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Title:
LAMINATED CORE FOR AN ELECTRIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/177984
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a laminated core (16, 34) for a rotor (14) and/or a stator (12) of a rotating electric machine (140) which has an air gap (20), the laminated core comprising: - teeth (22, 24), which are mutually adjacent in a peripheral direction (56) of the laminated core (16, 34) and delimit grooves (26, 32) for receiving electrical conductors (36, 38) which form a winding; and - a cover unit (42), which is arranged on the air gap side and delimits the grooves (32) in the radial direction, wherein: - the cover unit (42) has, in a region of each groove (32), at least one tapered region (46) in which the material of the cover unit (42) is thinner in a radial direction of the laminated core (16) than in an adjoining region (48); - at least two tapered regions (50, 52), which are mutually spaced apart in the peripheral direction (56) of the laminated core (16), are formed in the region of each groove (32).

Inventors:
SCHUNK HOLGER (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/053314
Publication Date:
September 10, 2020
Filing Date:
February 10, 2020
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H02K1/16; H02K1/26; H02K17/16
Foreign References:
US20110210692A12011-09-01
DE102014111239A12016-02-11
US20040212256A12004-10-28
DE102016114569A12018-02-08
JPS61285037A1986-12-15
US20110210692A12011-09-01
DE102014111239A12016-02-11
US20040212256A12004-10-28
DE102016114569A12018-02-08
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Claims:
Patentansprüche

1. Blechpaket (16, 34) für einen Läufer (14) und/oder einen Ständer (12) einer einen Luftspalt (20) zwischen dem Läufer (14) und dem Ständer (12) aufweisenden rotierenden elektri schen Maschine (140), mit

in einer Umfangsrichtung (56) des Blechpakets (16, 34) ne beneinander angeordneten Zähnen (22, 24), welche Nuten (26, 32) zur Aufnahme von wenigstens einem wenigstens eine Wicklung bildenden elektrischen Leiter (36, 38) begrenzen, und

einer luftspaltseitig angeordneten Abdeckeinheit (42), die die Nuten (32) in radialer Richtung begrenzt, wobei die Abdeckeinheit (42) in einem Bereich der jeweiligen Nut (32) wenigstens einen Verjüngungsbereich (46) aufweist, in welchem ein Material der Abdeckeinheit (42) in einer ra dialen Richtung des Blechpakets (16) dünner als in einem an diesen Verjüngungsbereich (46) angrenzenden Bereich (48) der Abdeckeinheit (42) ist,

dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der jeweiligen Nut (32) wenigstens zwei in Umfangsrichtung (56) des Blechpakets (16) voneinander beabstandete Verjüngungsbereiche (50, 52) ausgebildet sind.

2. Blechpaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinheit (42) jeweils wenigstens einen der wenigs tens zwei Verjüngungsbereiche (50, 52) in einem Bereich einer jeweiligen sich radial und in einer Längsrichtung des Blech pakets (16) erstreckenden Nutenwand (54) einer jeweiligen Nut (32) aufweist.

3. Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinheit (42) luftspalt seitig für jede der Nuten (32) einen Nutenspalt (44) auf weist, der sich in einer Längserstreckungsrichtung der jewei ligen Nut (32) erstreckt, wobei die Abdeckeinheit (42) den Nutenspalt (44) der jeweiligen Nut (32) vorzugsweise mittig in Bezug auf eine Breite der Nut (32) in Umfangsrichtung (56) aufweist .

4. Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Verjüngungsbereiche (50, 52) durch eine eckige Kontur der Abdeckeinheit (42) ausgebildet sind .

5. Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Verjüngungsbereiche (50, 52) durch eine kurvige Kontur der Abdeckeinheit (42) ausgebildet sind .

6. Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass das Material der Abdeckeinheit (42) in der radialen Richtung des Blechpakets (16) im Bereich der Verjüngungsbereiche (50, 52) einer jeweiligen Nut (32) dünner als in einem Bereich des Nutspalts (44) für diese Nut (32) ist.

7. Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass das Material der Abdeckeinheit (42) zumindest in den Verjüngungsbereichen (50, 52) eine kleinere ferromagnetische Permeabilität als die Zähne auf weist.

8. Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass in einem axialen Querschnitt durch das Blechpaket (16, 34) die jeweilige Nut (32) luftspaltsei tig durch zwei gleich lange Schenkel eines gedachten gleich schenkligen Dreiecks begrenzt ist, wobei Ecken einer Basis des gedachten Dreiecks kongruent mit luftspaltseitigen Ecken der jeweiligen Nut (32) sind und eine Höhe des gedachten Dreiecks parallel und partiell identisch zu einer geometri schen radialen Schwerpunktlinie der jeweiligen Nut (32) in dem axialen Querschnitt verläuft, und wobei eine Spitze des gedachten Dreiecks vom Luftspalt (20) weg zeigt.

9. Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass in einem axialen Querschnitt durch das Blechpaket (16, 34) eine luftspaltseitige Begrenzung der jeweiligen Nut (32) V-förmig ausgeformt ist und eine radiale Ausdehnung der jeweiligen Nut (32) zu den Rändern der V- förmigen Begrenzung hin zunimmt.

10. Blechpaket nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich net, dass die Begrenzung an dem gedachten Dreieck beziehungs weise die luftspaltseitige Begrenzung der jeweiligen Nut (32) teilweise oder vollständig durch die Abdeckeinheit (42) be reitgestellt ist.

11. Blechpaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass in einem axialen Querschnitt durch das Blechpaket (16, 34) die Abdeckeinheit (42) im Bereich der jeweiligen Nut (32) zumindest näherungsweise entsprechend ei nes Dreiecks, optional unterbrochen durch einen in radialer und axialer Richtung ausgerichteten Nutenspalt (44), ausge staltet ist, wobei eine Seite des Dreiecks zumindest im We sentlichen parallel zu der Umfangsrichtung (56) des Blechpa kets (16, 34) verläuft und zwei andere Seiten des Dreiecks in die jeweilige Nut (32) hineinzeigen.

12. Blechpaket nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Dreieck ein gleichschenkliges Dreieck ist und eine Basis des gleichschenkligen Dreiecks parallel zu der Umfangsrichtung (56) des Blechpakets (16, 34) verläuft und zwei Schenkel des Dreiecks in die jeweilige Nut (32) hineinzeigen, wobei insbe sondere der Nutenspalt (44) parallel und partiell deckungs gleich zur Höhe des Dreiecks verläuft.

13. Ständer (12) für eine rotierende elektrische Maschine (10), mit einem Blechpaket (34) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche .

14. Läufer (14) für eine rotierende elektrische Maschine (10), mit einem Blechpaket (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 13. 15. Rotierende elektrische Maschine (10) mit einem Ständer

(12) und einem in einer Öffnung des Ständers (12) drehbar ge lagert angeordneten Läufer (14), wobei der Ständer (12) vom Läufer (14) durch einen Luftspalt (20) beabstandet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (12) nach Anspruch 13 und/oder der Läufer (14) nach Anspruch 14 ausgebildet ist.

Description:
Beschreibung

Blechpaket für eine elektrische Maschine

Die Erfindung betrifft ein Blechpaket für einen Läufer und/oder einen Ständer einer einen Luftspalt zwischen dem Läufer und dem Ständer aufweisenden rotierenden elektrischen Maschine, mit in einer Umfangsrichtung des Blechpakets neben einander angeordneten Zähnen, welche Nuten zur Aufnahme von wenigstens einem wenigstens eine Wicklung bildenden elektri schen Leiter begrenzen, und einer luftspaltseitig angeordne ten Abdeckeinheit, die die Nuten in radialer Richtung be grenzt, wobei die Abdeckeinheit in einem Bereich einer jewei ligen Nut wenigstens einen Verjüngungsbereich aufweist, in welchem ein Material der Abdeckeinheit in einer radialen Richtung des Blechpakets dünner als in einem an diesen Ver jüngungsbereich angrenzenden Bereich der Abdeckeinheit ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch einen Ständer für die rotierende elektrische Maschine sowie einen Läufer für die rotierende Maschine. Schließlich betrifft die Erfindung eine rotierende elektrische Maschine mit einem Ständer und einem in einer Öffnung des Ständers drehbar gelagert angeord neten Läufer, wobei der Ständer vom Läufer durch einen Luft spalt beabstandet ist.

Gattungsgemäße elektrische Maschinen, Läufer und Ständer so wie auch Blechpakete hierfür, sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt, so dass es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Bei einer rotierenden elektrischen Maschine handelt es sich um eine Vorrichtung, die in einem Motorbetrieb elektrische Energie in mechanische Energie, insbesondere Bewegungsenergie, und/oder in einem Generatorbetrieb mechanische Energie in eine elek trische Energie umwandelt. Bei der Bewegung handelt es sich in der Regel um eine Drehbewegung, die vom Läufer gegenüber dem Ständer ausgeführt wird. Der Ständer ist - im Unterschied zum Läufer - in der Regel drehfest angeordnet, das heißt, bei der Drehbewegung handelt es sich um eine Drehbewegung des Läufers gegenüber dem Ständer.

Bei der rotierenden elektrischen Maschine ist in der Regel der Ständer als Stator vorgesehen, der üblicherweise eine im Wesentlichen kreisförmige Öffnung zur Aufnahme des als Rotor ausgebildeten Läufers bereitstellt . In der Öffnung ist der Läufer um eine Drehachse des Läufers drehbar gelagert ange ordnet, wobei zwischen dem Läufer und dem Ständer ein Luft spalt ausgebildet ist. Die Drehachse entspricht häufig auch einer Längsachse des Läufers beziehungsweise der elektrischen Maschine oder des Ständers.

Der Ständer und der Läufer sind im bestimmungsgemäßen Betrieb der elektrischen Maschine mittels eines magnetischen Flusses verkettet, wodurch im Motorbetrieb die Kraftwirkung, nämlich das Drehmoment, erzeugt wird, die den Läufer gegenüber dem Ständer drehend antreibt. Im Generatorbetrieb wird die dem Läufer zugeführte mechanische Energie in Form einer Rotation beziehungsweise eines Drehmoments in elektrische Energie um gewandelt. Zu diesem Zweck weisen der Ständer und der Läufer in der Regel jeweils eine von einem elektrischen Strom durch flossene Wicklung auf. Im Ständer oder im Läufer kann die Wicklung auch durch einen Permanentmagneten gebildet oder durch einen solchen ergänzt sein.

Rotierende elektrische Maschinen der gattungsgemäßen Art sind beispielsweise Drehfeldmaschinen, die an ein mehrphasiges, insbesondere dreiphasiges, elektrisches Wechselspannungsnetz angeschlossen sind, wie beispielsweise eine Asynchronmaschi ne, eine Synchronmaschine, eine Synchronmaschine mit Dämpfer käfig oder dergleichen, oder auch Gleichstrommaschinen, wie Nebenschluss- oder Reihenschlussmaschinen oder dergleichen.

Der Läufer und/oder der Ständer der rotierenden elektrischen Maschine weist üblicherweise ein Blechpaket auf. Das Blechpa ket ist in der Regel aus einem ferromagnetischen permeablen Material gebildet, so dass es den magnetischen Fluss gut zu führen vermag. Häufig besteht das Blechpaket aus einer Mehr zahl von einzelnen, untereinander elektrisch isolierten fer romagnetischen Blechen. Jedoch kann das Blechpaket auch aus einem anderen ferromagnetischen Material gebildet sein, bei spielsweise einem Ferrit, oder dergleichen. Werden Bleche verwendet, können die Bleche je nach Verwendungszweck auch als Dynamoblech, Motorenblech, Transformatorenblech oder der gleichen bezeichnet sein. Derartige Bleche sind von der Nor mung erfasst, beispielsweise EN 10106, EN 10107 oder der gleichen .

Das Blechpaket bildet luftspaltseitig in eine Umfangsrich tung, die mit einer Rotationsrichtung des Läufers im bestim mungsgemäßen Betrieb der elektrischen Maschine zusammenfällt und die quer zur Längsrichtung ist, axiale Zähne aus, die sich häufig im Wesentlichen in Längsrichtung erstrecken, das heißt, dass sie sich in der Regel im Wesentlichen parallel zu einer Drehachse des Läufers erstrecken. Die Zähne bilden da durch Nuten, die zur Aufnahme des wenigstens einen Läufers der wenigstens einen Wicklung dienen. Durch die wenigstens eine Wicklung kann zumindest ein Teil des magnetischen Flus ses bereitgestellt werden, der für den bestimmungsgemäßen Be trieb der rotierenden elektrischen Maschine erforderlich ist.

Elektrische Maschinen mit derartigen Nuten sind beispielswei se aus der US 2011 / 210 692 Al, aus der

DE 10 2014 111 239 Al, aus der US 2004 / 212 256 Al sowie aus der DE 10 2016 114 569 Al bekannt. Die genannten Anmeldungen zeigen dabei auch unterschiedliche Formgebungen der Nuten.

Der Ständer nimmt in der Regel eine Reaktion in Bezug auf ein Läuferdrehmoment auf und stützt sich gegen eine Auflage ab, an der der Ständer drehfest befestigt ist. Die Abstützung kann durch ein Fundament oder dergleichen gebildet sein.

Das Blechpaket bezeichnet also einen aus ferromagnetischem Material hergestellten und damit magnetisierbaren, vorzugs weise schichtweise aufgebauten, Körper. Die Aufgabe des Blechpakets besteht unter anderem darin, in Verbindung mit wenigstens einer stromdurchflossenen Wicklung den magneti schen Fluss zu führen beziehungsweise zu bündeln.

Je nach Konstruktion der rotierenden elektrischen Maschine kann das Blechpaket sowohl läuferseitig als auch ständersei tig vorgesehen sein. Auch eine Kombination, bei der ständer seitig und läuferseitig ein Blechpaket vorgesehen ist, ist möglich .

Die Zähne erstrecken sich in der Regel in eine Längsrichtung des Läufers beziehungsweise des Ständers. Obwohl deren Längs achse häufig parallel zur Drehachse des Läufers ist, kann die Orientierung der Erstreckung der Zähne auch von der Orientie rung der Drehachse des Läufers beziehungsweise der Längsrich tung abweichen, beispielsweise bei einer geschrägten Ausfüh rung .

Üblicherweise weist das Blechpaket eine luftspaltseitig ange ordnete Abdeckeinheit auf, die die durch die Zähne gebildeten Nuten in radialer Richtung luftspaltseitig begrenzt. Dadurch ist es möglich, beispielsweise beim Läufer, den in der Nut angeordneten elektrischen Leiter im bestimmungsgemäßen Be trieb der rotierenden elektrischen Maschine zu fixieren und/oder dergleichen.

Dadurch kann luftspaltseitig im Bereich der Nut ein gegenüber der magnetischen Leitfähigkeit des Blechpakets reduzierte magnetische Leitfähigkeit erreicht werden, wodurch die Funk tion der rotierenden elektrischen Maschine verbessert ist.

In der Regel weist die Abdeckeinheit in einem Bereich der je weiligen Nut wenigstens einen Verjüngungsbereich auf, in wel chem das Material der Abdeckeinheit, welches in der Regel dem Material des Blechpakets entspricht, in einer radialen Rich tung des Blechpakets dünner als in einem an diesen Verjün gungsbereich angrenzenden Bereich der Abdeckeinheit ist. Da durch kann erreicht werden, dass das Material der Abdeckein- heit im bestimmungsgemäßen Betrieb der rotierenden elektri schen Maschine an dem Verjüngungsbereich zuerst in eine Sät tigung gerät, wenn ein entsprechender magnetischer Fluss ge führt werden soll. Dies kann zur verbesserten Wirkung der ro tierenden elektrischen Maschine genutzt werden.

Besonders bei Asynchronmaschinen hat sich gezeigt, dass sich im bestimmungsgemäßen Betrieb eine unerwünschte Drehmoment welligkeit einstellen kann. Um dies zu reduzieren, ist es häufig vorgesehen, die durch die Zähne gebildeten Nuten ge schrägt auszubilden, um dadurch einen besseren Drehmoments- welligkeitswert beziehungsweise eine reduzierte Drehmoment welligkeit erreichen zu können.

Der Drehmomentswelligkeitswert kann unter anderem von der An zahl und der Gestaltung der durch die wenigstens eine Wick lung gebildeten Pole des Läufers beziehungsweise des Ständers abhängig sein. Durch die Schrägung der Nuten kann der Drehmo- mentswelligkeitswert im bestimmungsgemäßen Betrieb der rotie renden elektrischen Maschine beziehungsweise Asynchronmaschi ne reduziert werden. Die Schrägung hat jedoch den Nachteil, dass hierdurch ein Drehmomentverlust zu verzeichnen ist, der zum Beispiel etwa 3% bis etwa 5% betragen kann.

Darüber hinaus kann das Schrägen der Nuten dazu führen, dass ein Grenzmoment bei einer Asynchronmaschine in einem Feld schwächbereich reduziert ist. Daraus ergibt sich, dass zum Beispiel eine Grenzleistung und damit auch ein Beschleuni gungsvermögen entsprechend reduziert sein können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Drehmomentwel ligkeit im bestimmungsgemäßen Betrieb der rotierenden elek trischen Maschine zu reduzieren, und zwar vorzugsweise unab hängig von einer Schrägung von Nuten.

Als Lösung werden mit der Erfindung ein Blechpaket, ein Stän der, ein Läufer sowie eine rotierende elektrische Maschine gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.

In Bezug auf ein gattungsgemäßes Blechpaket wird mit der Er findung insbesondere vorgeschlagen, dass im Bereich der je weiligen Nut wenigstens zwei in Umfangsrichtung des Blechpa kets voneinander beabstandete Verjüngungsbereiche ausgebildet sind .

In Bezug auf einen gattungsgemäßen Ständer wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Ständer ein Blechpaket gemäß der Er findung aufweist.

In Bezug auf einen gattungsgemäßen Läufer wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Läufer ein Blechpaket gemäß der Er findung aufweist.

Bezüglich einer gattungsgemäßen rotierenden elektrischen Ma schine wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Ständer und/oder der Läufer gemäß der Erfindung ausgebildet ist.

Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, dass die Drehmomentwelligkeit von der Anzahl der Verjüngungsbe reiche abhängig sein kann. Im Stand der Technik ist für eine jeweilige der Nuten jeweils ein einziger Verjüngungsbereich vorgesehen. Hieraus kann sich jedoch eine große Drehmoment welligkeit im bestimmungsgemäßen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine ergeben. Dadurch, dass gemäß der Erfin dung nunmehr für eine jeweilige Nut wenigstens zwei voneinan der beabstandete Verjüngungsbereiche vorgesehen sind, kann die Drehmomentwelligkeit entsprechend reduziert werden. Die Reduzierung der Drehmomentwelligkeit kann also erreicht wer den, ohne dass eine Schrägung der Nuten erforderlich wäre. Dies erlaubt es, dass die mit der Schrägung verbundenen Nach teile, insbesondere auf die Leistungsfähigkeit in Bezug auf die rotierende elektrische Maschine, besonders bei Asynchron maschinen, weitgehend vermieden werden können. Je nach Kon- struktion des Blechpakets können natürlich auch mehr als zwei Verjüngungsbereiche beabstandet voneinander pro Nut vorgese hen sein. Durch die Anzahl der Verjüngungsbereiche kann die Drehmomentwelligkeit entsprechend weiter reduziert werden.

Die Abdeckeinheit kann radial außenseitig an den Zähnen ange ordnet sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Abdeckein heit die Zähne in Richtung des Luftspalts vollständig be deckt. Insbesondere kann die Form der Nut in Richtung des Luftspalts vollständig durch die Formgebung der Abdeckeinheit gegeben sein. Mit anderen Worten kann radial außenseitig der Nuten ausschließlich die Abdeckeinheit angeordnet sein. Dies bedeutet, dass die Nuten in Richtung des Luftspalts aus schließlich durch die Abdeckeinheit begrenzt sein können.

Auch wenn es gemäß der Erfindung nicht mehr erforderlich ist, eine Schrägung vorzusehen, kann die Erfindung natürlich den noch auch mit einer Schrägung kombiniert sein, um beispiels weise weitere besondere technische Effekte erreichen zu kön nen. Insgesamt kann mit der Erfindung erreicht werden, dass die Belastbarkeit beziehungsweise Leistungsfähigkeit der ro tierenden elektrischen Maschine verbessert werden kann.

Der Verjüngungsbereich erstreckt sich vorzugsweise in Um fangsrichtung und in die Längserstreckungsrichtung der Nut.

In Umfangsrichtung ist die Abmessung des Verjüngungsbereichs vorzugsweise kleiner als die Breite der jeweiligen Nut.

Der Verjüngungsbereich der Abdeckeinheit ist somit ein Be reich, der sich vorzugsweise in die Längserstreckungsrichtung der jeweiligen Nut erstreckt und in dem ein in Längser streckungsrichtung und in radialer Richtung bereitgestellter Materialquerschnitt kleiner als in unmittelbar in Umfangs richtung benachbarten Bereichen ist.

Insgesamt können die Verjüngungsbereiche vorzugsweise im We sentlichen gleich ausgebildet sein. Je nach Maschinenkon struktion beziehungsweise Konstruktion des Blechpakets kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Ver jüngungsbereiche auch voneinander abweichend ausgebildet sind. Dadurch kann der magnetische Fluss im bestimmungsge mäßen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine gezielt bedarfsgerecht beeinflusst werden.

Die Erfindung ermöglicht es also, ohne in äußere mechanische Abmessungen der rotierenden elektrischen Maschine eingreifen zu müssen, die Drehmomentwelligkeit reduzieren beziehungswei se zugleich die Leistungsfähigkeit der rotierenden elektri schen Maschine entsprechend erhöhen zu können.

Die Abdeckeinheit kann einstückig mit den Zähnen ausgebildet sein. Sie kann aber auch als separates Bauteil ausgebildet sein und vorzugsweise luftspaltseitig an den jeweiligen Zäh nen befestigt sein. Die Abdeckeinheit kann also zum Beispiel mehrteilig ausgebildet sein, beispielsweise indem ein Element der Abdeckeinheit für einen jeweiligen Zahn vorgesehen ist und an diesem luftspaltseitig anordbar ist. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass die Abdeckeinheit nach einer Mon tage der wenigstens einen Wicklung an den Zähnen luftspalt seitig befestigt wird, beispielsweise mittels einer Schraub verbindung, einer Klebverbindung, einer Schweißverbindung und/oder dergleichen.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Abdeckeinheit jeweils we nigstens einen der wenigstens zwei Verjüngungsbereiche in ei nem Bereich einer jeweiligen sich radial und in einer Längs richtung des Blechpakets erstreckenden Nutenwand einer jewei ligen Nut aufweist. Dadurch sind die Verjüngungsbereiche im Bereich der jeweiligen Nutenwände einer jeweiligen Nut ange ordnet und voneinander weit beabstandet. Dadurch kann eine besonders günstige Reduktion der Drehmomentwelligkeit bereits mit lediglich zwei Verjüngungsbereichen erreicht werden. Na türlich können konstruktionsabhängig auch weitere Verjün gungsbereiche vorgesehen sein. Eine Weiterbildung schlägt vor, dass die Abdeckeinheit luft spaltseitig für jede der Nuten einen Nutenspalt aufweist, der sich in einer Längserstreckungsrichtung der jeweiligen Nut erstreckt, wobei die Abdeckeinheit den Nutenspalt der jewei ligen Nut vorzugsweise mittig in Bezug auf eine Breite der Nut in Umfangsrichtung aufweist. Die Abdeckeinheit stellt vorzugsweise luftspaltseitig für jede der Nuten einen Nuten spalt bereit, der sich in Längserstreckungsrichtung der je weiligen Nut erstreckt. Der Nutenspalt kann als weiterer Luftspalt ausgebildet sein und dann vorzugsweise mit dem Luftspalt der elektrischen Maschine verbunden sein. Daneben kann im Nutenspalt zumindest teilweise auch ein nicht ferro magnetisches Material angeordnet sein. Der Verjüngungsbereich erstreckt sich vorzugsweise nicht nur in Umfangsrichtung und in die Längserstreckungsrichtung der Nut, sondern insbeson dere in Richtung des Nutenspalts, besonders bevorzugt paral lel hierzu.

Dadurch kann erreicht werden, dass die Wirkung der Erfindung im Wesentlichen unabhängig von der Drehrichtung des Läufers gegenüber dem Ständer sein kann. Besonders vorteilhaft er weist es sich, wenn die erfindungsgemäße Abdeckeinheit an ei nem Läufer angeordnet ist. Aber auch bei einem Ständer können sich hierdurch Vorteile ergeben. Darüber hinaus kann die Ab deckeinheit auf diese Weise symmetrisch in Bezug auf ihre Po sitionierung an einem jeweiligen der Zähne ausgebildet sein, insbesondere wenn die Abdeckeinheit mehrteilig ausgebildet ist .

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Verjüngungsbereiche durch eine eckige Kontur der Abdeckeinheit ausgebildet sind. Die eckige Kontur erlaubt es, die Abdeckeinheit einfach und kostengünstig herzustellen.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Verjüngungsbereiche durch eine kurvige Kontur der Abdeckeinheit ausgebildet sind. Die kurvige kann zum Beispiel eine Krümmung mit einem kons tanten oder auch einem variablen Radius gebildet sein oder dergleichen. Natürlich kann die kurvige Kontur auch mit der eckigen Kontur kombiniert ausgebildet sein. Die kurvige Kon tur erlaubt es, insbesondere die mechanische Belastbarkeit beziehungsweise Festigkeit der Abdeckeinheit zu verbessern. Insbesondere kann die Stabilität der Abdeckeinheit verbessert werden, so dass gerade bei Anwendung bei einem Läufer eine hohe Belastbarkeit erreicht werden kann.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Material der Abdeck einheit in der radialen Richtung des Blechpakets im Bereich der Verjüngungsbereiche einer jeweiligen Nut dünner als in einem Bereich des Nutenspalts für diese Nut ist. Dadurch kann erreicht werden, dass bei einem im Wesentlichen homogenen Ma terial für die Abdeckeinheit eine Sättigung des Materials aufgrund der Einwirkung des magnetischen Flusses im Bereich des Nutenspalts gegenüber der Verjüngung verbessert ist.

Durch diese Konstruktion kann erreicht werden, dass die Sät tigung zuerst im Bereich der Verjüngung auftritt. Insgesamt kann dadurch die Reduktion der Drehmomentwelligkeit weiter verbessert werden.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Material der Abdeck einheit zumindest im Bereich der jeweiligen Verjüngungsbe reiche eine kleinere ferromagnetische Permeabilität als die Zähne aufweist. Dem Grunde nach kann die Abdeckeinheit insge samt natürlich eine kleinere ferromagnetische Permeabilität als die der Zähne aufweisen. Dadurch kann die Führung des magnetischen Flusses durch das Blechpaket weiter optimiert werden. Darüber hinaus kann für die Abdeckeinheit ein Mate rial eingesetzt werden, welches erst bei einer größeren mag netischen Flussdichte als das Material der Zähne Sättigungs effekte zeigt. Dadurch können Verluste im Bereich der Abdeck einheit reduziert werden.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass in einem axialen Quer schnitt durch das Blechpaket die jeweilige Nut durch zwei Seiten eines gedachten Dreiecks begrenzt ist, wobei Ecken ei ner weiteren, dritten Seite des gedachten Dreiecks kongruent mit luftspaltseitigen Ecken der jeweiligen Nut sind und eine Höhe des gedachten Dreiecks parallel und partiell identisch zu einer geometrischen radialen Schwerpunktlinie der jeweili gen Nut in dem axialen Querschnitt verläuft und wobei eine Spitze des gedachten Dreiecks vom Luftspalt weg zeigt. Vor zugsweise ist das gedachte Dreieck gemäß einem gleichschenk ligen geformt. In diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen, dass in einem axialen Querschnitt durch das Blechpaket die jeweilige Nut durch gleich lange Schenkel des gedachten gleichschenkligen Dreiecks begrenzt ist, wobei Ecken einer Basis des gedachten Dreiecks kongruent mit luftspaltseitigen Ecken der jeweiligen Nut sind und eine Höhe des gedachten Dreiecks parallel und partiell identisch zu einer geometri schen radialen Schwerpunktlinie der jeweiligen Nut in dem axialen Querschnitt verläuft und wobei eine Spitze des ge dachten Dreiecks vom Luftspalt weg zeigt. Mit anderen Worten wird die jeweilige Nut zum Luftspalt hin durch die zwei Sei ten beziehungsweise Schenkel des gedachten Dreiecks begrenzt. Die an die dritte Seite beziehungsweise die Basis des Drei ecks angrenzenden Ecken des Dreiecks sind dabei insbesondere kongruent zu denjenigen Ecken der jeweiligen Nut, welche dem Luftspalt am nächsten sind. Kongruent kann im vorliegenden Kontext deckungsgleich beziehungsweise positionsgleich bedeu ten. Im Falle eines gleichschenkligen gedachten Dreiecks ent spricht die dritte Seite der Basis. Die Begrenzung an den zwei Seiten beziehungsweise Schenkeln des Dreiecks kann durch das Blechpaket, insbesondere die Abdeckeinheit, bereitge stellt sein. Diese Form ermöglicht eine besonders gute Lei tung des magnetischen Flusses durch das Blechpaket.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass in einem axialen Quer schnitt durch das Blechpaket, insbesondere die Abdeckeinheit, eine luftspaltseitige Begrenzung der jeweiligen Nut V-förmig ausgeformt ist und eine radiale Ausdehnung der jeweiligen Nut zu den Rändern der V-förmigen Begrenzung hin zunimmt. Die V- förmige Begrenzung kann insbesondere durch die zwei Seiten beziehungsweise Schenkel des gedachten Dreiecks gebildet sein. Daher ist auch hierdurch eine besonders gute Leitung des magnetischen Flusses durch das Blechpaket ermöglicht.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Begrenzung an dem ge dachten Dreieck beziehungsweise die luftspaltseitige Begren zung der jeweiligen Nut teilweise oder vollständig durch die Abdeckeinheit bereitgestellt ist. Somit kann in manchen Aus führungsformen die entsprechende Begrenzung nur teilweise durch die Abdeckeinheit und zusätzlich teilweise durch ein anderes Element des Blechpakets bereitgestellt sein. In ande ren Ausführungsformen ist die entsprechende Begrenzung voll ständig durch die Abdeckeinheit bereitgestellt. Hierdurch lässt sich die Leitung des magnetischen Flusses jeweils vor teilhaft an den Einzelfall anpassen.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem axia len Querschnitt durch das Blechpaket die Abdeckeinheit im Be reich der jeweiligen Nut zumindest näherungsweise entspre chend eines Dreiecks, optional unterbrochen durch einen in radialer und axialer Richtung ausgerichteten Nutenspalt, aus gestaltet ist, wobei eine Seite des Dreiecks zumindest im We sentlichen parallel zu der Umfangsrichtung des Blechpakets verläuft und zwei andere Seiten des Dreiecks in die jeweilige Nut hineinzeigen. Mit anderen Worten kann das Dreieck, ent sprechend welchem die Abdeckeinheit geformt ist, durch den Nutenspalt unterbrochen beziehungsweise geteilt sein. Somit kann sich das genannte Dreieck aus zwei durch den Nutenspalt beabstandeten kleineren Dreiecken zusammensetzen. Zumindest im Wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung bedeutet im obi gen Sinne, dass die Ausrichtung des Dreiecks eine möglichst parallele Ausrichtung zur Umfangsrichtung aufweist. Aufgrund der Krümmung der Umfangsrichtung ist dies jedoch nur nähe rungsweise möglich. Beispielsweise kann die entsprechende Seite des Dreiecks entsprechend einer durchschnittlichen Aus richtung der Empfangsrichtung in dem Bereich des Dreiecks ausgerichtet sein. Das hier beschriebene Dreieck kann dem oben beschriebenen gedachten Dreieck, insbesondere hinsicht lich dessen Lage und Orientierung, entsprechen. Durch die hier beschriebene Form der Abdeckeinheit kann der magnetische Fluss noch besser geleitet werden.

Das Dreieck, entsprechend welchem die Abdeckeinheit im Be reich der jeweiligen Nut ausgestaltet ist, kann vorteilhaf terweise ein gleichschenkliges Dreieck sein. In diesem Fall verläuft eine Basis des gleichschenkligen Dreiecks parallel zu der Umfangsrichtung des Blechpakets und zwei Schenkel des Dreiecks zeigen in die jeweilige Nut hinein, wobei insbeson dere der Nutenspalt parallel und partiell deckungsgleich zur Höhe des Dreiecks verläuft. Somit kann auch im Falle des gleichschenkligen Dreiecks dieses dem oben genannten gedach ten Dreieck, insbesondere hinsichtlich dessen Lage und Orien tierung, entsprechen. Diese Weiterbildung basiert auf der Er kenntnis, dass eine symmetrische, im Falle des gleichschenk ligen Dreiecks, oder asymmetrische Ausgestaltung im Einzel fall eine verbesserte Leitung des magnetischen Flusses zur Folge haben kann.

Die für das erfindungsgemäße Blechpaket angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten gleichermaßen auch für den erfindungsge mäßen Ständer, den erfindungsgemäßen Läufer sowie die erfin dungsgemäße elektrische Maschine und umgekehrt.

Weitere Vorteile, Wirkungen und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren. In den Figuren bezeichnen gleiche Be zugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.

Es zeigen:

FIG 1 eine schematische Schnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine entlang einer Drehachse eines Läufers der rotierenden elektrischen Maschine, der drehbar gegenüber einem Ständer gelagert ist, FIG 2 einen Ausschnitt einer schematischen Schnittdarstel lung der rotierenden elektrischen Maschine gemäß FIG 1 in einer radialen Richtung quer zur Drehachse gemäß einer ersten Ausgestaltung eines Blechpakets des Läu fers,

FIG 3 einer schematischen Schnittdarstellung der rotieren den elektrischen Maschine gemäß FIG 1 wie FIG 2 in einer radialen Richtung quer zur Drehachse gemäß ei ner zweiten Ausgestaltung eines Blechpakets des Läu fers,

FIG 4 eine schematische Schnittdarstellung wie FIG 2 mit

Feldlinien zur Darstellung eines magnetischen Flusses in einem bestimmungsgemäßen Betrieb gemäß der ersten Ausgestaltung des Blechpakets des Läufers,

FIG 5 eine schematische Schnittdarstellung wie FIG 3 mit

Feldlinien zur Darstellung eines magnetischen Flusses in einem bestimmungsgemäßen Betrieb gemäß der zweiten Ausgestaltung des Blechpakets des Läufers, und

FIG 6 eine einer schematischen Schnittdarstellung wie FIG 3 für eine dritte Ausgestaltung eines Blechpakets des Läufers .

FIG 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine Asynchronmaschine 10 als rotierende elektrische Maschine, die für einen Anschluss an ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz ausgebildet ist und die einen Ständer 12 aufweist, der dreh test angeordnet ist. Der Ständer 12 weist eine nicht bezeich- nete zentrale Durchgangsöffnung auf, in der ein Läufer 14 um eine Drehachse 30 drehbar gelagert angeordnet ist.

Der Ständer 12 weist ferner ein Ständerblechpaket 34 auf, in welchem durch in eine Umfangsrichtung 56 angeordnete Zähne 22 des Ständerblechpakets 34 Nuten 26 ausgebildet sind, die sich im Wesentlichen parallel zur Drehachse 30 erstrecken. Bei al- ternativen Ausgestaltungen können die Zähne auch geschrägt angeordnet sein.

In den Nuten 26 ist ein elektrischer Leiter 36 schematisch dargestellt angeordnet. Der elektrische Leiter 36 bildet eine Ständerwicklung aus. Die Ständerwicklung ist somit im Stän derblechpaket 34 angeordnet. In FIG 1 sind von der Ständer wicklung längsseitig über das Ständerblechpaket 34 hinausra gende Wicklungsköpfe 18 sichtbar. Der Schnitt in FIG 1 ist vorliegend ein Längsschnitt entlang der Drehachse 30 eines Läufers 14, der vorliegend als Käfigläufer ausgebildet ist und der in der nicht bezeichneten Durchgangsöffnung des Stän derblechpakets 34 angeordnet ist.

Der Läufer 14 ist in der Asynchronmaschine 10 drehbar ange ordnet und über eine nicht weiter dargestellte Lagerung, die zum Beispiel durch Lagerschilde gebildet sein kann, gegenüber dem Ständer 12 in seiner Position drehbar festgelegt. Im mon tierten Zustand ist zwischen dem Ständer 12 und dem Läufer 14 ein Luftspalt 20 ausgebildet.

Der Läufer 14 ist im bestimmungsgemäßen Betrieb der Asyn chronmaschine 10 um eine Drehachse 30 drehbar.

Der Läufer 14 weist ein Läuferblechpaket 16 auf, welches ei nen elektrischen Leiter 38 umfasst, der eine nicht weiter be- zeichnete Läuferwicklung darstellt. Die elektrischen Leiter 38 sind vorliegend als Stäbe ausgebildet, die an den stirn seitigen Enden des Läuferblechpakets 16 mittels Kurzschluss ringen 28 kurzgeschlossen sind. Dadurch sind die elektrischen Leiter 38 elektrisch miteinander gekoppelt, um Käfige zu bil den .

Der Läufer 14 weist ferner eine Läuferwelle 40 auf, die zur mechanischen Verbindung mit einer rotierbaren mechanischen Einrichtung dient. Die rotierbare mechanische Einrichtung kann eine beliebige Funktion aufweisen, beispielsweise eine Antriebsfunktion für eine Industriemaschine, ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug und/oder dergleichen. Darüber hi naus kann die mechanische Einrichtung natürlich auch eine Verbrennungskraftmaschine, ein Windrad und/oder dergleichen sein. Je nach Betriebsart kann dem Käfigläufer 14 mechanische Energie in Form einer Drehbewegung beziehungsweise eines Drehmoments zugeführt werden, so dass die Asynchronmaschine 10 in einem Generatormodus betrieben werden kann. Sie kann durch über das an ihr angeschlossene elektrische Energiever sorgungsnetz jedoch auch elektrische Energie beziehen und über den Läufer 14 und die Läuferwelle 40 ein Drehmoment in einem Motorbetrieb bereitstellen .

FIG 2 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung quer zur Drehachse 30 einen Ausschnitt des gegenüber dem Ständer 12 drehbar gelagerten Läufers 14. Zu erkennen ist, dass der Ständer 12 das Ständerblechpaket 34 umfasst, welches die Zäh ne 22 in Umfangsrichtung 56 bereitstellt, die die ständersei tigen Nuten 26 bilden, in denen der elektrische Leiter 36 an geordnet ist. Diese Darstellung ist lediglich schematisch.

Der elektrische Leiter 36 kann durch eine Mehrzahl von Ein zelleitern gebildet sein, die je nach Bedarf ausgebildet sein können, beispielsweise stabförmig, bandförmig und/oder der gleichen. Entsprechend können auch Querschnitte der Leiter 36 ausgebildet sein.

Aus FIG 2 ist ersichtlich, dass dem Grunde nach das gleiche auch für den Läufer 14 gilt. Der Läufer 14 umfasst das Läu ferblechpaket 16, welches in Umfangsrichtung 56 läuferseitige Zähne 24 bereitstellt, die läuferseitige Nuten 32 ausbilden. In den läuferseitigen Nuten 32 ist der elektrische Leiter 38 angeordnet. Der elektrische Leiter 38 kann ebenso wie der elektrische Leiter 36 auf der Ständerseite ausgebildet sein.

Wie aus FIG 2 ersichtlich ist, weist das Läuferblechpaket 16 luftspaltseitig eine Abdeckeinheit 42 auf, die vorliegend aus separaten einzelnen Abdeckelementen gebildet ist. Die Abdeck einheit 42 begrenzt die Nuten 32 in radialer Richtung. Zu gleich stellt die Abdeckeinheit 42 für jede der Nuten 32 ei- nen jeweiligen Nutenspalt 44 bereit, der vorliegend ebenfalls wie der Luftspalt 20 als Luftspalt ausgebildet und mit dem Luftspalt 20 verbunden ist. Der Nutenspalt 44 erstreckt sich in einer Längserstreckungsrichtung der jeweiligen Nut 32. Vorliegend ist die Längserstreckungsrichtung parallel zur Drehachse 30. Bei alternativen Ausgestaltungen kann jedoch eine Schrägung vorgesehen sein.

Die Abdeckeinheit 42 weist in einem Bereich einer jeweiligen Nut 32 einen Verjüngungsbereich 46 auf, in welchem ein Mate rial der Abdeckeinheit 42 in einer radialen Richtung des Blechpakets 16 dünner als in einem an diesem Verjüngungsbe reich 46 angrenzenden Bereich 48 ist. FIG 4 zeigt in einer schematischen Darstellung basierend auf FIG 2 für den Läufer 14 anhand von Feldlinien 58, wie sich der magnetische Fluss im Läufer 14 im bestimmungsgemäßen Betrieb der Asynchronma schine 10 ausbildet. Zu erkennen ist, dass eine besonders ho he magnetische Flussdichte im Bereich der Nutenspalte 44 auf- tritt. Diese Flusskonzentration führt zur Ausbildung einer Drehmomentwelligkeit, die häufig unerwünscht ist.

FIG 3 zeigt nun in einer schematischen Darstellung, wie

FIG 2, eine Gestaltung der Abdeckeinheit 42, die es erlaubt, die Drehmomentwelligkeit gemäß der Ausgestaltung nach FIG 2 zu reduzieren. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede der Ausgestaltung gemäß FIG 3 gegenüber der Ausgestaltung ge mäß FIG 2 erläutert.

Aus FIG 3 ist ersichtlich, dass die Abdeckeinheit 42 gegen über der Abdeckeinheit 42 gemäß FIG 2 anders gestaltet ist. Die Abdeckeinheit 42 gemäß FIG 3 stellt nämlich - im Unter schied zur Abdeckeinheit 42 gemäß FIG 2 - nunmehr für den Be reich der jeweiligen Nut 32 jeweils zwei in Umfangsrichtung 56 des Blechpakets 16 voneinander beabstandete Verjüngungsbe reiche 50, 52 bereit. Die weiteren konstruktiven Merkmale entsprechen im Wesentlichen dem, was bereits zur FIG 2 erläu tert wurde, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausfüh rungen verwiesen wird. Durch diese Gestaltung der Abdeckeinheit 42 kann erreicht werden, dass nunmehr zwei Verjüngungsbereiche 50, 52 für jede der Nuten 32 bereitgestellt werden, so dass sich auch der magnetische Fluss im bestimmungsgemäßen Betrieb der Asynch ronmaschine 10 entsprechend verändert. Dies ist schematisch anhand von FIG 5 dargestellt.

Erkennbar ist aus FIG 5, dass sich der magnetische Fluss nun mehr an den beiden Verjüngungsbereichen 50, 52 der Abdeckein heit 42 konzentriert. Dadurch erhöht sich die Anzahl der mit einer großen Flussdichte beaufschlagten Bereiche, wodurch in folge die Drehmomentwelligkeit insgesamt reduziert werden kann. Dies zeigt auch, dass durch eine weitere Erhöhung der Anzahl der Verjüngungsbereiche für eine jeweilige Nut 32 die Drehmomentwelligkeit noch weiter reduziert werden kann.

In FIG 3 sind die Verjüngungsbereiche 50, 52 durch eine ecki ge Gestaltung der Abdeckeinheit 42 realisiert. FIG 6 zeigt in einer schematischen Darstellung, wie FIG 3, eine alternative Ausgestaltung, bei der die Verjüngungsbereiche 50, 52 eine runde Kontur aufweisen. Hierdurch können eine verbesserte Stabilität und gegebenenfalls auch eine verbesserte Führung des magnetischen Flusses erreicht werden. Die Wirkung ist je doch dem Grunde nach mit der Wirkung der Ausgestaltung anhand von FIG 3 vergleichbar, weshalb diesbezüglich auf die ent sprechenden Ausführungen verwiesen wird.

In der folgenden Tabelle sind Vergleichswerte für eine vorge gebene Asynchronmaschine dargestellt.

In der voranstehenden Tabelle sind zwei Betriebszustände, die sich durch eine jeweilige Drehzahl voneinander unterscheiden, von einer Asynchronmaschine gemäß der Erfindung und von einer Asynchronmaschine gemäß dem Stand der Technik im Vergleich dargestellt. Die in der Tabelle benutzten Akronyme sind wie folgt zugeordnet: n Drehzahl

11 Ständerstrom

s Schlupf

M Abtriebsdrehmoment

Pv_solid ohm' sehe Verluste

Pv_FE Eisenverluste

M_wellSS Drehmomentenwelligkeit (Spitze-Spitze)

12 Läuferstrom (Spitze-Spitze)

Der Schlupf bezieht sich auf ein Verhältnis der Läuferfre quenz zur Ständerfrequenz .

Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass durch das erfindungsge- mäße Blechpaket die Leistungsfähigkeit der Asynchronmaschine vergrößert werden kann, ohne dass deren äußere Abmessungen vergrößert zu werden brauchen. Dadurch kann bei gleicher Bau- große eine verbesserte Leitungsfähigkeit der Asynchronma schine erreicht werden. Auch wenn die Tabelle diesen Sachver halt lediglich für eine beispielhafte Asynchronmaschine zeigt, können auch bei anderen elektrischen Maschinen ent- sprechende Vorteile durch die Erfindung erreicht werden.

Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele dienen ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.