magneten und den Statorzähnen. Das Nutrastmoment ist ein unerwünschter Effekt, der zu dem Drehmoment-Rippel, den Vibrationen und den Geräuschen in der Maschine beiträgt. Man kann das Nutrastmoment physikalisch fühlen, wenn man versucht, den Rotor einer kleinen Maschine in einem Stator manuell zu drehen – bei einigen Positionen wird sich der Rotor relativ leicht drehen, während bei anderen ein wahrnehmbar erhöhter Widerstand gegen das aufgebrachte Drehmoment vorhanden sein wird. Andererseits wird ein Drehmoment-Rippel von dem Oberwellengehalt der Strom- und Spannungswellenformen in der Maschine erzeugt. Der Drehmoment-Rippel kann durch den gleichen Nutungseffekt, jedoch bei der Anwesenheit des Wicklungsstroms erzeugt werden. Letzterer Effekt ist bei den meisten Maschinen normalerweise die Hauptquelle von Drehmoment-Rippel.
  • Gemäß der beispielhaften Ausführungsform sind die magnetischen Keile 870 über der Schlitzöffnung positioniert, um den Nutungseffekt zu verringern. Das heißt, dass die Permeabilität des gewählten Keilmaterials vorzugsweise hoch genug ist, so dass die Reluktanz des Magnetfelds in der Nähe der Schlitzöffnung verringert wird, was den Nutungseffekt verringert.
  • 6 ist ein Graph, der das Nutrastmoment als eine Funktion der Rotorposition für eine 24/16-Maschine mit konzentrierten Wicklungen, die magnetische Keile gemäß der beispielhaften Ausführungsform aufweist, und für eine herkömmliche Maschine mit konzentrierten Wicklungen mit einem 24/16-Stator veranschaulicht, der Zahnspitzen aufweist, wie der in 1 veranschaulichte herkömmliche Entwurf. Wie in 10 gezeigt ist, ist das Nutrastmoment von Spitze zu Spitze nach dem Einbringen der magnetischen Keile von 18 Newtonmeter (Nm) auf 5 Nm verringert.
  • 7 ist ein Graph, der das Maschinendrehmoment als eine Funktion der Rotorposition für eine 24/16-Maschine mit konzentrierten Wicklungen, die magnetische Keile gemäß der beispielhaften Ausführungsform aufweist, und für eine herkömmliche 24/16-Maschine mit konzentrierten Wicklungen veranschaulicht, welche Zahnspitzen und keine magnetischen Keile aufweist, wie der in 1 veranschaulichte herkömmliche Entwurf mit Zahnspitzen 515. Bei dem herkömmlichen Entwurf beträgt das Durchschnittsdrehmoment 232 Nm, wobei der Drehmoment-Rippel von Spitze zu Spitze 24 Nm oder etwa 10,3% des Durchschnittsdrehmoments beträgt. Das Durchschnittsdrehmoment der Geometrie mit dem magnetischen Keil beträgt 223 Nm, eine Verringerung von etwa 4% im Vergleich mit dem herkömmlichen Entwurf, wobei der Drehmoment-Rippel von Spitze zu Spitze auf nur 8,5 Nm oder etwa 3,8% des Durchschnittsdrehmoments verringert ist. Während folglich das Durchschnittsdrehmoment, das von der beispielhaften Ausführungsform erzeugt wird, im Vergleich zu dem herkömmlichen Entwurf ein wenig niedriger ist, gibt es eine wesentliche Verbesserung bei dem Drehmoment-Rippel.
  • 7 veranschaulicht auch einen zusätzlichen Vorteil der magnetischen Keile 870, der sich auf Geräusche bezieht. Das Geräuschverhalten ist auch eine wichtige Entwurfsüberlegung für Elektromotoren. Wie voranstehend angegeben wurde, weist die 24/16-Geometrie von 4 ein Schlitz/Pol-Verhältnis von 1,5 auf. Allgemein stellt dieses spezielle Ver hältnis von Statorschlitzen zu Rotorpolen eine bevorzugte Radialkraftverteilung sicher. Da die Radialkraft eine Hauptquelle für Geräusche ist, ist das Verhältnis von 1,5 auch als eines bekannt, das Maschinengeräusche verringert, aber es ist unglücklicherweise auch ein Verhältnis, das mit einem erhöhten Drehmoment-Rippel verbunden ist. Ein herkömmliches Verfahren zum Verringern des ungewünschten Drehmoment-Rippels besteht in einer Schrägung (skew) des Rotors. Die Schrägung des Rotors erhöht jedoch die Herstellkosten und verringert auch das Maschinendrehmoment um etwa 4% oder mehr. Es wird darauf hingewiesen, dass in 7 die wesentliche Verbesserung bei dem Drehmoment-Rippel, die von der beispielhaften Ausführungsform erreicht wird, ohne irgendeine Schrägung des Rotors bewerkstelligbar ist, und dass die Verringerung bei dem Durchschnittsdrehmoment geringer ist als das, was typischerweise durch eine herkömmliche Rotorschrägung erreicht wird.
  • Auf der Grundlage der in 6 und 7 veranschaulichten Ergebnisse ist ersichtlich, dass die magnetischen Keile 870 die Auswirkungen des Nutungseffekts wesentlich verringern, indem sowohl das Nutrastmoment als auch der Drehmoment-Rippel verringert werden. Zudem ist gemäß der beispielhaften Ausführungsform die Permeabilität des magnetischen Materials, das in den magnetischen Keilen 870 verwendet wird, vorzugsweise auch niedrig genug, um den Betrag an Leckfluss zu verringern. Das heißt, dass die Permeabilität des gewählten Keilmaterials auch geringer als die Permeabilität des Stator- und Rotormaterials sein sollte, um den Betrag an Leckfluss zu verringern, der andernfalls das Maschinendrehmoment verringern würde.
  • Folglich wird gemäß der beispielhaften Ausführungsform die Permeabilität der magnetischen Keile 870 sorgfältig so gewählt, dass sie hoch genug ist, um den Nutungseffekt zu verringern, aber auch niedrig genug, um auch den Betrag an Leckfluss zu verringern. Ein Materialtyp mit einem pulverförmigem Metallkern, wie z. B. Somoloy 500, das von Hoganas AB in Hoganas, Schweden hergestellt wird, ist eine mögliche Wahl für das Material der magnetischen Keile 870.
  • Obwohl es aus den voranstehend erläuterten Gründen wünschenswert ist, einen magnetischen Keil 870 mit einer Permeabilität zu verwenden, die geringer als die des Stahls des Stators ist, können alternative Ausführungsformen ein Keilmaterial verwenden, das eine vergleichbare oder sogar höhere Permeabilität als das Statormaterial aufweist. In dem letzteren Fall kann das Lecken zunehmen, wodurch das Maschinendrehmoment verringert wird, aber alle anderen Vorteile werden dennoch erreicht.
  • 8 ist eine Schnittzeichnung, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform einen magnetischen Statorschlitzkeil 1200 und seine Beziehung zu den Statorzähnen 1210 und dem Rotor 1205 weiter veranschaulicht. Der magnetische Statorschlitzkeil 1200 ist in einer Position über der Schlitzöffnung des Statorschlitzes 1215 zwischen zwei benachbarten Statorzähnen 1210 gezeigt. Der Statorschlitzkeil 1200 ist in einem Abstand 1220 zu der Oberfläche des Rotors 1205 angeordnet. Dieser Abstand ist typischerweise nahe bei dem Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator. Es sind auch zwei Wicklungen 1230, 1240 gezeigt, welche den Statorschlitz 1215 besetzen. Vorsprünge 1250, 1270 an den Rändern des Statorschlitzkeils 1200 entsprechen Vertiefungen 1260 bzw. 1280 an den Rändern der Statorzähne 1210. Die Vertiefungen 1260, 1280 werden zum Verbinden des magnetischen Statorkeils 1200 mit den Statorzähnen 1210 verwendet. Die Vertiefungen 1260, 1280 können in die Statorzähne 1210 geschnitten sein oder alternativ zur gleichen Zeit wie die Statorzähne 1210 ausgebildet worden sein (z. B. durch Blechstanzen).
  • 8 veranschaulicht, dass gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Vorsprung 1250 und seine zugehörige Vertiefung 1260 zu dem Vorsprung 1270 und seiner zugehörigen Vertiefung 1280 radial versetzt sind. Mit anderen Worten weist der magnetische Schlitzkeil 1200, wie in 8 zu sehen ist, einen Querschnitt auf, der zur Ebene AB asymmetrisch ist, welche die Rotationsachse des Rotors enthält und die auch von den Enden des magnetischen Schlitzkeils gleich weit entfernt ist. Folglich sind der Vorsprung 1250, der mit einem der benachbarten Statorzähne 1210 in Eingriff steht, und der Vorsprung 1270, der mit dem anderen der benachbarten Statorzähne 1210 in Eingriff steht, zur Ebene AB nicht symmetrisch.
  • Wie in 8 veranschaulicht ist, umfasst der magnetische Schlitzkeil 1200 zwei Vorsprünge 1250, 1270, die so ausgestaltet sind, dass sie mit den Enden benachbarter Statorzähne 1210 an unterschiedlichen radialen Positionen relativ zu der (nicht gezeigten) Rotationsachse des Rotors, die in der Ebene AB enthalten ist, in Eingriff stehen. Jeder der Statorzähne 1200 umfasst eine Vertiefung 1260, 1280, die an dem Ende des Statorzahns angeordnet ist, wobei die Vertiefungen so ausgestaltet sind, dass sie mit einem der zwei Vorsprünge 1250, 1270 in Eingriff stehen.
  • Gemäß der beispielhaften Ausführungsform von 8 überlappt die radiale Position der Vertiefung 1280 die radiale Position der Vertiefung 1260 relativ zu der Rotationsachse. Das heißt, dass sowohl die Vertiefung 1260 als auch die Vertiefung 1280 von einem einzigen Kreisbogen geschnitten werden, der an einer festen Distanz von der Rotationsachse angeordnet ist. Bei alternativen Ausführungsformen ist die radiale Position der Vertiefungen 1260, 1280 derart, dass kein einzelner Kreisbogen, der an einer festen Distanz von der Rotationsachse angeordnet ist, beide Vertiefungen schneiden wird. In dem ersten Fall kann man sagen, dass die Vertiefungen 1260, 1280 teilweise radial versetzt sind, in dem zweiten Fall kann man sagen, dass die Vertiefungen 1260, 1280 vollständig radial versetzt sind.
  • Das radiale Versetzen der Vertiefungen 1260, 1280 in der voranstehend beschriebenen Weise ist vorteilhaft, weil es verwendet werden kann, um die Gesamtverengung der Statorzähne 1210 bei einigen oder allen radialen Positionen zu verringern, wodurch eine wesentliche Verringerung bei dem Magnetfluss in den Statorzähnen oder beim Drehmoment verhindert wird. Bei alternativen Ausführungsformen kann es sein, dass die Vertiefungen 1260, 1280 radial gar nicht versetzt sind. Diese Ausführungsformen können offensichtlich die Verengung der Statorzähne nicht verringern, was durch die Ausführungsformen, die radial versetzte Vertiefungen verwenden, erreicht wird, aber diese Ausführungsformen sind dennoch bei dem Verhindern einer Drehmomentverringerung wirksam.
  • Gemäß der beispielhaften Ausführungsform besteht ein zusätzlicher Nutzen der magnetischen Keile darin, dass sie den Stator wesentlich versteifen, was wiederum Geräusche und Vibrationen verringert. 9 ist ein Graph, der die Eigenfrequenz eines Stators als eine Funktion der Modenzahl für einen Stator mit starren Zähnen, der gemäß der beispielhaften Ausführungsform mit magnetischen Keilen hergestellt ist, und für einen entsprechenden herkömmlichen segmentierten Stator mit starren Zähnen ohne magnetische Keile veranschaulicht. Wie in 9 gezeigt ist, hat die Aufnahme der Statorkeile die Eigenfrequenz des Stators wesentlich (obere Linie) relativ zu dem herkömmlichen Stator (untere Linie) erhöht. Als ein Ergebnis der erhöhten Steifigkeit sind Geräusche und Vibrationen der Maschine verringert.
  • Ein weiterer Vorteil der beispielhaften Ausführungsform besteht darin, dass der in den Wicklungen induzierte Wirbelstrom im Vergleich mit den herkömmlichen Entwürfen ohne magnetische Keile verringert ist, weil die Wicklungen in dem Statorschlitz durch die magnetischen Keile 870 von dem Magnetfeld abgeschirmt sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aufgrund der Verringerung des Nutungseffekts die Kernverluste in dem Stator auch verringert sind. Dies ist in 10 veranschaulicht, welche ein Graph der Kernverluste (in Watt, W) als eine Funktion der Rotorposition sowohl für einen herkömmlichen Statorentwurf mit starren Zähnen als auch für einen Stator mit magnetischen Keilen gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist. Die induzierten Wirbelströme und die Kernverluste, die aus der Rotation der Maschine entstehen, können kollektiv als ein Drehverlust bezeichnet werden.
  • 11 ist ein Ablaufdiagramm, das einige Prozesse veranschaulicht, die in einem Verfahren 1500 zur Herstellung einer Maschine mit konzentrierten Wicklungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst sind. Das Verfahren 1500 beginnt mit Prozess 1510, mit der Herstellung von Statorsegmenten. Jedes der Statorsegmente weist mindestens einen Statorzahn auf, aber im Gegensatz zu herkömmlichen Entwürfen darf der Statorzahn keine Zahnspitzen aufweisen. Als Nächstes werden in Prozess 1520 die Statorwicklungen für die Maschine mit konzentrierten Wicklungen getrennt von den Statorsegmenten unter Verwendung eines Spulenkörperwicklungsverfahrens oder eines anderen in der Technik bekannten Verfahrens gewickelt. Bei alternativen Ausführungsformen kann der Prozess 1520 vor dem Prozess 1510 auftreten. Bei Prozess 1530 werden die Statorwicklungen und eine relativ dünne Papierschlitzauskleidung über den Statorzähnen angeordnet, indem die Wicklungen und die Papierschlitzauskleidung über das Ende des Zahns geschoben werden. Alternativ kann die Papierisolierung um den Statorzahn herumgewickelt werden und die außerhalb ausgebildete Wicklung kann über die Papierschlitzauskleidung auf die Statorzähne geschoben werden. Zuletzt werden in Prozess 1540 magnetische Keile über die Schlitzöffnungen zwischen benachbarte Statorzähne eingebracht, um die Schlitzöffnungen zu verschließen und die in den voranstehenden Paragraphen erörterten Vorteile zu erreichen.
  • Gemäß der in 11 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform können die Statorwicklungen getrennt von den Statorzähnen gewickelt und dann zusammen mit einer relativ dünnen Papierschlitzauskleidung über die Enden der Statorzähne geschoben werden, weil die Statorzähne keine Zahnspitzen aufweisen. Dies erhöht den Schlitzfüllfaktor für den Stator auf vorteilhafte Weise relativ zu dem herkömmlichen Verfahren, wie es in 2 veranschaulicht ist, wo eine relativ dicke Kunststoffschlitzauskleidung 640 verwendet wird. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass die dünnere Papierisolierung in Verbindung mit der segmentierten Statorkonstruktion verwendet werden kann, welche stabiler als das Verfahren des Einbringens von Statorzähnen in einen durchgehenden Rückenring ist, wie voranstehend mit Bezug auf 3 erläutert wurde. Dementsprechend können Maschinen mit konzentrierten Wicklungen, die gemäß beispielhaften Ausführungsformen hergestellt werden und gemäß beispielhaften Ausführungsformen eine verbesserte Leistungsfähigkeit erreichen, in eine Vielzahl elektromechanischer Systeme vorteilhaft aufgenommen werden, wie für Fachleute offensichtlich ist.
  • 12 ist ein Ablaufdiagramm, das einige Prozesse veranschaulicht, die in einem Verfahren 1600 zum Verbessern der Kennlinien eines Stators mit starren Zähnen, der Statorzähne aufweist, die Statorschlitze und Schlitzöffnungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform definieren, umfasst sind. Das Verfahren 1600 beginnt mit Prozess 1610, welcher die Ausbildung radial versetzter Vertiefungen in benachbarten Statorzähnen ist. Gemäß der beispielhaften Ausführungsform werden die Vertiefungen in der Nähe der distalen Enden der benachbarten Statorzähne ausgebildet, sind aber zueinander radial versetzt. Das heißt, dass die Vertiefungen nicht in der gleichen Entfernung von einem geometrischen Mittelpunkt des Stators mit starren Zähnen liegen. Wie voranstehend erläutert wurde, verringert dieser Versatz die Gesamtverringerung bei der Breite der Statorzähne, wodurch ungewünschte Verringerungen bei Fluss und Drehmoment verhindert werden. Bei Prozess 1620 werden die Schlitzöffnungen durch das Einbringen von magnetischen Keilen in die Vertiefungen geschlossen, wodurch die Vorteile erreicht werden, die voranstehend erörtert wurden.
  • 13 ist ein Ablaufdiagramm, das einige Prozesse veranschaulicht, die in einem Verfahren 1700 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst sind. Das Verfahren beginnt bei Prozess 1710, der die Herstellung eines Stators mit starren Zähnen ist, der keine Relativbewegung zwischen benachbarten Statorzähnen zulässt. Die Statorzähne definieren Statorschlitze und Schlitzöffnungen zwischen benachbarten Statorzähnen. Als Nächstes werden bei Prozess 1720 magnetische Keile zwischen benachbarte Statorzähne eingebracht, um die voranstehend erörterten Vorteile zu erreichen.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Prozess 1710 das Zusammenbauen des Stators mit starren Zähnen aus Statorsegmenten umfassen, wobei jedes der Statorsegmente mindestens einen Statorzahn aufweist, der mit dem Statorsegment einstückig ausgebildet ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Prozess 1710 das Herstellen des Stators derart umfassen, dass die Statorzähne keine Zahnspitzen aufweisen.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Prozess 1720 das Einbringen von magnetischen Keilen umfassen, die Vorsprünge zum Eingriff mit einer entsprechenden Vertiefung an jedem der benachbarten Statorzähne aufweisen. Die Vorsprünge können so angeordnet sein, dass sie mit der entsprechenden Vertiefung an unterschiedlichen relativen Positionen an jedem der benachbarten Statorzähne in Eingriff treten.
  • Die Erfindung kann auf viele Arten praktisch ausgeführt werden. Es folgen Beschreibungen beispielhafter, nicht beschränkender Ausführungsformen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Herstellen von Statorsegmenten mit Statorzähnen, die mit dem Statorsegment einstückig ausgebildet sind, das Zusammenbauen der Statorsegmente, um einen Stator zu bilden, der keine Relativbewegung zwischen benachbarten Statorzähnen zulässt, wobei die Statorzähne Statorschlitze zwischen benachbarten Statorzähnen bilden. Das Verfahren umfasst ferner das Einbringen magnetischer Schlitzkeile zwischen benachbarte Statorzähne, um die Statorschlitze zu verschließen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Herstellen der Statorsegmente ein Ausbilden einer ersten Vertiefung an einem distalen Ende eines ersten Statorzahns und ein Ausbilden einer zweiten Vertiefung an einem distalen Ende eines zweiten Statorzahns. Die erste und die zweite Vertiefung können so angeordnet sein, dass die erste Vertiefung und die zweite Vertiefung zueinander radial versetzt sind, nachdem die Statorsegmente zusammengebaut sind.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Einbringen magnetischer Schlitzkeile ein Einbringen eines ersten magnetischen Schlitzkeils, der einen ersten Vorsprung und einen zweiten Vorsprung aufweist, zwischen den ersten Statorzahn und den zweiten Statorzahn. Der erste Vorsprung steht in Eingriff mit der ersten Vertiefung und der zweite Vorsprung steht in Eingriff mit der zweiten Vertiefung.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren ferner das Wickeln einer leitfähigen Wicklung um ein Objekt, um Spulen in der leitfähigen Wicklung zu bilden, und ein Schieben jeder der Spulen über ein distales Ende eines entsprechenden Statorzahns, um jede der Spulen um den entsprechenden der Statorzähne herum anzuordnen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Schieben jeder der Spulen ein Schieben jeder der Spulen, um eine konzentrierte Wicklungskonfiguration zu erreichen, bei der eine positive Spulenseite und eine negative Spulenseite für die leitfähige Wicklung benachbart zueinander angeordnet sind. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Anordnen einer Papierschlitzauskleidung über das distale Ende des entsprechenden Statorzahns, wobei die Papierschlitzauskleidung jede der Spulen von dem entsprechenden Statorzahn isoliert.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Herstellen eines magnetischen Schlitzkeils, der so ausgelegt ist, dass er mit einem ersten Statorzahn und einem zweiten Statorzahn verbunden werden kann. Gemäß der Ausführungsform können der erste und der zweite Statorzahn Teil eines Stators mit starren Zähnen sein, der keine Relativbewegung zwischen dem ersten Statorzahn und dem zweiten Statorzahn zulässt.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Herstellen des magnetischen Schlitzkeils das Ausbilden eines ersten Vorsprungs an dem magnetischen Schlitzkeil, wobei der erste Vorsprung zum Eingriff mit einer ersten Vertiefung an dem ersten Statorzahn ausgelegt ist. Das Herstellen des magnetischen Schlitzkeils kann ferner das Ausbilden eines zweiten Vorsprungs an dem magnetischen Schlitzkeil umfassen, wobei der zweite Vorsprung zum Eingriff in eine zweite Vertiefung an dem zweiten Statorzahn ausgelegt ist. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform sind der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung derart angeordnet, dass der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung relativ zu einem geometrischen Mittelpunkt des Stators mit starren Zähnen zueinander radial versetzt sind, wenn der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung mit der ersten bzw. der zweiten Vertiefung in Eingriff stehen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Herstellen des magnetischen Schlitzkeils das Herstellen des magnetischen Schlitzkeils unter Verwendung eines Materials, das eine Permeabilität aufweist, die kleiner als eine Permeabilität eines Materials ist, welches zur Herstellung des ersten Statorzahns und des zweiten Statorzahns verwendet wird.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Ausbilden der ersten Vertiefung in dem ersten Statorzahn und das Ausbilden der zweiten Vertiefung in dem zweiten Statorzahn umfassen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Ausbilden der ersten und zweiten Vertiefung ein Schneiden der ersten und zweiten Vertiefung in den ersten und zweiten Statorzahn. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist der magnetische Schlitzkeil zum Verschließen eines Statorschlitzes zwischen dem ersten Statorzahn und dem zweiten Statorzahn bei dem Stator mit starren Zähnen ausgelegt.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Herstellen eines Stators mit starren Zähnen, der Statorzähne mit distalen Enden aufweist, wobei die Statorzähne Statorschlitze und Schlitzöffnun gen zwischen benachbarten Statorzähnen definieren, wobei der Stator mit starren Zähnen keine Relativbewegung zwischen benachbarten Statorzähnen zulässt. Das Verfahren umfasst ferner ein Einbringen von magnetischen Keilen zwischen benachbarte Statorzähne, um die Schlitzöffnungen zu verschließen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Herstellen des Stators mit starren Zähnen das Zusammenbauen des Stators mit starren Zähnen aus Statorsegmenten, wobei die Statorsegmente jeweils mindestens einen Statorzahn aufweisen, wobei der mindestens eine Statorzahn mit dem Statorsegment einstückig ausgebildet ist. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Herstellen des Stators mit starren Zähnen ferner ein Herstellen des Stators mit starren Zähnen derart, dass die Statorzähne keine Zahnspitzen aufweisen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Herstellen des Stators mit starren Zähnen ferner ein Anordnen von Spulen um die Statorzähne herum, indem die Spulen über die distalen Enden der Statorzähne geschoben werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Anordnen der Spulen um die Statorzähne herum ein Anordnen der Spulen in einem konzentrierten Wicklungsmuster derart, dass eine positive Spulenseite einer Wicklung und eine negative Spulenseite der Wicklung benachbart zueinander angeordnet sind.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Herstellen des Stators mit starren Zähnen ferner ein Anordnen von Papierschlitzauskleidungen um die Statorzähne herum, indem die Papierschlitzauskleidungen über die distalen Enden der Statorzähne geschoben werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Einbringen von magnetischen Keilen zwischen benachbarte Statorzähne ein Einbringen von magnetischen Keilen, die Vorsprünge aufweisen. Jeder Vorsprung kann so angeordnet sein, dass er mit einer entsprechenden Vertiefung an jedem der benachbarten Statorzähne in Eingriff steht, und die Vorsprünge können so angeordnet sein, dass sie mit der entsprechenden Vertiefung bei unterschiedlichen relativen Positionen an jedem der benachbarten Statorzähne in Eingriff stehen.
  • Obwohl in der voranstehenden genauen Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführungsform dargestellt wurde, ist festzustellen, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind, und nicht dazu gedacht sind, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken. Stattdessen wird die voranstehende genaue Beschreibung Fachleute mit einer brauchbaren Anleitung zur Implementierung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen ausstatten. Es sollte verstanden sein, dass in der Funktion und Anordnung von Elementen verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren juristischen Äquivalenten dargelegt ist.
  • 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
    • - US 6844653 [0004]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Kolomeitsev et al. zu finden, das am 18. Januar 2005 erteilt wurde und den Titel "Stator design for permanent magnet motor with combination slot wedge and tooth locator" [0004]

Claims (20)

  1. Vorrichtung, die umfasst: Statorzähne mit distalen Enden, wobei die Statorzähne auf ringförmige Weise um eine Achse herum so angeordnet sind, dass sie Statorschlitze zwischen benachbarten Zähnen und Schlitzöffnungen zwischen den distalen Enden der benachbarten Zähne definieren, wobei die Statorzähne so strukturiert sind, dass sie eine Relativbewegung zwischen benachbarten Zähnen verhindern; und magnetische Schlitzkeile, die so ausgestaltet sind, dass sie zwischen die distalen Enden der benachbarten Zähne eingebracht werden können, um die Schlitzöffnungen zu verschließen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die magnetischen Schlitzkeile bezüglich Ebenen, welche die Achse enthalten und welche äquidistant zwischen den Enden des entsprechenden magnetischen Schlitzkeils liegen, asymmetrisch sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei jeder der magnetischen Schlitzkeile mindestens zwei Vorsprünge umfasst, die zum Eingriff mit den distalen Enden benachbarter Zähne an unterschiedlichen radialen Positionen relativ zu der Achse ausgelegt sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei jeder Statorzahn eine Vertiefung umfasst, die an dem distalen Ende des Statorzahns angeordnet ist, wobei die Vertiefung zu einer weiteren Vertiefung an einem be nachbarten Zahn, welche zum Eingriff mit einem weiteren der mindestens zwei Vorsprünge ausgestaltet ist, radial versetzt ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die magnetischen Schlitzkeile einen Materialtyp mit einem pulverförmigen Metallkern umfassen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Permeabilität der magnetischen Schlitzkeile kleiner als eine Permeabilität der Statorzähne ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Permeabilität der magnetischen Schlitzkeile groß genug ist, um eine Reluktanz eines Magnetfelds in den Schlitzöffnungen zu verringern.
  8. Maschine mit konzentrierten Wicklungen, umfassend: Statorsegmente, die ein ringförmiges Statorjoch und Statorzähne bilden, welche sich von einem Rand des Statorjochs derart weg erstrecken, dass sie Statorschlitze zwischen benachbarten Statorzähnen und Schlitzöffnungen an distalen Enden der Statorzähne definieren; und magnetische Schlitzkeile, die mit den distalen Enden der Statorzähne derart verbunden sind, dass sie die Schlitzöffnungen verschließen, wobei jeder der magnetischen Schlitzkeile erste und zweite Vorsprünge umfasst, die zum Eingriff mit entsprechenden Vertiefungen an den distalen Enden benachbarter Statorzähne ausgestaltet sind, wobei der erste Vorsprung zu dem zweiten Vorsprung asymmetrisch angeordnet ist.
  9. Maschine mit konzentrierten Wicklungen nach Anspruch 8, wobei die Statorsegmente und die Statorzähne einen Stator mit starren Zähnen bilden, der keine Relativbewegung zwischen benachbarten Statorzähnen zulässt.
  10. Maschine mit konzentrierten Wicklungen nach Anspruch 8, wobei eine Permeabilität der magnetischen Schlitzkeile kleiner als eine Permeabilität des Stators ist.
  11. Maschine mit konzentrierten Wicklungen nach Anspruch 10, wobei die Permeabilität der magnetischen Schlitzkeile groß genug ist, um die Reluktanz eines Magnetfelds in den Schlitzöffnungen zu verringern.
  12. Maschine mit konzentrierten Wicklungen nach Anspruch 8, wobei der erste Vorsprung relativ zu dem zweiten Vorsprung bezüglich einer Ebene, welche in der Mitte zwischen benachbarten Statorzähnen verläuft, asymmetrisch ist.
  13. Maschine mit konzentrierten Wicklungen nach Anspruch 8, die ferner Papierschlitzauskleidungen umfasst, die um die Statorzähne herum angeordnet sind.
  14. System, das umfasst: einen Stator, der Statorzähne mit distalen Enden aufweist, wobei die Statorzähne Statorschlitze zwischen benachbarten Statorzähnen und Schlitzöffnungen zwischen den distalen Enden der benachbarten Statorzähne bilden, wobei der Stator und die Statorzähne so ausgestaltet sind, dass sie eine Relativbewegung benachbarter Statorzähne zueinander verhindern, wenn der Stator zusammengebaut ist; und magnetische Schlitzkeile, wobei die magnetischen Schlitzkeile an distalen Enden benachbarter Statorzähne so angebracht sind, dass sie die Schlitzöffnungen verschließen.
  15. System nach Anspruch 14, wobei der Stator ferner Statorsegmente umfasst und jedes der Statorsegmente mindestens einen der Statorzähne umfasst.
  16. System nach Anspruch 15, das ferner leitfähige Wicklungen umfasst, welche um die Statorzähne herumgewickelt sind und die Statorschlitze besetzen, wobei die leitfähigen Wicklungen derart angeordnet sind, dass ein positiver und ein negativer Pol einer jeden leitfähigen Wicklung zueinander benachbart sind.
  17. System nach Anspruch 16, das ferner Papierschlitzauskleidungen umfasst, die zwischen den leitfähigen Wicklungen und den Statorzähnen angeordnet sind, wobei die Papierschlitzauskleidungen so ausgestaltet sind, dass sie an den Statorzähnen dadurch positioniert werden können, dass sie über die distalen Enden der Statorzähne geschoben werden.
  18. System nach Anspruch 14, wobei die magnetischen Schlitzkeile ein erstes Material mit einer ersten Permeabilität umfassen, wobei die Statorzähne ein zweites Material mit einer zweiten Permeabilität umfassen, und wobei die erste Permeabilität kleiner als die zweite Permeabilität ist.
  19. System nach Anspruch 14, wobei die magnetischen Schlitzkeile zwei Vorsprünge umfassen, die zum Eingriff mit den distalen Enden be nachbarter Statorzähne an unterschiedlichen Relativpositionen an den Statorzähnen ausgestaltet sind.
  20. System nach Anspruch 19, wobei jeder Statorzahn zwei Vertiefungen umfasst, die an entgegengesetzten Seiten des Statorzahns angeordnet sind, wobei jede der zwei Vertiefungen zum Eingriff mit einem der zwei Vorsprünge an zwei verschiedenen magnetischen Schlitzkeilen ausgestaltet ist, wobei die zwei Vertiefungen an dem Statorzahn derart versetzt sind, dass eine insgesamte Verringerung bei einer Breite des Statorzahns an einer beliebigen radialen Position nicht größer als eine Tiefe einer der zwei Vertiefungen ist.
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