DE102011006918A1 - Electric machine with supported teeth - Google Patents

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Abstract

Es sollen Rast- und/oder Pendelmomente einer segmentierten elektrischen Maschine reduziert werden. Daher wird eine elektrische Maschine mit einem ersten und einem zweiten Aktivteil (1, 2), die in einer Bewegungsrichtung (14) zueinander bewegbar sind, vorgeschlagen, wobei das erste Aktivteil (1) mehrere Segmente (4, 5) aufweist, bei jedem Segment mehrere Zähne von einem Joch abstehen, ein Randzahn (8, 9) der mehreren Zähne (7, 8, 9, 10, 33), der sich an einer Segmentgrenze (6) des jeweiligen Segments befindet, dünner ausgebildet ist als ein benachbarter Zahn (7, 10) der mehreren Zähne des Segments, und der Randzahn und der benachbarte Zahn an ihren Zahnköpfen durch ein Verbindungselement ersten Typs miteinander verbunden sind. Ein Zahnpaar der mehreren Zähne ist durch ein Verbindungselement zweiten Typs verbunden, das eine andere Form besitzt als das Verbindungselement ersten Typs. Mindestens zwei Zähne des Segments (4, 5), die nicht an der oder an einer anderen Segmentgrenze (6) des Segments liegen, sind an ihren Zahnköpfen durch ein weiteres Verbindungselement ersten Typs formschlüssig miteinander verbunden, wobei die zwei Zähne und/oder das weitere Verbindungselement ersten Typs so gestaltet sind, oder das Verbindungselement an den zwei Zähnen so angeordnet ist, dass ein Rastmoment oder Pendelmoment des ersten Aktivteils gegenüber dem zweiten Aktivteil kleiner ist als in dem Fall, dass das weitere Verbindungselement vom zweiten Typ wäre.The aim is to reduce cogging and / or oscillating torques of a segmented electrical machine. Therefore, an electrical machine is proposed with a first and a second active part (1, 2) which can be moved in one direction of movement (14) to one another, the first active part (1) having several segments (4, 5) for each segment several teeth protrude from a yoke, an edge tooth (8, 9) of the several teeth (7, 8, 9, 10, 33), which is located at a segment boundary (6) of the respective segment, is made thinner than an adjacent tooth ( 7, 10) of the several teeth of the segment, and the edge tooth and the adjacent tooth are connected to one another at their tooth tips by a connecting element of the first type. A pair of teeth of the plurality of teeth are connected by a connecting element of the second type, which has a different shape than the connecting element of the first type. At least two teeth of the segment (4, 5) that are not on or on another segment boundary (6) of the segment are positively connected to one another at their tooth tips by a further connecting element of the first type, the two teeth and / or the further Connecting element of the first type are designed, or the connecting element is arranged on the two teeth so that a cogging torque or pendulum torque of the first active part is smaller than the second active part than in the case that the further connecting element were of the second type.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem ersten und einem zweiten Aktivteil, die in einer Bewegungsrichtung zueinander bewegbar sind, wobei das erste Aktivteil mehrere Segmente aufweist, bei jedem Segment mehrere Zähne von einem Joch abstehen, ein Randzahn der mehreren Zähne, der sich an einer Segmentgrenze des jeweiligen Segments befindet, dünner ausgebildet ist als ein benachbarter Zahn der mehreren Zähne des Segments, der Randzahn und der benachbarte Zahn an ihren Zahnköpfen durch ein Verbindungselement ersten Typs miteinander verbunden sind, und ein Zahnpaar der mehreren Zähne mit vorgegebener Geometrie durch ein Verbindungselement zweiten Typs verbunden ist, das eine andere Form besitzt als das Verbindungselement ersten Typs.The present invention relates to an electric machine having a first and a second active part, which are movable in a direction of movement to each other, wherein the first active part has a plurality of segments, with each segment a plurality of teeth protrude from a yoke, an edge tooth of the plurality of teeth, the a segment boundary of the respective segment is thinned is formed as an adjacent tooth of the plurality of teeth of the segment, the edge tooth and the adjacent tooth are connected to their tooth tips by a connecting element of the first type, and a tooth pair of the plurality of teeth with predetermined geometry by a connecting element second type is connected, which has a different shape than the connecting element of the first type.

Bei segmentierten elektrischen Maschinen, beispielsweise direkt getriebenen Windgeneratoren, kann an der Grenze zwischen zwei Segmenten ein Zahn geteilt sein. Damit sich dieser halbe Zahn nicht unter der Einwirkung elektromagnetischer Kräfte verformt oder in Schwingungen gerät, ist dieser abzustützen. Zur Abstützung der halben Zähne zweier benachbarter Segmente wird bei der Montage der Segmente in die Fuge zwischen den beiden Segmenten eine so genannte Beilage eingelegt. Diese kann beispielsweise eine harzgetränkte Glasfasermatte sein, die nach der Montage in der Fuge aushärtet. Nach der Aushärtung ist die Fuge zwischen den Segmenten ausgefüllt und es erfolgt über die Matte eine gegenseitige Abstützung der beiden halben Zähne, sodass diese Druckkräfte durch den elektrischen Leiter in der Nut aufnehmen können und mechanische Schwingungen der Zähne vermieden werden. Die Verwendung einer Beilage ist bei der Montage einer segmentierten Maschine in den Fertigungsstätten eines Herstellers relativ unproblematisch, erweist sich jedoch bei der Montage in ungünstigen Umgebungen als schwieriger, da ein weiteres Bauelement eingepasst werden muss, und die Verwendung von Harzen, Klebstoffen oder ähnlichem erforderlich ist.In segmented electrical machines, such as directly driven wind generators, a tooth may be shared at the boundary between two segments. To prevent this half tooth from being deformed or vibrating under the influence of electromagnetic forces, it must be supported. To support the half teeth of two adjacent segments, a so-called supplement is inserted during assembly of the segments in the joint between the two segments. This can be, for example, a resin-impregnated glass fiber mat which hardens after assembly in the joint. After curing, the gap between the segments is filled and it takes place via the mat a mutual support of the two half teeth, so that these pressure forces can be absorbed by the electrical conductor in the groove and mechanical vibrations of the teeth are avoided. The use of a shim is relatively unproblematic in assembling a segmented machine at a manufacturer's factory, but proves to be more difficult to install in adverse environments because another component must be fitted and the use of resins, adhesives, or the like is required ,

Entsprechend der nachveröffentlichten Druckschrift DE 10 2010 039 381 ist bei einer elektrischen Maschine, welche ein Aktivteil mit Zähnen aufweist, ein erster Zahn über ein Ankerelement mit einem zweiten Zahn mechanisch verbunden. Das Ankerelement ist beispielsweise zur Aufnahme einer Zugbelastung und/oder einer Druckbelastung vorgesehen. Ein derartiges Ankerelement ist insbesondere bei einem mechanisch geschwächten Zahn wie einem Halbzahn, vorteilhaft. Das Ankerelement greift von einem Zahn zum anderen und verbindet diese. Um die Stabilität zu erhöhen kann das Ankerelement eine Vorspannung aufweisen. Durch eine derartige Abstützung der Randzähne an den Segmentgrenzen können jedenfalls diese gegen mechanische und elektromagnetische Schwingungen geschützt werden. Damit kann insbesondere auch der Extremfall vermieden werden, dass die halben Zähne ausbrechen und zur Beschädigung bzw. dem Totalausfall der elektrischen Maschine führen.According to the post-published publication DE 10 2010 039 381 For example, in an electric machine having an active part with teeth, a first tooth is mechanically connected to a second tooth via an anchor element. The anchor element is provided for example for receiving a tensile load and / or a compressive load. Such an anchor element is particularly advantageous in the case of a mechanically weakened tooth, such as a half-tooth. The anchor element reaches from one tooth to the other and connects them. To increase stability, the anchor element may have a bias. By such a support of the edge teeth on the segment boundaries can be protected against mechanical and electromagnetic vibrations in any case. Thus, in particular, the extreme case can be avoided that break out of the half teeth and lead to damage or total failure of the electric machine.

Durch die oben geschilderten Maßnahmen werden jeweils die beiden Randzähne eines Segments abgestützt. Da elektrische Maschinen häufig mit mindestens drei Phasen ausgeführt sind, ist unmittelbar einsichtig, dass durch die geschilderten Maßnahmen eine Unsymmetrie in der Maschine erzeugt wird. Die geometrischen Unregelmäßigkeiten der elektrischen Maschine führen zu Rastmomenten im nicht bestromten Zustand des Ständers und zu Pendelmomenten im bestromten Zustand des Ständers. Diese Nachteile wurden billigend in Kauf genommen.By the measures described above, each of the two edge teeth of a segment are supported. Since electrical machines are often designed with at least three phases, it is immediately apparent that an asymmetry in the machine is generated by the measures described. The geometric irregularities of the electric machine lead to cogging moments in the non-energized state of the stator and to pendulum moments in the energized state of the stator. These disadvantages were accepted.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, Rast- und/oder Pendelmomente bei segmentierten Maschinen mit halben bzw. dünner ausgebildeten Randzähnen zu reduzieren.The object of the present invention is thus to reduce rest and / or pendulum moments in segmented machines with half or thinned edge teeth.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine elektrische Maschine mit

  • – einem ersten und einem zweiten Aktivteil, die in einer Bewegungsrichtung zueinander bewegbar sind, wobei
  • – das erste Aktivteil mehrere Segmente aufweist,
  • – bei jedem Segment mehrere Zähne, von einem Joch abstehen,
  • – ein Randzahn der mehreren Zähne, der sich an einer Segmentgrenze des jeweiligen Segments befindet, dünner ausgebildet ist als ein benachbarter Zahn der mehreren Zähne des Segments, und
  • – der Randzahn und der benachbarte Zahn an ihren Zahnköpfen durch ein Verbindungselement ersten Typs miteinander verbunden sind,
  • – ein Zahnpaar der mehreren Zähne mit vorgegebener Geometrie durch ein Verbindungselement zweiten Typs verbunden ist, das eine andere Form besitzt als das Verbindungselement ersten Typs,
  • – ein weiteres Zahnpaar der mehreren Zähne des Segments, das nicht an der oder einer anderen Segmentgrenze des Segments liegt, an den Zahnköpfen durch ein weiteres Verbindungselement miteinander verbunden ist, und wobei
  • – das weitere Zahnpaar und/oder das weitere Verbindungselement so gestaltet sind, dass ein Rastmoment oder Pendelmoment des ersten Aktivteils gegenüber dem zweiten Aktivteil kleiner ist als in dem Fall, dass das weitere Verbindungselement vom zweiten Typ wäre und die Zähne des weiteren Zahnpaars die vorgegebene Geometrie besäßen.
According to the invention this object is achieved by an electric machine with
  • - A first and a second active part, which are movable in a direction of movement to each other, wherein
  • The first active part has several segments,
  • - with each segment several teeth, stand out from a yoke,
  • - An edge tooth of the plurality of teeth, which is located on a segment boundary of the respective segment is formed thinner than an adjacent tooth of the plurality of teeth of the segment, and
  • - The edge tooth and the adjacent tooth are connected to each other at their tooth tips by a connecting element of the first type,
  • A tooth pair of the plurality of teeth of predetermined geometry is connected by a connecting element of the second type, which has a different shape than the connecting element of the first type,
  • - Another pair of teeth of the plurality of teeth of the segment, which is not on the or another segment boundary of the segment, is connected to the tooth tips by another connecting element, and wherein
  • - The further tooth pair and / or the further connecting element are designed so that a cogging torque or pendulum moment of the first active part relative to the second active part is smaller than in the case that the further connecting element of the second type and the teeth of the further tooth pair the predetermined geometry possessed.

Es werden also entsprechend der vorliegenden Erfindung die Zahnköpfe und/oder Verbindungselemente auch innerhalb des Segments der elektrischen Maschine verändert gegenüber Zahnpaaren mit vorgegebener Geometrie und Verbindungselementen zweiten Typs. Durch diese veränderte Geometrie der Zähne bzw. diese geänderten Verbindungselemente wird eine magnetische Ausgewogenheit der Aktivteile im Stillstand und beim Betrieb der elektrischen Maschine erreicht. Damit reduzieren sich die Rast- und Pendelmomente. Gegebenenfalls wird die Geometrie des ersten Aktivteils, das mehrere Segmente aufweist, nur so verändert, dass die Rastmomente oder die Pendelmomente reduziert werden. Thus, according to the present invention, the tooth heads and / or connecting elements are also changed within the segment of the electric machine in relation to pairs of teeth of predetermined geometry and connecting elements of the second type. Due to this altered geometry of the teeth or these changed connection elements, a magnetic balance of the active parts is achieved at standstill and during operation of the electrical machine. This reduces the rest and pendulum moments. Optionally, the geometry of the first active part, which has a plurality of segments, only changed so that the cogging torques or the pendulum moments are reduced.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Aktivteil um einen Ständer der elektrischen Maschine. Insbesondere kann es sich um einen Torquemotor oder um einen Linearmotor handeln. Außerdem kann die elektrische Maschine ein Generator oder Motor sein.Preferably, the first active part is a stator of the electric machine. In particular, it may be a torque motor or a linear motor. In addition, the electric machine may be a generator or motor.

Speziell kann zwischen allen benachbarten der mehreren Zähne eines Segments jeweils eine Nut ausgebildet sein, in die ein Teil einer elektrischen Wicklung eingefügt ist. Die jeweilige elektrische Wicklung kann unterschiedlichen elektrischen Phasen zugeordnet sein.Specifically, between each adjacent one of the plurality of teeth of a segment, a groove may be formed, into which a part of an electrical winding is inserted. The respective electrical winding can be assigned to different electrical phases.

Bei einer Ausführungsform ist zwischen zwei benachbarten Zähnen der mehreren Zähne außer dem Randzahn ein Keil als Verbindungselement zweiten Typs eingefügt. Derartige Keile mit keilförmigen Rändern sind leicht herzustellen und ohne hohen Aufwand in die Nuten zweier benachbarter Zahnköpfe einzufügen.In one embodiment, between two adjacent teeth of the plurality of teeth, apart from the peripheral tooth, a wedge is inserted as a second type connector. Such wedges with wedge-shaped edges are easy to prepare and insert into the grooves of two adjacent tooth heads without much effort.

Das Verbindungselement ersten Typs, das den Randzahn des Segments stützt und/oder das weitere Verbindungselement, das Zähne innerhalb des Segments stützt, können jeweils eine Klammer aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass speziell der Randzahn eines Segments durch die Klammer zur Mitte des Segments, also zu den anderen Zähnen hingezogen werden kann. Im Gegensatz dazu werden durch übliche Keile die Zähne voneinander weggedrückt, was gerade an der Segmentgrenze kritisch ist.The connecting element of the first type, which supports the edge tooth of the segment and / or the further connection element which supports teeth within the segment, may each comprise a clamp. This has the advantage that especially the edge tooth of a segment can be pulled through the clip to the middle of the segment, ie to the other teeth. In contrast, the teeth are pushed away from each other by conventional wedges, which is critical especially at the segment boundary.

Die zwei Zähne im Inneren des Segments können jeweils an ihrem Zahnkopf eine Nut aufweisen, die eine Hinterschneidung besitzt, in die das weitere Verbindungselement greift. Allein durch diese Nut ergibt sich eine Geometrieänderung, die zu einer Reduzierung des Rast- und/oder Pendelmoments genutzt werden kann. Aber auch das Verbindungselement selbst, das beispielsweise auch einen hantelförmigen Querschnitt besitzen kann, kann zur bewussten Veränderung der Geometrie beitragen.The two teeth in the interior of the segment may each have a groove on their tooth head, which has an undercut into which engages the further connecting element. Only through this groove results in a geometry change that can be used to reduce the detent and / or pendulum moment. But even the connecting element itself, which may for example also have a dumbbell-shaped cross-section, can contribute to the deliberate change in the geometry.

Das weitere Zahnpaar im Inneren des Segments, das durch das weitere Verbindungselement verbunden ist, kann asymmetrisch zur Segmentmitte angeordnet sein. Alternativ kann es natürlich auch symmetrisch zur Segmentmitte vorgesehen sein. Die Wahl der Position des Zahnpaars hängt von der Möglichkeit ab, das Rast- bzw. Pendelmoment reduzieren zu können.The further tooth pair in the interior of the segment, which is connected by the further connecting element, can be arranged asymmetrically to the middle of the segment. Alternatively, it may of course also be provided symmetrically to the middle of the segment. The choice of the position of the tooth pair depends on the possibility of being able to reduce the detent or pendulum moment.

Außerdem können mehrere Zahnpaare der mehreren Zähne außer dem Randzahn in dem Segment jeweils mit einem Verbindungselement ersten Typs an ihren Zahnköpfen miteinander verbunden sein. Es wird also bewusst innerhalb eines Segments nicht nur ein einziges Zahnpaar zur Reduktion von Rast- und Pendelmoment verändert, sondern es können auch mehrere Zahnpaare verändert werden gegenüber der vorgegebenen Geometrie der Zähne und dem Verbindungselement zweiten Typs.In addition, a plurality of tooth pairs of the plurality of teeth other than the peripheral tooth in the segment may be connected to each other with a first type connecting element at their tooth tips. It is therefore deliberately changed within a segment not only a single pair of teeth for the reduction of detent and pendulum moment, but it can also be changed several pairs of teeth with respect to the predetermined geometry of the teeth and the connecting element of the second type.

Des Weiteren kann der Zahnkopf eines Zahns der mehreren Zähne unsymmetrisch ausgebildet sein. Insbesondere kann er bezüglich einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung in der Mitte des Zahns unsymmetrisch sein. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn zu dem benachbarten Zahn auf der einen Seite für das jeweilige Verbindungselement eine andere Nut notwendig ist als für das Verbindungselement zu dem benachbarten Zahn auf der anderen Seite.Furthermore, the tooth tip of a tooth of the plurality of teeth may be asymmetrical. In particular, it may be asymmetrical with respect to a plane perpendicular to the direction of movement in the center of the tooth. This is the case, for example, if a different groove is required for the adjacent tooth on the one side for the respective connecting element than for the connecting element for the adjacent tooth on the other side.

Zur Reduktion des Rast- und Pendelmoments kann alternativ oder zusätzlich auch die Form des Verbindungselements gegenüber dem zweiten Typ verändert werden. So können insbesondere, wie soeben angedeutet, an einem der mehreren Zähne unterschiedlich geformte Verbindungselemente zum Verbinden mit einem benachbarten Zahn angreifen. Damit werden, abgesehen von der Abstützung der Randzähne des Segments im Inneren des Segments nicht nur beispielsweise Keile, sondern auch Klammern oder anders geformte Verbindungselemente eingesetzt.To reduce the latching and pendulum moment may alternatively or additionally, the shape of the connecting element relative to the second type to be changed. Thus, in particular, as just indicated, differently shaped connecting elements can engage on one of the several teeth for connection to an adjacent tooth. Thus, apart from the support of the edge teeth of the segment in the interior of the segment not only wedges, for example, but also brackets or other shaped fasteners are used.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:

1 einen Ausschnitt einer elektrischen Maschine mit segmentiertem Ständer an der Segmentgrenze; 1 a section of an electric machine with segmented stator at the segment boundary;

2 einen Ausschnitt des segmentierten Ständers vom Inneren des Segments; 2 a section of the segmented stator from the interior of the segment;

3 eine alternative Ausführungsform gegenüber 2; 3 an alternative embodiment 2 ;

4 eine noch andere Ausführungsform gegenüber 2 und 4 a still another embodiment opposite 2 and

5 eine alternative Ausführungsform mit zusätzlicher Störung unmittelbar neben der Segmentgrenze. 5 an alternative embodiment with additional disturbance immediately adjacent to the segment boundary.

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.

Bei der elektrischen Maschine handelt es sich beispielsweise um einen Motor oder Generator. Auch kann es sich um eine rotatorische Maschine oder beispielsweise einen Linearmotor handeln. In jedem Fall weist die elektrische Maschine ein erstes Aktivteil 1 und ein zweites Aktivteil 2 auf, wie dies in 1 angedeutet ist. Bei dem ersten Aktivteil 1 handelt es sich beispielsweise um einen Ständer, während es sich bei dem zweiten Aktivteil 2 dann um einen Läufer handelt. Zwischen den beiden Aktivteilen 1 und 2 befindet sich ein Luftspalt 3.The electric machine is, for example, a motor or generator. It may also be a rotary machine or, for example, a linear motor. In any case, the electric machine has a first active part 1 and a second active part 2 on, like this in 1 is indicated. At the first active part 1 For example, it is a stand, while it is the second active part 2 then it is about a runner. Between the two active parts 1 and 2 there is an air gap 3 ,

Das erste Aktivteil 1 ist segmentiert. Es besitzt also mehrere Segmente 4, 5, die an einer Segmentfugen bzw. Segmentgrenze 6 aneinanderstoßen. Jedes Segment 4, 5 besitzt Zähne 7 bis 11, die bei jedem Segment durch ein jeweiliges Joch 12, 13 miteinander verbunden sind. Die Zähne 7 bis 11 sind in Richtung auf das zweite Aktivteil 2 ausgerichtet.The first active part 1 is segmented. It therefore has several segments 4 . 5 at a segment joint or segment boundary 6 abut. Every segment 4 . 5 has teeth 7 to 11 passing each segment through a respective yoke 12 . 13 connected to each other. The teeth 7 to 11 are in the direction of the second active part 2 aligned.

Das zweite Aktivteil 2 bewegt sich in Bewegungsrichtung 14 relativ zu dem ersten Aktivteil 1. Die Zähne 7 bis 11 stehen senkrecht zu der Bewegungsrichtung 14 ebenso wie die Segmentfuge bzw. der Segmentspalt 6.The second active part 2 moves in the direction of movement 14 relative to the first active part 1 , The teeth 7 to 11 are perpendicular to the direction of movement 14 as well as the segment joint or the segment gap 6 ,

Am Rand jedes Segments 4, 5 befindet sich ein Halbzahn 8, 9. Die beiden Halbzähne 8, 9, die durch die Segmentfuge 6 voneinander getrennt sind, besitzen zusammen etwa die Dicke eines „normalen” Zahns 7, 10, 11. Zwischen den einzelnen Zähnen 7 bis 11 befinden sich Nuten, in die Wicklungen 15 bis 18 eingefügt sind. Die Wicklungen bzw. Wicklungsteile sind beispielsweise unterschiedlichen Phasen zugeordnet. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um eine Drei-Phasen-Maschine, wobei die Wicklungen 15, 18 einer ersten Phase, die Wicklung 16 einer zweiten Phase und die Wicklung 17 einer dritten Phase zugeordnet ist.At the edge of each segment 4 . 5 there is a half tooth 8th . 9 , The two half teeth 8th . 9 passing through the segment joint 6 are separated from each other, together have about the thickness of a "normal" tooth 7 . 10 . 11 , Between the individual teeth 7 to 11 there are grooves in the windings 15 to 18 are inserted. The windings or winding parts are associated, for example, different phases. In the present example it is a three-phase machine, with the windings 15 . 18 a first phase, the winding 16 a second phase and the winding 17 associated with a third phase.

Um die Wicklungen stabil in den Nuten zwischen den Zähnen zu halten, werden üblicherweise Keile (Beispiel für Verbindungselemente zweiten Typs) mit keilförmigen Rändern zwischen die Zahnköpfe zweier benachbarter Zähne eingefügt, sodass die jeweilige Wicklung in der Nut verschlossen ist. Dazu besitzt der Zahnkopf des Zahns 7 beispielsweise eine seitlich zum benachbarten Zahn (in 1 nicht mehr sichtbar) gerichtete Nut 19. Ein Zahn mit einer solchen Nut besitzt beispielsweise eine vorgegebene Geometrie. In 1 ist der Keil nicht eingezeichnet.In order to hold the windings stably in the grooves between the teeth, wedges (example of second type fasteners) with wedge-shaped edges are usually inserted between the teeth heads of two adjacent teeth, so that the respective winding in the groove is closed. To do this, has the tooth head of the tooth 7 For example, one side to the adjacent tooth (in 1 no longer visible) directed groove 19 , For example, a tooth having such a groove has a predetermined geometry. In 1 the wedge is not marked.

Da die Randzähne 8, 9 nur in etwa halb so dick sind wie „normale” Zähne 7, 10, 11 sind sie entsprechend weniger stabil. Aus diesem Grund wird beispielsweise der Randzahn 8 an dem nächst benachbarten Zahn 7 des Segments 4 abgestützt. Dies erfolgt beispielsweise durch eine Klammer 20 als Verbindungselement ersten Typs. Die Klammer 20 greift in Nuten 21, 22, die jeweils Hinterschneidungen besitzen, der beiden Zähne 7, 8.Because the marginal teeth 8th . 9 only about half as thick as "normal" teeth 7 . 10 . 11 they are correspondingly less stable. For this reason, for example, the edge tooth 8th at the next adjacent tooth 7 of the segment 4 supported. This is done for example by a bracket 20 as a connecting element of the first type. The clip 20 engages in grooves 21 . 22 , which each have undercuts, the two teeth 7 . 8th ,

Dadurch, dass die Randzähne 8, 9 durch Klammern 20 als Verbindungselemente gehalten werden und im Inneren der Segmente 4, 5 derartige Maßnahmen nicht notwendig sind, ergeben sich geometrische und damit auch magnetische Unregelmäßigkeiten, die zu Rast- und Pendelmomenten führen.Because of the marginal teeth 8th . 9 through brackets 20 be held as fasteners and inside the segments 4 . 5 Such measures are not necessary, resulting in geometric and thus magnetic irregularities that lead to rest and pendulum moments.

Um derartige Rast- und Pendelmomente zu reduzieren wird nun erfindungsgemäß im Inneren der Segmente an den Zahnköpfen eine oder mehrere Veränderungen durchgeführt, die die magnetischen Auswirkungen der Abstützungen der Randzähne 8, 9 kompensieren sollen. So wird beispielsweise gemäß 2 in einer Ausführungsform in der Segmentmitte an den Zahnköpfen 23, 24 ein gleiches Verbindungselement ersten Typs oder ein ähnliches Verbindungselement wie an den Randzähnen 8, 9 angebracht. Es werden hierzu die Zahnköpfe beider Zähne 23, 24 verändert gegenüber beispielsweise den Zahnköpfen üblicher Zähne 25, 26 mit der jeweils vorgegebenen Geometrie, die die einfachen keilförmigen Nuten 19 auf einer Seite oder auf beiden Seiten besitzen. Die Zahnköpfe der Zähne 23 und 24 werden hier auch mit Nuten 27, 28 ausgestattet, die Hinterschneidungen besitzen. So können die beiden Zähne 23, 24 ebenfalls durch beispielsweise eine Klammer 20 verbunden werden (in 2 nicht eingezeichnet). Die Zahnköpfe der Zähne 23, 24 können aber auch anderweitig verändert werden, sodass andere Verbindungselemente, beispielsweise hantelförmige Verbindungselemente, eingesetzt werden können. Hinsichtlich der Form der möglichen einsetzbaren Verbindungselemente wird explizit auf die Druckschrift DE 10 2010 039 381 verwiesen.In order to reduce such latching and pendulum moments, one or more changes are now carried out according to the invention in the interior of the segments on the tooth tips, which effects the magnetic effects of the supports of the edge teeth 8th . 9 to compensate. For example, according to 2 in one embodiment, in the middle of the segment at the tooth tips 23 . 24 a same connection element of the first type or a similar connection element as at the edge teeth 8th . 9 appropriate. It will be the tooth heads of both teeth 23 . 24 changed over, for example, the tooth heads of common teeth 25 . 26 with the given geometry, the simple wedge-shaped grooves 19 on one side or on both sides. The teeth of the teeth 23 and 24 are also here with grooves 27 . 28 equipped with undercuts. So can the two teeth 23 . 24 also by, for example, a bracket 20 be connected (in 2 not shown). The teeth of the teeth 23 . 24 but can also be changed elsewhere, so that other fasteners, such as dumbbell-shaped fasteners, can be used. With regard to the form of possible usable fasteners is explicitly to the publication DE 10 2010 039 381 directed.

Durch die Veränderung der Zahnköpfe und/oder Verbindungselemente ändert sich der Luftspalt 3 beziehungsweise der entsprechende magnetische Kreis. Diese magnetischen Änderungen können zu einer Reduktion der Rast- und Pendelmomente führen.By changing the tooth heads and / or connecting elements, the air gap changes 3 or the corresponding magnetic circuit. These magnetic changes can lead to a reduction of the latching and pendulum moments.

In dem Beispiel von 3 ist ebenfalls in der Segmentmitte eine Veränderung der Zähne 23, 24 gegenüber vorgegebenen Geometrien für Verbindungselemente zweiten Typs (z. B. einfache Keile) vorgesehen. Hier sind die Nuten 29, 30 in den Zahnköpfen der beiden Zähne deutlich breiter in Bewegungsrichtung 14 ausgebildet als die Nuten 27, 28 in dem Beispiel von 2. Durch diese breiteren Nuten 29, 30 sind die Zahnköpfe anders verändert als durch die schmäleren Nuten 27, 28. Auch diese Veränderung der Zahnköpfe kann hinsichtlich der Rast- und Pendelmomente vorteilhaft sein.In the example of 3 is also in the middle of the segment a change in the teeth 23 . 24 given predetermined geometries for connecting elements of the second type (eg simple wedges). Here are the grooves 29 . 30 in the tooth tips of the two teeth significantly wider in the direction of movement 14 formed as the grooves 27 . 28 in the example of 2 , Through these wider grooves 29 . 30 The tooth tips are changed differently than through the narrower grooves 27 . 28 , This change in the tooth heads may be advantageous in terms of rest and pendulum moments.

Darüber hinaus können gemäß 4 die Nuten 31, 32 in den Zahnköpfen der Zähne 23, 24 auch mit schrägen Wänden versehen sein. Es wird damit nur angedeutet, dass die Form der Nuten durchaus verändert werden kann, auch wenn die Verbindungselemente zwischen den Zahnköpfen (z. B. Keile, Klammern, etc.) gleich bleiben. Allein durch die Geometrie der Zahnköpfe kann somit eine Verbesserung hinsichtlich Rast- und Pendelmomenten erreicht werden. Selbstverständlich können aber auch die Verbindungselemente zwischen den Zahnköpfen variiert werden. Auch dies verändert den Luftspalt 3 bzw. den magnetischen Kreis.In addition, according to 4 the grooves 31 . 32 in the teeth of the teeth 23 . 24 also be provided with sloping walls. It is thus only indicated that the shape of the grooves can certainly be changed, even if the connecting elements between the tooth tips (eg wedges, clamps, etc.) remain the same. Only by the geometry of the tooth heads can thus be achieved an improvement in terms of rest and pendulum moments. Of course, however, the connecting elements between the tooth tips can be varied. This also changes the air gap 3 or the magnetic circuit.

In 5 ist ein weiteres Beispiel dargestellt, wie die Rast- und/oder Pendelmomente reduziert werden können. Diese Ausführungsform basiert auf dem Beispiel von 1. Hier ist jedoch nicht nur der Randzahn 8 an dem benachbarten Zahn 7 abgestützt (die Klammer 20 ist nicht eingezeichnet), sondern es ist auch der Zahn 7 an seinem benachbarten Zahn 33 abgestützt bzw. mit diesem am Zahnkopf durch ein Verbindungselement (hier ebenfalls nicht eingezeichnet) verbunden. Daher weisen die Zahnköpfe der Zähne 7 und 33 entsprechende Nuten 34, 35 auf. Die Nut 34 des Zahns 7 hat nach beiden Seiten hin Hinterschneidungen. Die Nut 35 des Zahns 33 hat zu dem Zahn 7 hin eine Hinterschneidung. Damit können beispielsweise an dem Zahn 7 zwei Klammern angreifen, eine hin zum Randzahn 8 und die andere hin zum benachbarten Zahn 33 auf der anderen Seite. Es sind hier also Zahnköpfe nicht nur in der Mitte des jeweiligen Segments an die Abstützung am Rand des Segments angepasst, sondern auch Zähne abseits von der Mitte. Prinzipiell kann jedes Zahnpaar, insbesondere auch ein einzelner Zahn, in dem Segment so verändert werden, dass die Abstützung des Randzahns am Segmentende magnetisch kompensiert wird.In 5 is another example shown how the locking and / or pendulum moments can be reduced. This embodiment is based on the example of 1 , Here is not just the edge tooth 8th on the adjacent tooth 7 supported (the bracket 20 is not shown), but it is also the tooth 7 on his adjacent tooth 33 supported or connected to this at the tooth head by a connecting element (also not shown here). Therefore, the teeth of the teeth point 7 and 33 corresponding grooves 34 . 35 on. The groove 34 of the tooth 7 has undercuts on both sides. The groove 35 of the tooth 33 has to the tooth 7 an undercut. This can, for example, on the tooth 7 attack two brackets, one towards the edge tooth 8th and the other to the neighboring tooth 33 on the other hand. Thus, not only are tooth tips adapted to the support at the edge of the segment in the middle of the respective segment, but also teeth away from the middle. In principle, each tooth pair, in particular a single tooth, in the segment can be changed so that the support of the edge tooth is magnetically compensated at the end of the segment.

Ferner können auch mehr als eine zusätzliche „Störstelle” (Stelle mit veränderten Zahnköpfen bzw. Verbindungselementen), beispielsweise Ausnehmungen in mehreren Zahnköpfen vorgesehen sein. Grundprinzip ist immer das gezielte Einbringen zusätzlicher magnetischer Störungen, die die Maßnahmen zur Befestigung der Halbzähne kompensieren. Diese Störungen werden so bemessen, dass die Rast- und Pendelmomente minimiert und das mittlere Drehmoment nur möglichst wenig verringert werden. Es treten dann trotz der magnetischen Störungen durch die Abstützung der halben Randzähne einer segmentierten elektrischen Maschine keine signifikanten Pendelmomente auf.Furthermore, more than one additional "defect" (location with altered tooth heads or connecting elements), for example, recesses may be provided in a plurality of tooth heads. The basic principle is always the targeted introduction of additional magnetic interference, which compensate for the measures for fixing the half teeth. These disturbances are dimensioned in such a way that the rest and pendulum moments are minimized and the mean torque is reduced as little as possible. In spite of the magnetic interference caused by the support of the half edge teeth of a segmented electric machine, no significant pendulum moments occur.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Elektrische Maschine mit – einem ersten und einem zweiten Aktivteil (12), die in einer Bewegungsrichtung (14) zueinander bewegbar sind, wobei – das erste Aktivteil (1) mehrere Segmente (4, 5) aufweist, – bei jedem Segment (4, 5) mehrere Zähne (7 bis 11, 23 bis 26, 33), von einem Joch (12, 13) abstehen, – ein Randzahn (8, 9) der mehreren Zähne (7 bis 11, 23 bis 26, 33), der sich an einer Segmentgrenze (6) des jeweiligen Segments befindet, dünner ausgebildet ist als ein benachbarter Zahn (7) der mehreren Zähne des Segments, und – der Randzahn (8, 9) und der benachbarte Zahn (7) an ihren Zahnköpfen durch ein Verbindungselement ersten Typs (20) miteinander verbunden sind, und – ein Zahnpaar (25, 26) der mehreren Zähne mit vorgegebener Geometrie durch ein Verbindungselement zweiten Typs verbunden ist, das eine andere Form besitzt als das Verbindungselement ersten Typs (20), dadurch gekennzeichnet, dass – ein weiteres Zahnpaar (23, 24) der mehreren Zähne (7 bis 11, 23 bis 26, 33) des Segments, das nicht an der oder einer anderen Segmentgrenze des Segments liegt, an den Zahnköpfen durch ein weiteres Verbindungselement miteinander verbunden ist, wobei – das weitere Zahnpaar (23, 24) und/oder das weitere Verbindungselement so gestaltet sind, dass ein Rastmoment oder Pendelmoment des ersten Aktivteils (1) gegenüber dem zweiten Aktivteil (2) kleiner ist als in dem Fall, dass das weitere Verbindungselement vom zweiten Typ wäre und die Zähne des weiteren Zahnpaars (23, 24) die vorgegebene Geometrie besäßen.Electric machine with - a first and a second active part ( 12 ), which are in one direction of movement ( 14 ) are movable towards each other, wherein - the first active part ( 1 ) several segments ( 4 . 5 ), - for each segment ( 4 . 5 ) several teeth ( 7 to 11 . 23 to 26 . 33 ), from a yoke ( 12 . 13 ), - a marginal tooth ( 8th . 9 ) of the multiple teeth ( 7 to 11 . 23 to 26 . 33 ), which is located at a segment boundary ( 6 ) of the respective segment is thinner than an adjacent tooth ( 7 ) of the several teeth of the segment, and - the edge tooth ( 8th . 9 ) and the adjacent tooth ( 7 ) at their tooth tips by a connecting element of the first type ( 20 ), and - a pair of teeth ( 25 . 26 ) of the plurality of teeth of predetermined geometry is connected by a connecting element of the second type, which has a different shape than the connecting element of the first type ( 20 ), characterized in that - another pair of teeth ( 23 . 24 ) of the multiple teeth ( 7 to 11 . 23 to 26 . 33 ) of the segment, which is not located at the or another segment boundary of the segment, is connected to the tooth tips by a further connecting element, wherein - the further tooth pair ( 23 . 24 ) and / or the further connecting element are designed so that a cogging torque or pendulum moment of the first active part ( 1 ) relative to the second active part ( 2 ) is smaller than in the case that the further connecting element of the second type and the teeth of the further tooth pair ( 23 . 24 ) have the given geometry. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das erste Aktivteil (1) ein Ständer der elektrischen Maschine ist.Electric machine according to claim 1, wherein the first active part ( 1 ) is a stator of the electric machine. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen allen benachbarten der mehreren Zähne (7 bis 11, 23 bis 26, 33) jeweils eine Nut ausgebildet ist, in die ein Teil einer elektrischen Wicklung (15 bis 18) eingefügt ist.Electric machine according to claim 1 or 2, wherein between all adjacent ones of said plurality of teeth ( 7 to 11 . 23 to 26 . 33 ) is formed in each case a groove into which a part of an electrical winding ( 15 to 18 ) is inserted. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen zwei benachbarten Zähnen (23, 25) der mehreren Zähne (7 bis 11, 23 bis 26, 33) außer dem Randzahn (8, 9) ein Keil als Verbindungselement zweiten Typs eingefügt ist.Electric machine according to one of the preceding claims, wherein between two adjacent teeth ( 23 . 25 ) of the multiple teeth ( 7 to 11 . 23 to 26 . 33 ) except the edge tooth ( 8th . 9 ) a wedge is inserted as a connecting element of the second type. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement ersten Typs (20) und/oder das weitere Verbindungselement eine Klammer aufweisen.Electric machine according to one of the preceding claims, wherein the connecting element of the first type ( 20 ) and / or the further connecting element have a clip. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zähne des weiteren Zahnpaars (23, 24) jeweils am Zahnkopf eine Nut (27, 28) aufweisen, die eine Hinterschneidung besitzt, in die das weitere Verbindungselement greift.Electric machine according to one of the preceding claims, wherein the teeth of the further tooth pair ( 23 . 24 ) at the tooth tip a groove ( 27 . 28 ), which has an undercut, in which engages the further connecting element. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das weitere Zahnpaar (23, 24) asymmetrisch zur Segmentmitte angeordnet ist.Electric machine according to one of the preceding claims, wherein the further tooth pair ( 23 . 24 ) is arranged asymmetrically to the center of the segment. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Zahnpaare der mehreren Zähne (7 bis 11, 23 bis 26, 33) außer dem Randzahn in dem Segment (4, 5) jeweils mit einem Verbindungselement ersten Typs an ihren Zahnköpfen miteinander verbunden sind.Electric machine according to one of the preceding claims, wherein a plurality of tooth pairs of the plurality of teeth ( 7 to 11 . 23 to 26 . 33 ) except the edge tooth in the segment ( 4 . 5 ) are each connected to each other with a connecting element of the first type at their tooth tips. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zahnkopf eines Zahns der mehreren Zähne (7 bis 11, 23 bis 26, 33) unsymmetrisch ausgebildet ist.Electric machine according to one of the preceding claims, wherein the tooth tip of a tooth of the plurality of teeth ( 7 to 11 . 23 to 26 . 33 ) is formed asymmetrically. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einem der mehreren Zähne (7 bis 11, 23 bis 26, 33) unterschiedlich geformte Verbindungselemente zum Verbinden mit einem benachbarten Zahn angreifen.Electric machine according to one of the preceding claims, wherein on one of the plurality of teeth ( 7 to 11 . 23 to 26 . 33 ) engage differently shaped connectors for connection to an adjacent tooth.
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