DE102015120247A1

DE102015120247A1 - Statoranordnung für einen Elektromotor und Verfahren zur Herstellung einer Statoranordnung

Info

Publication number: DE102015120247A1
Application number: DE102015120247.6A
Authority: DE
Inventors: Peter Borsai; Peter Würfel
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2015-11-23
Filing date: 2015-11-23
Publication date: 2017-05-24

Abstract

Statoranordnung für einen Elektromotor, die mehrere Pole aufweist, wobei die Pole jeweils einen Polkern und einen Polschuh an einem Ende des Polkerns aufweisen und an dem gegenüberliegenden Ende des Polkerns mit einem Jochring verbindbar sind, wobei die Pole in Form mehrerer separater Pol-Bauteile ausgestaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Pol-Bauteile zur Bewicklung der Polkerne durch eine Nutisolation zusammengehalten sind, um eine zusammenhängende Pol-Anordnung zu bilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Statoranordnung für einen Elektromotor, die mehrere Pole aufweist, wobei jeder Pol einen Polkern und an einem Ende des Polkerns einen Polschuh aufweist. Die gegenüberliegenden Enden der Polkerne werden mit einem Jochring verbunden. Die Pole sind in Form mehrerer separater Pol-Bauteile gefertigt, beispielsweise mit einem separaten Pol-Bauteil für jeden Pol.
Eine solche Statoranordnung ist zum Beispiel aus der JP 2000152526 A bekannt. Diese Schrift beschreibt eine Statoranordnung, bei der mehrere als Einzelbauteile gefertigte Pole bewickelt und die bewickelten Polbauteile mit einem Jochbauteil zusammengefügt werden. Das Jochbauteil wird zunächst in Form eines Bandes bereitgestellt, und das bandförmige Jochbauteil mit den darin eingesetzten bewickelten Polbauteilen wird zur Bildung eines geschlossenen Jochrings gebogen.
Eine weitere Statoranordnung, bei der die Pole durch einzelne Bauteile gebildet sind, ist in der DE 10 2004 029 442 A1 der Anmelderin beschrieben. Diese Statoranordnung wird durch die einzelnen Pol-Bauteile in Verbindung mit Ringsegmenten zur Bildung eines Jochrings aufgebaut, wobei die Pol-Bauteile und die Ringsegmente miteinander verkeilt sind.
Die JP 2000-78789 A beschreibt eine Statoranordnung, bei der Statorpole zu einem Blechschnitt derart gebildet werden, dass die Polschuhe benachbarter Pole über einen dünnen Steg verbunden sind. Die Pole werden zunächst zum Aufbringen der Statorspulen in einer linearen Anordnung bereitgestellt und anschließend zu einer Ringform gebogen, wobei die benachbarten Polschuhe über die Stege verbunden bleiben.
Grundsätzlich ist bekannt, Statoranordnungen für Elektromotoren, sei es mit Innenläufer- oder Außenläufer-Konfiguration, aus gestanzten Metallblechen aufzubauen, aus denen ein paketierter Blechstapel gebildet wird. Der Blechstapel bildet einen ringförmigen Statorrückschluss mit von dem Statorrückschluss nach außen oder innen abstehende Statorpolen. Jeder Statorpol umfasst in der Regel einen Statorkern und an seinem freien Ende einen Polschuh. Auf die Statorpole werden die Phasenwicklungen, auch als Statorspulen bezeichnet, aufgebracht. Bei einer Außenläufer-Konfiguration weisen die Statorpole radial nach außen, und die Statoranordnung ist koaxial von einem Rotor umgeben. Bei einer Innenläufer-Konfiguration weisen die Statorpole radial nach innen, und der Rotor ist koaxial in die Statoranordnung eingefügt.
Besonders bei der Innenläufer-Konfiguration stellt das Bewickeln der radial nach innen weisenden Statorpole zur Bildung der Statorspulen trotz weitgehend ausgereifter Wickeltechnologie stets eine Herausforderung dar. Besonders bei kleinen Elektromotoren, zum Beispiel mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 5 bis 10 cm, ist das Bewickeln der innen liegenden Statornuten nicht unproblematisch, insbesondere wenn hohe Windungszahlen benötigt werden, z. B. 50 bis 100 Windungen pro Spule oder mehr. Dies gilt z. B. für Elektromotoren, die bei niedrigen Drehzahlen und/oder hoher Spannung betrieben werden, beispielsweise bei Netzspannung oder einer anderen Spannung größer als etwa 100 V. Die Anzahl der benötigten Windungen ist in der Regel proportional zur Spannung und invers proportional zur gewünschten maximalen Drehzahl. Statoranordnungen für solche Motoren haben besonders hohe Anforderungen an den mechanischen Füllfaktor, wobei die in dem zur Verfügung stehenden Wickelraum eingebrachte Menge an elektrischen Leitern groß sein soll.
Im Stand der Technik wurden verschiedene Wickeltechniken entwickelt, z. B. Nadelwickler, die sich auch zum Bewickeln eng beieinanderliegender Pole in Innenläufer-Konfiguration eignen. Bei einem Nadelwickler verfährt eine Nadel mit einer Düse in einer Hubbewegung an den Statorpolen vorbei durch den Nutschlitz, zwischen zwei benachbarter Polschuhe, um den Draht an die gewünschte Stelle, um den Polkern herum, zu bringen. Dabei muss zwischen zwei benachbarten Polen allerdings ein Freiraum bleiben, dessen Größe mindestens dem Düsendurchmesser entspricht, damit der Nadelwickler noch arbeiten kann. Dadurch kann der grundsätzlich für die Wicklung zur Verfügung stehende Raum nicht vollständig genutzt werden.
Es wurden daher im Stand der Technik die oben beschriebenen Statoranordnungen entwickelt, bei denen einzelne Pole und der Jochring separat hergestellt werden. Die bekannten Anordnungen haben allerdings den Nachteil, dass entweder die Polschuhe durch Materialstege der Statorbleche verbunden sind, was zu einem magnetischen Kurzschluss führen kann, und/oder dass komplizierte Anordnung zur Verkeilung und Verbindung der Polschuhe und des ein- oder mehrteiligen Jochrings notwendig sind. Ein durch die Materialstege verursachter magnetischer Kurzschluss hat die Folge, dass der resultierende Streufluss nicht bei der Wicklung ankommt und daher nicht zum Antrieb des Motors zur Verfügung steht. Dabei ruft der Streufluss eine magnetische Sättigung im Bereich der Materialstege hervor.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Statoranordnung für einen Elektromotor anzugeben, wobei die Statoranordnung einfach herstellbar und unter weitgehend vollständiger Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Wickelraums leicht zu bewickeln sein soll.
Diese Aufgabe wird durch eine Statoranordnung für einen Elektromotor gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Statoranordnung kann für bürstenlose Gleichstrommotoren oder andere Elektromotoren, wie Permanentmagnetmotoren, eingesetzt werden, insbesondere für solche, die als Innenläufermotor konfiguriert sind, wobei auch eine Anwendung in Außenläufer-Konfiguration möglich ist. Eine beispielhafte Anwendung ist als Antriebsmotor für einen Rollladenjalousie, ohne Beschränkung hierauf. Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Statoranordnung für solche Anwendungen, die Motoren mit langsam drehendem Rotor (z. B. im Bereich von 500 bis 5000 Umdrehungen pro Minute) und hoher Versorgungsspannung benötigen, z. B. bei Netzspannung (z. B. 200 V, 220 V, 230 V, 240 V bei 50 Hz; 100 V, 110 V, 115 V, 120 V oder 127 V bei 60 Hz; 220 V, 230 V oder 240 V bei 60 Hz; und 100 V, 110 V, 115 V und 127 V bei 50 Hz) oder einer anderen Versorgungsspannung, z. B. im Bereich von 100–250 V, betrieben werden.
Die erfindungsgemäße Statoranordnung umfasst mehrere Pole, wobei die Pole jeweils einen Polkern mit einem Polschuh an einem Ende aufweisen. An dem gegenüberliegenden Ende werden die Pole mit einem Jochring verbunden. Jeder Polkern ist zum Aufnehmen von Windungen zur Bildung von Spulen ausgebildet. Erfindungsgemäß sind die Pole als mehrere separate Pol-Bauteile gefertigt, wobei jeder Pol durch ein separates Pol-Bauteil gebildet sein kann. Zur Bewicklung des Stators werden die Pol-Bauteile durch eine Nutisolation zusammengehalten, um so eine zusammenhängende Pol-Anordnung zu bilden. Die Nutisolation kann mit den Polschuhen stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden werden; sie kann z. B. auf die Polschuhe aufgespritzt oder aufgeschoben werden. Dadurch wird eine Statoranordnung gebildet, bei der die Pole an ihren Polschuhen zusammen und in Position gehalten werden, wobei die Polkerne einfach bewickelt werden können, z. B. mit einer Flyer-Wickelmaschine oder einem Nadelwickler, oder auch durch Aufschieben vorgefertigter Statorspulen. Die Nutisolation kann so ausgebildet sein, dass sie die Pole in eine ringförmige Pol-Anordnung bringt, wobei die Polkerne sich radial nach außen erstrecken und somit von außen bewickelt werden können.
Nach dem Bewickeln der Pole kann ein Jochring in axialer Richtung auf die ringförmige Pol-Anordnung aufgeschoben werden. In einer Ausgestaltung wird der Jochring mit Spielpassung auf die bewickelten Polkerne aufgeschoben, so dass beim Fügen kein Kraftaufwand erforderlich ist. Der Jochring kann dann in axialer Richtung fixiert werden, beispielsweise durch Flansche, Lagerschilde oder dergleichen, um den Jochring und die Pole miteinander zu verspannen. In radialer Richtung wird die Statoranordnung durch die Nutisolation in Verbindung mit dem Jochring fixiert.
In manchen Ausgestaltungen liegt die Windungszahl jeder Statorspule in der Größenordnung von 50 oder mehr, insbesondere beträgt sie 100 oder mehr.
In die Nutisolation können Anschlusspins integriert sein. Die Anschlusspins können zum elektrischen Kontaktieren der Spulen oder Phasenwicklungen des Wickeldrahtes verwendet werden, wobei sich die Phasenwicklungen aus einer oder mehreren verbundenen Statorspulen zusammensetzen. Die Anschlusspins können elektrisch und gegebenenfalls auch mechanisch mit einer Leiterplatte verbunden sein, beispielsweise indem die Leiterplatte auf die Anschlusspins gesteckt oder gepresst wird. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Anschlusspins mittels einer Lötverbindung mit der Leiterplatte verbunden sind. Ebenso kann es in manchen Ausgestaltungen vorgesehen sein, dass ein Anschlusspin zum Bereitstellen einer Verbindung der Statoranordnung mit einem Erdungsanschluss dient. In manchen Ausgestaltungen können die Spulen auf der Leiterplatte zu einer oder mehreren Phasenwicklungen verschaltet sein. Auf der Leiterplatte kann auch die Verschaltung der Phasenwicklungen beispielsweise zu einer Stern- oder Dreieckschaltung realisiert sein.
Die Erfindung sieht auch einen Elektromotor mit der erfindungsgemäßen Statoranordnung und eine Antriebsvorrichtung mit dem Elektromotor und mit einer zugeordneten Getriebeanordnung vor.
Die Erfindung schafft eine Statoranordnung, die den Wickelraum zwischen benachbarten Polen weitgehend nutzt und dadurch einen hohen Füllfaktor erreicht. Die Wickeltechnik kann sehr einfach sein, wobei zum Beispiel Flyer-Wickler verwendet werden. Bei der Flyer-Wickeltechnik wird ein Draht über eine Rolle oder eine Düse, die sich an einem „Flyer” befindet, zugeführt, der in einem bestimmten Abstand zur Spule rotiert. Der zu bewickelnde Polkern wird im Wickelbereich des Flyers fixiert. Die erfindungsgemäße Statoranordnung erlaubt es auch, vorgefertigte Statorspulen auf die Polkerne aufzuschieben.
Da die Polschuhe über die Nutisolation, also einen Kunststoffkörper zueinander fixiert sind, besteht nicht die Gefahr, dass sich im Bereich von Materialbrücken zwischen benachbarten Polschuhen ein magnetischer Kurzschlusses, beziehungsweise Streufluss, ausbildet. Der Jochring kann nach dem Bewickeln der Pole einfach aufgeschoben werden, wodurch sich eine insgesamt stabile Statoranordnung ergibt, in der die Pole zwischen Jochring und Nutisolation verspannt und fixiert sind. In axialer Richtung kann die Fixierung der Statoranordnung zum Beispiel über Flansche oder auch über Lagerschilde erfolgen.
Der Elektromotor kann in Kombination mit einem Untersetzungsgetriebe, also einem Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis kleiner als eins, verwendet werden, um ein von dem Elektromotor bereitgestelltes verhältnismäßig geringes Antriebsdrehmoment bei hoher Antriebsdrehzahl in ein verhältnismäßig hohes Abtriebsdrehmoment bei geringerer Abtriebsdrehzahl zu wandeln. Um bei kompakter Bauweise besonders hohe Untersetzungsverhältnisse bereitzustellen, kommen beispielsweise Zykloidengetriebe oder Harmonic-Drive-Getriebe zum Einsatz.
In einer Ausgestaltung wird der Elektromotor in Verbindung mit einem Umlauf-Getriebe z. B. für die Betätigung automatischer Jalousien eingesetzt, etwa für Niedrigenergiehäuser oder Bürogebäude. Bei der Verwendung herkömmlicher Antriebsvorrichtungen würde das zum Halten der Jalousie in einer konstanten Position erforderliche Drehmoment bereitgestellt, indem ein Elektromotor fortwährend unter Einwirkung eines Haltestroms das Halte-Drehmoment erzeugt. Um die für den Haltestrom erforderliche Energie und die damit verbundenen Betriebskosten einzusparen, kann das dem Elektromotor zugeordnete Getriebe mit großer Untersetzung ausgelegt und/oder selbsthemmend sein.
Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung verschiedener Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erkennbar.
In den Figuren zeigen:
1 eine Schnittansicht einer Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor und einer mehrstufigen Getriebeanordnung gemäß einer Ausgestaltung;
1a eine andere Schnittansicht der Antriebsvorrichtung gemäß 1;
1b eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie B-B gemäß der 1 und 1a;
2 eine Draufsicht auf eine Statoranordnung des Elektromors gemäß 1 vor der Verbindung mit dem Jochring;
2a einen Längsschnitt der Statoranordnung gemäß 2;
2b eine Explosionszeichnung der Statoranordnung gemäß 2;
3 eine ähnliche Draufsicht auf die eine Statoranordnung des Elektromors wie
2, wobei auf die Statorpole Statorspulen aufgebracht sind;
3a einen Längsschnitt der Statoranordnung gemäß 3;
3b eine Erläuterung des Wickelschemas der Statoranordnung gemäß 3;
3c eine Erläuterung der Verschaltung der Wicklunge der Statoranordnung gemäß 3;
4 eine Draufsicht auf ein Statorpol-Bauteil der Statoranordnung gemäß 2;
4a eine Seitenansicht des Statorpol-Bauteils gemäß 4;
4b eine perspektivische Ansicht des Statorpol-Bauteils gemäß 4;
5 eine Unteransicht der Statoranordnung des Elektromors gemäß 2 und 3, nach der Verbindung mit dem Jochring;
5a eine perspektivische Ansicht der Statoranordnung gemäß 5;
6 eine Explosionsansicht des Elektromotors mit der Statoranordnung gemäß 5;
7 eine Detailansicht einer Getriebeanordnung gemäß 1 mit einer Hohlrad-Getriebestufe und zwei vorgelagerten Planetengetrieben;
7a eine Explosionszeichnung der Getriebeanordnung gemäß 7;
7b eine perspektivische Ansicht der Getriebeanordnung gemäß 7;
8 eine Explosionsansicht eines Lagerkäfigs mit zwei Umlaufrädern;
8a eine perspektivische Ansicht des Lagerkäfigs mit zwei Umlaufrädern;
9 eine Schnittdarstellung des Hülsenkörpers der Getriebestufe; und
9a eine perspektivische Darstellung des Hülsenkörpers der Getriebestufe.
1 zeigt eine Antriebsvorrichtung 100, die als Hauptbestandteile einen Elektromotor 10 und eine von dem Elektromotor mit einem Antriebsdrehmoment beaufschlagte Getriebeanordnung 101 umfasst. Die Getriebeanordnung 101 setzt sich funktionell zusammen aus einer ersten Getriebestufe 103 mit hohem Untersetzungsverhältnis sowie zwei weiteren Getriebestufen 105, 107, die als erstes und zweites Planetengetriebe jeweils mit angetriebenem Sonnenrad und feststehendem Hohlrad realisiert sind.
Bei der Antriebsvorrichtung 100, die in 1 dargestellt ist, teilt der Elektromotor 10 über das Sonnenrad 171 dem zweiten Planetengetriebe 107 ein Antriebsdrehmoment mit. Von dem Sonnenrad 171 wird das Drehmoment auf die damit im Zahneingriff stehenden Planetenräder 173 weitergegeben, die sich im Zahneingriff mit einem ortsfesten beziehungsweise gehäusefesten Hohlrad 175 befinden. Die Planetenräder 173 sind drehbar gelagert an einer Stegscheibe 177, die koaxial zu einer Mittelachse H drehbar ist. Zu der Mittelachse H ist auch das Sonnenrad 171 koaxial drehbar.
Von dem zweiten Planetengetriebe 107 wird das von dem Elektromotor 10 bereitgestellte Drehmoment untersetzt an das erste Planetengetriebe 105 weiter gegeben. Die Stegscheibe 177 ist drehfest mit dem Sonnenrad 151 des ersten Planetengetriebes 105 verbunden. Gemäß 1 sind die Stegscheibe 177 und das Sonnenrad 151 einstückig gefertigt.
Im Eingriff mit dem Sonnenrad 151 des ersten Planetengetriebes 105 befinden sich vier Planetenräder 153, die in einem Hohlrad 155, das ortsfest beziehungsweise gehäusefest ist, ablaufen. Die Hohlräder 155, 157 der Planetengetriebe 105, 107 können in Funktionseinheit gefertigt sein, das heißt es kann ein einziges Hohlrad in einem Gehäuse 111 ortsfest angeordnet sein, in dem kämmend sowohl die Planetenräder 153 des ersten Planetengetriebes als auch die Planetenräder 173 des zweiten Planetengetriebes 107 kämmend eingreifen.
Die Planetenräder 153 des ersten Planetengetriebes 105 sind exzentrisch zu der Mittelachse H an Lagerachsenkörpern 154 gelagert, um ein von dem Elektromotor 10 bereitgestelltes Drehmoment der ersten Getriebestufe 103 mitzuteilen. Die Lagerachsenkörper 154 der Planetenräder 153 sind als zylindrischer Metallstifte realisiert. Die Lagerachsenkörper 154 der Planetenräder 153 des ersten Planetengetriebes 105 und die (nicht dargestellten) Lagerachsenkörper der Planetenräder 173 des zweiten Planetengetriebes 107 können gleich ausgeführt sein. Vorzugsweise sind die Planetenräder 153 und 173 der beiden Planetengetriebes 105, 107 baugleich. Auf diese Weise lassen sich die Fertigungskosten reduzieren. Die Sonnenräder 151, 171 haben bei der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform eine gleichartige oder gleiche Verzahnung.
Bekanntlich kann eine Verzahnung durch ihre folgenden Eigenschaften charakterisiert werden: Zähnezahl, Grundkreis, Durchmesser, Teilkreisdurchmesser, Kopfkreis, Fußkreis, Profilverschiebung, Schrägungswinkel und Modul. Das Modul ist eine normierte Kenngröße die beispielsweise in DIN 3960 definiert ist. Für Standardverzahnungen liegen z. B. mit der Norm DIN 780 genormte Modulreihen vor.
Der Teilkreisdurchmesser ergibt sich aus dem Produkt der Zähnezahl und des normierten Moduls. Ausgehend von dem Teilkreisdurchmesser bestimmt sich der Kopfkreis, das heißt der Außendurchmesser eines Zahnrads beziehungsweise der Innendurchmesser eines Hohlrads. Der Fußkreis beschreibt den Durchmesser am inneren Ende der Verzahnung eines Zahnrads beziehungsweise am äußeren Ende der Verzahnung eines Hohlrads. Der Schrägungswinkel beschreibt den Unterschied zwischen der Rotationsachse des Zahn- beziehungsweise Hohlrad und der Zahnflanke des Zahn- beziehungsweise Hohlrads. Ausgehend von dem Teilkreisdurchmesser bestimmen sich üblicherweise Kopfkreis und Fußkreis. Ein Zahnrad oder Hohlrad kann mit einer Profilverschiebung ausgelegt sein, die eine normierte Verschiebung der Zahnprofile in radialer Richtung bewirkt, so dass ein anderer Kopfkreis und/oder anderer Fußkreis erreicht wird. Hierzu sei beispielsweise auf DIN 3960 verwiesen. Profilverschiebungen für Außenradpaare sind beispielsweise in der DIN 3992 normiert. Mittels einer Profilverschiebung lassen sich Wälzkreisdurchmesser ineinandergreifender Zahnräder aufeinander abstimmen, so dass ein spannungsarmer Eingriff erfolgen kann. Auf dem Wälzkreisdurchmesser erfolgt bei profilverschobenen Zahnrädern das Abwälzen mit lokal gleicher Umfangsgeschwindigkeit der im Eingriff stehenden Zahnräder.
Die erste Getriebestufe 103 besteht bei der in 1 dargestellten Ausführung aus einem ortsfesten beziehungsweise gehäusefesten Hohlrad 135, das vorliegend einstückig mit dem Gehäuse 111 und insbesondere mit einem Hülsenkörper des Gehäuses 111 ausgebildet ist, das ebenfalls die Hohlräder 155, 175 der Planetengetriebes 105, 107 ausbildet. Gemäß 1 hat das Hohlrad 135 der ersten Getriebestufe einen geringeren Innendurchmesser als die Hohlräder 155, 175. Es ist aber auch denkbar, dass dasselbe Hohlrad als ortsfestes Hohlrad der Planetengetriebes 105, 107 und als ortsfestes Hohlrad der ersten Getriebestufe 103 verwendet wird (nicht dargestellt). Die erste Getriebestufe 103 besteht aus einem ortsfesten Hohlrad 135, einem relativ zu dem ortsfesten Hohlrad 135 koaxial drehbaren Hohlrad 136 und zwei (siehe 1a) Umlaufrädern 133, die sich im Zahneingriff mit dem ortsfesten Hohlrad 135 und dem drehbaren Hohlrad 136 befinden, sowie einem Lagerkäfig 137, der die beiden Umlaufräder 133 trägt.
Beide Umlaufräder 133 befinden sich im selben Moment mit je mindestens einem Zahn im Eingriff mit den innenverzahnten Hohlrädern. Die Zähne sind vorzugsweise geradverzahnt, also ohne Schrägung. Geradverzahnte Zähne sind einfacher und dadurch günstiger zu Fertigen als schrägverzahnte Zähne.
Die erste Getriebestufe 103 ist in einer geneigten Ausführung als Untersetzungsgetriebestufe ausgestaltet. Die Untersetzungsgetriebestufe 103 empfängt von den Planetengetriebestufen 105, 107 ein Drehmoment mittels der Lagerachsenkörper 154 der Planetenräder 153 der ersten Planetengetriebestufe 105. Die Lagerachsenkörper 154 sind von dem Lagerkäfig 137 gehalten.
Die koaxialen Hohlräder 136, 135 definieren eine Hohlradachse H, die der zuvor beschriebenen Mittelachse entspricht. Um die Hohlradachse H ist das Hohlrad 136 drehbar. Der Lagerkäfig 137 ist ebenfalls um die Hohlradachse H koaxial drehbar. Bei der in 1 dargestellten Ausführung hat das ortsfeste Hohlrad 135 eine Zähnezahl die geringfügig kleiner ist als die Zähnezahl des drehbaren Hohlrads 136. Die Zähnezahlen können beispielsweise 40 für das ortsfeste Hohlrad 135 und 42 für das drehbare Hohlrad 136 betragen.
Wenn der Lagerkäfig 137 über die Planetengetriebestufe 105, 107 von dem Elektromotor 10 bewegt wird, drehen sich die Umlaufräder 135 um ihre vom Lagerkäfig 137 definierte Rotationsachsen R. Die Rotationsachsen R der Umlaufräder 133 sind exzentrisch zur Hohlradachse H mit demselben Radialabstand angeordnet. Der Radialabstand der Rotationsachsen R zur Hohlradachse H ist größer als der Außenradius eines Umlaufrads 133, so dass sich die Umlaufräder 133 nicht gegenseitig behindern. Die Umlaufräder 133 laufen in dem ortsfesten Hohlrad 135 ab, so dass jedes Umlaufrad 133 eine Relativbewegung bezogen auf den Lagerkäfig 137 und bezogen auf das ortsfeste Hohlrad 135 absolviert. Die Umlaufräder 133 laufen gleichzeitig in dem relativ zum ortsfesten Hohlrad 135 drehbaren Hohlrad 136 ab.
Wenn das drehbare Hohlrad 136 und das ortsfeste Hohlrad 135 denselben Innendurchmesser, aber unterschiedliche Zähnezahlen haben, erfolgt zwischen dem drehbaren Hohlrad 136 und den Umlaufrädern 133 eine andere Relativbewegung als zwischen dem ortsfesten Hohlrad 135 und den Umlaufrädern 133, 50 dass bei stationärem ortsfesten Hohlrad 135 eine relative Drehbewegung zwischen dem drehbaren Hohlrad 136 und dem ortsfesten Hohlrad 135 erfolgt. Bei dem oben beschriebenen geringen Zähnezahldifferenz zwischen den beiden Hohlrädern 135, 136 erfolgt in der ersten Getriebestufe 103 eine starke Untersetzung der vom Elektromotor 10 bereitgestellten Bewegung, so dass die Antriebsbewegung an dem Lagerkäfig 137 in der Getriebestufe 103 in eine sehr viel geringere Abtriebsbewegung an dem drehbaren Hohlrad 136 umgesetzt wird. Die Untersetzung der ersten Getriebestufe kann zum Beispiel in der Größenordnung von 1:20 liegen. Dadurch erhöht sich das am drehbaren Hohlrad 136 abgegebene Drehmoment gegenüber dem in dem Lagerkäfig 137 eingeleiteten Drehmoment entsprechend. Mit dem drehbaren Hohlrad 136 ist eine Abtriebswelle 113 drehfest verbunden, die das Abtriebsdrehmoment des drehbeweglichen Hohlrads 136 empfängt. Die beiden Planetengetriebestufen 105, 107 können zusätzlich eine Untersetzung in der Größenordnung von zum Beispiel 1:3 vorsehen.
Wie in 1 gezeigt, sind der Elektromotor 10 und die Antriebsvorrichtung 100 in Axialrichtung der Hohlradachse H aneinander befestigt und die Rotationsachse des Elektromotors 10 entspricht der Hohlradachse H und der Mittelachse. Die Abtriebswelle 113 erstreckt sich in Axialrichtung durch die Getriebeanordnung 101 und den Elektromotor 10, so dass an beiden Enden der Abtriebswelle 113 das Abtriebsdrehmoment, welches gegenüber dem Antriebsdrehmoment des Elektromotors 10 durch die Getriebeanordnung 101 stark untersetzt ist, abgegriffen werden kann zur Betätigung beispielsweise von Jalousien.
1a zeigt eine andere Schnittansicht derselben Antriebsvorrichtung 100, die auch 1 zeigt, wobei einige weitere Details dargestellt sind. Das Sonnenrad 171 der zweiten Planetengetriebestufe 107 ist durch eine Keilwellenverbindung oder dergleichen mit der Antriebswelle 150 des Elektromotors 10 verbunden, sodass der Elektromotor 10 dem Sonnenrad 171 ein Antriebsdrehmoment mitteilen kann. Alternativ kann es vorgesehen sein, das die Antriebswelle 150 einstückig mit dem Sonnenrad 171 ausgebildet ist. Die Antriebswelle 150 ist mit dem Rotor 14 des Elektromotors 10 drehfest verbunden und gegenüber dem Stator 12 des Elektromotors 10 mittels zweier radial Kugellager 152 drehbar gelagert.
Die Abtriebswelle 113 erstreckt sich koaxial durch die hohle Antriebswelle 150. Zwischen der Antriebswelle 150 und der Abtriebswelle 113 kann beispielsweise eine Spielpassung und/oder eine Gleitlagerung vorgesehen sein. Die Kugellager 152 können sich an einem ortsfesten beziehungsweise gehäusefesten Teil des Elektromotors 10 und an einem Teil des Gehäuses 111 abstützen. Es sei klar, dass bei einer alternativen (nicht dargestellten) Ausführung die Antriebswelle 150 ohne zwischengelagerte Planetengetriebestufen unmittelbar auf den Lagerkäfig 137 der Untersetzungsgetriebestufe 103 zugreifen kann, um das Drehmoment der Antriebswelle 150 dem Lagerkäfig 137 direkt mitzuteilen.
1b zeigt eine schematische Ansicht der Schnittebene B-B gemäß 1 und 1a. Die Schnittansicht gemäß 1b ist eine vereinfachte Darstellung, bei der nur die Hohlräder 135, 136 und die Umlaufräder 133 der ersten Getriebestufe 103 sowie die Abtriebswelle 113 dargestellt sind. Zur besseren Verständlichkeit sind die übrigen Bauteile nicht abgebildet. Die Umlaufräder 133 sind relativ zur Hohlradachse H achsensymmetrisch angeordnet und exzentrisch gelagert.
Jedes Umlaufrad 133 greift in beide Hohlräder 135, 136 der Untersetzungsgetriebestufe 103 ein. So kann eine spielfreie Paarung erfolgen. Die Verzahnung eines Umlaufrads 133 definiert einen Außendurchmesser beziehungsweise Kopfkreisdurchmesser d_K und einen inneren Außendurchmesser beziehungsweise Fußkreisdurchmesser d_F.
Das ortsfeste Hohlrad 135 (wie auch das drehbewegliche Hohlrad 136) hat eine Verzahnung, die einen Innendurchmesser oder Kopfkreisdurchmesser D_K und einen äußeren Innendurchmesser oder Fußkreisdurchmesser D_F definieren.
Die Umlaufräder 133 sind in einem radialen Abstand A zu der Hohlradachse H angeordnet. Der Abstand A ist zwischen dem Außendurchmesser des Umlaufrads 133 und der Hohlradachse H definiert. Die Abtriebswelle 113 hat zumindest in dem Axialabschnitt, in dem sich die Umlaufräder 133 befinden, einen Außenradius, der kleiner ist als der radiale Abstand A zwischen dem Umlaufrad 133 und der Hohlradachse H. Entsprechend gilt auch für ein Umlaufrad, das unterschiedliche Axialabschnitte aufweist.
Einzelheiten des Elektromotors 10 und seiner Herstellung sind im Folgenden mit Bezug auf die 2 bis 5 erläutert. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Stator 12 des Elektromotors aus einer mehrteiligen Statoranordnung aufgebaut, die es erlaubt, auch bei der gezeigten Innenläufer-Konfiguration die Statorpole einfach und mit einem hohen Füllfaktor von nahezu 100% zu wickeln.
Die Statoranordnung des Elektromotors ist grundsätzlich mit mehreren Polen 20 aufgebaut, die jeweils einen Polkern 22 und einen Polschuh 24 aufweisen. In der gezeigten Ausgestaltung ist jeder Pol 20 in Form eines separaten Pol-Bauteils ausgestaltet, wie am besten in 2B zu erkennen ist. In der in den Figuren dargestellten Ausgestaltung sind die Pole 20 in Ringform angeordnet, wobei die Polschuhe 24 nach radial innen und die freien Enden der Polkerne 22 nach radial außen weisen. Eine Nutisolation 26 ist in der gezeigten Ausgestaltung durch zwei Nutisolationskörper 26a, 26b gebildet, die zur einfachen Bezugnahme als vordere Nutisolation 26a und hintere Nutisolation 26b bezeichnet sind. Die vordere und die hintere Nutisolation 26a, 26b sind in einem Ausführungsbeispiel als Spritzgussteile ausgebildet und weisen an die Gestalt der Statorpole 20 angepasste Ausformungen auf, so dass sie in axialer Richtung beidseits auf die Pole 20 aufgeschoben werden können. Die vordere und die hintere Nutisolation 26a, 26b bilden jeweils im Bereich der Polschuhe 24 einen geschlossenen Isolationsring 28a, 28b, so dass nach dem Aufbringen der Nutisolation 26 auf die Pole 20 eine zusammenhängende ringförmige Pol-Anordnung 30 gebildet wird, wie in 2 gezeigt.
Die Ausformungen der vorderen und der hinteren Nutisolation 26a, 26b umfassen ferner am Außenumfang der Nutisolation 26 Flanschbauteile 32a, 32b, die der Stabilisierung eines Jochrings dienen, der auf die Pol-Anordnung 30 aufgeschoben wird, wie weiter unten mit Bezug auf 5 erläutert ist.
Die vordere und die hintere Nutisolation 26a, 26b können so ausgestaltet sein, dass sie nach dem Aufbringen auf die Pole 20 bündig aneinander stoßen, ineinander greifen oder dass ein Spalt zwischen der vorderen und der hinteren Nutisolation 26a, 26b verbleibt, wie in 2a gezeigt. Wenn die beiden Nutisolationen 26a, 26b einander überlappen sollen, können sie im Überlappungsbereich Fasen aufweisen, um sie besser ineinander schieben zu können.
An der hinteren Nutisolation 26b können im Bereich des Isolationsrings 28b und gegebenenfalls auch im Bereich der Flanschbauteile 32b Aufnahmen für Anschlusspins 34, Führungen für den Spulendraht, Anschlussbauteile zum Positionieren und Anbringen einer Steuerplatine und ähnliche Anschlussbauteile ausgebildet sein. In der gezeigten Ausgestaltung sind für jeden Pol 20 zwei Anschlusspins 34 zum Anschließen des Spuldrahtes vorgesehen. Ferner sind vier Stifte 36 zur Verbindung mit einer Steuerplatine in die hinter Nutisolation 26b eingesetzt. Weitere Komponenten zur Verbindung des Stators mit der Steuerelektronik und zum Anschließen der Wicklungen sowie zur Fixierung des Stators im Motorgehäuse können vorgesehen sein.
Die Nutisolation 26 verbindet die Pole 20 im Bereich ihrer Polschuhe 24 für eine Innenläufer-Konfiguration, also am Innenumfang der Pol-Anordnung 30, so dass eine geschlossene ringförmige Pol-Anordnung gebildet wird. Alternativ zu der gezeigten zweiteiligen Nutisolation 26 kann auch eine einteilige Nutisolation auf die Pole 20 aufgebracht werden. Des Weiteren ist es möglich, die Pole 20 mit einer Nutisolation zu umspritzen, indem die Pole in ein Spritzwerkzeug eingelegt werden und Kunststoffmaterial zur Bildung der Nutisolation derart an die Pole 20 angeformt wird, dass diese jedenfalls im Bereich ihrer Polschuhe 24 verbunden sind.
3 und 3A zeigen die Pol-Anordnung 30 der 2 und 2A, wobei auf die Polkerne 22 der Pole 20 Statorspulen 38 gewickelt sind. Die Statorspulen 38 werden bei der gezeigten Ausgestaltung direkt auf die Nutisolation 26 und somit auf die Polkerne 22 aufgebracht, wobei zum Beispiel eine Flyer-Wickelmaschine zum Einsatz kommen kann. Obwohl bei dem gezeigten Beispiel der Wickelraum nicht vollständig gefüllt ist und zwischen benachbarten Polen 20 ein Freiraum bleibt, erlaubt es die erfindungsgemäße Statoranordnung grundsätzlich, den zwischen zwei benachbarten Polen zur Verfügung stehenden Wickelraum vollständig oder nahezu vollständig auszuschöpfen. Die in 3 gezeigten Freiräume zwischen zwei Statorspulen 38 könnten somit bei der erfindungsgemäßen Statoranordnung ebenfalls mit Spulendraht gefüllt werden, sofern dies durch das Motordesign zweckmäßig erscheint. Die erfindungsgemäße Statoranordnung eignet sich somit auch bei kleinen Bauformen des Motors zur Aufnahme einer großen Anzahl von Windungen, z. B. für Statoren mit einem Durchmesser von bis zu einigen 10 cm und/oder 50 bis 500 Windungen pro Statorpol.
In einer alternativen Ausgestaltung, die in den Figuren nicht gezeigt ist, erlaubt es die erfindungsgemäße Statoranordnung auch, vorgefertigte Statorspulen auf die Polkerne 22 der Pole 20 von außen aufzuschieben, wobei dann die Flanschbauteile 32a und 32b der Nutisolation entfallen müssten bzw. durch die vorgefertigten Spulenbauteile gebildet werden könnten.
Mit Bezug auf die 3 und 3B ist das Wickelschema gemäß einem Beispiel der erfindungsgemäßen Statoranordnung erläutert. Die Pole 20 sind von 1 bis 6 nummeriert und nehmen U-, W- und V-Wicklungen nacheinander auf, wobei die Pole Nummer 1 und 4 der U-Phase, die Pole Nummer 2 und 5 der W-Phase und die Pole Nummer 3 und 6 der V-Phase zugeordnet sind. Die Phasen können, wie in 3C gezeigt, in Stern-Schaltung oder auch in Dreiecksschaltung gekoppelt werden, wobei der Anschluss der einzelnen Spulen über die Anschlusspins 34 erfolgen kann und die Verschaltung der Spulen zum Beispiel in Stern- oder Dreiecksschaltung auf einer Steuerplatine erfolgen kann (in 3 nicht gezeigt).
Die 4, 4A und 4B zeigen ein einzelnes Polbauteil 40, das einen Pol bildet, mit weiteren Einzelheiten. Das Polbauteil 40 umfasst grundsätzlich einen Polkern 42 und einen Polschuh 44, entsprechend dem Polkern 22 und dem Polschuh 24 des in 2B gezeigten Pols 20. Im Bereich des Polkerns 42 können seitlich Kerben 48, Rillen oder andere Vertiefungen oder Ausformungen, einschließlich Vorsprünge ausgebildet sein, um die Kopplung zwischen der Nutisolation 26 und den Polen 40 zu verbessern. Insbesondere wenn die Nutisolation durch Umspritzen der Pole 40 gebildet wird, können diese Kerben 48 zusätzliche Fließwege für das Kunststoffmaterial der Nutisolation bilden und führen zu einer Vergrößerung der Wandstärke der Nutisolation im Bereich der Kerben 44, wodurch sich die Verbindung zwischen Pol und Nutisolation insgesamt und die Stabilität der so gebildeten Pol-Anordnung verbessern.
An seinem von dem Polschuh 44 abgewandten Ende weist jedes Polbauteil 40 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Verbindungsabschnitt 46 in Form eines Halbzylinders oder in ähnlicher Form auf. Der Verbindungsabschnitt 46 dient zur Verbindung mit dem Jochring, wie in Bezug auf die 5 und 5A beschrieben ist.
Die einzelnen Pole bzw. Pol-Bauteile 20/40 können als Blechstapel aus gestanzten ferromagnetischen Blechen aufgebaut sein, beispielsweise Elektroblech, wie bei Statorkörpern grundsätzlich bekannt. Die ferromagnetischen Bleche können beispielsweise eine Dicke im Bereich von 0,2 mm bis 2 mm, insbesondere im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm, aufweisen.
Die 5 und 5A zeigen die vollständige Statoranordnung, wobei ein Jochring 50 auf die Pol-Anordnung 30 aufgebracht ist. Nach dem Bewickeln der Pole 40 bzw. dem Aufbringen der Statorspulen 38, kann der Jochring 50 in axialer Richtung auf die Pol-Anordnung 30 aufgeschoben werden, wobei die Verbindungsabschnitte 46 der einzelnen Pole mit entsprechenden Ausnehmungen 52 mit dem Innenumfang des Jochrings 50 in Eingriff kommen. Der Jochring 50 mit seinen Ausnehmungen 52 ist relativ zu der Pol-Anordnung 30 mit den Verbindungsabschnitten 46 so dimensioniert, dass er in Spielpassung auf die Pol-Anordnung aufgeschoben werden kann, wobei die halbzylinderförmigen Verbindungsabschnitte 46 und die entsprechenden Ausnehmungen 52 am Innenumfang des Jochrings 50 die Spielpassung erleichtern.
Bei der gezeigten Ausgestaltung wird der Jochring 50 in radialer Richtung durch die Flanschbauteile 32a, 32b der Nutisolation 26 fixiert. Hierzu können die Flanschbauteile Vorsprünge aufweisen, die gegen den Innenumfang des Jochrings 50 drücken, um insgesamt eine stabile Statoranordnung zu schaffen.
In axialer Richtung kann die Statoranordnung zusätzlich durch einen Gehäusedeckel 112 fixiert werden, der mit Schrauben 114 an dem Grundgehäusekörper befestigt wird.
Der Jochring kann ebenso wie die Polbauteile aus gestapelten gestanzten ferromagnetischen Blechen aufgebaut sein.
6 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Elektromotors, der die beschriebene Statoranordnung 12 enthält. Der Elektromotor entspricht im Wesentlichen dem Elektromotor, der in den 1 und 1A dargestellt ist.
In dem in 6 gezeigten Beispiel ist der Stator 12 wie oben mit Bezug auf die 2 bis 5 beschrieben aufgebaut. Er wird mit einem Rotor 14 in Innenläufer-Konfiguration gepaart, um den Elektromotor zu bilden. Rotor 14 und Stator 12 werden in einem Hülsenkörper 115 montiert, der einerseits einen Teil des Gehäuses des Elektromotors bildet und andererseits Bestandteil der Getriebeanordnung ist, wie unten mit Bezug auf die 7 ff. beschrieben ist. Als weiterer Teil der Getriebeanordnung wird in den Hülsenkörper ferner ein drehbares Hohlrad 136 eingebracht, das ebenfalls unten im Zusammenhang mit der Getriebeanordnung beschrieben ist. Der Rotor 14 ist über zwei Kugellager 152 relativ zu dem Stator 12 drehbar gelagert. An seiner von der Getriebeanordnung abgewandten Stirnseite des Elektromotors ist ferner eine Steuerplatine 16 angeordnet, die Steuerelemente, Lagesensoren und Anschlussleitungen zur Verbindung und Ansteuerung der Statorspulen sowie Anschlüsse für externe Versorgungs- und Steuerleitungen aufweisen kann. An dem entsprechenden Stirnende ist der Hülsenkörper 115 durch einen Gehäusedeckel 112 verschlossen, wobei der Gehäusedeckel mittels Schrauben 114 fixiert werden kann. Der Hülsenkörper 115 und der Gehäusedeckel 112 bilden gemeinsam das Gehäuse für den Elektromotor einschließlich der Getriebestufe.
Wie in den 1 und 1a gezeigt, kann der Elektromotor als Antriebsmotor einer Getriebeanordnung einer Antriebsvorrichtung eingesetzt werden. Der Rotor 14 ist mittels der Kugellager 152 drehbar gelagert ist, um die Antriebswelle 113 anzutreiben. Der Motor kann in der gezeigten Ausgestaltung Drehmomente in der Größenordnung von 0,1 Nm und Drehzahlen von beispielsweise 500 bis zu 6000 Umdrehungen pro Minute erzeugen. Die mit dem Elektromotor 10 gekoppelte Getriebeanordnung ist mit weiteren Einzelheiten in Bezug auf die 7 bis 8 erläutert.
7 zeigt die Getriebeanordnung 101 der in 1 dargestellten Antriebsvorrichtung. Für dieselben oder ähnlichen Teile werden im Folgenden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Das Gehäuse 111 der Getriebeanordnung umfasst einen Hülsenkörper 115 und eine Verschlussscheibe 117, die eine axiale Stirnseite des Hülsenkörpers 115 teilweise bedeckt. Der Hülsenkörper 115 hat an der zu der Verschlussscheibe 117 gegenüberliegenden Stirnseite Ausnehmungen für Schrauben zur Befestigung des Elektromotors (nicht dargestellt). Innenseitig weist der Hülsenkörper 115 einen Hohlradabschnitt 121 auf, der das ortsfeste Hohlrad 135 der Untersetzungsgetriebestufe 103 realisiert, und einen davon unterschiedlichen Hohlradabschnitt 123, der in Funktionsunion die Hohlräder 155, 175 der Planetengetriebestufen 105, 107 realisiert.
Ferner umfasst der Hülsenkörper 115 in Axialrichtung angrenzend an den Hohlradabschnitt 121 ein Gleitlagerabschnitt 125, in dem das drehbare Hohlrad 136 gleitend gelagert ist. In dem Gleitlagerabschnitt 125 ist der Hülsenkörper 115 innenseitig zylindrisch ausgestaltet. Es sei klar, dass der Gleitlagerabschnitt 125 innenseitig aus fertigungstechnischen Gründen zumindest abschnittsweise eine geringfügige Konizität aufweisen kann.
Die Gleitpaarung des Hohlrads 136 gegenüber dem Gleitlagerabschnitt 125 des Gehäuses 111 stellt eine Reibpaarung bereit, die bei Betätigung des Getriebes durch den (nicht dargestellten) Elektromotor vernachlässigbar ist, welche aber in umgekehrter Richtung dafür sorgt, dass eine Bremswirkung erzeugt wird, durch die die Getriebeanordnung 101 selbsthemmend wirkt. Auf diese Weise kann beispielsweise die Gewichtskraft einer Jalousie mittels der Gleitpaarung beziehungsweise Reibpaarung zwischen dem Hohlrad 136 und der Gleitlagerabschnitt 125 gehalten werden, ohne dass der Elektromotor hierzu eines Haltestroms bedarf. Zusätzlich zu der Reibung zwischen dem Hohlrad 136 und dem Gleitlagerabschnitt 125 tragen auch die Reibungsverluste und Verspannungen der anderen, am Kraftübertrag beteiligten Getriebeteile dazu bei, dass das Getriebe selbsthemmend wirkt. Insbesondere die Reibung zwischen den Umlaufrädern 133 und den Hohlrädern 135 und 136 bewirkt eine relativ starke Selbsthemmung, beziehungsweise ein relativ großes Haltemoment. Ein durch die Getriebeanordnung 101 bereitgestelltes Haltemoment kann beispielsweise im Bereich von 5 Nm bis 20 Nm liegen und eine entsprechende Selbsthemmung bewirken.
Die dem Elektromotor (nicht dargestellt) gegenüberliegende Stirnseite des Hülsenkörpers 115 ist mit einer Verschlussscheibe 117 bedeckt, die eine zylindrische zu der Hohlradachse H koaxiale Öffnung 119 aufweist. An der Innenseite 118 und am Innenumfang der Öffnung 119 ist das drehbare Hohlrad 136 axial und/oder radial drehbar gleitgelagert.
Das drehbare Hohlrad 136 der Untersetzungsgetriebestufe 103 ist hülsenförmig und hat die Form eines gestuften Zylinders. Die radial innere Abstufung des drehbaren Hohlrads 136 steht im Gleitkontakt mit der Verschlussscheibe 117. Der radial äußere Zylinderabschnitt des Hohlrads 136 weist innenumfänglich die Verzahnung auf, die mit den Umlaufrädern 133 im Eingriff steht. An diesem äußeren Zylinderabschnitt hat das drehbare Hohlrad 136 außenumfänglich einen Gleitabschnitt 138 an dem axial zu der Verschlussscheibenlagerung entfernten Ende. Der Gleitabschnitt 138 definiert einen zylindrischen Außenumfang, der sich in Axialrichtung über etwa ein Fünftel bis ein Drittel der axialen Ausdehnung der Verzahnung des drehbaren Hohlrads 136 erstreckt.
Bei der in den 1 und 7 gezeigten Untersetzungsgetriebestufe 103 sind die Innendurchmesser der Hohlräder 135, 136 gleich oder im Wesentlichen gleich groß. Die Verzahnung des drehbaren Hohlrads 136 ist daher mit einer Profilverschiebung ausgelegt, durch die der Wälzkreisdurchmesser des drehbaren Hohlrads 136 an den Wälzdurchmesser des ortsfesten Hohlrads 135 angeglichen wird. Dadurch können die Umlaufräder 133 gleichzeitig in die Hohlräder 135 und 136 unterschiedlicher Zähnezahl eingreifen, ohne das übermäßige Verspannungen oder schlagartige Eingriffe erfolgen. Alternativ oder zusätzlich könnte auch eine Profilverschiebung des ortsfesten Hohlrads 135 vorgesehen sein. Es ist auch denkbar, dass die Umlaufräder 133 in zwei unterschiedliche Verzahnungsabschnitte untergliedert sind, einen ersten Verzahnungsabschnitt, der im Eingriff mit dem drehbaren Hohlrad 136 steht, und einen zweiten Verzahnungsabschnitt, der im Eingriff mit dem ortsfesten Hohlrad 135 steht. Bei einer solchen Ausgestaltung kann eine unterschiedliche Profilverschiebung der Verzahnungsabschnitte des Umlaufrads 133 vorgesehen sein, um einen harmonischen Eingriff jedes Umlaufrads 133 in die beiden Hohlräder 135, 136 zu gewährleisten. Die Differenz zwischen der Anzahl der Zähne des Hohlrads 136 und des Hohlrads 135 liegt beispielsweise im Bereich von 1 bis 11. Vorzugsweise weist das Hohlrad 136 zwei oder drei Zähne mehr auf als das Hohlrad 135. Ebenso kann es vorgesehen sein, wenn die Differenz der Zähnezahl zwischen den beiden Hohlrädern 135 und 136 der Anzahl der Umlaufräder 133 entspricht. Im Beispiel weist das Hohlrad 136 zwei Zähne mehr als das Hohlrad 135 auf, wobei auch zwei Umlaufräder 133 vorhanden sind.
7a zeigt eine Explosionsansicht der in 7 beschriebenen Getriebeanordnung 100. In der Explosionsansicht sind gut zu erkennen der Lagerkäfig 137 mit den beiden Umlaufrädern 133 und die Planetengetriebestufen 105, 107 mit jeweils vier Planetenrädern 153, 173 identischer Gestaltung. Die Explosionsansicht zeigt auch die Lagerstifte 174 beziehungsweise Lagerachsenkörper, mit denen die Planetenräder 173 der zweiten Planetengetriebestufe 107 an der Stegscheibe 117 gelagert sind und die baulich den Lagerachsenkörpern 154 der ersten Planetengetriebestufe 105 entsprechen. Das Sonnenrad 171 der zweiten Planetengetriebestufe 107 hat einen unrunden Innendurchmesser, um ein Antriebsdrehmoment von einem (nicht dargestellten) Elektromotor zu empfangen. Die Planetengetriebe können jeweils ein Untersetzungsverhältnis von 1 zu etwa 3,75 erreichen. Auch die gestufte Zylinderform des drehbaren Hohlrads 136 ist zu erkennen sowie die vier Schrauben 116 zum Befestigen der Verschlussscheibe 117 an dem Hülsenkörper 115 des Gehäuses 111.
7b zeigt eine perspektivische Ansicht einer zusammengebauten Getriebeanordnung 100. Der unrunde Innendurchmesser des inneren Zylinderabschnitts des drehbaren Hohlrads 136, der hier mit vier Längsnuten ausgeführt ist, kann einen Abtriebskörper, wie eine Abtriebswelle, drehfest aufnehmen.
8 zeigt eine Explosionsansicht des Lagerkäfigs 137 mit zwei Umlaufrädern 133. Der Körper 134 des Lagerkäfigs 137 kann durch zwei Schrauben mit einem Lagerkäfigdeckel 132 verbunden werden. Zwischen dem Deckel 132 und dem Körper 134 des Lagerkäfigs 137 sind zwei Achsen 141 gehalten, die die Rotationsachsen R der Umlaufräder 133 definieren. Der Körper 134 des Lagerkäfigs 137 ist im Wesentlichen vollzylindrisch mit Aussparungen für die Umlaufräder 133 und die (nicht dargestellte) Abtriebswelle. Der Deckel 132 sichert die Umlaufräder in Axialrichtung, was den Einbau des Lagerkäfigs 137 in ein Gehäuse erleichtert. Die Lagerachsenkörper 154 zum Lagern der Planetenräder sind in Umfangsrichtung gegenüber den Achsen 141 zum Lagern der Umlaufräder 133 versetzt angeordnet.
8a zeigt den Lagerkäfig 137 gemäß 8 im montierten Zustand.
In den 9 und 9a ist der Hülsenkörper 115, der den Lagerkäfig 137 mit den Umlaufrädern 133 sowie die Planeten-Getriebestufe aufnimmt, nochmals in Schnittdarstellung und in perspektivischer Darstellung gezeigt. Die Figuren lassen den Hülsenkörper 115 mit den beiden Hohlradabschnitten 121 und 123 gut erkennen. Der Hohlradabschnitt 121 stellt das ortsfeste Hohlrad 135 bereit, das mit den Umlaufrädern 133 kämmt, und der Hohlradabschnitt 123 stellt das ebenfalls ortsfeste Hohlrad 155 für die Planeten-Getriebestufe bereit. Am Innenumfang des Hülsenkörpers 115 ist ferner der Gleitlagerabschnitt 125 zu erkennen, der mit dem Gleitabschnitt 138 des drehbeweglichen Hohlrades 136 in Kontakt kommt.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste

10: Elektromotor
12: Stator
14: Rotor
16: Steuerplatine
20: Pol bzw. Polbauteil
22: Polkern
24: Polschuh
26: Nutisolation
26a, 26b: Nutisolationskörper bzw. vordere und hintere Nutisolation
28a, 28b: Isolationsring
30: Pol-Anordnung
32a, 32b: Flanschbauteile
34: Anschlusspins
36: Stifte
38: Statorspulen
40: Pol bzw. Polbauteil
42: Polkern
44: Polschuh
46: Verbindungsabschnitt
48: Kerben
50: Jochring
52: Ausnehmungen
100: Antriebsvorrichtung
101: Getriebeanordnung
103: erste Getriebestufe
105, 107: Planeten-Getriebestufe
111: Getriebegehäuse
112: Gehäusedeckel
113: Abtriebswelle
114: Schrauben
115: Hülsenkörper
116: Schraube
117: Verschlussscheibe
118: Innenseite
119: Öffnung
121, 123: Hohlradabschnitt
125: Gleitlagerabschnitt
132: Lagerkäfigdeckel
133: Umlaufrad
134: Lagerkäfigkörper
135: ortsfestes Hohlrad
136: drehbewegliches Hohlrad
137: Lagerkäfig
138: Gleitabschnitt
141: Lagerachskörper
150: Antriebswelle
151, 171: Sonnenrad
152: Kugellager
153, 173: Planetenrad
154, 174: Lagerachsenkörper
155, 175: Hohlrad
177: Stegscheibe
A: Radialabstand
H: Mittelachse, Hohlradachse
R: Rotationsachse
d_F, D_F: Fußkreisdurchmesser
d_k, D_K: Kopfkreisdurchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000152526 A [0002]
DE 102004029442 A1 [0003]
JP 2000-78789 A [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 3960 [0052]
Norm DIN 780 [0052]
DIN 3960 [0053]
DIN 3992 [0053]

Claims

Statoranordnung für einen Elektromotor (10), die mehrere Pole (20; 40) aufweist, wobei die Pole jeweils einen Polkern (22; 42) und einen Polschuh (24; 44) an einem Ende des Polkerns aufweisen und an dem gegenüberliegenden Ende des Polkerns mit einem Jochring (50) verbindbar sind, wobei die Pole in Form mehrerer separater Pol-Bauteile ausgestaltet sind und wobei jeder Polkern (22; 42) zum Aufnehmen von Windungen zur Bildung von Spulen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pol-Bauteile zur Bewicklung der Polkerne durch eine Nutisolation (26) zusammengehalten sind, um eine zusammenhängende Pol-Anordnung zu bilden.
Statoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pol (20; 40) durch ein separates Pol-Bauteil gebildet ist.
Statoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutisolation (26) auf die Pole (20; 40) aufgespritzt oder aufgeschoben ist.
Statoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutisolation (26) zweiteilig ausgeführt ist und von beiden axialen Stirnseiten auf die Pole (20; 40) aufschiebbar ist.
Statoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutisolation (26) die Pole (20; 40) im Bereich ihrer Polschuhe (24; 44) verbindet.
Statoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (20; 40) in eine ringförmige Pol-Anordnung (30) gebracht sind und der Jochring (50) in axialer Richtung auf die ringförmige Pol-Anordnung aufgeschoben ist.
Statoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pol-Anordnung (30) für einen Innenläufermotor konfiguriert ist, wobei die Polschuhe (24; 44) radial nach innen weisen.
Statoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Windungszahl jeder Spule (38) größer oder gleich 50 oder größer oder gleich 100 ist.
Statoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Nutisolation (26) Anschlusspins (34) zur elektrischen Kontaktierung der Spulen (38) integriert sind.
Verfahren zur Herstellung einer Statoranordnung für einen Innenläufer-Elektromotor, die mehrere Pole (20; 40) aufweist, mit den Verfahrensschritten: Bereitstellen der Pole (20; 40) in Form mehrerer separater Pol-Bauteile, wobei die Pole jeweils einen Polkern (22; 42) und an einem Ende des Polkerns einen Polschuh (24; 44) aufweisen; Verbinden der Pol-Bauteile durch eine Nutisolation (26), um eine zusammenhängende Pol-Anordnung (30) zu bilden, Bewickeln der Polekerne zur Bildung von Statorspulen (38), und Aufschieben eines Jochrings (50) in axialer Richtung auf die freiliegenden Enden der bewickelten Polkerne (22; 42) der Pol-Anordnung (30).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pol (20; 40) durch ein separates Pol-Bauteil gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutisolation (26) auf die Polschuhe (24; 44) aufgespritzt oder aufgeschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Jochring (50) mit Spielpassung auf die ringförmige Pol-Anordnung (30) aufgeschoben und in axialer Richtung fixiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pol-Anordnung (30) vor oder nach dem Bewickeln in eine Ringform gebracht wird, in der die Polkerne (22; 42) der Pole (20; 40) radial nach außen weisen, und dann der Jochring (50) in axialer Richtung aufgeschoben wird.
Elektromotor (10) mit einer Statoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Antriebsvorrichtung (100) mit einem Elektromotor (10) nach Anspruch 15 und einer Umlauf-Getriebeanordnung (101), gekennzeichnet durch eine Abtriebswelle (113), auf die mittels der Umlauf-Getriebeanordnung (101) ein aus dem Antriebsdrehmoment des Elektromotors (10) gewandeltes Abtriebsdrehmoment übertragbar ist, wobei die Abtriebswelle (113) sich derart durch die Getriebeanordnung (101) und den Elektromotor erstreckt, dass das Abtriebsdrehmoment der Abtriebswelle (113) an beiden axialen Enden der Getriebeanordnung (101) und/oder an beiden axialen Enden des Elektromotors abgreifbar ist.