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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ein Elektromotor ist beispielsweise aus
DE 10 2016 214 626 A1 bekannt. Darin wird ein aus einem Blechpaket mit verteilten Spulenwicklungen aufgebauter Elektromotor beschrieben. Der Elektromotor umfasst einen Stator und einen Rotor, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und eine gemeinsame Längsachse aufweisen. Die elektrische Spulenwicklung besteht bevorzugt aus einem gewickeltem Draht. Das Blechpaket ist durch mehrere übereinander gestapelte Bleche gebildet, die Wicklungsnuten mit jeweils dazwischen angeordnetem Rotorkern aufweisen. Die Wicklungsnuten dienen der Aufnahme der Spulenwicklung. Durch die Spulenwicklung und den Polkern wird die elektrische Energie in dem Draht in eine magnetische Energie umgewandelt, die wiederum eine Drehbewegung des Rotors bewirkt.
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Durch die in Umfangsrichtung abwechselnde Anordnung der Wicklungsnuten und Polkerne unterliegt das bei der Drehbewegung des Rotors an diesem anliegende Drehmoment Schwankungen, die sich in einer ungleichmäßigen Drehbewegung äußern können. Durch eine derartige Drehmomentwelligkeit wird die Laufruhe und die Drehmomentgenauigkeit des Elektromotors beeinträchtigt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Drehmomentwelligkeit zu verringern. Der Elektromotor soll kostengünstiger, einfacher und robuster aufgebaut werden.
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Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch einen Elektromotor mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann das Nutrastmoment beeinflusst und die Drehmomentwelligkeit des Elektromotors verringert werden. Die Verformungskräfte des Elektromotors können verringert werden. Weiterhin können die Geräusche des Elektromotors verringert und die Drehmomentgenauigkeit des Elektromotors erhöht werden.
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Der Elektromotor kann in einem Fahrzeug eingebaut sein. Der Elektromotor kann als Antriebselement in dem Fahrzeug wirksam sein.
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Das erste Motorbauteil kann ein Stator und das zweite Motorbauteil kann ein Rotor sein. Der Stator kann festgelegt und der Rotor kann entlang der Längsachse drehbar sein. Der Rotor kann Permanentmagnete aufweisen, die in Wechselwirkung mit dem Magnetfluss des Polkerns stehen. Das erste und/oder zweite Motorbauteil kann als Blechpaket, insbesondere zur Verringerung der Wirbelstromverluste, aufgebaut sein.
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Das erste Motorbauteil kann radial innerhalb oder außerhalb von dem zweiten Motorbauteil angeordnet sein. Radial zwischen dem ersten und zweiten Motorbauteil kann ein Luftspalt vorhanden sein.
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Die Wicklung kann eine Drahtwicklung sein. Die Drahtwicklung kann einen beschichteten Kupferdraht aufweisen. Die Wicklung kann eine konzentrierte und/oder verteilte Wicklung, insbesondere eine Wellenwicklung, Hairpinwicklung oder dergleichen sein.
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Das zwischen dem ersten und zweiten Motorbauteil vorhandene Nutrastmoment, welches durch den sich bei Verdrehung beider Motorbauteile ändernden Luftspalt und die dadurch bewirkte Änderung der Magnetkraft zwischen dem ersten und zweiten Motorbauteil entsteht, kann durch die Aussparung beeinflusst werden.
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Die Aussparung kann als Nut ausgeführt sein. Die Aussparung kann eine Vertiefung in dem ansonsten gleichmäßig verlaufenden radialen Polrandbereich sein.
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Der Polkern kann entlang einer zu der Längsachse parallelen Axialrichtung eine maximale Pollänge aufweisen. Die Aussparungslänge entlang der Axialrichtung kann kleiner oder gleich der maximalen Pollänge sein.
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Der radiale Polrandbereich kann eine dem zweiten Motorbauteil angepasste Kontur aufweisen. Der radiale Polrandbereich kann wenigstens abschnittsweise gewölbt sein.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Polkern im Bereich der Wicklung umfangsseitig eine erste Breite auf und die Aussparung ist in einem durch die erste Breite und die Radialrichtung aufgespannten Bereich angeordnet. Dadurch kann der Magnetfluss bestmöglich beeinflusst werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Aussparung radial versetzt zu der Wicklung angeordnet. Die Aussparung kann radial innerhalb oder außerhalb von der Wicklung angeordnet sein.
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In einer speziellen Ausführung der Erfindung ist die Aussparungsbreite in Umfangsrichtung kleiner als die maximale Polbreite. Die Aussparungsbreite kann kleiner gleich 50%, bevorzugt kleiner gleich 25% der maximalen Polbreite sein.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Aussparungshöhe in Radialrichtung kleiner als die maximale Polbreite. Die Aussparungshöhe kann kleiner gleich 50%, bevorzugt kleiner gleich 25% der maximalen Polbreite sein.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Querschnitt der Aussparung wenigstens abschnittsweise durch einen Kreisabschnitt gebildet. Der Querschnitt der Aussparung kann wenigstens teilweise eckig sein.
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In einer speziellen Ausführung der Erfindung weist der radiale Polrandbereich eine zu der Aussparung versetzt angeordnete weitere Aussparung auf. Die weitere Aussparung kann umfangsseitig und/oder axial, das bedeutet parallel zu der Längsachse, zu der Aussparung versetzt sein. Bevorzugt ist ein umfangsseitiger Abstand der Aussparungen untereinander kleiner gleich oder größer als die Aussparungsbreite. Die Aussparungen können alle die gleichen Abmessungen oder aber auch im Vergleich zueinander verschiedene Abmessungen aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Polkern eine Polkernaufweitung auf, an der der radiale Polrandbereich ausgebildet ist. Die Polkernaufweitung kann in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung größer als der Polkern im Bereich der Wicklung sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Polkern umfangsseitig beidseitig von einer Wicklungsnut umgeben, in der die Wicklung angeordnet ist. Dadurch kann eine ausreichende Magnetkraft zwischen dem ersten und zweiten Motorbauteil bereitgestellt werden.
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In einer speziellen Ausführung der Erfindung ist das erste Motorbauteil ein festgelegter Stator, das zweite Motorbauteil ein um die Längsachse drehbarer Rotor, der Permanentmagnete aufweist, die in Wechselwirkung mit dem Magnetfluss des Polkerns stehen.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
- 1: Einen Querschnitt durch einen Elektromotor in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 2: Einen Ausschnitt einer Seitenansicht eines ersten Motorbauteils in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 3: Einen Ausschnitt einer Seitenansicht eines ersten Motorbauteils in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 4: Einen Ausschnitt einer Seitenansicht eines ersten Motorbauteils in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 5: Einen Ausschnitt einer Seitenansicht eines ersten Motorbauteils in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt einen Querschnitt durch einen Elektromotor 10 in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Der Elektromotor 10 weist ein als Stator ausgeführtes erstes Motorbauteil 12 und ein in Bezug auf eine gemeinsame Längsachse 100 konzentrisch dazu angeordnetes und als Rotor ausgeführtes zweites Motorbauteil 14 auf. Der Elektromotor 10 ist als Außenläufermotor ausgeführt, bei dem der Rotor radial außerhalb von dem Stator angeordnet ist. Das zweite Motorbauteil 14 weist an einem Innenumfang Permanentmagnete 16 auf, die dem ersten Motorbauteil 12 radial unmittelbar gegenüberliegend angeordnet sind.
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Das erste Motorbauteil 12 umfasst insgesamt sechs Polkerne 18, die hier als Statorzähne ausgeführt sind. Die Polkerne 18 wechseln sich umfangsseitig mit Wicklungsnuten 20 ab, in denen stromführende Wicklungen 22 eingebracht sind. Die Wicklungen 22 bestehen aus durch Kupferdrähte 24 ausgeführte Drahtwicklungen und bewirken bei anliegender elektrischer Energie einen Magnetfluss, durch den das zweite Motorbauteil 14 gegenüber dem ersten Motorbauteil 12 um die Längsachse 100 drehbar ist und abhängig von dem Magnetfluss ein Drehmoment erfährt.
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Der jeweilige Polkern 18 besteht bevorzugt aus einem eisenhaltigen Material und ist von der Wicklung 22 umgeben und verstärkt dadurch den durch die Wicklung 22 ausgelösten Magnetfluss. Der Polkern 18 weist an einem Aussenumfang einen dem zweiten Motorbauteil 14 zugewandten radialen Polrandbereich 26 mit einer umfangsseitigen maximalen Polbreite B auf. An dem radialen Polrandbereich 26 erfolgt ein Übergang der Magnetfeldlinien von dem Polkern 18 auf ein zwischen dem ersten Motorbauteil 12 und dem zweiten Motorbauteil 14 vorhandenes Medium, beispielsweise Luft.
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Der Polkern 18 weist radial außen eine Polkernaufweitung 28 auf, die in Umfangsrichtung größer als der Polkern 18 im Bereich der Wicklung 22 ist. Der radiale Polrandbereich 26 weist eine dem zweiten Motorbauteil 14 angepasste Kontur auf. In dem radialen Polrandbereich 26 sind mehrere umfangsseitig versetzt angeordnete Aussparungen 30 eingebracht, durch die der Magnetfluss räumlich verändert und damit das Nutrastmoment beeinflusst und die Drehmomentwelligkeit des Elektromotors 10 verringert wird.
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Das zwischen dem ersten und zweiten Motorbauteil 12, 14 vorhandene Nutrastmoment, welches durch den sich bei Verdrehung beider Motorbauteile 12, 14 ändernden Luftspalt und die dadurch bewirkte Änderung der Magnetkraft zwischen dem ersten und zweiten Motorbauteil 12, 14 entsteht, kann durch die Aussparungen 30 beeinflusst werden. Die Aussparung 30 ist als Nut ausgeführt, die eine Vertiefung in dem ansonsten gleichmäßig verlaufenden radialen Polrandbereich 26 darstellt.
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Der Querschnitt der Aussparung 30 wird hier durch einen Kreisabschnitt gebildet. Die Aussparung 30 kann in dem radialen Polrandbereich 26 eingeprägt, gefräst oder dergleichen hergestellt sein. Die Aussparung 30 ist radial versetzt zu der Wicklung 22, hier radial außerhalb von der Wicklung 22 angeordnet.
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Der Polkern 18 weist im Bereich der Wicklung 22 umfangsseitig eine erste Breite B1 auf. Die mittlere der Aussparungen 30 ist in einem durch die erste Breite B1 und die Radialrichtung R aufgespannten Bereich angeordnet. Jeweils weitere zwei Aussparungen 30 sind ausgehend von der mittleren Aussparung 30 umfangsseitig beidseitig angeordnet. Durch geeignete Wahl der Anzahl an Aussparungen 30, deren Abstand und Abmessungen kann die Drehmomentgenauigkeit des Elektromotors 10 entsprechend den Anforderungen eingestellt werden.
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In 2 ist ein Ausschnitt einer Seitenansicht eines ersten Motorbauteils 12 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das erste Motorbauteil 12 ist bevorzugt als Stator ausgeführt und ist hier radial außerhalb eines als Rotor ausgeführten zweiten Motorbauteils, welches nicht abgebildet ist, angeordnet. Der Elektromotor ist dabei als Innenläufermotor ausgeführt.
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Der Polkern 18 weist entlang einer zu der Längsachse parallelen Axialrichtung 102 eine maximale Pollänge auf. Die Aussparungslänge 30 entlang der Axialrichtung 102 ist dabei bevorzugt kleiner als die maximale Pollänge. Die Aussparungsbreite Ba in Umfangsrichtung 104 ist kleiner als die maximale Polbreite B des radialen Polrandbereichs 26. Die Aussparungsbreite B ist kleiner gleich 50%, bevorzugt kleiner gleich 25% der maximalen Polbreite B. Dadurch kann eine ausreichende Verringerung der Drehmomentwelligkeit bewirkt und dennoch die erforderliche Magnetkraft erzeugt werden.
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Die Aussparungshöhe Ha in Radialrichtung 106 ist kleiner als die maximale Polbreite B. Dadurch kann die Herstellung des ersten Motorbauteils 12 vereinfacht, die Stabilität des ersten Motorbauteils 12 erhöht und dabei die Drehmomentwelligkeit des Elektromotors verringert werden.
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3 zeigt einen Ausschnitt einer Seitenansicht eines ersten Motorbauteils 12 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. An dem radialen Randbereich 26 des Polkerns 18 sind insgesamt drei Aussparungen 30 angeordnet. Abhängig von dem Verhältnis der Aussparungsbreite Ba und der maximalen Polbreite B kann die Anzahl der Aussparungen 30 in dem radialen Randbereich 26 gewählt werden. Bevorzugt ist ein umfangsseitiger Aussparungsabstand d kleiner als die Aussparungsbreite Ba. Die Aussparungen 30 können alle die gleichen Abmessungen oder aber auch im Vergleich zueinander verschiedene Abmessungen aufweisen.
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In 4 ist ein Ausschnitt einer Seitenansicht eines ersten Motorbauteils 12 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Polkern 18 weist eine Polkernaufweitung 28 auf, an der der radiale Randbereich 26 ausgebildet ist. Die Aussparung 30 in dem radialen Randbereich 26 ragt weiter in den Polkern 18 hinein als die Polkernaufweitung 28 in Bezug auf die Radialrichtung 106 dick ist.
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5 zeigt ein im Vergleich zu 4 leicht abgewandeltes erstes Motorbauteil 12 ohne Polkernaufweitung. Der Polkern 18 schließt dabei in radialer Richtung unmittelbar und ohne Absatz an den radialen Polrandbereich 26 an.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektromotor
- 12
- erstes Motorbauteil
- 14
- zweites Motorbauteil
- 16
- Permanentmagnet
- 18
- Polkern
- 20
- Wicklungsnut
- 22
- Wicklung
- 24
- Kupferdraht
- 26
- radialer Polrandbereich
- 28
- Polkernaufweitung
- 30
- Aussparung
- 100
- Längsachse
- 102
- Axialrichtung
- 104
- Umfangsrichtung
- 106
- Radialrichtung
- B
- maximale Polbreite
- B1
- erste Breite
- Ba
- Aussparungsbreite
- d
- Aussparungsabstand
- Ha
- Aussparungshöhe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016214626 A1 [0002]
