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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Stator in einem Innenläufer-Elektromotor
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In
der
US 2006/0091759
A1 wird ein permanenterregter Innenläufer-Gleichstrommotor
beschrieben, der eine rotierend gelagerte Ankerwelle mit einem darauf
angeordneten Permanentmagneten in einem Stator umfasst. Der Stator
besteht aus einer Mehrzahl über den Umfang gleichmäßig
verteilter und sich in Radialrichtung erstreckender Trägerzähne,
die an einem außen liegenden Stützring gehalten sind.
Auf die Trägerzähne sind zur Erzeugung eines Magnetfeldes
bestrombare Spulenwicklungen aufgesetzt. Zur Fertigung des Stators
müssen die Trägerzähne in Ausnehmungen
eingesetzt werden, die an der Innenseite des Statorringes eingebracht
sind, und mit dem Statorring verbunden werden. Dies ist jedoch nur
mit einem verhältnismäßig hohen Aufwand
zu bewerkstelligen, da die Spulen vor der Verbindung mit dem Statorring
bereits auf die Trägerzähne aufgesetzt sein müssen
und nur ein verhältnismäßig geringer
Bauraum für die Anordnung der insgesamt 12 Trägerzähne
zur Verfügung steht.
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Offenbarung der Erfindung
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen Stator in einem Innenläufer-Elektromotor anzugeben, der
sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau und einfache Herstellbarkeit
auszeichnet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Der
erfindungsgemäße Stator in einem Innenläufer-Elektromotor,
der insbesondere als Stellmotor in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird,
weist einen radial außen liegenden Statorring auf und mehrere über
den Umfang verteilte und sich radial nach innen erstreckende Trägerzähne,
die Polschuhe zur Aufnahme bestrombarer Spulen bilden. Der Statorring ist
aus einer Mehrzahl einzelner Rückschlusssegmente zusammengesetzt,
die im zusammengesetzten Zustand den durchgehenden Statorring bilden. Des
Weiteren ist vorgesehen, dass die auf der radialen Innenseite des
Statorringes angeordneten Trägerzähne im Bereich
ihrer radial außen liegenden Stirnseite geradlinige Seitenwandungen
aufweisen, die ohne seitliche Auskragungen ausgebildet sind.
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Diese
einfache konstruktive Ausführung vereinfacht die Montage
des Stators erheblich. So ist es insbesondere möglich,
bei der Montage die Trägerzähne in einem ersten
Schritt zunächst ihrer späteren Anordnung im Stator
entsprechend auf ein Haltewerkzeug aufzusetzen, die Spulen auf die
Trägerzähne aufzuschieben und anschließend
die einzelnen Rückschlusssegmente radial von außen
nach innen auf die Trägerzähne aufzuschieben und
mit diesen zu verbinden. Das Aufschieben der Spulen auf die Trägerzähne
erfolgt vorteilhafterweise radial von außen nach innen,
was durch geradlinige Wandungen der Trägerzähne
oder durch eine sich radial von innen nach außen verjüngende
Querschnittsform unterstützt wird. Nach dem Aufsetzen der
Rückschlusssegmente sind die Spulen gesichert und befinden sich
in ihrer endgültigen Position im Stator. Die Segmentierung
des Stators ermöglicht das Aufsetzen der einzelnen Rückschlusssegmente
auf die provisorisch in ihrer Montageposition gehaltenen Trägerzähne einschließlich
der darauf angeordneten Spulen.
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Zur
Qualitätsverbesserung kann es vorteilhaft sein, die Außenseite
des Stators nach dem Aufsetzen auf die Trägerzähne
zu walzen, wodurch eine exakte Rundform des Statorringes erreicht
wird und außerdem Spannungen gelöst werden. Gegebenenfalls
werden am Außendurchmesser zur weiteren Sicherung der Verbindungen
zwischen den Trägerzähnen und den Rückschlusssegmenten
auch Laserschweißpunkte gesetzt. Anschließend
wird der vorgefertigte und bewickelte Stator in einen Motor-Stahltopf
eingepresst, daraufhin ist der üblicherweise aus Blechpaketen
zusammengesetzte Stator dauerhaft verspannt und fixiert.
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Gemäß vorteilhafter
Weiterbildung sind in die Rückschlusssegmente Ausnehmungen
zur Aufnahme der Trägerzähne eingebracht. Diese
Ausnehmungen können die Rückschlusssegmente in
Radialrichtung vollständig durchdringen, wobei ggf. auch
nur ein teilweises Durchdringen nach Art einer Sacklochbohrung in
Betracht kommt. Die Ausnehmungen vereinfachen das Aufsetzen der
Rückschlusssegmente auf die provisorisch gehaltenen Trägerzähne,
außerdem wird eine sicherere und dauerhaftere Verbindung
zwischen den Trägerzähnen und den Rückschlusssegmenten
erreicht, die auch in der Lage ist, höhere Kräfte
aufzunehmen.
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Des
Weiteren ist es vorteilhaft, wenn jeweils ein Rückschusssegment
mindestens zwei Trägerzähnen zugeordnet ist. Unter
ergonomischen Gesichtspunkten sind hierbei weniger Montageschritte erforderlich
als bei einer kleineren Stückelung der Rückschlusssegmente.
Außerdem wird durch die größeren Rückschlusssegmente
die Stabilität des Stators verbessert.
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In
weiterer vorteilhafter Ausführung ist vorgesehen, dass
mindestens ein umfangsseitiger Endabschnitt der Rückschlusssegmente,
zweckmäßig aber beide gegenüberliegenden
umfangsseitigen Endabschnitte jeweils eine radial zurückgesetzte Stufe aufweisen,
so dass das Rückschlusssegment im Zwischenraum zwischen
benachbarten Trägerzähnen eine größere
Dicke aufweist.
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Des
Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass die Trägerzähne
im Bereich ihrer radial innen liegenden Stirnseite mindestens einen,
vorteilhafterweise aber zwei in entgegengesetzte Umfangsrichtungen
auskragende Fortsätze aufweisen, die die aufgesetzten Spulen
gegen ein Abrutschen radial nach innen sichern. Die radialen Auskragungen
benachbarter Trägerzähne können einander
berühren, so dass ein durchgehender, die Ankerwelle umschließender
Innenring gebildet ist.
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Um
die Montage zu erleichtern, kann es zweckmäßig
sein, korrespondierende Rastglieder an den Trägerzähnen
und den Rückschlusssegmenten vorzusehen, die beim Aufschieben
der Rückschlusssegmente auf die Trägerzähne
ineinander verrasten. Des Weiteren können konstruktive
Anschläge vorgesehen sein, die das radiale Einschieben
der Rückschlusssegmente auf die Trägerzähne
zum Erreichen der endgültigen Montageposition begrenzen.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung
ist neben der vereinfachten Montage in der kompakten Bauweise zu
sehen. Es können vorgefertigte Einzelspulen auf Trägerzähne
aufgesteckt werden, wodurch ein sehr hoher Kupferfüllfaktor
erzielt werden kann.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf einen Stator in einem Innenläufer-Elektromotor,
bestehend aus einer Mehrzahl radial angeordneter Trägerzähne
zur Aufnahme einer Spule und einem die Trägerzähne
haltenden, radial außen liegenden Statorring, der aus einzelnen
Rückschlusssegmenten zusammengesetzt ist,
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2 eine
Ansicht des Stators mit ebener Abwicklung der Rückschlusssegmente
und einer Seitenansicht derselben,
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3 die
Trägerzähne des Stators, die während
eines ersten Montageschrittes ihrer späteren Anordnung
entsprechend auf einem Haltewerkzeug aufgesetzt sind,
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4 in
Seitenansicht ein weiterer Montageschritt, bei dem ein Rückschlusssegment
radial an die Trägerzähne auf dem Haltewerkzeug
angenähert wird,
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5 eine 4 entsprechende
Darstellung, jedoch mit dem Rückschlusssegment in seiner endgültigen
Position, in der die stirnseitigen Abschnitte der Trägerzähne
in korrespondierende Ausnehmungen im Rückschlusssegment
einragen.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der
in 1 dargestellte Stator 1 ist Bestandteil
eines EC-Innenläufer-Elektromotors (elektronisch kommutierter
Motor), der insbesondere als Stellmotor in Kraftfahrzeugen eingesetzt
wird, beispielsweise in Lenksystemen zur Lenkkraftunterstützung
(Electric Power Steering EPS). Der Stator weist einen außen
liegenden Statorring 2 sowie innen liegende, sich in Radialrichtung
erstreckende Trägerzähne 3 auf, die jeweils
Träger einer bestrombaren Spule 4 sind. Die Trägerzähne 3 sind
fest mit dem Statorring 2 verbunden und werden von diesem
gehalten. Jeder Trägerzahn 3 weist im Bereich
seiner radial innen liegenden Stirnseite zwei seitlich in Umfangsrichtung
auskragende Fortsätze 5 auf, wobei sich die Fortsätze 5 benachbarter
Trägerzähne berühren und somit einen
Innenring bilden, der den die Ankerwelle aufnehmenden Innenraum
umschließt.
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Wie 1 und
insbesondere 2 zu entnehmen, ist der Statorring 2 aus
einzelnen teilkreisförmigen Rückschlusssegmenten 6 aufgebaut,
die zu dem durchgehenden, unterbrechungsfreien Ring zusammengesetzt
werden. Jeweils zwei Trägerzähnen 3 ist
ein Rückschlusssegment 6 zugeordnet. Zur Verbindung
sind Ausnehmungen 7 in die Rückschlusssegmente 7 eingebracht,
die zur Aufnahme der radial außen liegenden, stirnseitigen
Abschnitte 3a der Trägerzähne 3 dienen.
Derartige Ausnehmungen 7 befinden sich jeweils in der Mitte – in
Umfangsrichtung gesehen – jedes Rückschlusssegmentes 6 sowie
an den beiden gegenüberliegenden Endseiten des Rückschlusssegmentes,
wobei die Ausnehmungen 7 an den Endseiten jeweils nur zur
Hälfte ausgebildet sind und im zusammengesetzten Zustand
mit den korrespondierenden Ausnehmungen des benachbarten Rückschlusssegmentes
zu einer kompletten Ausnehmung zusammengesetzt werden.
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In
Achsrichtung gesehen weisen die Rückschlusssegmente 6 jeweils
mehrere Ausnehmungen 7 auf, in die jeweils ein zugeordneter
stirnseitiger Abschnitt 3a eines Trägerzahnes 3 einragt.
Die Trägerzähne 3 sind hierfür
an einem Basiskörper 8 gehalten, der einteilig
mit den Trägerzähnen ausgebildet ist und über
den sich die stirnseitigen Abschnitte 3a der Trägerzähne
erheben.
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Im
Bereich jeder Ausnehmung 7 kann jeweils eine Stufe 9 am
Rückschlusssegment 6 ausgebildet sein, die den
radialen Einschub des Rückschlusssegments auf den Trägerzahn
begrenzt.
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Die
axial in einer Reihe stehenden Trägerzähne 3 einschließlich
des zugehörigen Basiskörpers 8 können
jeweils als Einzelbleche ausgebildet sein, die zu einem Statorblechpaket
zusammengefasst sind.
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In
den 3 bis 5 sind verschiedene Montageschritte
zur Herstellung des Stators dargestellt. Gemäß 3 werden
die Trägerzähne 3 zunächst auf
ein Haltewerkzeug 10 provisorisch aufgesetzt, und zwar
entsprechend ihrer späteren Position innerhalb des Statorringes.
Das Haltewerkzeug 10 weist zu diesem Zweck den gleichen
Innendurchmesser auf wie der spätere Stator zur Aufnahme
der Ankerwelle.
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Wie 3 weiter
zu entnehmen, sind die Seitenwandungen 11 und 12 jedes
Trägerzahnes 3 glatt und geradlinig gebildet,
was das Aufsetzen der Spulen auf den Trägerzahn erleichtert.
Es kann ggf. ausreichend sein, im Bereich der freien Stirnseite
jedes Trägerzahnes eine geringfügige seitliche
Auskragung vorzusehen, um eine vorläufige Sicherung der aufgesetzten
Spulen zu erreichen. Gegebenenfalls ist es aber auch zweckmäßig,
dass sich die Trägerzähne radial von innen nach
außen im Querschnitt verjüngen, wodurch ein noch
einfacheres Aufstecken der Spulen erreicht wird.
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Wie
den 4 und 5 zu entnehmen, werden nach
dem Aufsetzen der Spulen auf den jeweils zugeordneten Trägerzahn 3 die
einzelnen Rückschlusssegmente 6 radial von außen
nach innen auf die Trägerzähne 3 aufgesetzt,
derart, dass der radial außen liegende, stirnseitige Abschnitt 3a in Eingriff
mit der jeweils zugeordneten Ausnehmung 7 im Rückschlusssegment 6 gelangt.
Die endgültige Position eines Rückschlusssegments 6 ist
in 5 dargestellt. Zur Vereinfachung der Montage kann
es hierbei zweckmäßig sein, an den Trägerzähnen
und dem Rückschlusssegment miteinander korrespondierende
Rastglieder vorzusehen, die in eine Raststellung gelangen, wenn
das Rückschlusssegment 6 an die Trägerzähne 3 angenähert
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2006/0091759
A1 [0002]