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QUERVERWEIS ZU EINER VERWANDTEN ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der nicht vorläufigen
U.S.-Patentanmeldung Nr. 15/624,962 , eingereicht am 16. Juni 2017, deren gesamte Offenbarung hier durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen ist.
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HINTERGRUND
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Das Gebiet der Offenbarung betrifft allgemein Elektromotoren und insbesondere Elektromotoren, die eine Statorbaugruppe beinhalten.
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Zumindest einige bekannte Elektromotoren beinhalten eine Statorbaugruppe, die einen ringförmigen Körper und mehrere sich von dem ringförmigen Körper erstreckende Zähne beinhaltet. In der Regel ist die Statorbaugruppe angrenzend an eine Rotorbaugruppe positioniert. Bei zumindest einigen bekannten Elektromotoren erzeugt die Rotorbaugruppe ein Magnetfeld, das mit der Statorbaugruppe zusammenwirkt, um eine Drehung der Rotorbaugruppe relativ zu der Statorbaugruppe zu veranlassen. Im Ergebnis werden zumindest einige bekannte Statorbaugruppen Kräften unterworfen, die eine Verformung und eine Vibration der Statorbaugruppe während des Betriebs verursachen. Derartige Vibrationen werden durch den Elektromotor übertragen und erzeugen während des Betriebs des Elektromotors eine Geräuschentwicklung. Zusätzlich verursachen einige Rotorbaugruppen, wie etwa mit Speichen versehene Rotorbaugruppen, erhöhte Kräfte an den Statorbaugruppen.
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KURZBESCHREIBUNG
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In einem Aspekt ist eine Statorbaugruppe für eine Elektromotorbaugruppe bereitgestellt. Die Statorbaugruppe beinhaltet einen ringförmigen Körper, der sich um eine Mittelachse erstreckt, und einen ersten Statorzahn, der sich radial von dem ringförmigen Körper erstreckt. Der erste Statorzahn beinhaltet eine erste Spitze, die radial von dem ringförmigen Körper beabstandet ist. Die Statorbaugruppe beinhaltet ebenfalls einen zweiten Statorzahn, der sich radial von dem ringförmigen Körper erstreckt und in Umfangsrichtung von dem ersten Statorzahn beabstandet ist. Der zweite Statorzahn beinhaltet eine zweite Spitze, die radial von dem ringförmigen Körper beabstandet ist. Die Statorbaugruppe beinhaltet ferner ein Versteifungselement, das zwischen dem ersten Zahn und dem zweiten Zahn positioniert ist. Das Versteifungselement ist dazu ausgelegt, einer Verformung der Statorbaugruppe zu widerstehen.
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In einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Zusammenbau einer Elektromotorbaugruppe bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet Koppeln einer Rotorbaugruppe mit einem Lager, sodass die Rotorbaugruppe dazu ausgelegt ist, um eine Mittelachse zu drehen. Das Verfahren beinhaltet ebenfalls Positionieren einer Statorbaugruppe entlang der Mittelachse. Die Statorbaugruppe beinhaltet einen ersten Statorzahn, einen zweiten Statorzahn und einen ringförmigen Körper, der sich um die Mittelachse erstreckt. Der erste Statorzahn und der zweite Statorzahn erstrecken sich radial von dem ringförmigen Körper und sind in Umfangsrichtung beabstandet. Das Verfahren beinhaltet ferner Bereitstellen mindestens eines Versteifungselements, das sich zwischen dem ersten Statorzahn und dem zweiten Statorzahn erstreckt. Das Versteifungselement ist dazu ausgelegt, einer Verformung der Statorbaugruppe zu widerstehen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Elektromotorbaugruppe;
- 2 ist eine schematische Schnittansicht der in 1 gezeigten Elektromotorbaugruppe;
- 3 ist eine Stirnansicht einer Statorbaugruppe und einer Rotorbaugruppe der in 1 gezeigten Elektromotorbaugruppe;
- 4 ist eine vergrößerte Stirnansicht eines Abschnitts einer Statorbaugruppe einschließlich Spitzen in einer ersten Stellung;
- 5 ist eine vergrößerte Stirnansicht eines Abschnitts der in 4 gezeigten Statorbaugruppe einschließlich Spitzen in einer zweiten Stellung;
- 6 ist eine Stirnansicht eines Einsatzes einschließlich mehrerer Versteifungselemente zur Verwendung bei der in 1 gezeigten Elektromotorbaugruppe;
- 7 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitts einer Statorbaugruppe einschließlich Füllmaterial;
- 8 ist eine vergrößerte Stirnansicht eines Abschnitts einer Statorbaugruppe einschließlich einer Krümmung, die sich zwischen einem ringförmigen Körper und einem Statorzahn erstreckt;
- 9 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Statorbaugruppe in einer ersten Ausgestaltung; und
- 10 ist eine perspektivische Ansicht der in 9 gezeigten Statorbaugruppe in einer zweiten Ausgestaltung.
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Obwohl spezifische Merkmale verschiedener Ausführungsformen möglicherweise in einigen Zeichnungen gezeigt werden und in anderen nicht, dient dies lediglich der Zweckmäßigkeit. Jedes Merkmal jeder Zeichnung kann in Verbindung mit jedem Merkmal jeder anderen Zeichnung referenziert und/oder beansprucht werden.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Elektromotorbaugruppe 100. 2 ist eine Schnittansicht der Motorbaugruppe 100. Bei der beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die Motorbaugruppe 100 ein Gehäuse 102, eine Statorbaugruppe 104 und eine Rotorbaugruppe 106. Die Statorbaugruppe 104 beinhaltet einen magnetischen Statorkern 110 und mehrere Leiterspulen 112. Jede Leiterspule 112 ist mit einem aus mehreren Statorzähnen 114 gekoppelt. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet die Motorbaugruppe 100 eine Leiterspule 112 pro Statorzahn 114. Bei Betrieb ist die Rotorbaugruppe 106 angrenzend an die Statorbaugruppe 104 positioniert und es wird nacheinander eine Spannung auf die Leiterspulen 112 aufgebracht, um eine Drehung der Rotorbaugruppe 106 um eine Mittelachse 116 zu veranlassen. Die Statorbaugruppe 104 erstreckt sich um die Rotorbaugruppe 106. Lager 108 tragen die Rotorbaugruppe 106 und gestatten der Rotorbaugruppe 106, relativ zur Statorbaugruppe 104 zu drehen. Bei alternativen Ausführungsformen weist die Motorbaugruppe 100 jede Ausgestaltung auf, die die Motorbaugruppe 100 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das Gehäuse 102 eine Ummantelung 118 und ein Lagerschild 120. Die Ummantelung 118 und das Lagerschild 120 umschließen die Statorbaugruppe 104 und sind dazu ausgelegt, die Statorbaugruppe 104 zu tragen. Insbesondere ist das Lagerschild 120 mit einem Ende der Statorbaugruppe 104 gekoppelt. Die Ummantelung 118 ist um die Statorbaugruppe 104 positioniert und ist mit einem äußeren Rand des Lagerschilds 120 gekoppelt. Die Ummantelung 118 ist ein Zylinder und erstreckt sich um die Mittelachse 116. Das Lagerschild 120 ist eine kreisförmige Platte und erstreckt sich kontinuierlich über ein Ende der Ummantelung 118. Bei der beispielhaften Ausführungsform sind die Ummantelung 118 und das Lagerschild 120 im Wesentlichen massiv und frei von Öffnungen. Im Ergebnis stellt das Gehäuse 102 der Statorbaugruppe 104 eine Abstützung bereit. Insbesondere reduziert das Gehäuse 102 eine Verformung der Statorbaugruppe 104 und reduziert die Übertragung von Vibrationen während des Betriebs der Motorbaugruppe 100. Bei alternativen Ausführungsformen beinhaltet die Motorbaugruppe 100 jedes Gehäuse 102, das die Motorbaugruppe 100 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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3 ist eine Stirnansicht der Statorbaugruppe 104 und der Rotorbaugruppe 106 der Motorbaugruppe 100. Die Statorbaugruppe 104 beinhaltet einen ringförmigen Körper oder eine Rückplatte 132, der bzw. die sich um die Mittelachse 116 erstreckt. Der ringförmige Körper 132 beinhaltet eine innere Fläche 134 und eine äußere Fläche 136. Die innere Fläche 134 und die äußere Fläche 136 erstrecken sich um die Mittelachse 116 und sind radial beabstandet. Die innere Fläche 134 und die äußere Fläche 136 definieren eine Dicke 138 eines dazwischenliegenden ringförmigen Körpers 132. Bei alternativen Ausführungsformen beinhaltet die Statorbaugruppe 104 jeden ringförmigen Körper 132, der die Motorbaugruppe 100 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform weist die Statorbaugruppe 104 auch einen äußeren, durch den ringförmigen Körper 132 definierten Durchmesser auf. Bei einigen Ausführungsformen liegt der äußere Durchmesser in einem Bereich von etwa 100 mm (4 Zoll) bis etwa 200 mm (8 Zoll). Bei einigen Ausführungsformen weist der ringförmige Körper 132 beispielsweise einen äußeren Durchmesser von annähernd 140 mm (5,5 Zoll) oder annähernd 165 mm (6,5 Zoll) auf. Bei alternativen Ausführungsformen weist die Statorbaugruppe 104 jeden Durchmesser auf, der die Motorbaugruppe 100 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform erstrecken sich zusätzlich Statorzähne 114 radial von dem ringförmigen Körper 132. Bei einigen Ausführungsformen sind die Statorzähne 114 einstückig mit dem ringförmigen Körper 132 ausgebildet. Bei weiteren Ausführungsformen sind die Statorzähne 114 mit dem ringförmigen Körper 132 gekoppelt. Bei der beispielhaften Ausführungsform beinhaltet jeder Statorzahn 114 ein proximales Ende 142, ein distales Ende 144, Seitenflächen 146 und Spitzen 148. Die proximalen Enden 142 liegen angrenzend an die innere Fläche 134. Die distalen Enden 144 liegen den proximalen Enden 142 gegenüber. Die Seitenflächen 146 erstrecken sich zwischen den proximalen Enden 142 und den distalen Enden 144. Die Seitenflächen 146 definieren eine dazwischenliegende Zahndicke 150. Bei einigen Ausführungsformen beträgt die Dicke 150 mindestens etwa 8 mm oder sie liegt in einem Bereich von etwa 8 mm bis etwa 12 mm. Bei weiteren Ausführungsformen beträgt das Verhältnis der Dicke 138 zur Dicke 150 mindestens etwa 1,1 oder es liegt in einem Bereich von etwa 1,1 zu etwa 1,5.
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Darüber hinaus beträgt bei einigen Ausführungsformen ein Verhältnis der Dicke 138 des ringförmigen Körpers 132 zum äußeren Durchmesser der Statorbaugruppe 104 mindestens etwa 0,065. Bei weiteren Ausführungsformen liegt das Verhältnis der Dicke 138 des ringförmigen Körpers 132 zum äußeren Durchmesser der Statorbaugruppe 104 in einem Bereich von etwa 0,065 bis etwa 0,25.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform sind zusätzlich die Statorzähne 114 in Umfangsrichtung um den ringförmigen Körper 132 beabstandet und definieren dazwischenliegende Schlitze 140. Die Statorzähne 114 sind dazu ausgelegt, Leiterspulen 112 derart aufzunehmen, dass sich die Leiterspulen 112 um die Seitenflächen 146 und durch die Schlitze 140 erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen definieren die Statorzähne 114 nicht mehr als 24 Schlitze. Bei der beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die Statorbaugruppe 104 zwölf Statorzähne 114, die zwölf Schlitze 140 definieren. Bei alternativen Ausführungsformen beinhaltet die Motorbaugruppe 100 jegliche Statorzähne 114, die die Motorbaugruppe 100 befähigen, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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Zusätzlich weist der ringförmige Körper 132 bei der beispielhaften Ausführungsform im Vergleich mit zumindest einigen bekannten Statorbaugruppen eine reduzierte Dicke 138 auf. Bei einigen Ausführungsformen beträgt die Dicke 138 beispielsweise weniger als etwa 8 Millimeter (mm). Bei weiteren Ausführungsformen liegt die Dicke 138 in einem Bereich von etwa 7 mm bis etwa 8 mm. Im Ergebnis weisen die Schlitze 140 einen vergrößerten Bereich auf, der für Leiterspulen 112 verfügbar ist. Bei alternativen Ausführungsformen beinhaltet die Statorbaugruppe 104 jeden Schlitz 140, der die Statorbaugruppe 104 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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Bei einigen Ausführungsformen wird die Statorbaugruppe 104 aus mehreren Schichtungen zusammengebaut. Jede der mehreren Schichtungen ist in einer gewünschten Form und Dicke ausgebildet. Die Schichtungen sind miteinander gekoppelt, um die Statorbaugruppe 104 auszubilden, die die gewünschte kumulative Dicke aufweist. Bei weiteren Ausführungsformen beinhaltet die Statorbaugruppe 104 eine erste Ausgestaltung, z. B. eine flache oder streifenförmige Ausgestaltung, und eine zweite Ausgestaltung, z. B. eine runde Ausgestaltung. Die Statorbaugruppe 104 wird von der ersten Ausgestaltung in die zweite Ausgestaltung bewegt oder „gerollt“, um eine aufrollbare Statorbaugruppe 104 auszubilden, die eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist. Bei alternativen Ausführungsformen wird die Statorbaugruppe 104 auf jede Weise zusammengebaut, die die Statorbaugruppe 104 befähigt, wie hier beschrieben zu funktionieren.
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Darüber hinaus beinhaltet die Statorbaugruppe 104 bei der beispielhaften Ausführungsform Versteifungselemente 141, die zwischen den Spitzen 148 positioniert sind. Die Versteifungselemente 141 sind dazu ausgelegt, einer Verformung der Statorbaugruppe 104 zu widerstehen. Bei der beispielhaften Ausführungsform sind die Versteifungselemente 141 in einem radialen Abstand von dem ringförmigen Körper 132 beabstandet und sind mit den Spitzen 148 angrenzender Statorzähne 114 gekoppelt. Dementsprechend wirken die Statorzähne 114 als Hebelarme zwischen den Versteifungselementen 141 und dem ringförmigen Körper 132. Im Ergebnis stellen die Versteifungselemente 141 einen Widerstand gegen Kräfte am ringförmigen Körper 132 bereit.
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Zusätzlich beinhaltet jedes Versteifungselement 141 bei der beispielhaften Ausführungsform ein Element, das nachgiebig sein kann und dazu ausgelegt ist, in die Spitzen 148 der Statorzähne 114 einzugreifen. Bei einigen Ausführungsformen bestehen die Versteifungselemente 141 beispielsweise aus Kunststoff. Bei alternativen Ausführungsformen beinhaltet die Statorbaugruppe 104 jedes Versteifungselement 141, das die Statorbaugruppe 104 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten. Bei einigen Ausführungsformen sind die Versteifungselemente 141 beispielsweise einstückig mit den Statorzähnen 114 ausgebildet. Bei weiteren Ausführungsformen beinhalten die Versteifungselemente 141 eine Fuge, die zwischen den Statorzähnen 114 ausgebildet ist, um eine Anpassung der Schlitzöffnungen zu gestatten. Dementsprechend erleichtern die Versteifungselemente 141 den Wickelvorgang und reduzieren eine Geräuschentwicklung während des Betriebs der Motorbaugruppe 100.
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Bei einigen Ausführungsformen können die Versteifungselemente 141 auch zwischen angrenzenden Statorzähnen 114 angeordnet sein. Konkret sind bei der beispielhaften Ausführungsform die Versteifungselemente 141 zwischen jedem zweiten Paar von Statorzähnen 114 angeordnet. Bei alternativen Ausführungsformen befinden sich Versteifungselemente 141 an jeder Stelle, die die Statorbaugruppe 104 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten. Bei einigen Ausführungsformen ist beispielsweise mindestens ein Versteifungselement 141 zwischen jedem Paar angrenzender Statorzähne 114 angeordnet.
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Bei einigen Ausführungsformen sind Versteifungselemente 141 zwischen Statorzähnen 114 positioniert, nachdem Leiterspulen 112 (in 2 gezeigt) um die Statorzähne 114 gewickelt wurden. Bei weiteren Ausführungsformen werden Versteifungselemente 141 mit den Statorzähnen 114 gekoppelt, bevor die Leiterspulen 112 um die Statorzähne 114 gewickelt werden. Bei einigen Ausführungsformen werden die Statorzähne 114 mit dem ringförmigen Körper 132 gekoppelt, wobei die Leiterspulen 112 und die Versteifungselemente 141 an Ort und Stelle sind.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform ist die Statorbaugruppe 104 dazu ausgelegt, während des Betriebs der Motorbaugruppe 100 einer Umfangsspannung und einer Verformung zu widerstehen. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Umfangsspannung“ auf eine Kraft in einer Umfangsrichtung. Zum Beispiel erleichtern Versteifungselemente 141 es dem ringförmigen Körper 132, eine erhöhte Umfangsspannungskapazität aufzuweisen. Im Ergebnis werden die Vibrationen der Statorbaugruppe 104 reduziert. Dementsprechend erzeugt die Motorbaugruppe 100 während des Betriebs weniger Geräuschentwicklung als zumindest einige bekannte Motorbaugruppen.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die äußere Fläche 136 ebenfalls gekrümmte Abschnitte 162 und gerade Abschnitte 164. Die gekrümmten Abschnitte 162 erstrecken sich in Umfangsrichtung um den ringförmigen Körper 132. Die geraden Abschnitte 164 erstrecken sich entlang von Sehnen zwischen den gekrümmten Abschnitten 162. Zusätzlich erstrecken sich die gekrümmten Abschnitte 162 und die geraden Abschnitte 164 in Längsrichtung relativ zur Mittelachse 116 von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des ringförmigen Körpers 132. Die gekrümmten Abschnitte 162 stellen dem ringförmigen Körper 132 eine erhöhte Festigkeit bereit, um eine Umfangsspannungskapazität zu erhöhen und einer Verformung des ringförmigen Körpers 132 zu widerstehen. Bei alternativen Ausführungsformen beinhaltet die äußere Fläche 136 jeden Abschnitt, der die Motorbaugruppe 100 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten. Bei einigen Ausführungsformen ist beispielsweise die äußere Fläche 136 um den gesamten Umfang des ringförmigen Körpers 132 gekrümmt.
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Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 3 beinhaltet die Rotorbaugruppe 106 einen mittleren Abschnitt 152, einen Rand 154 und mehrere Speichen 156. Eine drehbare Welle 158 erstreckt sich von dem mittleren Abschnitt 152 und ist dazu ausgelegt, sich mit einer Last zu verkoppeln. Speichen 156 erstrecken sich zwischen dem mittleren Abschnitt 152 und dem Rand 154. Die Speichen 156 beinhalten Magneten 160, die Pole der Rotorbaugruppe 106 ausbilden. Dementsprechend ist bei der beispielhaften Ausführungsform die Rotorbaugruppe 106 ein mit Speichen versehener Rotor und ist dazu ausgelegt, einen erhöhten magnetischen Fluss im Vergleich mit zumindest einigen bekannten Rotorbaugruppen bereitzustellen. Die Statorbaugruppe 104 ist dazu ausgelegt, Kapazitäten für den erhöhten magnetischen Fluss und die erhöhte Umfangsspannung aufgrund des erhöhten magnetischen Flusses bereitzustellen. Bei alternativen Ausführungsformen beinhaltet die Motorbaugruppe 100 jede Rotorbaugruppe 106, die die Motorbaugruppe 100 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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Bezug nehmend auf 2 und 3 beinhaltet ein Verfahren zum Zusammenbauen der Motorbaugruppe 100 Koppeln der Rotorbaugruppe 106 mit Lagern 108, sodass die Rotorbaugruppe 106 dazu ausgelegt ist, sich um die Mittelachse 116 zu drehen. Das Verfahren beinhaltet Positionieren von Leiterspulen 112 an den Statorzähnen 114 der Statorbaugruppe 104. Bei einigen Ausführungsformen werden die Statorzähne 114 mit dem ringförmigen Körper 132 gekoppelt, nachdem Leiterspulen 112 an den Statorzähnen 114 positioniert wurden. Das Verfahren beinhaltet ebenfalls Positionieren der Statorbaugruppe 104 entlang der Mittelachse 116 und der angrenzenden Rotorbaugruppe 106. Die Statorbaugruppe 104 und die Rotorbaugruppe 106 sind derart ausgerichtet, dass sich Magnetfelder zwischen den Statorzähnen 114 und den Magneten 160 erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren Positionieren der Rotorbaugruppe 106 innerhalb der Statorbaugruppe 104, sodass die Statorzähne 114 der Statorbaugruppe 104 um die Rotorbaugruppe 106 beabstandet sind und sich radial relativ zur Rotorbaugruppe 106 erstrecken. Das Verfahren beinhaltet ferner Bereitstellen von mindestens einem Versteifungselement 141, das sich zwischen dem ersten Statorzahn 114 und dem zweiten Statorzahn 114 erstreckt. Bei einigen Ausführungsformen ist beispielsweise mindestens ein Versteifungselement 141 zwischen der Spitze 148 des ersten Statorzahns 114 und der Spitze 148 des zweiten Statorzahns 114 gekoppelt. Bei weiteren Ausführungsformen werden Versteifungselemente 141 wie etwa Füllmaterial zumindest teilweise innerhalb von Schlitzen 140 positioniert.
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Bei einigen Ausführungsformen sind die Versteifungselemente 141 einstückig mit den Statorzähnen 114 ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen ist die Statorbaugruppe 104 beispielsweise aus mehreren Schichtungen zusammengebaut und mindestens einige der Schichtungen beinhalten Versteifungselemente 141, die sich zwischen mindestens einigen Statorzähnen 114 der Schichtungen erstrecken. Konkret sind bei einigen Ausführungsformen Spitzen 148 der Statorzähne 114 der Schichtungen miteinander verbunden, um Versteifungselemente 141 auszubilden. Bei derartigen Ausführungsformen werden Leiterspulen 112 nicht notwendigerweise von den Spitzen 148 der Statorzähne 114 gewickelt. Bei einigen Ausführungsformen werden Leiterspulen 112 beispielsweise um die Statorzähne 114 von dem äußeren Durchmesser gewickelt.
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Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Statorbaugruppe 104 um einen gerollten Stator, der eine erste Ausgestaltung, z. B. eine flache Ausgestaltung, und eine zweite Ausgestaltung, z. B. eine runde Ausgestaltung, aufweist. Bei solchen Ausführungsformen können Leiterspulen 112 gewickelt werden, wenn die Statorbaugruppe 104 sich in der ersten Ausgestaltung, z. B. der flachen Ausgestaltung befindet, und die Statorbaugruppe 104 kann in die zweite Ausgestaltung bewegt werden, z. B. die runde Ausgestaltung, nachdem die Leiterspulen 112 gewickelt worden sind. Versteifungselemente 141 sind zwischen den Statorzähnen 114 aufgenommen, wenn sich die Statorbaugruppe 104 in der zweiten Ausgestaltung befindet. Bei alternativen Ausführungsformen weist die Statorbaugruppe 104 jegliche Ausgestaltungen auf, die die Statorbaugruppe 104 befähigen, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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4 ist eine schematische Ansicht eines Abschnitts einer Statorbaugruppe 200 einschließlich Spitzen 202 in einer ersten Stellung. 5 ist eine schematische Ansicht eines Abschnitts der Statorbaugruppe 200 einschließlich Spitzen 202 in einer zweiten Stellung. Die Statorbaugruppe 200 beinhaltet einen ringförmigen Körper 204 und Zähne 206, die sich radial von dem ringförmigen Körper 204 erstrecken. Jeder Statorzahn 206 beinhaltet ein proximales Ende 208, ein distales Ende 210 und Seitenflächen 212. Die Spitzen 202 sind beweglich mit den distalen Enden 210 gekoppelt, sodass die Spitzen 202 zwischen einer ersten Stellung (4) und einer zweiten Stellung (5) positionierbar sind. Insbesondere sind die Spitzen 202 mit den distalen Enden 210 durch Scharniere 216 gekoppelt. Bei alternativen Ausführungsformen sind die Spitzen 202 mit den Statorzähnen 206 auf jede Weise gekoppelt, die die Statorbaugruppe 200 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten. Bei einigen Ausführungsformen sind die Spitzen 202 beispielsweise biegbar. Bei weiteren Ausführungsformen beinhalten die Spitzen 202 ein flexibles Material, das den Spitzen 202 ermöglicht, sich zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung zu bewegen. Bei einigen Ausführungsformen weisen die Spitzen 202 Zwischenstellungen zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung auf.
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In der ersten Stellung (in 4 gezeigt) erstrecken sich die Spitzen 202 in einem Winkel relativ zu dem distalen Ende 210. In der zweiten Stellung (in 4 gezeigt) erstrecken sich die Spitzen 202 parallel zu und in Ausrichtung mit dem distalen Ende 210. Bei alternativen Ausführungsformen weisen die Spitzen 202 jede Stellung auf, die die Statorbaugruppe 200 befähigt, wie hier beschrieben zu funktionieren.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform ermöglicht die erste Stellung (in 4 gezeigt) der Spitzen 202 das Positionieren der Leiterspule 112 (in 2 gezeigt) um die Statorzähne 206. Insbesondere stellen, wenn sich die Spitzen 202 in der ersten Stellung befinden, die Spitzen 202 eine Lücke 218 bereit, die größer ist als eine Breite der Leiterspule 112. Bei einigen Ausführungsformen beträgt die Lücke 218 mindestens etwa 2,5 mm. Bei weiteren Ausführungsformen liegt die Lücke 218 in einem Bereich von etwa 3 mm bis etwa 20 mm.
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Zusätzlich stellt die zweite Stellung der Spitzen 202 bei der beispielhaften Ausführungsform eine reduzierte Lücke 220 zwischen den Statorzähnen 206 bereit. Dementsprechend reduzieren die Zahnspitzen 202 das pulsierende Drehmoment und reduzieren die Geräuschentwicklung der Statorbaugruppe 200 während des Betriebs, während sie das Einsetzen und das Zurückhalten von Komponenten wie etwa Versteifungselementen 141 (in 3 gezeigt) ermöglichen. Bei der beispielhaften Ausführungsform bestehen die Spitzen 202 aus dem gleichen Material wie die Statorzähne 206, und die Lücke 220 gestattet es dem magnetischen Fluss, dort hindurch zu verlaufen. Bei einigen Ausführungsformen beträgt die Lücke 220 mindestens etwa 5,8 mm. Bei weiteren Ausführungsformen liegt die Lücke 220 in einem Bereich von etwa 0,9 mm bis etwa 2,5 mm. Bei alternativen Ausführungsformen beinhaltet die Statorbaugruppe 200 jede Lücke zwischen den Statorzähnen 206, die die Statorbaugruppe 200 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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Bei einigen Ausführungsformen können die Versteifungselemente 141 (in 3 gezeigt) zwischen den Spitzen 202 positioniert werden. Die zweite Stellung der Spitzen 202 gestattet den Spitzen 202, in Versteifungselemente 141 einzugreifen, und ermöglicht ein Koppeln der Versteifungselemente 141 mit der Statorbaugruppe 200. Bei einigen Ausführungsformen ist die Lücke 220 beispielsweise so bemessen, dass angrenzende Spitzen 202 Versteifungselemente 141 dazwischen sichern oder klemmen. Bei alternativen Ausführungsformen sind die Versteifungselemente 141 nicht notwendigerweise mit den Spitzen 202 gekoppelt. Bei weiteren Ausführungsformen wird auf Versteifungselemente 141 verzichtet.
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6 ist eine Stirnansicht eines mehrere Versteifungselemente 302 beinhaltenden Einsatzes 300 zur Verwendung bei der Elektromotorbaugruppe 100 (in 1 gezeigt). Der Einsatz 300 beinhaltet ein ringförmiges Element 304 und Versteifungselemente 302. Das ringförmige Element 304 beinhaltet eine innere Fläche 306 und eine äußere Fläche 308. Die Versteifungselemente 302 erstrecken sich radial von der äußeren Fläche 308 des ringförmigen Elements 304 und sind gleichmäßig um einen Umfang des ringförmigen Elements 304 beabstandet. Bei der beispielhaften Ausführungsform beinhaltet der Einsatz 300 zwölf Versteifungselemente 302. Bei alternativen Ausführungsformen weist der Einsatz 300 jede Ausgestaltung auf, die den Einsatz 300 befähigt, wie hier beschrieben zu funktionieren.
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Bezug nehmend auf 3 und 6 ist der Einsatz 300 dazu ausgelegt, mit der Motorbaugruppe 100 zwischen der Statorbaugruppe 104 und der Rotorbaugruppe 106 zu koppeln. Insbesondere ist der Einsatz 300 bemessen und geformt, um in eine Lücke zwischen der Statorbaugruppe 104 und der Rotorbaugruppe 106 zu passen. Zusätzlich sind die Versteifungselemente 302 dazu ausgelegt, sich zwischen den Spitzen 148 angrenzender Statorzähne 114 zu erstrecken. Demzufolge widersteht der Einsatz 300 der Umfangsspannung in der Statorbaugruppe 104 und reduziert eine Verformung der Statorbaugruppe 104. Bei alternativen Ausführungsformen ist der Einsatz 300 dazu ausgelegt, mit der Statorbaugruppe 104 auf jede Weise zu koppeln, die die Motorbaugruppe 100 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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7 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitts einer Statorbaugruppe 400 einschließlich Füllmaterial 402. Die Statorbaugruppe 400 beinhaltet einen ringförmigen Körper 404 und Zähne 406, die sich radial von dem ringförmigen Körper 404 erstrecken. Jeder Statorzahn 406 beinhaltet ein proximales Ende 408, ein distales Ende 410, Seitenflächen 412 und Spitzen 414. Jedes Paar angrenzender Statorzähne 406 definiert dazwischen einen Schlitz 416. Die Leiterspule 418 ist um jeden Statorzahn gewickelt und erstreckt sich durch Schlitze 416 an jeder Seite des jeweiligen Statorzahns 406. Bei alternativen Ausführungsformen weist die Statorbaugruppe 400 jede Ausgestaltung auf, die die Statorbaugruppe 400 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform ist innerhalb jedes Schlitzes 416 Füllmaterial 402 angeordnet, das als ein Versteifungselement wirkt, um einer Verformung der Statorbaugruppe 104 zu widerstehen. Konkret ist das Füllmaterial 402 in offenen Bereichen zwischen den und/oder um die Leiterspulen 418 herum angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das Füllmaterial 402 einen Klebstoff wie etwa ein Epoxidharz oder Harz. Bei der beispielhaften Ausführungsform ist das Füllmaterial 402 in separaten Bereichen der Statorbaugruppe 400 angeordnet, und konzipiert, der Statorbaugruppe 400 Steifigkeit bereitzustellen, und umschließt oder verkapselt die Statorbaugruppe 400 nicht vollständig. Insbesondere sind die Endwindungen der Leiterspulen 418 frei von Füllmaterial 402. Dementsprechend reduziert das Füllmaterial 402 die Kosten zum Zusammenbauen der Statorbaugruppe 400. Bei alternativen Ausführungsformen beinhaltet die Statorbaugruppe 400 jedes Füllmaterial 402, das die Statorbaugruppe 400 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das Füllmaterial 402 beispielsweise Kunststoff, Metall und/oder Holz.
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8 ist eine vergrößerte Stirnansicht eines Abschnitts einer Statorbaugruppe 500 einschließlich einer Krümmung 502, die sich zwischen einem ringförmigen Körper 504 und einem Statorzahn 506 erstreckt. Die Statorbaugruppe 500 beinhaltet einen ringförmigen Körper 504 und Statorzähne 506, die sich radial von dem ringförmigen Körper 504 erstrecken. Der ringförmige Körper 504 beinhaltet eine innere Fläche 505 und eine äußere Fläche 507. Jeder Statorzahn 506 beinhaltet ein proximales Ende 508, ein distales Ende 510, Seitenflächen 512 und Spitzen 514. Bei alternativen Ausführungsformen weist die Statorbaugruppe 500 jede Ausgestaltung auf, die die Statorbaugruppe 500 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich eine Krümmung 502 zwischen der inneren Fläche 505 des ringförmigen Körpers 504 und jeder Seitenfläche 512 der Statorzähne 506 am proximalen Ende 508. Die Krümmung 502 weist einen Radius 516 auf. Bei der beispielhaften Ausführungsform ist die Krümmung 502 dazu ausgelegt, einer Umfangsspannung im ringförmigen Körper 504 zu widerstehen sowie einer Verformung der Statorbaugruppe 500 zu widerstehen. Insbesondere ist der Radius 516 im Vergleich mit zumindest einigen bekannten Statorzähnen, die einen kleineren Radius aufweisen, konzipiert, den Statorzähnen 506 eine erhöhte Steifigkeit bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen ist der Radius 516 größer als etwa 3 mm. Bei weiteren Ausführungsformen liegt ein Verhältnis des Radius 516 zu einer Breite der Schlitzöffnungen im Bereich von etwa 0,1 bis zu etwa 0,5. Bei alternativen Ausführungsformen beinhaltet die Statorbaugruppe 500 jede Krümmung 502, die die Statorbaugruppe 500 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten. Geeigneterweise wird ein Wert für den Radius 516 bestimmt, der den für das Wickeln verfügbaren Schlitzbereich und die Anforderungen an die Steifigkeit in Einklang bringt.
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9 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Statorbaugruppe 600 in einer ersten Ausgestaltung. 10 ist eine perspektivische Ansicht der Statorbaugruppe 600 in einer zweiten Ausgestaltung. Die Statorbaugruppe 600 beinhaltet einen Körper 602 und mehrere Statorzähne 604, die sich von dem Körper 602 erstrecken. Bei der beispielhaften Ausführungsform beinhaltet der Körper 602 Segmente, die durch Scharniere miteinander gekoppelt sind. Dementsprechend gestattet der Körper 602 der Statorbaugruppe 600, sich zwischen einer ersten Ausgestaltung, z. B. einer flachen Ausgestaltung, und einer zweiten Ausgestaltung, z. B. einer runden oder gerollten Ausgestaltung, zu bewegen. Dementsprechend kann der Körper 602 bewegt werden, z. B. kann er zwischen der ersten Ausgestaltung und der zweiten Ausgestaltung gerollt werden. Bei der ersten Ausgestaltung ist der Körper 602 im Wesentlichen planar. Bei der zweiten Ausgestaltung ist der Körper 602 im Wesentlichen zylindrisch. Bei alternativen Ausführungsformen weist die Statorbaugruppe 600 jede Ausgestaltung auf, die die Statorbaugruppe 600 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform sind die Statorzähne 604 einstückig mit dem Körper 602 ausgebildet. Die Statorzähne 604 erstrecken sich radial einwärts von dem Körper 602, wenn sich die Statorbaugruppe 600 in der zweiten Ausgestaltung befindet. Jeder Statorzahn 604 beinhaltet eine Spitze 606. Die Spitzen 606 angrenzender Statorzähne 604 sind in einem ersten Abstand 608 beabstandet, wenn sich die Statorbaugruppe 600 in der ersten Ausgestaltung befindet. Bei der beispielhaften Ausführungsform ist der erste Abstand 608 größer als eine Dicke der Leiterspule 112 (in 2 gezeigt). Dementsprechend erleichtert die erste Ausgestaltung der Statorbaugruppe 600 das Wickeln der Leiterspulen 112 um die Statorzähne 604. Bei alternativen Ausführungsformen beinhaltet die Statorbaugruppe 600 jegliche Statorzähne 604, die die Statorbaugruppe 600 befähigen, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die Statorbaugruppe 600 ebenfalls Versteifungselemente 610. Die Versteifungselemente 610 sind zwischen den Statorzähnen 604 aufgenommen, wenn sich die Statorbaugruppe 600 in der zweiten Ausgestaltung befindet. Bei einigen Ausführungsformen sind Versteifungselemente 610 mit mindestens einem Statorzahnkörper und/oder einer Statorzahnspitze 606 gekoppelt. Bei der beispielhaften Ausführungsform sind Versteifungselemente 610 zwischen Spitzen 606 angrenzender Statorzähne 604 gekoppelt. Die Versteifungselemente 610 sind zwischen jedem zweiten Paar von Statorzähnen 604 positioniert. Bei alternativen Ausführungsformen beinhaltet die Statorbaugruppe 600 jedes Versteifungselement 610, das die Statorbaugruppe 600 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten. Bei einigen Ausführungsformen sind die Versteifungselemente 610 beispielsweise in Schlitzen der Statorbaugruppe 600 positioniert.
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Zusätzlich sind bei der beispielhaften Ausführungsform die Spitzen 606 in einem zweiten Abstand 612 beabstandet, wenn sich die Statorbaugruppe 600 in der zweiten Ausgestaltung befindet. Der zweite Abstand 612 befähigt die Statorzähne 604, die Versteifungselemente 610 dazwischen aufzunehmen. Bei alternativen Ausführungsformen sind die Versteifungselemente mit den Statorzähnen 604 und/oder Körper 602 auf jede Weise gekoppelt, die die Statorbaugruppe 600 befähigt, wie hier beschrieben zu arbeiten.
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Die hier beschriebene(n) Einrichtung, Verfahren und Systeme stellen eine Statorbaugruppe eines Elektromotors bereit. Die Statorbaugruppe ist dazu ausgelegt, Vibrationen und eine Geräuschentwicklung des Elektromotors während des Betriebs zu reduzieren. Ausführungsformen der Statorbaugruppe beinhalten beispielsweise Versteifungselemente und/oder Füllmaterialien, die zwischen den Statorzähnen positioniert sind. Zusätzlich ist die Statorbaugruppe bemessen und geformt, einer Umfangsspannung zu widerstehen. Im Ergebnis ist die Statorbaugruppe steifer, d.h. sie weist einen erhöhten Widerstand gegen Verformung auf, und der Elektromotor erzeugt während des Betriebs weniger Geräuschentwicklung als zumindest einige bekannte Elektromotoren.
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Beispielhafte Ausführungsformen einer Elektromotorbaugruppe sind vorstehend ausführlich beschrieben. Die Elektromotorbaugruppe und ihre Komponenten sind nicht auf die spezifischen, hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es können vielmehr Komponenten der Systeme unabhängig und getrennt von anderen hier beschriebenen Komponenten verwendet werden. Die Komponenten können beispielsweise ebenfalls in Kombination mit anderen Maschinensystemen, Verfahren und Einrichtungen verwendet werden und sind nicht auf eine Anwendung mit nur den Systemen und Einrichtungen wie hier beschrieben beschränkt. Die beispielhaften Ausführungsformen können vielmehr in Verbindung mit vielen anderen Anwendungen implementiert und verwendet werden.
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Obwohl spezifische Merkmale verschiedener Ausführungsformen der Offenbarung möglicherweise in einigen Zeichnungen gezeigt werden und in anderen nicht, dient dies lediglich der Zweckmäßigkeit. Gemäß den Prinzipien der Offenbarung kann jedes Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit jedem Merkmal jeder anderen Zeichnung referenziert und/oder beansprucht werden.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich der besten Ausführungsform, und um jeden Fachmann zu befähigen, die Erfindung zu realisieren, einschließlich Herstellen und Verwenden jeglicher Vorrichtungen und Systeme und Durchführen jeglicher enthaltener Verfahren. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele beinhalten, die Fachleuten in den Sinn kommen. Es ist beabsichtigt, dass derartige andere Beispiele innerhalb des Umfangs der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden zum Wortlaut der Ansprüche beinhalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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