DE102005037464A1

DE102005037464A1 - Stator einer elektrischen Maschine und elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102005037464A1
Application number: DE200510037464
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Lutz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2007-02-15

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Stator einer elektrischen Maschine mit einem Blechpaket (14), das eine Wicklung (12) aufweist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass in Zahnzwischenräumen (13) zwischen Außenzähnen (11) an einem Außenumfang eine Dämpfungsmasse (15) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Es ist bekannt, dass bei PKW-Generatoren der Stator in der Regel das Bauteil mit dem größten Anteil am der Schallabstrahlung des magnetisch erregten Geräuschs ist. Ursache hierfür ist, dass das Blechpaket des Stators durch Magnetkräfte im Luftspalt zu mechanischen Schwingungen angeregt wird und diese Schwingungen auf die Wicklung sowie auf angeschlossene Bauteile, z.B. Lagerschilde, übertragen werden.

Es sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, die Schwingungen des Stators zu verringern, etwa durch eine hohe Fertigungsgenauigkeit des Stators sowie der Lagerschilde oder die Minimierung der anregenden Kräfte durch eine geeignete Gestaltung der Form der Klauenpole. Derartige Maßnahmen sind aufwändig und entsprechend teuer.

Eine weitere Möglichkeit, die Schwingungsamplitude zu senken, besteht darin, die mechanische Dämpfung des Blechpakets durch Anbringen von geeignetem Dämpfungsmaterial an das Blechpaket gezielt zu steigern. Bekannt ist z.B. das Blechpaket nicht wie üblich direkt in den Lagerschilden zu spannen, sondern zwischen Blechpaket und Lagerschilde eine Schicht zur Dämpfung und/oder Dämmung zu legen. Dies beeinträchtigt allerdings die mechanische Festigkeit der Verbindung. Bei der Wahl des Dämpfungsmaterials müssen wegen der geforderten hohen mechanischen Festigkeit Kompromisse bzgl. des Dämpfungsverhaltens eingegangen werden. Die Schicht behindert die Wärmeleitung vom Stator zum Lagerschild, wodurch die Kühlung des Stators verschlechtert wird. Es entsteht ein hoher Fertigungsaufwand beim Einbringen der Dämpfungsmasse in die Lagerschilde sowie beim Fügen des Stators.

Vorteile der Erfindung

Es wird ein Stator einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, bei dem an dessen Außendurchmesser in Zahnzwischenräumen zwischen Außenzähnen eine Dämpfungsmasse angeordnet ist. Vorteilhaft zeigt sich, dass bei verschiedensten geräuschkritischen Schwingungsformen des Stators eine Geräuschverminderung möglich ist. Im Vergleich zu einem ruhenden Stator werden bei erregter Elektromaschine bei typischen Frequenzen Deformationen in den Stator induziert. Bei einem PKW-Generator tritt z.B. bei Frequenzen um 1300 Hz eine Ovalschwingung auf, bei der der Querschnitt des Stators oval deformiert ist. Bei einer höheren Frequenz um 1800 Hz tritt eine Dreiecksschwingung auf, bei der der Querschnitt des Stators in ein Dreieck deformiert wird. Bei solchen Deformationen werden die an der Statoroberfläche umfänglich angeordneten Außenzähne gegeneinander bewegt. Die Deformation des Stators bewegt sich zeitlich gesehen zwischen Endlagen im Takt der Schwingungsfrequenz hin und her, wie mit Finite-Element-Rechnungen gezeigt werden kann. Bei der Bewegung werden die Statorbereiche mehr oder weniger stark gebogen. Diese Schwingbewegungen stoßen die den Stator umgebenden Luftteilchen an. Die Schwingungsamplituden liegen typischerweise im Bereich weniger Mikrometer. Der hierdurch entstehende Wechseldruck der Luft pflanzt sich fort und wird im Ohr als hörbarer Schall wahrgenommen.

Die in den Zwischenräumen angeordnete Dämpfungsmasse wird durch die Bewegung ebenfalls verformt. Durch die hierdurch entstehende innere Reibung im Dämpfungsmaterial wird dem schwingenden Stator Energie entzogen, wodurch die Schwingungsamplituden reduziert werden und das abgestrahlte Geräusch reduziert wird. Die Zwischenräume können ganz oder nur teilweise mit Dämpfungsmasse gefüllt sein. Es ist zweckmäßig, keine Dämpfungsmasse in Schraubendurchgängen vorzusehen.

Die Dämpfungsmasse ist bevorzugt zwischen Außenzähnen an einem Außenumfang angeordnet. Es zeigt sich, dass insbesondere die Außenverzahnung sich je nach Lage der Schwingungsphase auf- oder zubiegt. Durch die Dämpfungsmasse kann vorteilhaft die zyklische Bewegung der Außenzähne zur Erhöhung der Dämpfung genutzt werden. Die mechanische Festigkeit der Verbindung zwischen Stator und Lagerschild wird nicht beeinträchtigt. Es kann eine optimale Materialauswahl für die Dämpfungsmasse ohne Rücksicht der Stabilität getroffen werden. Die Wärmeableitung zwischen Stator und Lagerschild wird nicht behindert. Die Montage des Stators in die Lagerschilde wird nicht erschwert.

In einer günstigen Ausgestaltung kann nur ein Teil der Zahnzwischenräume gefüllt sein.

In einer weiteren günstigen Ausgestaltung kann sich die Dämpfungsmasse über eine gesamte axiale Länge eines Zahnzwischenraums erstrecken. Alternativ kann die Dämpfungsmasse sich nur über einen Teil einer axialen Länge eines Zahnzwischenraums erstrecken.

In einer weiteren günstigen Ausgestaltung kann die Dämpfungsmasse radial über die Außenzähne hinausragen.

In einer günstigen Ausgestaltung weisen die Außenzähne Mittel auf, um die Haftfähigkeit der Dämpfungsmasse zu verbessern. Dies kann z.B. eine Profilierung der Zahnflanken sein, mit der eine formschlüssige Verbindung der Dämpfungsmasse mit dem Außenzahn herbeigeführt werden kann.

Die einzelnen Maßnahmen können auch miteinander kombiniert werden. Dadurch ist es möglich, die Anordnung der Dämpfungsmasse optimal an die aktuellen Schwingungseigenschaften des gegebenen Stators anzupassen. Es ist außerdem möglich, die Auswahl des Werkstoffs für die Dämpfungsmasse je nach Anforderung bzgl. des zu dämpfenden Frequenzbereichs auszuwählen.

Je nach Stückzahl und Kosten ist es möglich, das Einbringen der Dämpfungsmasse maschinell oder auch manuell durchzuführen, z.B. in die Zahnzwischenräume einzulegen, einzukleben, einzuspritzen oder dergl.

Es wird auch eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator, vorgeschlagen, bei deren Stator in Zahnzwischenräumen zwischen den Außenzähnen eine Dämpfungsmasse angeordnet ist. Bevorzugt ist die elektrische Maschine ein Generator für ein Kraftfahrzeug.

Zeichnung
Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus einem nachfolgend anhand einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Im Folgenden zeigt
1 einen Ausschnitt aus einem bevorzugten Stator mit einer Dämpfungsmasse in Zwischenräumen von Außenzähnen;
2, 2a: einen Stator ohne Deformation, 2b: einen Stator bei einer Ovalschwingung, und c: einen Stator bei einer Dreiecksschwingung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die 1 zeigt einen Ausschnitt eines bevorzugten Stators 10 einer zeichnerisch nicht weiter dargestellten elektrischen Maschine, während 2a eine Ansicht eines undeformierten kreisförmigen Stators 10 mit Außenzähnen 11 zeigt, die radial an einem Blechpaket 14 angeordnet sind, 2b einen Stator 10 mit einem oval deformierten Querschnitt bei einer durch magnetische Erregung der elektrischen Maschine induzierten Ovalschwingung bei ca. 1300 Hz und 2c einen Stator 10 mit einem dreieckig deformierten Querschnitt bei einer durch magnetische Erregung der elektrischen Maschine induzierten Dreieckschwingung bei etwa 1700 Hz zeigt. Die Schwingungsamplitude liegt im Bereich von wenigen Mikrometern.
Der Stator 10 weist ein Blechpaket 14 auf, das eine Wicklung 12 aufweist. In Zahnzwischenräumen 13 der Außenzähne 11 ist zwischen den Außenzähnen 11 eine Dämpfungsmasse 15 angeordnet. An einem inneren Umfang in seiner Ständerbohrung weist der Stator 10 nicht näher dargestellte Innenzähne auf, welche die Ständerwicklung tragen.
Die Dämpfungsmasse 15 ist zwischen Außenzähnen 11 an einem Außenumfang angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise über eine axiale Länge eines Zahnzwischenraums 13. Durch eine Relativbewegung der Außenzähne 11 wird die Schwingungsenergie durch innere Reibung in der Dämpfungsmasse 15 wenigstens teilweise vernichtet.

Claims

Stator einer elektrischen Maschine mit einem Blechpaket (14), das eine Wicklung (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Zahnzwischenräumen (13) zwischen Außenzähnen (11) an einem Außenumfang eine Dämpfungsmasse (15) angeordnet ist.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil der Zahnzwischenräume (13) mit der Dämpfungsmasse (15) gefüllt ist.
Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmasse (15) sich über eine gesamte axiale Länge eines Zahnzwischenraums (13) erstreckt.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmasse (15) sich nur über einen Teil einer axialen Länge eines Zahnzwischenraums (13) erstreckt.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmasse (15) radial über die Außenzähne (11) hinausragt.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenzähne (11) Mittel zur Verbesserung der Haftfähigkeit der Dämpfungsmasse (15) aufweisen.
Elektrische Maschine mit einer Dämpfungsmasse sowie mit einem Rotor und einem Stator (10), wobei der Stator (10) eine Wicklung (12) aufweist, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmasse (15) in Zahnzwischenräumen (13) zwischen Außenzähnen (11) an einem Außenumfang angeordnet ist.