DE102016105510A1

DE102016105510A1 - Statorbaugruppe

Info

Publication number: DE102016105510A1
Application number: DE102016105510.7A
Authority: DE
Inventors: Werner Hangmann; Waldemar Dück; Harald Buchalla
Original assignee: Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2017-09-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Statorbaugruppe für einen Elektromotor, insbesondere für einen dreisträngigen bürstenlosen Kleinst-Synchronmotor mit einem eisenlosen, permanentmagnetischen Rotor, umfassend ein Statorpaket (1), welches ein Joch (2) und eine Mehrzahl von Zähnen (3) aufweist, umfassend eine Mehrzahl von die Zähne (3) jedenfalls abschnittsweise umgreifenden Spulenträgerkörpern (4) mit hieran vorgesehenen Wicklungen (5) und umfassend eine zu der Anzahl der Spulenträgerkörper (4) korrespondierende Anzahl von Polschuhen (7), welche den Spulenträgerkörpern (4) auf einer dem Joch (2) gegenüberliegenden Stirnseite zugeordnet sind, wobei jedenfalls das Joch (2) durch eine Mehrzahl von einzelnen Statorblechen (9) aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist, welche geschichtet und gegeneinander elektrisch isoliert sind, und wobei das aus der Mehrzahl der Statorbleche (9) gebildete Joch (2) in einem montierten Zustand der Statorbaugruppe in eine Umfangsrichtung (15) geschlossen ausgebildet ist, wobei das Joch (2) und die Polschuhe (7) durch getrennte Bauteile gebildet sind, wobei zum Fügen der getrennten Bauteile an ebendiesen je eine Fügegeometrie (10, 11) ausgebildet ist derart, dass ein den Polschuh (7) bildendes und/oder aufweisendes erstes Bauteil formschlüssig an ein das Joch (2) aufweisendes und/oder bildendes zweites Bauteil ansetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Statorbaugruppe für einen Elektromotor, insbesondere für einen dreisträngigen bürstenlosen Kleinst-Synchronmotor mit einem eisenlosen, permanentmagnetischen Rotor, umfassend ein Statorpaket, welches ein Joch und eine Mehrzahl von Zähnen aufweist, umfassend eine Mehrzahl von die Zähne jedenfalls abschnittsweise umgreifenden Spulenträgerkörpern mit hieran vorgesehenen Wicklungen und umfassend eine zu der Anzahl der Spulenträgerkörper korrespondierende Anzahl von Polschuhen, welche den Spulenträgerkörpern auf einer dem Joch gegenüberliegenden Stirnseite zugeordnet sind, wobei jedenfalls das Joch durch eine Mehrzahl von einzelnen Statorblechen aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist, welche geschichtet und gegeneinander elektrisch isoliert sind, und wobei das aus der Mehrzahl der Statorbleche gebildete Joch in einem montierten Zustand der Statorbaugruppe in eine Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet ist.
Eine gattungsgemäße Statorbaugruppe ist aus der EP 0 871 282 A1 bekannt. Die Statorbaugruppe sieht eine Vielzahl von geschichtet angeordneten und gegeneinander elektrisch isolierten Statorblechen vor, welche gemeinsam im montierten Zustand ein Joch, eine Mehrzahl von Zähnen und eine zu der Anzahl der Zähne korrespondierende Anzahl von Polschuhen bildet. Jedes einzelne Blech ist hierbei im gestanzten und unverformten Zustand langgestreckt und segmentiert ausgebildet, wobei zwischen einzelnen Segmenten des Statorblechs eine im Wesentlichen V-förmige Ausnehmung gebildet ist. Zu der in Umfangsrichtung geschlossenen, ringförmigen Bauweise gelangt man durch ein Umformen der Statorbleche in ihrer Erstreckungsebene. An jedem zweiten Segment ist überdies eine zur Bildung der Zähne und der Polschuhe ausgebildete Blechlasche vorgesehen. Die Polschuhe sind hierbei endseitig an einem freien Ende der zur Bildung der Zähne vorgesehenen Blechlasche ausgebildet. Zur Montage eines die Wicklungen des Elektromotors aufnehmenden Spulenträgerkörpers an den Zähnen müssen die Polschuhe mechanisch verformt werden. Es besteht hierbei grundsätzlich die Gefahr, dass die Statorbaugruppe im Bereich der Polschuhe beschädigt wird oder eine Ist-Geometrie nach dem Verformen der Polschuhe und dem Ansetzen der Spulenträgerkörper von einer vorgegebenen Soll-Geometrie abweicht.
Aus der EP 1 760 859 B1 ist bekannt, Polschuhe für einen einphasigen permanentmagnetischen Synchronmotor-Elektromotor als pulvergepresstes Bauteil aus einem weichmagnetischen Material herzustellen. Die so geformten Polschuhe werden endseitig an zwei freie Enden eines U-förmigen Statorblechpakets angesetzt. Die zwei Polschuhe sind einander gegenüberliegend angeordnet und umgreifen den Rotor des Synchron-Elektromotors mantelseitig in einem Winkelbereich von zusammen mehr als 180°.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstig zu fertigende und robuste Statorbaugruppe anzugeben.
Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Joch und die Polschuhe durch getrennte Bauteile gebildet sind, wobei zum Fügen der getrennten Bauteile an ebendiesen je eine Fügegeometrie ausgebildet ist derart, dass ein den Polschuh bildendes und/oder aufweisendes erstes Bauteil formschlüssig an ein das Joch aufweisendes und/oder bildendes zweites Bauteil ansetzbar ist.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das getrennte Ausführen des Jochs einerseits und der Polschuhe andererseits die Montage der Spulenträgerkörper an den Zähnen des Statorpakets vereinfacht wird. Insbesondere kann darauf verzichtet werden, Statorbleche im Bereich der Polschuhe zur Montage des Spulenträgerkörpers zu verformen. Es wird insofern eine Beschädigung der Statorbleche zuverlässig vermieden und der Gefahr vorgebeugt, dass die Ist-Geometrie der Polschuhe nach der Montage der die Wicklungen aufweisenden Spulenträgerkörper von der Soll-Geometrie abweicht. Eine funktionsoptimierte Montage der verschiedenen Komponenten des Elektromotors, insbesondere der Montage der Spulenträgerkörper und des Rotors, wird somit begünstigt. Ferner wird jedenfalls das Joch der Statorbaugruppe kostengünstig aus einer Mehrzahl von geschichteten, gegeneinander elektrisch isolierten Statorblechen gebildet mit der Folge, dass die Statorbaugruppe zugleich sehr wirtschaftlich hergestellt werden kann. Da überdies das Joch im montierten Zustand in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet ist, ergibt sich überdies ein guter Wirkungsgrad.
Kernidee der Erfindung ist es insofern, die günstige Gestaltung des Jochs durch eine Mehrzahl von gestanzten beziehungsweise geschnittenen Statorblechen zu erhalten und die Polschuhe des Elektromotors getrennt auszuführen. Ein den Polschuh bildendes beziehungsweise aufweisendes erstes Bauteil wird dann nach dem Fügen der Statorbleche formschlüssig an ein das Joch aufweisendes beziehungsweise bildendes zweites Bauteil angesetzt. Zu diesem Zweck sind an dem ersten Bauteil und an dem zweiten Bauteil je eine korrespondierend ausgeformte Fügegeometrie ausgebildet. Als Fügegeometrie kann beispielsweise eine Schwalbenschwanzverbindung vorgesehen werden. Beispielsweise kann an einem der beiden Bauteile eine Nut ausgebildet sein, in die ein an dem anderen Bauteil vorgesehener Steg eingesetzt wird. Die Fügegeometrie ist insbesondere so ausgebildet, dass die Bauteile in eine Umfangsrichtung und in eine Radialrichtung zueinander formschlüssig festgelegt sind und ein Fügen der Bauteile in eine senkrecht zur Umfangsrichtung orientierte Axialrichtung vorgesehen ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Polschuhe (erstes Bauteil) aus einem gefalzten Profilabschnitt eines Flachprofils gebildet, wobei das Flachprofil beziehungsweise der Profilabschnitt aus einem ferromagnetischen Material besteht. Zur Bereitstellung der Fügegeometrie sind gegenüberliegende freie Randkanten des Profilabschnitts Z-förmig gefalzt. Sie bilden insbesondere einen Steg der Fügegeometrie, der in eine an dem zweiten Bauteil vorgesehene, korrespondierend geformte Nut eingreift. Vorteilhaft können die Polschuhe aus dem Profilabschnitt sehr kostengünstig durch Umformen hergestellt werden. Überdies können die Polschuhe in die Axialrichtung das durch die Statorbleche gebildeten Statorpaket (zweites Bauteil) überragen mit der Folge, dass die magnetischen Felder des den Stator typischerweise überragenden Rotors mittels der Polschuhe vorteilhaft erfasst werden. Es ergeben sich hierdurch ein verbesserter Wirkungsgrad beziehungsweise bessere Leistungskennwerte für den Elektromotor.
Im montierten Zustand erstreckt sich der zur Bildung der Polschuhe verwendete Profilabschnitt aus dem Flachprofil im Wesentlichen in Umfangsrichtung. Eine Dickenrichtung des Profilabschnitts ist insofern in eine Radialrichtung der Statorbaugruppe orientiert. Demgegenüber ist eine Dickenrichtung des Jochs in die Axialrichtung erstreckt. Die Statorbleche sind in einer durch die Umfangsrichtung und die Radialrichtung definierten Ebene flächig erstrecken.
Insbesondere sieht das zweite Bauteil auch die Zähne der Statorbaugruppe vor. Dabei sind die die Zähne und das Joch formenden Statorbleche jeweils einstückig ausgebildet. An den Zähnen ist auf einer dem Joch abgewandten Stirnseite derselben die Fügegeometrie des zweiten Bauteils vorgesehen. Die Polschuhe bilden das erste Bauteil mit der zur Anlage an die Zähne des Statorpakets ausgebildeten Fügegeometrie. Vorteilhaft können durch die einstückige Realisierung der zur Bildung der Zähne und des Jochs vorgesehenen Statorbleche die Zähne und das Joch in sehr einfacher Weise eine gleiche axiale Dicke aufweisen und kostengünstig hergestellt werden. Die Polschuhe, welche bevorzugt das Statorpaket in die Axialrichtung überragen, werden als getrenntes Bauteil realisiert und durch eine korrespondierend gestaltete Fügegeometrie formschlüssig an das Statorpaket angesetzt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind an dem durch den Profilabschnitt gebildeten Polschuh beziehungsweise im Bereich der Fügegeometrie des zweiten Bauteils Montagefasen beziehungsweise Ansatzrundungen ausgebildet. Vorteilhaft kann durch das Vorsehen der Montagefasen beziehungsweise Ansatzrundungen das Fügen der Komponenten vereinfacht werden. Insbesondere vereinfachen sich die manuelle und die maschinelle Montage der Bauteile gleichermaßen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind im Bereich der gegenüberliegenden freien Randkanten des Profilabschnitts Rastnasen ausgebildet. Die Rastnasen sind durch ein abschnittsweises Verformen eines an der Randkante ausgebildeten Stegs quer zu der Axialrichtung beziehungsweise quer zu einer Flächenerstreckung des Profilabschnitts gebildet. Im montierten Zustand der Statorbaugruppe umgreifen beziehungsweise hintergreifen die Rastnasen die Zähne. Durch das Vorsehen der Rastnasen besteht die Möglichkeit, die Polschuhe bezogen auf die Zähne exakt zu positionieren. In der korrekten Position können die Polschuhe zudem sicher und dauerhaft ohne zusätzliche Maßnahmen, insbesondere ohne separate Fügemittel festgelegt werden. Die Rastnasen können insbesondere elastisch verformbar gestaltet sein, sodass eine einfache und bevorzugt werkzeuglose Montage der Polschuhe möglich ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung können die freien Randkanten zueinander parallel ausgebildet sein. Überdies kann vorgesehen sein, dass der Profilabschnitt eine Rechteckform aufweist und dass die freien Randkanten durch kurze Randkanten des rechteckigen Profilabschnitts gebildet sind. Zur Verbindung der freien Randkanten können zueinander parallele, lange Randkanten vorgesehen sein. Vorteilhaft vereinfachen sich die Ausformung der Polschuhe und insbesondere das Falzen des Profilabschnitts im Bereich der freien Randkanten durch deren parallele Orientierung. Die Rechteckform begünstigt die kostengünstige und verschnittarme Fertigung des Profilabschnitts.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ergibt sich die in Umfangsrichtung geschlossene Form des Jochs durch das Umformen der Statorbleche. Vor dem Umformen der Statorbleche sind ebendiese langgestreckt ausgebildet. Sie weisen eine lineare erste Längsseite und eine der ersten Längsseite gegenüberliegende zweite Längsseite vor. An der zweiten Längsseite ist eine Mehrzahl von keilförmigen Ausnehmungen gebildet. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die keilförmigen Ausnehmungen regelmäßig beabstandet angeordnet sind und dass im Bereich der keilförmigen Ausnehmungen an der Spitze derselben ein Freischnitt vorgesehen ist. Bevorzugt weist der Freischnitt eine kreisförmige Querschnittsgeometrie auf. Vorteilhaft vereinfacht sich die Montage der Statorbaugruppe durch das Zuschneiden beziehungsweise Stanzen der langgestreckten Statorbleche und das spätere Umformen derselben zu dem in Umfangsrichtung geschlossenen Joch signifikant. Überdies können die Statorbleche sehr kostengünstig und in großer Stückzahl verschnittarm hergestellt werden. Es ist insofern vorgesehen, zunächst die Statorbleche einzeln herzustellen und im Folgenden gegeneinander zu isolieren und zu stapeln. Nach dem Stapeln und Isolieren wird dann das in Umfangsrichtung geschlossene Joch ausgebildet. Die keilförmigen Ausnehmungen mit dem an der Spitze vorgesehenen Freischnitt definieren hierbei die geometrisch notwendigen Verformungswege. Es kann insofern insbesondere vorgesehen sein, dass das Joch aus sechs Segmenten gebildet wird und dass hierzu an dem langgestreckten, ursprünglich hergestellten Stahlblech fünf keilförmige Ausnehmungen sowie randseitig zwei korrespondierende Abschlussgeometrien hergestellt sind. Die keilförmigen Ausnehmungen weisen bevorzugt einen gleichen Öffnungswinkel von jeweils 60° und die Abschlussgeometrien eine Abfasung von jeweils 30° auf.
Beispielsweise kann im Bereich der zweiten Längsseite der Statorbleche mittig zwischen zwei benachbarten keilförmigen Ausnehmungen eine zur Bildung der Zähne vorgesehene Blechlasche abragen. Im Zuge der Fertigung beziehungsweise Montage der Statorbaugruppe ist dann vorgesehen, dass vor dem Umformen der Statorbleche die Spulenträgerkörper an die von den geschichteten und gegeneinander elektrisch isolierten Statorblechen definierten Zähne angesetzt werden. Die Montage kann hierdurch sehr einfach und kostengünstig insbesondere auch teilautomatisiert beziehungsweise vollautomatisiert erfolgen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Polschuhe aus einem weichmagnetischen Material gepresst hergestellt. Optional können unmittelbar an die Polschuhe die Zähne der Statorbaugruppe angefügt sein. Insofern sind die Zähne der Statorbaugruppe und die Polschuhe einstückig realisiert. Vorteilhaft kann die Geometrie der pulvergepressten Bauteile sehr individuell und funktional optimiert festgelegt werden. Die Polschuhe können das Statorpaket beziehungsweise das Joch des Statorpakets axial überragen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann das erste Bauteil, welches den Polschuh aufweist und beispielsweise als pulvergepresstes Bauteil ausgeführt ist, zusätzlich auch einen Zahn des Statorpakets vorsehen. In dem montierten Zustand der Baugruppe sieht der Zahn auf einer von dem Polschuh wegragenden Stirnseite desselben die Fügegeometrie des ersten Bauteils vor. Sie greift in eine korrespondierend gestaltete Fügegeometrie des zweiten Bauteils ein. Beispielsweise ist die Fügegeometrie des zweiten Bauteils mittig zwischen zwei benachbarten, keilförmigen Ausnehmungen an dem zweiten Bauteil im Bereich der zweiten Längsseite vorgesehen. Das den Polschuh und den Zahn aufweisende erste Bauteile kann als pulvergepresstes Bauteil aus einem weichmagnetischen Material hergestellt sein.
Aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen. Dort erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Statorbaugruppe,
2 eine Detailvergrößerung eines an einem Zahn der Statorbaugruppe nach 1 montierten Polschuhs,
3 den Polschuh nach 2 in einer Einzelansicht,
4 einen Zuschnitt eines zur Formung eines Statorpakets der Statorbaugruppe nach 1 verwendeten Statorblechs,
5 eine Prinzipdarstellung einer Zuschnittsanordnung mit einer Mehrzahl von Statorblechen für das Statorpaket der Statorbaugruppe nach 1,
6 einen unverformtes Zuschnitt (Profilabschnitt), welcher zur Formung eines Polschuhs einer erfindungsgemäßen Statorbaugruppe vorgesehen ist,
7 einen Zwischenumformungsschritt beim Umformen des Profilabschnitts nach 6,
8 den aus dem Profilabschnitt nach 6 geformten Polschuh, der auch in der Statorbaugruppe nach 1 verwendet wird,
9 einen Montageschritt beim Herstellen einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Statorbaugruppe mit dem Polschuh nach 8,
10 eine Aufsicht auf die Montagesituation nach 9,
11 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Polschuhs,
12 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Statorbaugruppe mit dem Polschuh nach 11,
13 eine Detailvergrößerung eines Zahns der Statorbaugruppe nach 12,
14 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Polschuhs,
15 eine Montagesituation für eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Statorbaugruppe mit dem Polschuh nach 14,
16 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Statorbaugruppe,
17 eine Montagesituation bei der Herstellung der Statorbaugruppe nach 16,
18 eine perspektivische Ansicht eines Polschuhs mit angeformten Zahn der Statorbaugruppe nach 16,
19 einen Zuschnitt eines Statorblechs der Statorbaugruppe nach 16,
20 eine Prinzipdarstellung einer Zuschnittsanordnung mit einer Mehrzahl von Statorblechen nach 19,
21 eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Statorbaugruppe und
22 eine siebte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Statorbaugruppe (dargestellt ohne Spulenträgerkörper und Wicklungen).
Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Statorbaugruppe nach 1 ist optisch geprägt durch ein Statorpaket 1, welches ein nach Art eines regelmäßigen Sechsecks geformtes Joch 2 und insgesamt drei von dem Joch 2 zu einer Innenseite abragende Zähne 3 aufweist. Ferner sieht die Statorbaugruppe die Zähne 3 umgreifende Spulenträgerkörper 4 mit daran vorgesehenen Wicklungen 5 und elektrischen Kontakten 6 zum Kontaktieren der Wicklungen 5 vor. An den Zähnen 3 sind auf einer dem Joch 2 abgewandten freien Stirnseite Polschuhe 7 festgelegt. Die Polschuhe 7 weisen eine kreissegmentförmige Innenfläche 8 auf, welche in einem montierten Zustand des Elektromotors einen nicht dargestellten Rotor mantelseitig umgreifen. Zur Veranschaulichung der Erfindung sind exemplarisch lediglich zwei der drei Spulenträgerkörper 4 vorgesehen. In der realen Ausführung sieht die Statorbaugruppe einen Spulenträgerkörper 4 an jedem der drei Zähne 3 vor.
Das Statorpaket 1 ist durch eine Mehrzahl von geschichteten und gegeneinander elektrisch isolierten Statorblechen 9 gebildet, welche jeweils aus einem ferromagnetischen Material (Elektro- beziehungsweise Dynamoblech) gebildet sind. Die Statorbleche 9 bilden gemeinsam das in Umfangsrichtung geschlossene Joch 2 mit den insgesamt drei hieran angeformten Zähnen 3. Es ist dabei so, dass die Zähne 3 regelmäßig an jedem zweiten der insgesamt sechs Segmente des Jochs 2 vorgesehen sind.
Im Bereich einer von dem Joch 2 abgewandten Stirnseite weisen die Zähne 3 eine Fügegeometrie 10 auf, welche ausgebildet ist zur formschlüssigen Aufnahme beziehungsweise Verbindung mit den Polschuhen 7. Insofern weisen die Polschuhe 7 eine korrespondierende Fügegeometrie 11 auf.
Im Folgenden wird aus Gründen der Vereinfachung eine einheitliche Nomenklatur derart verwendet, dass auf ein den Polschuh 7 bildendes beziehungsweise den Polschuh 7 aufweisendes erstes Bauteil und auf ein das Joch 2 bildendes beziehungsweise das Joch 2 aufweisendes zweites Bauteil Bezug genommen wird. Es ist hierbei unerheblich, ob die Zähne 3 – wie in der vorliegenden ersten Ausführungsform der Erfindung – als Teil des ersten Bauteils oder des zweiten Bauteils realisiert ist. Stets ist an dem ersten Bauteil und an dem zweiten Bauteil eine korrespondierend gestaltete Fügegeometrie zum formschlüssigen Verbinden der Bauteile realisiert.
Wie insbesondere in der Detaildarstellung nach 2 ersichtlich sieht jeder Zahn 3 des Statorpakets 1 im Bereich der von dem Joch 2 abgewandten Stirnseite die Fügegeometrie 10 mit zwei gegenüberliegenden Nuten 12 vor. In die gegenüberliegenden Nuten 12 des Zahns 3 greift der Polschuh 7 mit seiner Fügegeometrie 11 ein. Die Fügegeometrie 11 des Polschuhs 7 sieht insofern zwei zu den Nuten 12 korrespondierend gestaltete Stege 13 vor. Die Stege 13 sind einander gegenüberliegend angeordnet, vergleiche 3.
Zum Verbinden des Polschuhs 7 mit dem Statorpaket 1 wird der Polschuh 7 in eine Axialrichtung 14 in die Nuten 12 des Zahns 3 eingesetzt. Die formschlüssige Festlegung wirkt insofern in eine Umfangsrichtung 15 sowie eine Radialrichtung 16 der Statorbaugruppe.
Zur Vereinfachung der Montage ist an dem Polschuh 7 im Bereich von dessen Fügegeometrie 11 eine nach Art einer Ansatzrundung 17 ausgebildete Montagehilfe vorgesehen. Die Ansatzrundung 17 erleichtert das Einstecken des Polschuhs 7 mit dem Steg 13 in die Nut 12 des Zahns 3.
Das in die Umfangsrichtung 15 geschlossen ausgebildete Joch 2 des Statorpakets 1 wird durch ein Umformen der gestapelten und gegeneinander isolierten Statorbleche 9 hergestellt. Die Statorbleche 9 werden hierzu zunächst als langgestreckte Statorbleche gemäß 4 insbesondere durch Stanzen oder Zuschneiden hergestellt. 4 zeigt ein Statorblech 9 vor dem Umformen desselben in einer Aufsicht. Das Statorblech 9 weist eine linear ausgebildete erste Längsseite 18 und eine hierzu parallele, zweite Längsseite 19 auf. An der zweiten Längsseite 19 sind regelmäßig beabstandet insgesamt fünf keilförmige Ausnehmungen 20 vorgesehen. Es sind durch die Ausnehmungen 20 insgesamt sechs Segmente an dem Statorblech 9 gebildet. Im Bereich einer jeden keilförmigen Ausnehmung 20 ist an dessen Spitze jeweils ein im Wesentlichen kreisförmiger Freischnitt 21 gebildet. An jedem zweiten Segment ist dabei mittig zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen 20 eine Blechlasche 28 vorgesehen, welche nach dem Stapeln der Statorbleche 9 die Zähne 3 formt. An einem freien Ende der Blechlasche 28 sind überdies in der dargestellten Aufsicht schwalbenschwanzartig geformte Fügeausformungen 35 vorgesehen, welche im montierten Zustand die Fügegeometrie 10 des zweiten Bauteils 2 bilden. Die Statorbleche 9 können – wie in 5 dargestellt – in sehr enger Paketierung angeordnet und kostengünstig aus einem Flächenabschnitt, beispielsweise einem blechförmigen Halbzeug aus ferromagnetischen Material, hergestellt werden.
Die 6 bis 8 zeigen die Herstellung eines Polschuhs 7 aus einem Profilabschnitt 22. Das Profilabschnitt 22 ist beispielsweise aus einem Flachprofil durch Zuschnitt herstellbar. Zur Formung des Polschuhs 7 werden zwei gegenüberliegende freie Randkanten 23 des Profilabschnitts 22 Z-förmig gefalzt. In einem Mittenbereich 24 des Profilabschnitts 22 wird die kreisbogenförmig geformte Innenfläche 8 des Polschuhs 7 durch Umformung hergestellt. Zwei sich an dem Mittenbereich 24 seitlich anschließende Randbereiche 26 des Profilabschnitts 22 werden in Richtung einer der Innenfläche 8 gegenüberliegenden Rückseite 25 des Mittenbereichs 24 so angeformt, dass sich eine Anlage der Randbereiche 26 an die Rückseite 25 des Polschuhs 7 ausbildet. Die freien Randkanten 23 ragen dabei von der Rückseite 25 des Profilabschnitts ab und formen die gegenüberliegenden Stege 13, welche in die an den Zähnen 3 vorgesehenen Nuten 12 eingesetzt werden.
Die 9 und 10 zeigen eine Montagesituation für eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Statorbaugruppe. Hierbei ist in 9 das noch nicht vollständig umgeformte Joch 2 des Statorpakets 1 mit den sechs Segmenten und insgesamt drei Zähnen 3 dargestellt. An die Zähne 3 sind zwei Spulenträgerkörper 4 mit den entsprechenden Wicklungen 5 und den elektrischen Kontakten 6 sowie den Spulenträgerkörpern 4 auf einer dem Joch 2 abgewandten Seite zugeordneten Polschuhen 7 angesetzt. Ein dritter Zahn 3 trägt den Spulenträgerkörper 4. Der Polschuh 7 wird an den Zahn 3 angesetzt, indem die an den Polschuh 7 vorgesehene Fügegeometrie 11 (Stege 13) in die an dem Zahn 3 vorgesehene Fügegeometrie 10 (Nuten 12) angesetzt wird. Der Polschuh 7 wird hierzu in die Axialrichtung 14 in die Nuten 12 eingeschoben. Nach dem Montieren der Spulenträgerkörper 4 und der Polschuhe 7 wird das Joch 2 durch Umformen der Statorbleche 9 in die Umfangsrichtung 15 geschlossen. Die keilförmigen Ausnehmungen 20 weisen hierbei einen Öffnungswinkel von 60° auf. Zusätzlich ist randseitig an dem Statorblech 9 eine Abfasung 27 von je 30° gebildet. Es ist eine Schweißnaht 33 vorgesehen zum stoffschlüssigen Verbinden der freien Enden des Jochs 2.
Eine dritte Ausformung der Polschuhe 7 nach 11 sieht im Bereich der gegenüberliegenden Stege 13 je zwei Rastnasen 30 vor. Die Rastnasen 30 sind an den freien Randkanten 23 gebildet, indem ein Umformabschnitt L-förmig freigelegt und quer zu der Axialrichtung 14 plastisch verformt wird. Die Umformung erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung in Richtung der Rückseite 25 des Polschuhs 7.
Die 12 und 13 zeigen eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Statorbaugruppe mit dem Statorpaket 1 als zweitem Bauteil sowie eine Ausschnittvergrößerung eines Zahns der Statorbaugruppe mit dem Polschuh 7 (erstes Bauteil) nach 11. Es umgreifen hierbei jeweils im Bereich der an den Zähnen 3 gebildeten Nut 12 die Rastnasen 30 die Zähne 3 derart, dass die Polschuhe 7 in die Axialrichtung 14 festgelegt sind. Die Polschuhe 7 sind insofern in ihrer axialen Lage zu den Zähnen 3 exakt positioniert und gehalten. Sie sind insbesondere gegen ein Verrutschen gesichert.
14 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Polschuhs 7 (erstes Bauteil). Der Polschuh 7 nach 14 ist durch eine Mehrzahl von geschichteten Blechen 32 gebildet. Der Polschuh 7 kann insbesondere so ausgebildet sein, dass er in die Axialrichtung 14 das Statorpaket 1 (zweites Bauteil) überragt.
15 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Statorbaugruppe mit den Polschuhen 7 gemäß 14. Die Polschuhe 7 weisen insofern als erstes Bauteil die Fügegeometrie 11 auf und werden mit der im Bereich der Zähne 3 an dem Statorpaket 1 vorgesehenen Fügegeometrie 10 des zweiten Bauteils formschlüssig verbunden. Die korrespondierende Fügegeometrie 10, 11 ist dabei schwalbenschwanzförmig ausgebildet.
Eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Statorbaugruppe nach der 16 sieht als zweites Bauteil das Joch 2 mit der an dem Joch 2 vorgesehenen Fügegeometrie 10 und als erstes Bauteil den einstückig ausgeführten Polschuh 7 mit daran angeformten Zähnen 3 vor. Im Bereich der Zähne 3 ist auf einer den Polschuhen 7 abgewandten Stirnseite der Zähne 3 die Fügegeometrie 11 ausgebildet.
Zur Montage der Statorbaugruppe nach 16 wird das Joch 2 in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet. Es wird ferner der Spulenträgerkörper 4 mit den Wicklungen 5 und den elektrischen Kontakten 6 an die Zähne 3 angesetzt und das erste Bauteil mit der im Bereich der Zähne 3 vorgesehenen Fügegeometrie 11 in die korrespondierend gestaltete Fügegeometrie 10 des Jochs 2 eingesetzt. Die Montage erfolgt hierbei wie gehabt in die Axialrichtung 14.
Das erste Bauteil ist, wie in 18 dargestellt, einstückig ausgebildet. Es ist insbesondere als ein pulvergepresstes Bauteil aus einem weichmagnetischen Material (SMC: Soft Magnetic Component) hergestellt. Der Polschuh 7 überragt dabei in der Axialrichtung 14 die Zähne 3 sowie das Joch 2 des Statorpakets 1.
19 zeigt das zur Bildung des Jochs 2 vorgesehene Statorblech 9 vor dem Umformen mit der linearen ersten Längsseite 18 und der gegenüberliegenden zweiten Längsseite 19. Im Bereich der zweiten Längsseite 19 sind wie gehabt die fünf regelmäßig beabstandeten keilförmigen Ausnehmungen 20 vorgesehen. Ferner ist an jedem zweiten Segment zwischen zwei benachbarten keilförmigen Ausnehmungen 20 die Fügegeometrie 10 des zweiten Bauteils durch korrespondierend gestaltete Fügeausnehmungen 29 erkennbar.
20 zeigt die sehr kompakte Anordnung einer großen Vielzahl von Statorblechen 9 auf einem blechförmigen Halbzeug aus einem weichmagnetischen Werkstoff. Die Statorbleche 9 für das Joch 2 können insofern kostengünstig als Stanz-beziehungsweise Schneideteile hergestellt werden. Ein Verschnitt ist sehr gering.
Während die erste bis fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Statorbaugruppe zum Herstellen des in die Umfangsrichtung 15 geschlossenen Jochs 2 die Schweißnaht 33 vorsehen, ist nach einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Statorbaugruppe eine Klammer 34 zum Verbinden der freien Enden des Jochs 2 vorgesehen. Die Klammer 34 greift hierbei formschlüssig in korrespondierend gestaltete Nuten des Jochs 2 ein.
22 zeigt eine siebte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Statorbaugruppe. Hierbei ist der Polschuh 7 vorzugsweise als ein pulvergepresstes erstes Bauteil mit einer schwalbenschwanzförmigen Fügegeometrie 11 und als zweites Bauteil das Statorpaket 1 mit dem Joch 2 und dem hieran angeformten Zähnen 3 sowie der im Bereich der dem Joch 2 abgewandten Stirnseite der Zähne 3 vorgesehenen Fügegeometrie 10 realisiert. Die Statorbaugruppe, welche zur Verdeutlichung ohne die Spulenträgerkörper 4 mit den Wicklungen 5 sowie den elektrischen Kontakten 6 dargestellt ist, wird wie gehabt durch eine Mehrzahl von Knickblechen (Statorbleche 9) hergestellt, welche im Bereich ihrer freien Enden über eine Schweißnaht 33 miteinander verbunden werden.
Gleiche Bauteile und Bauteilfunktionen sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0871282 A1 [0002]
EP 1760859 B1 [0003]

Claims

Statorbaugruppe für einen Elektromotor, insbesondere für einen dreisträngigen bürstenlosen Kleinst-Synchronmotor mit einem eisenlosen, permanentmagnetischen Rotor, – umfassend ein Statorpaket (1), welches ein Joch (2) und eine Mehrzahl von Zähnen (3) aufweist, – umfassend eine Mehrzahl von die Zähne (3) jedenfalls abschnittsweise umgreifenden Spulenträgerkörpern (4) mit hieran vorgesehenen Wicklungen (5) und – umfassend eine zu der Anzahl der Spulenträgerkörper (4) korrespondierende Anzahl von Polschuhen (7), welche den Spulenträgerkörpern (4) auf einer dem Joch (2) gegenüberliegenden Stirnseite zugeordnet sind, wobei jedenfalls das Joch (2) durch eine Mehrzahl von einzelnen Statorblechen (9) aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist, welche geschichtet und gegeneinander elektrisch isoliert sind, und wobei das aus der Mehrzahl der Statorbleche (9) gebildete Joch (2) in einem montierten Zustand der Statorbaugruppe in eine Umfangsrichtung (15) geschlossen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (2) und die Polschuhe (7) durch getrennte Bauteile gebildet sind, wobei zum Fügen der getrennten Bauteile an ebendiesen je eine Fügegeometrie (10, 11) ausgebildet ist derart, dass ein den Polschuh (7) bildendes und/oder aufweisendes erstes Bauteil formschlüssig an ein das Joch (2) aufweisendes und/oder bildendes zweites Bauteil ansetzbar ist.
Statorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil die Zähne (3) des Statorpakets (1) vorsieht, wobei die die Zähne (3) und das Joch (2) bildenden Statorbleche (9) jeweils einstückig ausgebildet sind und an den Zähnen (3) auf einer dem Joch (2) abgewandten Stirnseite derselben die Fügegeometrie (10) des zweiten Bauteils vorgesehen ist, und dass an den Polschuhen (7) die Fügegeometrie (11) des ersten Bauteils vorgesehen ist.
Statorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil die Zähne (3) vorsieht, wobei in dem montierten Zustand der Statorbaugruppe die Zähne (3) auf einer von den Polschuhen (7) wegragenden Stirnseite derselben die Fügegeometrie (11) des ersten Bauteils vorsehen, und dass an dem Joch (2) die Fügegeometrie (10) des zweiten Bauteils ausgebildet ist.
Statorbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe (7) in eine zu der Umfangsrichtung (15) senkrecht orientierten Axialrichtung (14) der Statorbaugruppe die Zähne (3) und/oder das Joch (2) wenigstens einseitig und bevorzugt beidseitig überragen.
Statorbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe (7) aus einem gefalzten Profilabschnitt (22) eines Flachprofils aus einem ferromagnetischem Material gebildet sind, wobei gegenüberliegende freie Randkanten (23) des Profilabschnitts (22) derart Z-förmig gefalzt sind, dass die Fügegeometrie (11) für das erste Bauteil gebildet ist.
Statorbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der gegenüberliegenden freien Randkanten (23) des Profilabschnitts (22) Rastnasen (30) ausgebildet sind, welche durch ein Verformen eines an den freien Randkanten (23) ausgebildeten Umformabschnitts (31) quer zu der Axialrichtung (14) gebildet sind und im montierten Zustand der Statorbaugruppe die Zähne (3) hintergreifen.
Statorbaugruppe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem durch den Profilabschnitt (22) gebildeten Polschuh (7) und/oder im Bereich der Fügegeometrie (10) des zweiten Bauteils eine Montagefase und/oder Ansatzrundung (17) ausgebildet ist.
Statorbaugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Randkanten (23) zueinander parallel ausgebildet sind.
Statorbaugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilabschnitt (22) eine Rechteckform aufweist, wobei die freien Randkanten (23) durch kurze Randkanten des Profilabschnitts (22) gebildet sind und wobei zueinander parallele lange Randkanten die freien Randkanten (23) verbinden.
Statorbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Formung des in Umfangsrichtung (15) geschlossenen Jochs (2) vorgesehenen Statorbleche (9) umgeformt sind und vor dem Umformen derselben eine linear ausgebildete erste Längsseite (18) und eine der ersten Längsseite (18) gegenüberliegende zweite Längsseite (19) vorsehen, wobei an der zweiten Längsseite (19) eine Mehrzahl von keilförmigen Ausnehmungen (20) gebildet ist.
Statorbaugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die keilförmigen Ausnehmungen (20) regelmäßig beabstandet vorgesehen sind und/oder dass im Bereich der keilförmigen Ausnehmungen (20) an einer Spitze derselben ein Freischnitt (21) und bevorzugt ein kreisförmiger Freischnitt (21) ausgebildet ist.
Statorbaugruppe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittig zwischen zwei benachbarten keilförmigen Ausnehmungen (20) von der zweiten Längsseite (19) eine zur Bildung der Zähne (3) vorgesehene Blechlasche (28) abragt, wobei an einem dem Joch (2) abgewandten freien Ende der Blechlasche (28) Fügeausformungen (35) zur Bildung der Fügegeometrie (10) des zweiten Bauteils vorgesehen sind.
Statorbaugruppe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittig zwischen zwei benachbarten keilförmigen Ausnehmungen (20) Fügeausnehmungen (19) zur Bildung der Fügegeometrie (10) für das zweite Bauteil vorgesehen ist.
Statorbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe (7) und/oder die Zähne (3) als pulvergepresste Bauteile aus einem weichmagnetischen Material hergestellt sind.
Statorbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe (7) aus einer Mehrzahl von geschichteten Blechen (32) gebildet sind.