WO2012136464A2 - Elektrische maschine mit abgestützten zähnen - Google Patents

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WO2012136464A2
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tooth
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connecting element
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Arne GRÜNING
Axel MÖHLE
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to an electrical 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, at each segment several ⁇ re teeth protrude from a yoke, an edge tooth of the plurality of teeth is located at a segment boundary of the respective Seg ⁇ ment, is thinner than an adjacent tooth of the plurality of teeth of the segment, the edge tooth and the adjacent tooth are connected to their tooth heads by a connecting element of the first type, and a tooth pair of the plurality of teeth with predetermined geometry is connected by a connecting element the second type having a ande ⁇ re shape as the connecting element the first type.
  • 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.
  • 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 on the mat mutual support of ⁇ half teeth, so that these pressure forces can be absorbed by the electrical ⁇ rule ladder in the groove and mechanical vibrations of the teeth can be avoided.
  • DE 10 2010 039 381 is mechanically connected to an electric machine, which has an active part with teeth, a first tooth via an anchor element with a second tooth.
  • the anchor element is provided for example for receiving a Switzerlandbe ⁇ load and / or a pressure load.
  • a derar- term anchor member is in particular in a mechanically weakened ge ⁇ tooth as a semi-tooth advantageous.
  • the anchor member engages from one tooth to another, binding the ⁇ se.
  • In order to increase the stability of the anchoring element can have a pretension. 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.
  • the object of the present invention is thus to reduce rest and / or pendulum moments in segmented machines with half or thinned edge teeth.
  • a first and a second active part which are movable in a direction of movement to each other, wherein comprising the first active part of a plurality of segments, wherein each segment a plurality of teeth by a yoke abste ⁇ hen,
  • an edge tooth of the plurality of teeth located at a segment boundary of the respective segment is made thinner than an adjacent tooth of the plurality of teeth of the segment
  • edge tooth and the adjacent tooth are connected to one another at their tooth tips by a connecting element of the first type
  • connection element ⁇ first type is a pair of teeth of said plurality of teeth having a predetermined Geomet rie connected by a connecting element the second type having a different shape than the connection element ⁇ first type
  • the tooth heads and / or connecting elements are also changed within the segment of the electric machine in relation to toothed pairs with a 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.
  • 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 redu ⁇ ed.
  • it is in the first active part to ei ⁇ NEN stator of the electrical machine.
  • it may be a torque motor or a linear motor.
  • the electric machine may be a generator or motor.
  • 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.
  • a wedge is inserted as a second type connecting element between two adjacent teeth of the plurality of teeth except for the peripheral tooth.
  • Such wedges with wedge-shaped edges are easy to produce anddrahe ⁇ gene into the grooves of two adjacent tooth tips without high expenditure.
  • connection element first type that supports the edge of the tooth Seg ⁇ ment and / or supporting the further connecting element, which teeth within the segment, which can have a clamp, respectively.
  • This has the advantage that especially the edge tooth of a segment can be drawn through the bracket to the center of Seg ⁇ ments, so to the other teeth.
  • the teeth are pushed away from each other by conventional wedges, which is critical especially at the segment boundary.
  • the two teeth in the interior of the segment can each have at ih ⁇ rem tooth head a groove which has an undercut, in 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.
  • 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.
  • a plurality of tooth pairs of the plurality of teeth except the edge tooth in the segment can each be connected to each other with a kausele ⁇ ment first type 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 ver ⁇ changes several pairs of teeth are compared to the predetermined geometry of the teeth and the connecting element of the second type.
  • the tooth tip of a tooth of the plurality of teeth may be asymmetrical. Specifically, it may bezüg ⁇ Lich be asymmetrical to a plane perpendicular to the moving direction in the middle of the tooth. This is for example the case if at the adjacent tooth on one side of the respective connecting element is a ⁇ dig other groove notwen as for the connecting element to the adjacent tooth on the other side.
  • the shape of the connecting element relative to the second type may alternatively or additionally, the shape of the connecting element relative to the second type to be changed.
  • differently shaped connecting elements can engage on one of the several teeth for connection to an adjacent tooth.
  • brackets or other shaped fasteners are used.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment from FIG. 2;
  • FIG. 4 shows yet another embodiment from FIG. 2 and FIG.
  • 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, as indicated in FIG.
  • the first active part 1 is, for example, a stand, while the second active part 2 is then a runner. Between the two active parts 1 and 2 is an air gap. 3
  • the first active part 1 is segmented. It therefore has several ⁇ re segments 4, 5, which abut against a segment joints or segment boundary 6.
  • Each segment 4, 5 has teeth 7 to 11, which are connected to each other by a respective yoke 12, 13 with each other.
  • the teeth 7 to 11 are aligned in the direction of the second active part 2.
  • the second active part 2 moving 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 ⁇ fuge or the segment gap. 6
  • At the edge of each segment 4, 5 is a half tooth 8, 9.
  • the windings or winding parts are associated with ⁇ play different phases. in vorlie ⁇ constricting example, there is a three-phase machine, wherein the windings 15, 18 of a first phase, the winding 16 of a second phase and the winding 17 is associated with a third phase.
  • wedges example of connecting elements of the second type
  • the tooth tip of the tooth 7 has for example a lateral to be ⁇ adjacent tooth (in FIG 1 is no longer visible) directed groove 19.
  • a tooth with such a groove for example, owns a ⁇ ne predetermined geometry.
  • the wedge is not ⁇ characterized.
  • edge teeth 8, 9 are only approximately half as thick as "normal" teeth 7, 10, 11, they are correspondingly less stable, for which reason, for example, the edge tooth 8 is supported on the next adjacent tooth 7 of the segment 4. This is done for example by a clamp 20 as a connecting element ⁇ first type. the clip 20 engages in grooves 21, 22 which have undercuts, respectively, of the two teeth 7, 8.
  • edge teeth 8, 9 are held by clamps 20 as connecting elements 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.
  • Such pulsating torques to resting and to reduce the segments is now according to the invention inside carried out one or more changes in the tooth heads, the magneti ⁇ rule impact of the supports, the edge teeth 8, 9 to compensate com-.
  • 24 is, for example, according to FIG 2 in one disclosed embodiment, in the segment center of the tooth tips 23, a similar connecting element or a first type ähnli ⁇ ches connecting element such as to the edge teeth 8, 9 is introduced ⁇ .
  • the tooth heads of both teeth 23, 24 are changed compared to, for example, the tooth heads more usual
  • Teeth 25, 26 with the respective predetermined geometry which have the simple wedge-shaped grooves 19 on one side or on both sides.
  • the tooth tips of the teeth 23 and 24 are here also provided with grooves 27, 28 which have undercuts.
  • the two teeth 23, 24 can also be connected by, for example, a clamp 20 (not shown in FIG. 2).
  • the tooth tips of the teeth 23, 24 can also be otherwise altered so that other Verbin ⁇ manure elements, for example, dumbbell-shaped connecting elements, can be used.
  • shape of the possible usable fasteners reference is explicitly made to the document DE 10 2010 039 381.
  • a change in the teeth 23, 24 with respect to predetermined geometries for connecting elements of the second type is likewise provided in the middle of the segment.
  • the grooves 29, 30 are formed in the tooth tips of the two teeth significantly wider in the direction of movement 14 than the grooves 27, 28 in the example of FIG 2.
  • the tooth tips are changed differently than by the narrower grooves 27th , 28.
  • This change in the tooth heads may be advantageous in terms of rest and pendulum moments.
  • the grooves 31, 32 may be provided in the tooth tips of the teeth 23, 24 also with sloping walls.
  • FIG. 5 shows another example of how the latching and / or oscillating moments can be reduced.
  • This embodiment is based on the example of FIG. 1.
  • the tooth tips of the teeth 7 and 33 have corresponding grooves 34, 35.
  • the groove 34 of the tooth 7 has undercuts on both sides.
  • the groove 35 of the tooth 33 has an undercut towards the tooth 7.
  • two brackets can engage the tooth 7, one towards the edge tooth 8 and the other towards the adjacent tooth 33 on the other side.
  • 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.
  • every pair of teeth especially a single one
  • Tooth in which segment are changed so that the support of the edge tooth is magnetically compensated at the end of the segment.
  • more than one additional "defect point” location with altered tooth heads or connecting elements
  • recesses in a plurality of tooth heads may also be provided.
  • the basic principle is always the targeted introduction of additional magnetic disturbances, which are the measures for Compensate fastening of 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, the support of half the edge teeth of a segmented electric machine does not cause any significant pendulum moments.

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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.

Description

Beschreibung
Elektrische Maschine mit abgestützten Zähnen
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 mehre¬ re Zähne von einem Joch abstehen, ein Randzahn der mehreren Zähne, der sich an einer Segmentgrenze des jeweiligen Seg¬ ments 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 ande¬ re Form besitzt als das Verbindungselement ersten Typs.
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 bei¬ den halben Zähne, sodass diese Druckkräfte durch den elektri¬ schen 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 unproblema¬ tisch, erweist sich jedoch bei der Montage in ungünstigen Umgebungen als schwieriger, da ein weiteres Bauelement einge- passt werden muss, und die Verwendung von Harzen, Klebstoffen oder ähnlichem erforderlich ist.
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 Zugbe¬ lastung und/oder einer Druckbelastung vorgesehen. Ein derar- tiges Ankerelement ist insbesondere bei einem mechanisch ge¬ schwächten Zahn wie einem Halbzahn, vorteilhaft. Das Ankerelement greift von einem Zahn zum anderen und verbindet die¬ se. 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.
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 Maß- nahmen eine Unsymmetrie in der Maschine erzeugt wird. Die ge¬ ometrischen 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.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, Rast- und/oder Pendelmomente bei segmentierten Maschinen mit halben bzw. dünner ausgebildeten Randzähnen zu reduzieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine elektri sehe 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 abste¬ hen,
ein Randzahn der mehreren Zähne, der sich an einer Segmentgrenze des jeweiligen Segments befindet, dünner aus gebildet ist als ein benachbarter Zahn der mehreren Zäh ne des Segments, und
der Randzahn und der benachbarte Zahn an ihren Zahnköpfen durch ein Verbindungselement ersten Typs miteinande verbunden sind,
ein Zahnpaar der mehreren Zähne mit vorgegebener Geomet rie durch ein Verbindungselement zweiten Typs verbunden ist, das eine andere Form besitzt als das Verbindungs¬ element 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 Verbindungs¬ element so gestaltet sind, dass ein Rastmoment oder Pen delmoment 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 besä¬ ßen .
Es werden also entsprechend der vorliegenden Erfindung die Zahnköpfe und/oder Verbindungselemente auch innerhalb des Segments der elektrischen Maschine verändert gegenüber Zahn- paaren 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 redu¬ ziert werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Aktivteil um ei¬ nen 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.
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 Pha- sen zugeordnet sein.
Bei einer Aus führungs form 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 einzufü¬ gen .
Das Verbindungselement ersten Typs, das den Randzahn des Seg¬ ments 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 Seg¬ ments, 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 .
Die zwei Zähne im Inneren des Segments können jeweils an ih¬ rem 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 hanteiförmigen Querschnitt besitzen kann, kann zur bewussten Veränderung der Geometrie beitragen. 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.
Außerdem können mehrere Zahnpaare der mehreren Zähne außer dem Randzahn in dem Segment jeweils mit einem Verbindungsele¬ ment 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 ver¬ ändert werden gegenüber der vorgegebenen Geometrie der Zähne und dem Verbindungselement zweiten Typs.
Des Weiteren kann der Zahnkopf eines Zahns der mehreren Zähne unsymmetrisch ausgebildet sein. Insbesondere kann er bezüg¬ lich 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 notwen¬ dig ist als für das Verbindungselement zu dem benachbarten Zahn auf der anderen Seite.
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 ei¬ nem benachbarten Zahn angreifen. Damit werden, abgesehen von der Abstützung der Randzähne des Segments im Inneren des Seg¬ ments nicht nur beispielsweise Keile, sondern auch Klammern oder anders geformte Verbindungselemente eingesetzt.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen: FIG 1 einen Ausschnitt einer elektrischen Maschine mit segmentiertem Ständer an der Segmentgrenze;
FIG 2 einen Ausschnitt des segmentierten Ständers vom Inneren des Segments;
FIG 3 eine alternative Aus führungs form gegenüber FIG 2;
FIG 4 eine noch andere Aus führungs form gegenüber FIG 2 und
FIG 5 eine alternative Aus führungs form mit zusätzlicher
Störung unmittelbar neben der Segmentgrenze.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Aus führungs formen der vorliegenden Erfindung dar.
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 FIG 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.
Das erste Aktivteil 1 ist segmentiert. Es besitzt also mehre¬ re 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.
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 Segment¬ fuge bzw. der Segmentspalt 6. Am Rand jedes Segments 4, 5 befindet sich ein Halbzahn 8, 9. Die beiden Halbzähne 8, 9, die durch die Segmentfuge 6 von¬ einander getrennt sind, besitzen zusammen etwa die Dicke ei¬ nes „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 bei¬ spielsweise unterschiedlichen Phasen zugeordnet. Im vorlie¬ genden 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.
Um die Wicklungen stabil in den Nuten zwischen den Zähnen zu halten, werden üblicherweise Keile (Beispiel für Verbindungs- elemente zweiten Typs) mit keilförmigen Rändern zwischen die Zahnköpfe zweier benachbarter Zähne eingefügt, sodass die je¬ weilige Wicklung in der Nut verschlossen ist. Dazu besitzt der Zahnkopf des Zahns 7 beispielsweise eine seitlich zum be¬ nachbarten Zahn (in FIG 1 nicht mehr sichtbar) gerichtete Nut 19. Ein Zahn mit einer solchen Nut besitzt beispielsweise ei¬ ne vorgegebene Geometrie. In FIG 1 ist der Keil nicht einge¬ zeichnet .
Da die Randzähne 8, 9 nur in etwa halb so dick sind wie „nor- male" 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 Verbindungs¬ element ersten Typs. Die Klammer 20 greift in Nuten 21, 22, die jeweils Hinterschneidungen besitzen, der beiden Zähne 7, 8.
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. Um derartige Rast- und Pendelmomente zu reduzieren wird nun erfindungsgemäß im Inneren der Segmente an den Zahnköpfen eine oder mehrere Veränderungen durchgeführt, die die magneti¬ schen Auswirkungen der Abstützungen der Randzähne 8, 9 kom- pensieren sollen. So wird beispielsweise gemäß FIG 2 in einer Aus führungs form in der Segmentmitte an den Zahnköpfen 23, 24 ein gleiches Verbindungselement ersten Typs oder ein ähnli¬ ches Verbindungselement wie an den Randzähnen 8, 9 ange¬ bracht. 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 Hinterschneidun- gen besitzen. So können die beiden Zähne 23, 24 ebenfalls durch beispielsweise eine Klammer 20 verbunden werden (in FIG 2 nicht eingezeichnet) . Die Zahnköpfe der Zähne 23, 24 können aber auch anderweitig verändert werden, sodass andere Verbin¬ dungselemente, beispielsweise hanteiförmige Verbindungsele- mente, eingesetzt werden können. Hinsichtlich der Form der möglichen einsetzbaren Verbindungselemente wird explizit auf die Druckschrift DE 10 2010 039 381 verwiesen.
Durch die Veränderung der Zahnköpfe und/oder Verbindungsele- mente ändert sich der Luftspalt 3 beziehungsweise der ent¬ sprechende magnetische Kreis. Diese magnetischen Änderungen können zu einer Reduktion der Rast- und Pendelmomente führen.
In dem Beispiel von FIG 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 FIG 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. Darüber hinaus können gemäß FIG 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 Verbindungsele- mente 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 FIG 5 ist ein weiteres Beispiel dargestellt, wie die Rast- und/oder Pendelmomente reduziert werden können. Diese Ausfüh- rungsform basiert auf dem Beispiel von FIG 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 Hin- terschneidungen . 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. Prinzi- piell kann jedes Zahnpaar, insbesondere auch ein einzelner
Zahn, in dem Segment so verändert werden, dass die Abstützung des Randzahns am Segmentende magnetisch kompensiert wird.
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 durc die Abstützung der halben Randzähne einer segmentierten elektrischen Maschine keine signifikanten Pendelmomente auf.

Claims

Patentansprüche
1. 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 jeweili¬ gen 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 ver- bunden ist, das eine andere Form besitzt als das Verbin¬ dungselement ersten Typs (20),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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 mitein¬ ander 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 vorge¬ gebene Geometrie besäßen.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das erste Ak¬ tivteil (1) ein Ständer der elektrischen Maschine ist.
3. 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 ei¬ ner elektrischen Wicklung (15 bis 18) eingefügt ist.
4. 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.
5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement ersten Typs (20) und/oder das weitere Verbindungselement eine Klammer aufweisen.
6. 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 Hinter- schneidung besitzt, in die das weitere Verbindungselement greift.
7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das weitere Zahnpaar (23,24) asymmetrisch zur Segmentmitte angeordnet ist.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
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