DE102007058072A1

DE102007058072A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102007058072A1
Application number: DE102007058072A
Authority: DE
Inventors: Ngoc-Thach Nguyen; Christa Bauch; Martin Schulz; Ole Berkefeld
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2009-06-04
Also published as: US8203248B2; US20100320865A1; CN101884155A; WO2009071374A1; CN101884155B; EP2229721A1

Abstract

Eine elektrische Maschine weist in einem Gehäuse einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Stator eine Mehrzahl parallel angeordneter und zu einem Paket zusammengefasster Lamellen umfasst. Die Lamellen sind über eine Federklammer zusammengehalten, die das Lamellenpaket axial übergreift, wobei die Federklammer zugleich das Lamellenpaket radial an der Innenwand des Gehäuses abstützt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse, insbesondere auf einen Elektromotor, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der DE 102 61 617 A1 wird eine elektrische Maschine beschrieben, die ein in einem Gehäuse fest angeordnetes Statorpaket umfasst, in welchem ein Rotor drehbar gelagert ist, der durch Erzeugen eines elektromagnetischen Statorfeldes angetrieben wird. Das Statorpaket ist mithilfe federnder Spannmittel mit dem Gehäuse verspannt, fixiert und positioniert, die als Spannhülsen ausgeführt sind, von denen mehrere über den Umfang verteilt zwischen Außenmantelfläche des Statorpakets und Innenmantelfläche des Gehäuses in Achslängsrichtung verlaufend angeordnet sind. Die Spannhülsen bzw. -stifte sind hohlzylindrisch ausgebildet und bestehen aus Federstahl, wodurch in Radialrichtung der Spannhülsen eine Federkraft erzeugt wird, die zwischen Statorpaket und Gehäuse als Klemmkraft wirksam ist.
Das Statorpaket kann, wie beispielsweise in der US 2006/0091759 A1 beschrieben, aus einer Mehrzahl einzelner Lamellen aufgebaut sein, die axial hintereinander angeordnet sind und das Paket bilden, wobei die Lamellen Träger einer Statorwicklung sind. Über geeignete Spannmittel werden die Lamellen axial zusammengehalten.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein aus einzelnen Lamellen zusammengesetztes Statorpaket in einer elektrischen Maschine mit dem Gehäuse der Maschine mit hoher mechanischer Festigkeit und thermischer Beständigkeit zu verbinden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine, bei der es sich insbesondere um einen Elektromotor handelt, der beispielsweise in einem Nebenaggregat eines Kraftfahrzeuges wie Scheibenwischer, Fensterheber oder dergleichen eingesetzt wird, umfasst einen in einem Gehäuse angeordneten Stator sowie einen drehbar gelagerten Rotor, wobei der Stator mit einer Mehrzahl parallel angeordneter und zu einem Statorpaket zusammengefasster Lamellen ausgebildet ist. Die Lamellen dienen als Träger einer Statorwicklung und sorgen außerdem für eine bessere Leitfähigkeit des magnetischen Flusses, wodurch der Wirkungsgrad verbessert wird. Bei einer entsprechenden Bestromung der Statorwicklung wird ein elektromagnetisches Statorfeld erzeugt, über das der Rotor angetrieben wird. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um einen Innenläufermotor.
Die Lamellen, welche Bestandteil des Statorpakets sind, sind über eine Federklammer zusammengehalten, die das Lamellenpaket axial übergreift. Darüber hinaus stützt ein vorzugsweise halb- oder teilzylindrischer Teil der Federklammer das Lamellenpaket radial an der Innenwand des Gehäuses ab. Der Federklammer kommt somit eine doppelte Funktion zu: zum einen werden die Lamellen des Lamellen- bzw. Statorpakets axial zusammengehalten, zum anderen wird das Lamellenpaket durch Erzeugen einer Radialkraft im Gehäuse festgeklemmt, so dass die Position des Pakets im Gehäuse sowohl in Achsrichtung als auch in Umfangsrichtung festgelegt ist, wobei vorteilhafterweise in Achsrichtung ein Kraftschluss und in Umfangsrichtung ein Formschluss besteht. Die radiale Klemmkraft kann ebenso wie die axiale Klemmkraft so gewählt werden, dass unter den für den jeweiligen Einsatzzweck der elektrischen Maschine typischen Bedingungen das Paket über die geforderte Mindest-Betriebsdauer sicher im Gehäuse gehalten ist. Insbesondere wird die axiale und radiale Klemmkraft die notwendige mechanische Festigkeit und Stabilität der Verbindung erreicht. Darüber hinaus weist die Verbindung eine hohe Qualität auf und ist auch temperaturbeständig, da temperaturbedingte Längendehnungen bzw. -schrumpfungen zu keiner oder zumindest zu keiner signifikanten Schwächung der erforderlichen Klemmkraft in Achsrichtung und in Radialrichtung führen. Kraft-Weg-Kennlinien werden nach tatsächlichem Bedarf ausgelegt. Auch mechanische Einwirkungen wie Stöße oder Vibrationen schwächen die Verbindung nicht. Im Vergleich zu Ausführungen aus dem Stand der Technik werden Schwingungen und Geräusche erheblich besser gedämpft.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass nur ein Bauteil erforderlich ist, um die Lamellen in Achsrichtung zusammenzuhalten und außerdem das Lamellenpaket mit dem Gehäuse zu verbinden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung sind die in Achsrichtung wirkenden Kräfte einerseits und die in Radialrichtung wirkenden Kräfte andererseits über eine entsprechende konstruktive Ausgestaltung der Federklammer unabhängig voneinander einstellbar. Erreicht wird dies beispielsweise dadurch, dass die Federklammer einen Federrücken aufweist und außerdem an gegenüberliegenden Seiten des Federrückens jeweils mindestens einen Spannfuß, wobei die gegenüberliegenden Spannfüße die Lamellen axial zusammenhalten und über die konstruktive Gestaltung des Federrückens die radiale Klemmkraft gegenüber dem Gehäuse einstellbar ist. Die Spannfüße sind dagegen nicht an der radialen Abstützung bzw. Klemmung des Statorpakets gegenüber dem Gehäuse beteiligt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind jeweils mindestens zwei Spannfüße an jeder der gegenüberliegenden Seiten des Federrückens vorgesehen, so dass die Federklammer insgesamt mindestens vier Spannfüße aufweist. Diese schließen vorteilhafterweise mit dem Federrücken einen Winkel ein und liegen an der Seitenfläche der jeweils stirnseitigen Lamelle im Statorpaket an. Zur Unterstützung und Verbesserung der axialen Klemmwirkung kann es vorteilhaft sein, die Anzahl der Spannfüße zu erhöhen und gegebenenfalls in die Spannfüße eine Kontaktwölbung einzuformen, die auf Kontakt zur Lamelle liegt. Die Kontaktwölbung erlaubt ein erleichtertes radiales Auf- bzw. Einschieben der Spannfüße auf das Lamellenpaket, indem bei der Montage der Federklammer die Kontaktwölbung an der Seitenfläche der stirnseitigen Lamellen radial bis zum Erreichen der endgültigen Position entlang gleitet.
Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, zwischen den Spannfüßen und dem Federrücken einen Absatz auszubilden, der beispielsweise der Kontur eines Stützringes nachgebildet ist, welcher die Lamellen radial übergreift. An der Außenseite dieses Stützringes liegt die Federklammer mit dem Federrücken an, der sich gegenüber der Außenseite radial erhebt. Bei axial verkürzt ausgebildetem Stützring kann der Absatz zwischen den Spannfüßen und dem Federrücken einen entsprechenden Absatz zwischen dem Stützring und der Mantelfläche des Lamellenpakets ausgleichen.
Der Federrücken ist zweckmäßigerweise gewölbt ausgebildet, wobei die Wölbung sich radial nach außen erstreckt und gegenüber der Mantelfläche des Lamellenpakets bzw. des einfassenden Stützringes radial übersteht. Der Wölbung kommt die Funktion des radialen Federelementes zu, indem beim Einschieben des Statorpakets in das Gehäuse die Wölbung radial zusammengedrückt wird, jedoch aufgrund ihrer Eigenelastizität bestrebt ist, ihre Ausgangsposition einzunehmen, wodurch die radiale Klemmkraft erzeugt wird.
Es kann vorteilhaft sein, in den Federrücken eine nutförmige, sich in Achsrichtung erstreckende Vertiefung einzuformen, die ein radiales Zusammendrücken des Federelementes beim Einführen in das Gehäuse erleichtert. Außerdem kann in die Nut ein Klemmstift eingelegt werden, der sich radial gegenüber der Wölbung im Federrücken erhebt und zum einen eine zusätzliche Federkraft erzeugen kann, insbesondere für den Fall, dass der Stift eigenelastisch ausgebildet ist.
Die Federklammer wird vorteilhafterweise als Stanz- und Biegeteil aus Metall gefertigt, insbesondere aus Edelstahl für eine bessere Korrosionsbeständigkeit.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Stators für eine elektrische Maschine wie beispielsweise ein Elektromotor oder Generator, wobei der Stator als Lamellenpaket mit einer Mehrzahl einzelner paralleler Lamellen ausgeführt ist, die von einem Stützring übergriffen sind, mit einer Federklammer, die das Lamellenpaket axial übergreift, wobei der Federrücken der Federklammer radial über den Außenmantel des Stützringes übersteht,
2 der Stator nach 1 in einer stirnseitigen Ansicht,
3 der Stator in Einbaulage im Gehäuse, wobei der Federrücken der Federklammer an der Innenwand des Gehäuses anliegt und eine radiale Klemmkraft überträgt,
4 eine Ansicht auf die Mantelfläche eines Stators mit der Federklammer in einer modifizierten Ausführung,
5 der Stator gemäß 4 in stirnseitiger Ansicht,
6 eine perspektivische Darstellung der Federklammer, die im Ausführungsbeispiel nach 4 und 5 eingesetzt wird,
7 die Federklammer in einer Ansicht von vorne,
8 die Federklammer in einer Seitenansicht,
9 bis 11 die Federklammer in einer weiteren Ausführung in zwei perspektivischen Ansichten und in einer stirnseitigen Ansicht.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, besteht der Stator 1, welcher Bestandteil einer elektrischen Maschine ist, insbesondere eines Elektromotors bzw. Generators, aus einem Stator 1, der eine Mehrzahl einzelner und parallel angeordneter, zu einem Paket zusammengefasster Lamellen 2 umfasst, die quer zur Längsachse des Stators angeordnet sind und jeweils eine Mehrzahl über den Umfang verteilter und sich radial nach innen erstreckender Lamellenzähne 4 aufweisen. Die Lamellen und Lamellenzähne 4 sind Träger der Statorwicklung, über die das elektromagnetische und den Rotor antreibende Statorfeld erzeugt wird. Die Lamellen 2 sind von einem nicht überdrehten bzw. nicht ausgestanzten Stützring 3 übergriffen, der eine geringere axiale Länge als das Lamellenpaket ausweist, so dass zwischen den Stirnseiten des Stützringes 3 und den Stirnseiten des Lamellenpakets jeweils ein Absatz 8 gebildet ist.
Über den Umfang verteilt sind mehrere Federklammern 5 vorgesehen, die das Lamellenpaket zusammenhalten und die einzelnen Lamellen 2 mit einer axialen, an beiden Stirnseiten wirkenden Kraft beaufschlagen. Jede Federklammer 5 besteht aus einem Federrücken 6 und insgesamt vier Spannfüßen 9, die einteilig mit dem Federrücken 6 ausgebildet sind, wobei jeweils zwei Spannfüße 9 an gegenüberliegenden axialen Seiten des Federrückens 6 angeordnet sind. Die Spannfüße 9 sind gegenüber der Ebene des sich in Achsrichtung erstreckenden Federrückens 6 abgewinkelt, insbesondere etwa um 90° abgewinkelt, wobei die Spannfüße über einen Spannabsatz 7 mit dem Federrücken 6 verbunden sind. Dieser Spannabsatz 7 ist an die Geometrie des vorgestanzten bzw. abgedrehten Absatzes 8 zwischen den Stirnseiten des Stützringes 3 und des Lamellenpaketes der Lamellen 2 angepasst.
Der Federrücken 6 ist gewölbt ausgebildet, wobei die Wölbung sich in Umfangsrichtung des Lamellenpakets erstreckt. Aufgrund der Wölbung erhebt sich der Federrücken 6 radial gegenüber der umlaufenden Mantelfläche des nicht überdrehten bzw. nicht ausgestanzten Ringes 3. In die Mantelfläche des Ringes 3 kann eine entsprechende, auf den Federrücken angepasste Kontur zur Aufnahme des Federrückens eingeformt sein. In diesem Fall werden die seitlichen Abschnitte des Federrückens in der Kontur aufgenommen, wohingegen der mittlere Abschnitt sich aufgrund der Wölbung über die Mantelfläche radial erhebt.
Wie der stirnseitigen Ansicht des Stators 1 gemäß 2 zu entnehmen, sind über den Umfang gleichmäßig verteilt mehrere Federklammern 5 angeordnet. Die Wölbung des Federrückens 6 ist im Schnitt teilkreisförmig ausgebildet. In 2 sind verschiedene Konturen an unterschiedlichen Winkelpositionen über den Umfang verteilt angeordnet, die in Form von Nuten 10 ausgebildet sind und zur Aufnahme der seitlichen Abschnitte bzw. der Spannabsätze 7 der Federklammer 5 dienen. Eingezeichnet ist in 2 auch der Rotor 14, der im Inneren des Stators 1 drehbar gelagert ist.
In 3 ist der Stator 3 in Einbaulage bzw. kurz vor Erreichen der endgültigen axialen Montageposition im Gehäuse 11 dargestellt. Da der Federrücken 6 der Federklammern 5 radial über die Mantelfläche des Rings 3 übersteht, ist in der Einbaulage ein radialer Kontakt zwischen dem Federrücken 6 und der Gehäuseinnenwand gegeben, wodurch eine Klemmkraft erzielt wird, die den Stator 1 sowohl in Achsrichtung als auch in Umfangsrichtung in der gewünschten Position fixiert.
In den 4 bis 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 durch eine geringfügig modifizierte Federklammer unterscheidet. Die Federklammer 5 weist in ihrem Federrücken 6 eine sich in Achsrichtung erstreckende Vertiefung 12 in Form einer Nut auf, die über einen entsprechenden Umformprozess des Biege- bzw. Stanzteils erzeugt wird, aus dem die Federklammer hergestellt wird. Die Vertiefung 12 erhöht die Federwirkung in Radialrichtung, so dass in Radialrichtung eine größere Elastizität gegeben ist. Die nutförmige Vertiefung 12 kann auch zur Aufnahme bzw. Positionierung eines Stiftes verwendet werden, der in die Vertiefung 12 eingelegt wird und in der Einbauposition an der Gehäuseinnenwand anliegt.
Wie den 4, 6 und 8 zu entnehmen, ist in die Spannfüße 9 eine Kontaktwölbung 13 eingebracht, die in Einbaulage der Federklammer 5 an der Seitenfläche der stirnseitigen Lamellen anliegt. Diese Kontaktwölbung 13 erleichtert den Montageprozess, indem die Spannfüße 9 beim radialen Aufschieben auf das Lamellenpaket mit der Kontaktwölbung 13 an der außen liegenden Seitenfläche der stirnseitigen Lamellen 2 radial entlang gleiten können.
In den 9 bis 11 ist die Federklammer 5 in einer weiteren Ausführung dargestellt. Die Federklammer 5 weist insgesamt vier Spannabsätze 7 auf, von denen sich jeweils zwei Spannabsätze an jeder Stirnseite befinden. Die Spannabsätze 7 sind als axial überstehende, mit dem Grundkörper der Federklammer 5 einteilig ausgeführte Bauteile ausgebildet. Jeder Spannabsatz 7 besitzt zwei sich an jeder Seite erstreckende Spannfüße 9, die ebenfalls einteilig mit dem Spannabsatz 7 ausgebildet und sind und im Bereich der freien Stirnseite jedes Spannabsatzes 7 in der Weise angeordnet sind, dass sich die Spannfüße 9 seitlich parallel zum Spannabsatz erstrecken. Jeder Spannfuß 9 weist eine nach unten gerichtete Wölbung auf, die aus der Ebene des Spannabsatzes 7 herausführt und nach unten gerichtet ist und somit eine Komponente in Richtung einer Senkrechten zur mittleren Ebene der Federklammer aufweist. Die freie Stirnseite jedes Spannfußes 9 ist der Stirnseite der Federklammer 5 zugewandt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10261617 A1 [0002]
- US 2006/0091759 A1 [0003]

Claims

Elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor bzw. Generator, mit einem Gehäuse (11), einem in dem Gehäuse (11) angeordneten Stator (1) und einem Rotor (14), wobei der Stator (1) eine Mehrzahl parallel angeordneter und zu einem Paket zusammengefasster Lamellen (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (2) über eine Federklammer (5) zusammengehalten sind, die das Lamellenpaket axial übergreift, und dass die Federklammer (5) zugleich das Lamellenpaket radial an der Innenwand des Gehäuses (11) abstützt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federklammer (5) einen Federrücken (6) und an gegenüberliegenden Seiten des Federrückens (6) jeweils mindestens einen Spannfuß (9) aufweist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannfüße (9) gegenüber dem. Federrücken (6) abgewinkelt sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Spannfüße (9) eine Kontaktwölbung (13) eingeformt ist, die in Einbaulage an einer Seitenfläche einer Lamelle (2) anliegt.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Spannfüße (9) an gegenüberliegenden Seiten des Federrückens (6) vorgesehen sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Spannfüßen (9) und dem Federrücken (6) ein Absatz (8) gebildet ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Federrücken (6) gewölbt ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Federrücken (6) eine nutförmige, sich in Längsrichtung der Federklammer (5) erstreckende Vertiefung (12) eingeformt ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (2) von einem Stützring (3) übergriffen sind, auf dessen Außenseite die Federklammer (5) aufliegt.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Federklammer (5) als Stanz- und Biegeteil aus Metall, insbesondere aus Edelstahl gefertigt ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannfüße (9) an einem Spannabsatz (7) angeordnet sind, der mit dem Federrücken (6) verbunden ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Spannabsatz (7) zwei Spannfüße (9) angeordnet sind.