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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem innen liegenden Rotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
EP 1 609 228 B1 wird eine elektrische Maschine ausgebildet, die als Innenläufer ausgebildet ist und einen außen liegenden Stator mit Statorwicklungen sowie einen innen liegenden Rotor aufweist. An den beiden gegenüberliegenden Stirnseiten des Stators sind Lagerschilde angeordnet, die jeweils ein Lager für die Rotorwelle aufnehmen. Ein axial überstehender, ringförmiger Fortsatz an den Lagerschilden greift in eine Ringnut ein, die in den Stator benachbart zur Statorinnenseite eingebracht ist.
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Der Stator ist in einem topfförmigen Gehäuse aufgenommen, das von einem Gehäusedeckel verschlossen ist. Durch den Gehäusedeckel ragen Kontaktstifte hindurch, über die die Statorwicklungen bestromt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist einen Stator und einen innen liegenden Rotor sowie Statorwicklungen zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes auf. Die Statorwicklungen sind an Statorzähnen aufgenommen, die über den Umfang verteilt an der Innenseite eines Statorrings angeordnet sind. Die elektrische Maschine ist als Innenläufer ausgebildet, der Rotor ist von dem Stator umschlossen und kann innerhalb des Stators umlaufen.
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Zwischen der Außenseite des Rotors und der Innenseite des Stators befindet sich ein Luftspalt.
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Der Rotor ist an stirnseitigen Lagerschilden gelagert, die am Stator gehalten sind. Die Lagerschilde nehmen jeweils ein Lager auf, beispielsweise ein Festlager und ein Loslager für die Rotorwelle. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise elektronisch kommutier und kann als Synchronmotor oder als Asynchronmotor ausgeführt sein.
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An mindestens einem Lagerschild ist ein sich in Achsrichtung erstreckender Stützfinger angeordnet, der in einen Nutspalt zwischen Zahnköpfen benachbarter Statorzähne einragt, um die die Statorwicklungen gewickelt sind. Der Lagerschild erfährt über den in den Nutspalt einragenden Stützfinger eine Abstützung in Umfangsrichtung, so dass der Stützfinger im Nutspalt als Verdrehsicherung wirkt. Momente um die Maschinenlängsachse, die über die Lagerung auf den Lagerschild übertragen werden, können über den Stützfinger in dem Nutspalt auf den Stator übertragen werden.
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Vorteilhafterweise sind über den Umfang verteilt mehrere Stützfinger an dem Lagerschild angeordnet, wobei jeder Stützfinger in einen Nutspalt zwischen den Zahnköpfen benachbarter Statorzähne einragt.
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Diese Ausführung hat zusätzlich zur Verdrehsicherung den Vorteil, dass die Toleranzkette für die Aufnahme und Befestigung des Lagerschildes verkürzt wird, da der Lagerschild an dem Zahnkopf des Stators angreift. Es ist möglich, einen kleineren Luftspalt zwischen der Außenseite des Rotors und der Innenseite des Stators zu realisieren, wodurch die Leistung der elektrischen Maschine verbessert wird.
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Des Weiteren kann die axiale Baulänge der elektrischen Maschine reduziert werden, da der Lagerschild in Achsrichtung nicht mehr Bauraum beansprucht als die Statorwicklung im Bereich des axial stirnseitigen Wicklungskopfes, der radial außerhalb des Lagerschildes, jedoch axial in gleicher Höhe wie dieser liegt. Der Lagerschild kann mit einem kleinen Durchmesser ausgeführt werden, wodurch sich eine Gewichtseinsparung ergibt. Vorteilhaft ist es auch, dass die Wicklungsverschaltung bei der Fertigung der elektrischen Maschine noch vor der Montage des Lagerschilds erfolgen kann. Schließlich führt das axiale Einragen des Stützfingers in den Nutspalt zu einer Versteifung der Statorzähne.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist jeder der beiden stirnseitig angeordneten Lagerschilde mindestens einen Stützfinger, vorzugsweise mehrere Stützfinger auf, so dass sich auch entsprechend jeder Lagerschild mit seinen Stützfingern in die Nutspalte erstreckt und sich in Umfangsrichtung an den Statorzähnen abstützt. Die Anzahl der Stützfinger an einem Lagerschild oder an beiden Lagerschilden entspricht vorzugsweise der Anzahl an Nutspalten zwischen den Zahnköpfen am Stator, wenngleich auch Ausführungen möglich sind, bei denen die Anzahl der Stützfinger kleiner ist als die Anzahl der Nutspalten.
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Mindestens ein Stützfinger an einem Lagerschild kann sich direkt oder indirekt an dem gegenüberliegenden Lagerschild abstützen. So ist es beispielsweise möglich, den mindestens einen Stützfinger an einem Lagerschild mit einer axialen Länge zu versehen, die der axialen Länge des Stators entspricht, so dass dieser Stützfinger in axiale Distanz zwischen den gegenüberliegenden Lagerschilden überbrückt und die Stirnseite des Stützfingers am gegenüberliegenden Lagerschild anliegt bzw. mit diesem verbunden ist.
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Es ist aber auch möglich, dass die Länge des Stützfingers geringer ist als die axiale Länge des Stators, beispielsweise halb so lang, wobei die Stützfinger gegenüberliegender Lagerschilde, die in den gleichen Nutspalt einragen, sich mit ihren Stirnseiten berühren oder jeweils an einem zwischenliegenden Verbindungsbauteil anliegen bzw. mit diesem verbunden sind. Die Lagerschilde stützen sich in dieser Ausführung in Achsrichtung gegeneinander ab.
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Über das Festlager ist eine axiale Abstützung über die Rotorwelle gegeben. In Umfangsrichtung ist mindestens ein Lagerschild über den Stützfinger in dem Nutspalt am Stator abgestützt. In Radialrichtung kann gegebenenfalls auch in dem Nutspalt eine Abstützung gegeben sein, außerdem ist über die Lagerungen der Rotorwelle, die in den Lagerschilden aufgenommen sind, eine radiale Sicherung der Lagerschilde gegeben.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der mindestens eine Stützfinger als Presspassung in den Nutspalt zwischen den Zahnköpfen eingefügt. Über die Presspassung ist der Lagerschild sowohl in Umfangsrichtung als auch in Radialrichtung sowie in Achsrichtung fest mit dem Stator verbunden.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung liegt der Lagerschild axial auf Abstand zu den Zahnköpfen des Stators. In einer alternativen Ausführung ist es aber auch möglich, dass der Lagerschild unmittelbar an den Zahnköpfen des Stators anliegt.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Außendurchmesser des Lagerschilds maximal so groß wie der Statordurchmesser im Bereich der Zahnköpfe, der den Innendurchmesser des Stators geringfügig übersteigt. Gegebenenfalls kommen auch größere oder kleinere Außendurchmesser des Lagerschilds in Betracht, beispielsweise ein Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser des Stators entspricht.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die Lagerschilde aus einem magnetisch nicht leitfähigen Material hergestellt, damit der magnetische Fluss zwischen den Statorzähnen nicht kurzgeschlossen wird. Die Lagerschilde bestehen beispielsweise aus Kunststoff und können gegebenenfalls zusätzliche Bauteile aufnehmen, zum Beispiel die Statorverschaltung, insbesondere einen Sternpunkt, oder einen Motorstecker oder einen Lagesensor.
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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 einen Schnitt längs durch eine elektrische Maschine, die als Innenläufermotor ausgebildet ist und einen außen liegenden Stator und einen innen liegenden Rotor aufweist, wobei am Stator Lagerschilde mit sich axial erstreckenden Stützfingern angeordnet sind.
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2 eine stirnseitige Ansicht des Stators,
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3 ein Lagerschild mit axialen Stützfingern in perspektivischer Ansicht.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 dargestellte elektrische Maschine 1 ist als Innenläufermotor ausgebildet und weist einen außen liegenden Stator 2 sowie einen innen liegenden Rotor 3 auf. Wie 1 in Verbindung mit 2 zu entnehmen, umfasst der Stator 2 einen außen liegenden Statorring 4 und am Statorring 4 angeordnete, sich radial nach innen erstreckende Statorzähne 5, die über den Umfang verteilt an dem Statorring 4 gehalten sind, insbesondere einteilig mit diesem ausgebildet sind. Im Ausführungsbeispiel sind insgesamt sechs Statorzähne 5 radial innen liegend am Statorring 4 des Stators 2 angeordnet.
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An der radial innen liegenden Seite ist jeder Statorzahn 5 mit einem in Umfangsrichtung verbreitert ausgeführten Zahnkopf 6 versehen, wobei die Zahnköpfe 6 benachbarter Statorzähne 5 über einen zwischenliegenden Nutspalt 7 separiert sind. Benachbarte Statorzähne 5 begrenzen in Umfangsrichtung einen zwischenliegenden Wicklungsraum 8 zur Aufnahme der Statorwicklungen 9, die um die Statorzähne 5 gewickelt sind. In jeden Wicklungsraum 8 zwischen benachbarten Statorzähnen 5 befindet sich somit die Hälfte jeder Statorwicklung der den Wicklungsraum 8 in Umfangsrichtung begrenzenden Statorzähne 5.
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Zwischen der Außenseite des Rotors 3 und der Innenseite des Stators 2 befindet sich ein Luftspalt 10. Der Rotor bzw. das Rotorpaket 3 sitzt auf einer Rotorwelle 11, deren Längsachse mit 12 gekennzeichnet ist.
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An jeder Stirnseite des Stators 2 befindet sich jeweils ein Lagerschild 13, 14, der an dem Stator 2 abgestützt ist. Die Lagerschilde 13, 14 nehmen jeweils ein Lager 15 und 16 zur Lagerung der Rotorwelle 11 auf. Das Lager 15 im Lagerschild 13 ist beispielhaft als ein Loslager, das Lager 16 im gegenüberliegenden Lagerschild 14 als ein Festlager ausgebildet.
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Wie 1 in Verbindung mit 3 zu entnehmen, sind an jedem Lagerschild 13, 14 sich in Achsrichtung erstreckende Stützfinger 17 angeordnet, die sich benachbart zum Außenumfang des Lagerschilds 13, 14 an diesem befinden.
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Über den Umfang regelmäßig verteilt sind so viele Stützfinger 17 angeordnet, wie Statorzähne 5 bzw. Nutspalte 7 zwischen den Zahnköpfen 6 der Statorzähne 5 im Stator angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel sind insgesamt sechs Nutspalte 7 vorgesehen, denen jeweils ein Stützfinger 17 zugeordnet ist.
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Im montierten Zustand ragen die Stützfinger 17 in die Nutspalte 7 zwischen den Statorzähnen 6 ein, die Stützfinger 17 sind insbesondere im Wege einer Presspassung in die Nutspalte 7 eingefügt. Die Stützfinger 17 in den Nutspalten 7 stellen sicher, dass die Lagerschilde 13, 14 verdrehsicher am Stator 6 angeordnet sind, wobei zugleich eine kleiner bauende Ausführung erreicht wird. Zumindest ein Lagerschild, gegebenenfalls beide Lagerschilde 13, 14, die vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt sind, können gegebenenfalls weitere Bauteile aufnehmen, beispielsweise Motorstecker, Statorverschaltungen oder Lagesensoren.
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Die Stützfinger 17 können einteilig mit den Lagerschilden 13, 14 ausgebildet sein oder, gemäß einer weiteren Ausführung, als separate Bauteile, die aber fest mit den Lagerschilden 13, 14 verbunden sind. Es ist beispielsweise möglich, die Stützfinger 17 aus einem anderen Material als die Lagerschilde 13, 14 zu fertigen, insbesondere aus Metall.
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Die axiale Länge der Stützfinger 17 entspricht beispielsweise zumindest annähernd der halben axialen Länge des Stators 2, so dass die Stützfinger 17 der beiden Lagerschilde 13, 14 sich etwa auf halber axialer Länge des Stators 2 stirnseitig treffen. Es kann gegebenenfalls aber auch vorteilhaft sein, die Stützfinger 17 mit einer kürzeren axialen Länge zu versehen, so dass sich die Stützfinger 17 der gegenüberliegenden Lagerschilde 13, 14 nicht berühren.
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Der Außendurchmesser der Lagerschilde 13, 14 entspricht zumindest annähernd dem Statordurchmesser im Bereich der Zahnköpfe 6. Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, den Außendurchmesser der Lagerschilde 13, 14 entsprechend dem Innendurchmesser des Stators 2 auszuführen. Im montierten Zustand liegen die Lagerschilde 13, 14, wie 1 zu entnehmen, axial auf Abstand zu dem Stator 2. In einer weiteren Ausführung ist es aber auch möglich, dass die Lagerschilde 13, 14 unmittelbar an dem Stator 2 anliegen, wobei gegebenenfalls der äußere Rand der Lagerschilde 13, 14 auf Kontakt zur jeweiligen Stirnseite des Stators 2, insbesondere im Bereich der Zahnköpfe 6 liegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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