DE10123224A1 - Elektromotor, insbesondere für ein Lenksystem in einem Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Ein Stator eines Elektromotors umfasst eine Mehrzahl in Reihe angeordneter, ringförmiger Statorlamellen, die in einer Ausnehmung in einem Motorgehäuse aufgenommen sind. DOLLAR A Mindestens eine Statorlamelle ist als verformbare Klemmlamelle ausgebildet, wobei die Statorlamelle einschließlich der Klemmlamelle in Einbaulage im Motorgehäuse über ein Befestigungselement zusammengehalten sind, welches die Klemmlamelle beaufschlagt und radial aufweitet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, insbesondere für ein Lenksystem in einem Fahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Elektromotoren bestehen aus einem in einem Motorge­ häuse eingesetzten Stator, in welchem ein Rotor drehbar gela­ gert ist. Der Stator besteht aus einer Mehrzahl hintereinander angeordneter, plattenförmiger Statorlamellen aus Blech, die die Erregerwicklung aufnehmen. Bei der Montage des Elektromotors werden die einzelnen Statorlamellen zu einem Lamellenpaket zu­ sammengefasst und anschließend in eine vorbereitete Aufnahme im Motorgehäuse eingepresst. Um eine feste Verbindung zwischen Stator und Motorgehäuse sicherzustellen, wird der Stator vor dem Einsetzen auf eine tiefe Temperatur abgekühlt, das Motorge­ häuse wird dagegen auf eine hohe Temperatur erwärmt. Anschlie­ ßend wird der Stator in die Aufnahme im Motorgehäuse einge­ setzt. Nach dem Einsetzen erwärmt sich der Stator und dehnt sich hierbei aus, zugleich kühlt sich das Motorgehäuse ab und zieht sich zusammen. Durch die Kombination von sich ausdehnen­ dem Stator und sich zusammenziehenden Motorgehäuse wird eine feste, unverlierbare Verbindung zwischen Stator und Motorgehäu­ se geschaffen.

Um die erforderliche feste Verbindung zwischen Stator und Mo­ torgehäuse herstellen zu können, müssen die beiden Bauteile während der Montage eine hohe Temperaturdifferenz aufweisen. Beispielsweise wird der Stator auf -40°C abgekühlt und das Mo­ torgehäuse auf 150°C erwärmt. Sowohl die Erwärmung als auch die Abkühlung erfordern geeignete Vorrichtungen, die nur mit einem erheblichen Energieaufwand zu betreiben sind. Insgesamt gestal­ tet sich der Montageprozess wegen der erforderlichen Erwärmung und Abkühlung der Bauteile umständlich und zeitaufwendig.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, Stator und Motorge­ häuse eines Elektromotors in einfacher Weise sicher zu verbin­ den.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass aus der Mehrzahl in Reihe angeordneter, ringförmiger Statorlamellen mindestens eine der Lamellen als verformbare Klemmlamelle ausgebildet ist, die im unbelasteten Zustand eine dreidimensionale Gestalt einnimmt, insbesondere näherungsweise tellerförmig ausgebildet ist, und sich zweckmäßig durch axiale Kraftbeaufschlagung radial ver­ formt. Die zweckmäßig axiale Beaufschlagung wird über ein Be­ festigungselement erreicht, welches die Statorlamellen ein­ schließlich der mindestens einen Klemmlamelle in Einbaulage im Motorgehäuse zusammenhält. Als Folge der Kraftbeanspruchung durch das Befestigungselement verändert die Klemmlamelle ihre radiale Gestalt und dehnt sich vorteilhaft über ihren Umfang ganz oder teilweise radial aus, wodurch die Klemmlamelle sich in die umgebende Wandung in der Ausnehmung im Motorgehäuse ein­ gräbt und ein fester Sitz sowohl der Klemmlamelle als auch der weiteren Statorlamellen, welche über das Befestigungselement mit der Klemmlamelle verbunden sind, erreicht wird.

Die Verbindung zwischen Klemmlamelle und Motorgehäuse wird ohne zusätzliche Maßnahmen, insbesondere ohne Erhitzung oder Abküh­ lung einzelner Bauelemente des Elektromotors erreicht. Ein si­ cheres Verklemmen des Lamellenpakets im Motorgehäuse wird be­ reits mit einer geringfügigen radialen Ausdehnung der Klemmla­ melle in der Größenordnung von wenigen Mikrometern erreicht.

Die Klemmlamelle kann in ihrem unbelasteten Zustand eine ge­ ringfügig von den übrigen Statorlamellen abweichende Gestalt aufweisen, die sich insbesondere durch eine Erhebung gegenüber der Grundebene der Klemmlamelle auszeichnet, wobei diese Erhe­ bung im eingebauten Zustand im Lamellenpaket - also im belaste­ ten Zustand - im Wesentlichen in die Grundebene der Klemmlamel­ le eingedrückt wird, mit der Folge, dass diejenigen Lamellenbe­ reiche der Klemmlamelle, die im Wesentlichen in der Grundebene liegen, mehr oder weniger radial nach außen gedrückt werden, entweder durch eine ausschließliche Materialdehnung des Lamel­ lenmaterials oder durch eine konstruktiv bedingte Aufweitung der Klemmlamelle bzw. einer Kombination von beidem. Wesentlich ist hierbei die Umsetzung einer üblicherweise axialen Belastung in eine radiale Aufweitung.

Die dreidimensionale, verformbare Gestalt der Klemmlamelle wird vorteilhaft dadurch erreicht, dass die insbesondere aus Blech gefertigten Statorlamellen nach dem Ausstanzen in Achsrichtung aufgeweitet werden, wodurch vorteilhaft eine konische oder tel­ lerförmige Gestalt der Klemmlamelle erreicht wird. Diejenigen Lamellenabschnitte, welche über die Grundebene der vor dem Ver­ formen flachen Lamelle hinausragen, werden in Einbaulage des Lamellenpakets über das Befestigungselement wieder zurück in die Lamellenebene gedrückt. Die konische Gestalt der Klemmla­ melle ist hierbei in besonders einfacher Weise herzustellen.

Zweckmäßig sind in dem Lamellenpaket eine Mehrzahl von Klemmla­ mellen vorgesehen, wobei bevorzugt der Anteil der Klemmlamellen an der Gesamtzahl sämtlicher Statorlamellen nicht größer ist als 30%. Die Klemmlamellen können hierbei gleichmäßig über die Stapellänge verteilt werden. Vorzugsweise ist zumindest an je­ der Stirnseite des Lamellenpakets jeweils eine Klemmlamelle vorgesehen, ungeachtet dessen, ob die Klemmlamellen gleichmäßig über die Stapellänge verteilt sind.

Als Befestigungselement wird vorteilhaft eine Schraube einge­ setzt, welche axial durch Bohrungen in den Lamellen hindurchge­ führt ist. Über die Schraube kann ein axialer Druck auf die verformbaren Klemmlamellen ausgeübt werden, entweder durch un­ mittelbare axiale Beaufschlagung einer Klemmlamelle durch das Befestigungselement oder mittelbar durch Zusammenpressen von Statorlamellen, welche sich zu beiden Seiten der Klemmlamellen befinden. Das Befestigungselement bietet außerdem den Vorteil, dass eine zusätzliche Verbindung zwischen dem Lamellenpaket und dem Motorgehäuse über das Befestigungselement geschaffen werden kann.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu ent­ nehmen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Motorgehäuse eines Elektromo­ tors mit darin aufgenommenem Stator,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer unbelasteten, dreidimensional verformten Klemmlamelle,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Klemmlamelle im unbelasteten sowie im axial belasteten Zustand,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Klemmlamelle.

In den folgenden Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Be­ zugszeichen versehen.

Der in Fig. 1 dargestellte Elektromotor 1, welcher insbesondere für ein Lenksystem in einem Fahrzeug eingesetzt wird, umfasst ein Motorgehäuse 2, das eine axial zugängliche Ausnehmung 6 aufweist, in der ein Stator 3 aufgenommen ist. Der Stator 3 be­ steht aus einer Mehrzahl axial hintereinander angeordneter ein­ zelner Statorlamellen 4, die jeweils ringförmig mit einer zent­ ralen Ausnehmung 7 zur Aufnahme eines Rotors ausgebildet sind. Motorgehäuse 2 und die Statorlamellen 4 erstrecken sich koaxial zu einer Längsachse 8 des Elektromotors.

Im Stator 3 ist ein Lamellenpaket mit einer Mehrzahl einzelner Statorlamellen 4 ausgebildet, die jeweils Stirnseite an Stirn­ seite aneinander liegen und über ein als Schraube ausgebildetes Befestigungselement 5, die durch eine Bohrung im Randbereich der Statorlamellen 4 geführt ist, axial zusammengehalten wer­ den. Das Befestigungselement 5 liegt parallel zur Längsachse 8 des Elektromotors. Es können über den Umfang verteilt mehrere Befestigungselemente in gleichmäßigem Winkelabstand vorgesehen sein, um einen gleichmäßigen axialen Druck innerhalb des Lamel­ lenstapels aufzubauen. Zusätzlich zu dem axialen Druck, der mit Hilfe des Befestigungselementes 5 zwischen den Statorlamellen 4 des Lamellenstapels aufgebaut wird, kann der gesamte Stator 3 über das Befestigungselement mit dem Motorgehäuse 2 verbunden werden, indem beispielsweise das Befestigungselement 5 in eine Sacklochbohrung 9 im Motorgehäuse eingeschraubt wird.

Einige der Statorlamellen 4 des Stators 3 sind als Klemmlamel­ len ausgebildet, die sich bei axialem Druck, ausgeübt durch das Befestigungselement 5, radial aufweiten und sich dadurch in die radial umschließende Wandung im Motorgehäuse eingraben, welche die den Stator 3 aufnehmende Ausnehmung 6 begrenzt. Zur Montage des Elektromotors wird der Stapel aus Statorlamellen 4 zunächst nur lose über das Befestigungselement 5, über den Druck der dicht gewickelten Statordrähte, darum angeordnete Einlagen und den Lack in den Erregernuten zusammengehalten und in die Aus­ nehmung 6 im Motorgehäuse 2 eingeführt. Nach dem Einführen wird über das Befestigungselement 5 ein axialer Druck erzeugt, wor­ aufhin die Klemmlamelle bzw. die Klemmlamellen im Stapel der Statorlamellen 4 sich radial ausdehnen und in die Wandung im Motorgehäuse 2 einkrallen. In Fig. 1 ist dies an Hand einer Klemmlamelle 10 symbolisch dargestellt, die sich bei axialem Zusammendrücken radial in Pfeilrichtung 11 ausdehnt.

In Fig. 2 ist eine einzelne Klemmlamelle 10 dargestellt, die ringförmig mit einer zentralen Ausnehmung 7 ausgeführt ist und in ihrem radial außen liegenden Bereich insgesamt vier gleich­ mäßig verteilte Bohrungen 12 zum Durchstecken des Befestigungs­ elementes aufweist. Die Klemmlamelle 10 ist im unbelasteten Zu­ stand dreidimensional verformt, wobei insbesondere radial nach innen, zur zentralen Ausnehmung 7 hin, der Klemmlamellenrand ansteigt und sich über eine Grundebene der Klemmlamelle erhebt, wodurch die Klemmlamelle eine tellerförmige Gestalt aufweist. Der Anstieg gegenüber dem radial außen liegenden Bereich kann entweder linear erfolgen - in diesem Fall weist die Klemmlamel­ le 10 im unbelasteten Zustand eine Konusform auf - oder auch einer nichtlinearen Funktion folgen, insbesondere zur Ausneh­ mung 7 hin in Achsrichtung progressiv ansteigen. Durch das axi­ ale Zusammendrücken der sich über die Grundebene der Lamelle erhebenden Abschnitte wird ein radiales Aufweiten der Klemmla­ melle erzielt.

In Fig. 3 ist eine Klemmlamelle 10 dargestellt, die im linken Bildabschnitt unbelastet ist und etwa Konusform einnimmt und im rechten Bildabschnitt axial gemäß den Pfeilen 13 belastet wird, woraufhin die axial überstehenden Abschnitte der Lamelle in ih­ re Grundebene hineingedrückt werden, so dass die Lamelle sich radial in Pfeilrichtung 11 aufweitet und eine flache Gestalt einnimmt. In der Ausführung gemäß Fig. 4 weist die Klemmlamelle 10 auf ihre radial innen liegenden, der zentralen Ausnehmung 7 zuge­ wandten Seite eine Mehrzahl von über den Umfang gleichmäßig verteilter, sich radial erstreckender Nuten 14 zur Aufnahme der Erregerwicklungen auf. Benachbarte Nuten 14 sind durch eine Trennwand 15 separiert. Aufgrund der Nuten 14 ist die Lamellen­ wandung auf ihrer radialen Innenseite durchbrochen, wodurch die Klemmlamelle 10 mit geringem Kraftaufwand vor dem Einbau in den Lamellenstapel axial aufgeweitet werden kann.

Die Statorlamellen sind vorteilhaft aus Blech gefertigt und werden insbesondere aus einer Blechvorlage ausgestanzt. Die Klemmlamellen können nach dem Ausstanzen aufgeweitet werden, wodurch sie ihre im unbelasteten Zustand dreidimensionale Ge­ stalt einnehmen. 1 Elektromotor
2 Motorgehäuse
3 Stator
4 Statorlamelle
5 Befestigungselement
6 Ausnehmung
7 Ausnehmung
8 Längsachse
9 Sacklochbohrung
10 Klemmlamelle
11 Pfeilrichtung
12 Bohrung
13 Pfeil
14 Nut
15 Trennwand

Claims (8)

1. Elektromotor, insbesondere für ein Lenksystem in einem Fahr­ zeug, mit einem Stator (3) und einem Rotor, wobei der Stator (3) aus einer Mehrzahl in Reihe angeordneter, ringförmiger Sta­ torlamellen (4, 10) besteht, die in einer Ausnehmung (6) in ei­ nem Motorgehäuse (2) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Statorlamelle als verformbare Klemmlamelle (10) ausgebildet ist und dass die Statorlamellen (4) ein­ schließlich der Klemmlamelle (10) in Einbaulage im Motorgehäuse (2) über ein Befestigungselement (5) zusammengehalten sind, welches die Klemmlamelle (10) beaufschlagt und radial aufwei­ tet.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmlamelle (10) konisch ausgebildet ist.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Klemmlamellen (10) vorgesehen sind.

4. Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Klemmlamellen (10) an der Gesamtzahl der Statorlamellen (4) kleiner ist als 30%.

5. Elektromotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmlamellen (10) gleichmäßig im Stapel der Statorla­ mellen (4) verteilt sind.

6. Elektromotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die stirnseitigen Statorlamellen (4) des Stators (3) als Klemmlamelle (10) ausgeführt sind.

7. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) eine Schraube ist, die durch eine Bohrung (12) in den Statorlamellen (4) geführt ist.

8. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorlamellen (4) auf ihrer der zentralen Ausnehmung (7) zugewandten Seite eine Mehrzahl über den Umfang gleichmäßig verteilter Wicklungsnuten (14) aufweisen.