DE102017100656A1 - Stator für einen Elektromotor und Herstellungsverfahren hierfür - Google Patents

Stator für einen Elektromotor und Herstellungsverfahren hierfür Download PDF

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Johannes Flügel
Maria Meyer
Michael Burgert
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stators (110) mit einem Gehäuse (112) für einen Elektromotor (100), aufweisend die folgenden Schritte: Bereitstellen (200) einer Statorbaugruppe (114), die eine erste Komponente (1142) mit im wesentlichen kreiszylindrischer Außenoberfläche (1142a) mit einem ersten Außendurchmesser (da1) aufweist, Bereitstellen (210) einer elektronischen Baugruppe (116), wobei die elektronische Baugruppe (116) wenigstens ein Verdrahtungsträgerelement (1160) und wenigstens einen Kühlkörper (1162) aufweist, wobei der wenigstens eine Kühlkörper (1162) eine im wesentlichen kreiszylindrische Außenoberfläche (1162a) mit einem zweiten Außendurchmesser (da2) aufweist, Anbringen (220) der elektronischen Baugruppe (116) an der Statorbaugruppe (114) in einem axialen Endbereich (114') der Statorbaugruppe (114), wodurch eine erweiterte Statorbaugruppe (1140) erhalten wird, Aufschrumpfen (230) des Gehäuses (112) auf die erweiterte Statorbaugruppe (1140).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stators mit einem Gehäuse für einen Elektromotor.
  • Die Erfindung betrifft ferner einen Stator für einen Elektromotor mit einem Gehäuse.
  • Es ist bereits bekannt, einen Stator für einen Elektromotor in einem Gehäuse anzuordnen. Herkömmliche Herstellungsverfahren weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie vergleichsweise aufwendig sind, insbesondere dann, wenn neben dem Stator noch weitere Komponenten in dem Gehäuse des Elektromotors anzuordnen sind.
  • Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art sowie einen entsprechenden Stator dahingehend zu verbessern, dass eine einfache und kostengünstige Fertigung möglich ist und ein Fehlerrisiko bei der Herstellung reduziert wird.
  • Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die folgenden Schritte gelöst: Bereitstellen einer Statorbaugruppe, die eine erste Komponente mit im wesentlichen kreiszylindrischer Außenoberfläche mit einem ersten Außendurchmesser aufweist, Bereitstellen einer elektronischen Baugruppe, wobei die elektronische Baugruppe wenigstens ein Verdrahtungsträgerelement und wenigstens einen Kühlkörper aufweist, wobei der wenigstens eine Kühlkörper eine im wesentlichen kreiszylindrische Außenoberfläche mit einem zweiten Außendurchmesser aufweist, Anbringen der elektronischen Baugruppe an der Statorbaugruppe in einem axialen Endbereich der Statorbaugruppe, wodurch eine erweiterte Statorbaugruppe erhalten wird, Aufschrumpfen des Gehäuses auf die erweiterte Statorbaugruppe.
  • Dadurch, dass erfindungsgemäß das Gehäuse auf die erweiterte Statorbaugruppe aufgeschrumpft wird, ergibt sich vorteilhaft eine vereinfachte Montage. Insbesondere erfordert das erfindungsgemäße Verfahren auch nur einen einzigen Montageschritt für das Einfügen der erweiterten Statorbaugruppe in das Gehäuse. Insbesondere werden im Rahmen dieses einzigen Montageschritts vorteilhaft sowohl die erste Komponente der Statorbaugruppe, bei der es sich beispielsweise um ein Statorblechpaket des Stators des Elektromotors handelt, als auch die elektronische Baugruppe, in das Gehäuse des Elektromotors eingebracht und darin fixiert. Dies stellt eine bedeutende Vereinfachung gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren dar, bei denen zunächst in einem ersten Arbeitsschritt das Statorblechpaket einzeln (also ohne Elektronik) in das Gehäuse eingebracht wird, und bei denen in mindestens einem weiteren Arbeitsschritt sodann eine dem Stator zugeordnete Elektronik in das Gehäuse integriert wird. Besonders nachteilig bei diesen bekannten Herstellungsverfahren ist neben der größeren Anzahl von Montageschritten die eingeschränkte Zugänglichkeit des Statorblechpakets für eine gegebenenfalls erforderliche Anbringung der zugeordneten Elektronik daran bzw. an einem Wicklungsdraht oder dergleichen. Da bei den herkömmlichen Herstellungsverfahren das Statorblechpaket und beispielsweise ein daran angeordneter Wicklungsträger nach dem ersten Herstellungsschritt bereits in das Gehäuse des Elektromotors integriert ist, ist die nachfolgende Anordnung zugehöriger Elektronik in dem Gehäuse und eine gegebenenfalls erforderliche Verbindung der Elektronik mit Komponenten des bereits in dem Gehäuse angeordneten Statorblechpakets bzw. Wicklungsträgers im Rahmen des zweiten konventionellen Herstellungsschritts außerordentlich schwierig und fehleranfällig.
  • Demgegenüber ermöglicht das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren vorteilhaft nur einen einzigen Montageschritt, um die gesamte erweiterte Statorbaugruppe in dem Gehäuse zu integrieren, wodurch eine Montagezeit und das Fehlerrisiko vorteilhaft verringert wird. Gleichzeitig kann vorteilhaft die Anbringung der elektronischen Baugruppe an der Statorbaugruppe bzw. an Komponenten hiervon noch außerhalb des Gehäuses des Elektromotors erfolgen. Mit anderen Worten sind in diesem Stadium erfindungsgemäß noch alle Seiten des Stators frei zugänglich, sodass eine effiziente Montage ermöglicht ist und eine einfache Prüfung auf Fehler ebenfalls möglich ist, verglichen mit einer Montage von weiteren, zusätzlichen Komponenten im Inneren des Gehäuses des Elektromotors.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Schritt des Aufschrumpfens das, bevorzugt im Wesentlichen gleichzeitige, Aufschrumpfen des Gehäuses auf die Außenoberfläche der ersten Komponente der Statorbaugruppe und auf die Außenoberfläche des Kühlkörpers umfasst, sodass in einem einzigen Aufschrumpfvorgang vorteilhaft gleichzeitig die erste Komponente wie beispielsweise das Statorblechpaket in dem Gehäuse fixiert wird und der Kühlkörper in dem Gehäuse fixiert wird, wodurch eine sichere mechanische Anordnung und zusätzlich auch eine gute thermische Anbindung des Kühlkörpers und des Statorblechpakets an dem Gehäuse gegeben ist.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Schritt des Aufschrumpfens die folgenden Schritte umfasst: Erwärmen des Gehäuses relativ zu der erweiterten Statorbaugruppe, Aufschieben des erwärmten Gehäuses über die erweiterte Statorbaugruppe, Abkühlen des Gehäuses. Unter dem „Erwärmen des Gehäuses relativ zu der erweiterten Statorbaugruppe“ wird vorliegend die Herstellung einer nichtverschwindenden Temperaturdifferenz zwischen dem Gehäuse und der erweiterten Statorbaugruppe verstanden, wobei das Gehäuse wärmer ist als die erweiterte Statorbaugruppe.
  • Dies kann bei einer Ausführungsform beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass, ausgehend von einem Temperaturniveau beider Komponenten (Gehäuse, erweiterte Statorbaugruppe) auf Raumtemperatur bzw. einer sonstigen Bezugstemperatur, allein die Temperatur des Gehäuses so weit erhöht wird, dass das Gehäuse auf die erweiterte Statorbaugruppe aufgeschoben werden kann bzw. die erweiterte Statorbaugruppe in das Gehäuse eingeschoben werden kann.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die betreffende Temperaturdifferenz zwischen dem Gehäuse und der erweiterten Statorbaugruppe auch durch Abkühlen der erweiterten Statorbaugruppe gegenüber dem Gehäuse bewirkt werden.
  • Bei noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die beiden vorstehenden Maßnahmen (Erwärmen des Gehäuses, Abkühlen der erweiterten Statorbaugruppe) auch miteinander kombiniert werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Außendurchmesser und der zweite Außendurchmesser jeweils so auf einen Innendurchmesser des Gehäuses abgestimmt sind, dass sich durch das Aufschrumpfen jeweils ein Querpressverband zwischen einer Innenoberfläche des Gehäuses und der Außenoberfläche der ersten Komponente und/oder zwischen der Innenoberfläche des Gehäuses und der Außenoberfläche des Kühlkörpers ergibt.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die vorstehend genannten Außendurchmesser bzw. der Innendurchmesser so aufeinander abgestimmt sind, dass sich durch das Aufschrumpfen sowohl ein Querpressverband zwischen der Innenoberfläche des Gehäuses und der Außenoberfläche der ersten Komponente ergibt als auch ein Querpressverband zwischen der Innenoberfläche des Gehäuses und der Außenoberfläche des Kühlkörpers.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind der erste Außendurchmesser und der zweite Außendurchmesser identisch zueinander. Bei weiteren Ausführungsformen können auch - in gewissen Grenzen - abweichende Außendurchmesser für den Kühlkörper bzw. die erste Komponente gewählt werden. Besonders bevorzugt beträgt eine Differenz der Außendurchmesser der beiden Komponenten weniger als etwa 1 Millimeter, weiter bevorzugt weniger als etwa 0,25 Millimeter.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass für den Schritt des Anbringens die elektronische Baugruppe zentrisch ausgerichtet wird zu der Statorbaugruppe. Dadurch kann die erweiterte Statorbaugruppe besonders einfach in das Gehäuse eingebracht werden. Ferner können dadurch unerwünschte mechanische Spannungen insbesondere im Bereich der elektronischen Baugruppe vermieden werden. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann eine Zentrierungslehre verwendet werden, um die elektronische Baugruppe möglichst zentrisch an der Statorbaugruppe anzubringen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kühlkörper thermisch leitfähig an wenigstens einer Wärmequelle der elektronischen Baugruppe fixiert wird, wobei der Schritt des Fixierens des Kühlkörpers an der wenigstens einen Wärmequelle insbesondere vor dem Anbringen der elektronischen Baugruppe an der Statorbaugruppe ausgeführt wird. Alternativ kann der Kühlkörper auch nach dem Anbringen der elektronischen Baugruppe an der Statorbaugruppe an der wenigstens einen Wärmequelle der elektronischen Baugruppe fixiert werden. Das Fixieren kann beispielsweise mittels Klemmen und/oder Verschrauben erfolgen. Alternativ oder ergänzend kommt auch ein Verkleben in Betracht.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Kühlkörper lösbar an der wenigstens einen Wärmequelle angebracht. Beispielsweise kann es sich bei der Wärmequelle um einen Leistungstransistor handeln, und der Kühlkörper kann mit einer Kühlfahne des Leistungstransistors verschraubt werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Erwärmen des Gehäuses relativ zu der erweiterten Statorbaugruppe so ausgeführt wird, dass mindestens zwischen der Außenoberfläche der ersten Komponente und der Innenoberfläche des Gehäuses zumindest zeitweise eine Spielpassung vorliegt, wodurch ein einfaches und sicheres Einführen der erweiterten Statorbaugruppe in das Gehäuse ermöglicht ist.
  • Besonders bevorzugt wird das Erwärmen des Gehäuses relativ zu der erweiterten Statorbaugruppe so ausgeführt, dass sowohl zwischen der Außenoberfläche der ersten Komponente und der Innenoberfläche des Gehäuses als auch zwischen der Außenoberfläche des Kühlkörpers und der Innenoberfläche des Gehäuses zumindest zeitweise eine Spielpassung vorliegt.
  • Eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist durch einen Stator für einen Elektromotor angegeben, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.
  • Noch eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist durch einen Stator gemäß Patentanspruch 9 angegeben.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Schutzansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
  • In der Zeichnung zeigt:
    • 1 schematisch eine Seitenansicht eines Elektromotors mit einem Stator gemäß einer Ausführungsform,
    • 2 schematisch einen teilweisen Querschnitt des Elektromotors gemäß 1,
    • 3 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Kühlkörpers gemäß einer Ausführungsform,
    • 4A ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 4B ein vereinfachtes Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 5 schematisch eine perspektivische Ansicht einer erweiterten Statorbaugruppe gemäß einer Ausführungsform, und
    • 6 schematisch eine Seitenansicht gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Elektromotors 100 mit einem Stator 110 gemäß einer Ausführungsform. Der Stator 110 ist in einem Gehäuse 112 angeordnet, das den Stator und weitere in dem Gehäuse 112 angeordnete Komponenten in an sich bekannter Weise vor äußeren Einflüssen schützt. Zusätzlich ist aus 1 eine Welle 122 ersichtlich, die in an sich bekannter Weise mit einem Rotor 120 (2) des Elektromotors 100 verbunden ist.
  • 2 zeigt schematisch einen teilweisen Querschnitt des Elektromotors 100 gemäß 1. Radial innerhalb des im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführten Gehäuses 112 ist der Stator 110 angeordnet. Radial innerhalb des Stators 110 ist vorliegend der Rotor 120 mit der Welle 122 angeordnet.
  • Erfindungsgemäß ist der Stator 110, gegebenenfalls mit weiteren Komponenten zusammen, in das Gehäuse 112 eingeschrumpft bzw. das Gehäuse 112 ist auf den Stator 110 bzw. eine den Stator 110 enthaltende Baugruppe aufgeschrumpft. Hierzu weist das Gehäuse 112 einen Innendurchmesser di auf, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Stators 110 oder wenigstens einer Komponente hiervon entspricht. Besonders bevorzugt erfolgt das Aufschrumpfen so, dass sich zwischen der Innenoberfläche 112a des Gehäuses 112 und einer dieser radial gegenüberliegenden Kontaktfläche des Stators 110 bzw. einer den Stator 110 enthaltenden Baugruppe ein Querpressverband ergibt. Weitere Details zu Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für den Stator 110 sind weiter unten unter Bezugnahme auf die 4A, 4B, 5, 6 beschrieben.
  • 3 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Kühlkörpers 1162 gemäß einer Ausführungsform. Der Kühlkörper 1162 weist eine im wesentlichen hohlzylindrische Grundform (mit Kreisquerschnitt) auf. Radial außenseitig weist der Kühlkörper 1162 dementsprechend eine im wesentlichen kreiszylindrische Außenoberfläche 1162a auf, die zur thermischen Anbindung an die Innenoberfläche 112a (2) des Gehäuses 112 vorgesehen ist, sodass eine effiziente Entwärmung von an den Kühlkörper 1162 angeschlossenen Komponenten (nicht gezeigt) über das Gehäuse 112 möglich ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kühlkörper 1162 ein oder mehrere radial nach innen ragende Kontaktbereiche 1162b auf, die zur, vorzugsweise lösbaren, mechanischen und thermischen Kontaktierung wenigstens einer Wärmequelle einer dem Stator 110 (2) zugeordneten elektronischen Baugruppe dienen.
  • Beispielhaft weist der Kontaktbereich 1162b hierzu wenigstens eine Öffnung bzw. Bohrung 1162c auf, über die eine Wärmequelle wie beispielsweise ein Leistungshalbleiterelement beispielsweise ein Leistungstransistor, lösbar mit dem Kontaktbereich 1162b verbindbar ist, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung.
  • Vorliegend weist der Kühlkörper 1162 insgesamt drei radial nach innen ragenden Kontaktbereiche 1162b auf, sodass wenigstens drei in unterschiedlichen Winkelbereichen angeordnete Wärmequellen bzw. Leistungstransistoren mit dem Kühlkörper 1162 verbindbar sind. Beispielsweise kann es sich hierbei um Leistungstransistoren handeln, welche jeweils einer elektrischen Phase des Elektromotors 100 (1) zugeordnet sind.
  • Nachstehend ist unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm gemäß 4A eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für den Stator 110 beschrieben.
  • In einem ersten Schritt 200 wird eine Statorbaugruppe 114 bereitgestellt. Die Statorbaugruppe 114 weist eine erste Komponente mit im wesentlichen kreiszylindrischer Außenoberfläche mit einem ersten Außendurchmesser auf.
  • Eine derartige Statorbaugruppe 114 ist beispielhaft in 5 abgebildet. Die Statorbaugruppe 114 weist als erste Komponente beispielsweise ein Statorblechpaket 1142 auf. Das Statorblechpaket 1142 weist eine im wesentlichen kreiszylindrische Außenoberfläche 1142a auf. Ferner weist das Statorblechpaket 1142 einen ersten Außendurchmesser da1 auf.
  • Erfindungsgemäß ist der Statorbaugruppe 114 vorteilhaft wenigstens eine elektronische Baugruppe 116 zugeordnet, die ebenfalls beispielhaft in 5 abgebildet ist. Die elektronische Baugruppe 116 kann beispielsweise ein oder mehrere elektronische Bauelemente aufweisen, die zur Ansteuerung des Elektromotors 100 bzw. von Komponenten hiervon (beispielsweise Statorwicklungen, Sensorik) dienen.
  • Dementsprechend wird in einem zweiten Schritt 210 (4A) des erfindungsgemäßen Verfahrens die wenigstens eine elektronische Baugruppe 116 (5) bereitgestellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die elektronische Baugruppe 116 wenigstens ein Verdrahtungsträgerelement 1160 auf, vergleiche 5. Bei dem Verdrahtungsträgerelement 1160 kann es sich beispielsweise um eine Schaltungsträgerplatte (Platine) handeln. Ferner weist die elektronische Baugruppe 116 wenigstens einen Kühlkörper 1162 auf, der vorliegend bereits unter Bezugnahme auf 3 beschrieben worden ist. Der Kühlkörper 1162 weist wie bereits erwähnt eine im wesentlichen kreiszylindrische Außenoberfläche 1162a mit einem zweiten Außendurchmesser da2 auf.
  • Um eine effiziente Montage des Stators 110 zu ermöglichen, ist in einem weiteren Schritt 220 (4A) des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, dass die elektronische Baugruppe 116 (5) an der Statorbaugruppe 114 angebracht wird, und zwar in einem axialen Endbereich 114' der Statorbaugruppe 114. Hierdurch wird eine erweiterte Statorbaugruppe 1140 erhalten, die die Statorbaugruppe 114 und die daran angebrachte elektronische Baugruppe 116 mit ihrem Kühlkörper 1162 aufweist. Die erweiterte Statorbaugruppe 1140 stellt vorteilhaft ein vergleichsweise kompaktes Bauteil dar, das entsprechend einfach in der Handhabung ist.
  • Sodann wird in einem weiteren Schritt 230 (4A) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Gehäuse 112 (2) auf die erweiterte Statorbaugruppe 1140 aufgeschrumpft. Bei dem Aufschrumpfen 230 wird somit vorteilhaft die erweiterte Statorbaugruppe 1140 mechanisch und thermisch gut leitfähig innerhalb des Gehäuses 112 fixiert. Insbesondere sind die Außendurchmesser da1, da2 der Komponenten 1142, 1162 (5) so auf den Innendurchmesser di (2) des Gehäuses 112 abgestimmt, dass beide Komponenten 1142, 1162 insbesondere vollflächig und thermisch gut leitend an der Innenoberfläche 112a des Gehäuses 112 anliegen, sodass eine effiziente Entwärmung des Kühlrings 1162 über das Gehäuse 112 und des Statorblechpakets 1142 über das Gehäuse 112 ermöglicht ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt 230 (4A) des Aufschrumpfens das, bevorzugt im Wesentlichen gleichzeitige, gemeinsame Aufschrumpfen des Gehäuses 112 auf die Außenoberfläche 1142a der ersten Komponente 1142 (vorliegend Statorblechpaket) und auf die Außenoberfläche 1162a des Kühlkörpers 1162. Dadurch ist vorteilhaft ein einziger Aufschrumpfvorgang erforderlich, um die erweiterte Statorbaugruppe 1140 in dem Gehäuse 112 zu fixieren.
  • 4B zeigt ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die nachfolgend näher beschriebenen Schritte 232, 234, 236 haben besonders bevorzugte Varianten des vorstehend unter Bezugnahme auf 4A beschriebenen Schritts 230 des Aufschrumpfens zum Gegenstand.
  • In einem ersten Schritt 232 erfolgt ein Erwärmen des Gehäuses 112 (2) relativ zu der erweiterten Statorbaugruppe 1140 (5). Das relative Erwärmen des Gehäuses 112 kann beispielsweise durch ein alleiniges Erwärmen des Gehäuses 112, nicht jedoch der erweiterten Statorbaugruppe 1140, erfolgen, oder auch durch ein Abkühlen der Statorbaugruppe 1140 gegenüber dem Gehäuse 112, oder durch Kombinationen hiervon.
  • Nach dem Erwärmen 232 wird das erwärmte Gehäuse 112 in Schritt 234 in axialer Richtung auf die erweiterte Statorbaugruppe 1140 (5) aufgeschoben, und zwar bevorzugt so weit, dass sowohl die Außenoberfläche 1142a des Statorblechpakets 1142 als auch die Außenoberfläche 1162a des Kühlkörpers 1162 vollständig der Innenoberfläche 112a des Gehäuses 112 gegenüberliegt.
  • Alternativ zu dem Aufschieben des Gehäuses 112 auf die erweiterte Statorbaugruppe 1140 kann auch die erweiterte Statorbaugruppe 1140 in das Gehäuse 112 hineingeschoben werden, oder beide Elemente 112, 1140 können aufeinander zu bewegt werden.
  • In einem nachfolgenden Schritt 236 (4B) erfolgt ein Abkühlen des Gehäuses 112.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Außendurchmesser da1 (5) und der zweite Außendurchmesser da2 (5) jeweils so auf den Innendurchmesser di des Gehäuses 112 (2) abgestimmt sind, dass sich durch das Aufschrumpfen 230 (4A) jeweils ein Querpressverband zwischen der Innenoberfläche 112a des Gehäuses 112 und der Außenoberfläche 1142a der ersten Komponente 1142 (Statorblechpaket) und zwischen der Innenoberfläche 112a des Gehäuses 112 und der Außenoberfläche 1162a des Kühlkörpers 1162 ergibt.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird für den Schritt 220 (4A) des Anbringens die elektronische Baugruppe 116 zentrisch ausgerichtet zu der Statorbaugruppe 114, was insbesondere unter Verwendung einer Zentrierungslehre erfolgen kann. Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass der Fügevorgang, also das Einbringen der erweiterten Statorbaugruppe 1140 in das Gehäuse, weitgehend kräftefrei erfolgt. Sobald das Gehäuse 112 auf die erweiterte Statorbaugruppe 1140 aufgeschrumpft ist, wirken vorteilhaft nur radiale Druckkräfte über den gesamten Umfang der erweiterten Statorbaugruppe 1140 bzw. deren Komponenten 1142, 1162, die sich jeweils kompensieren.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Erwärmen 232 (4B) des Gehäuses 112 (2) relativ zu der erweiterten Statorbaugruppe 1140 (5) so ausgeführt, dass mindestens zwischen der Außenoberfläche der ersten Komponente und der Innenoberfläche des Gehäuses zumindest zeitweise eine Spielpassung vorliegt.
  • Besonders bevorzugt wird das Erwärmen, vergleiche Schritt 232 gemäß 4B, so ausgeführt, dass sowohl zwischen der Außenoberfläche 1142a (5) der ersten Komponente 1142 und der Innenoberfläche 112a des Gehäuses 112 als auch zwischen der Außenoberfläche 1162a des Kühlkörpers 1162 und der Innenoberfläche 112a des Gehäuses 112 zumindest zeitweise eine Spielpassung vorliegt, was ein einfaches Einbringen der erweiterten Statorbaugruppe 1140 in das Gehäuse 112 ermöglicht.
  • 6 zeigt schematisch eine Seitenansicht gemäß einer weiteren Ausführungsform. Gemäß dieser Ausführungsform weist das Gehäuse 112 einen monolithischen Grundkörper 1120 mit im wesentlichen hohlzylindrischer Grundform auf. Bei dem Grundkörper kann es sich beispielsweise um einen Abschnitt eines entsprechenden Rohres bzw. Profils handeln. Die Stirnseiten des Grundkörpers 1120 sind mit in 6 nicht näher bezeichneten Lagerschilden abgedeckt. Bevorzugt ist die erweiterte Statorbaugruppe 1140 umfassend die Statorbaugruppe 114 und die daran angeordnete elektronische Baugruppe 116 so entlang der Längsachse und innerhalb des Grundkörpers 1120 angeordnet, dass die elektronische Baugruppe 116 um einen ersten Abstand d1 von einem zu ihr proximalen axialen Endbereich 1120' des Grundkörpers 1120 entfernt angeordnet ist. Bevorzugt ist der erste Abstand d1 größer gleich 1 cm, vorzugweise größer gleich 2 cm.
  • Die in 6 abgebildete Konfiguration kann besonders einfach mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellt werden, weil die erweiterte Statorbaugruppe 1140 vorteilhaft als bauliche Einheit in das Gehäuse 112 bzw. dem Grundkörper 1120 eingebracht und dort eingeschrumpft bzw. das Gehäuse 112 bzw. der Grundkörper 1120 auf die erweiterte Statorbaugruppe 1140 aufgeschrumpft wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Außendurchmesser da1 des Statorblechpakets 1142 (5) und der Außendurchmesser da2 des Kühlkörpers 1162 (nur) um so viel größer als der Innendurchmesser di des Gehäuses 112 (2), dass durch den Schritt des Erwärmens 332 (4B) des Gehäuses 112 zumindest zeitweise eine Spielpassung herstellbar ist, die ein einfaches, kräftefreies Fügen der Komponenten 1140, 112 ermöglicht. Gleichzeitig sind die vorstehend genannten Außendurchmesser da1, da2 und der Innendurchmesser di so gewählt bezugsweise aufeinander abgestimmt, dass sich nach dem Abkühlen, vergleiche Schritt 236 gemäß 4B, ein Querpressverband zwischen den Komponenten 1142, 112 und den Komponenten 1162,112 ergibt. In diesem fertig gepressten Zustand wirken demnach nur radiale Druckkräfte über den gesamten Umfang der Komponenten 1142, 1162, die sich kompensieren. Weiter ist bei der erfindungsgemäßen Montageart nur ein Montageschritt (Fügen der erweiterten Statorbaugruppe 1140 in das Gehäuse 112) erforderlich, was die Montagezeit und das Fehlerrisiko verringert. Ebenso ist vorteilhaft nur ein Schrumpfvorgang 230 (4A) erforderlich, um sowohl das Statorblechpaket 1142 als auch den Kühlkörper bzw. Kühlring 1162 in guten thermischen Kontakt mit dem Gehäuse 112 zu bringen und in dieser Lage zu fixieren.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erweiterte Statorbaugruppe 1140 umfassend die Statorbaugruppe 114 und die elektronische Baugruppe 116 nicht durch zu viele Verbindungsstellen überbestimmt, sodass keine inneren Spannungen auf die Elektronik der elektronischen Baugruppe 116 wirken. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektronische Baugruppe 116 beispielsweise mittels drei Schraubverbindungen an der Statorbaugruppe 114 angebracht. Dies kann besonders bevorzugt beispielsweise unter Verwendung von entsprechenden Gewindebolzen 1164 bewirkt werden, vergleiche 5.
  • Besonders bevorzugt weist der Kühlkörper 1162 gemäß einer Ausführungsform eine geschlossene Ringform auf, vergleiche 3. Die Anzahl und/oder Anordnung von radial nach innen ragenden Kontaktbereichen 1162b kann bei weiteren Ausführungsformen vorteilhaft variieren.
  • Bei weiteren Ausführungsformen (nicht abgebildet) ist auch vorstellbar, mindestens einen weiteren Kühlkörper bzw. eine sonstige Komponente, welche über eine kreiszylinderförmige Außenfläche verfügt, in das Gehäuse 112 gemeinsam mit den anderen Komponenten 1140 einzuschrumpfen.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Stators (110) mit einem Gehäuse (112) für einen Elektromotor (100), aufweisend die folgenden Schritte: - Bereitstellen (200) einer Statorbaugruppe (114), die eine erste Komponente (1142) mit im wesentlichen kreiszylindrischer Außenoberfläche (1142a) mit einem ersten Außendurchmesser (da1) aufweist, - Bereitstellen (210) einer elektronischen Baugruppe (116), wobei die elektronische Baugruppe (116) wenigstens ein Verdrahtungsträgerelement (1160) und wenigstens einen Kühlkörper (1162) aufweist, wobei der wenigstens eine Kühlkörper (1162) eine im wesentlichen kreiszylindrische Außenoberfläche (1162a) mit einem zweiten Außendurchmesser (da2) aufweist, - Anbringen (220) der elektronischen Baugruppe (116) an der Statorbaugruppe (114) in einem axialen Endbereich (114') der Statorbaugruppe (114), wodurch eine erweiterte Statorbaugruppe (1140) erhalten wird, - Aufschrumpfen (230) des Gehäuses (112) auf die erweiterte Statorbaugruppe (1140).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Aufschrumpfens (230) das, bevorzugt im Wesentlichen gleichzeitige, Aufschrumpfen des Gehäuses (112) auf die Außenoberfläche (1142a) der ersten Komponente (1142) der Statorbaugruppe (114) und auf die Außenoberfläche (1162a) des Kühlkörpers (1162) umfasst.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Aufschrumpfens (230) die folgenden Schritte umfasst: Erwärmen (232) des Gehäuses (112) relativ zu der erweiterten Statorbaugruppe (1140), Aufschieben (234) des erwärmten Gehäuses (112) über die erweiterte Statorbaugruppe (1140), Abkühlen (236) des Gehäuses (112).
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Außendurchmesser (da1) und der zweite Außendurchmesser (da2) jeweils so auf einen Innendurchmesser (di) des Gehäuses (112) abgestimmt sind, dass sich durch das Aufschrumpfen (230) jeweils ein Querpressverband zwischen einer Innenoberfläche (112a) des Gehäuses (112) und der Außenoberfläche (1142a) der ersten Komponente (1142) und/oder zwischen der Innenoberfläche (112a) des Gehäuses (112) und der Außenoberfläche (1162a) des Kühlkörpers (1162) ergibt.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für den Schritt des Anbringens (220) die elektronische Baugruppe (116) zentrisch ausgerichtet wird zu der Statorbaugruppe (114), insbesondere unter Verwendung einer Zentrierungslehre.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (1162) thermisch leitfähig an wenigstens einer Wärmequelle der elektronischen Baugruppe (116) fixiert wird, wobei der Schritt des Fixierens des Kühlkörpers (1162) an der wenigstens einen Wärmequelle insbesondere vor dem Anbringen (220) der elektronischen Baugruppe (116) an der Statorbaugruppe (114) oder nach dem Anbringen (220) der elektronischen Baugruppe (116) an der Statorbaugruppe (114) ausgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das Erwärmen (232) des Gehäuses (112) relativ zu der erweiterten Statorbaugruppe (1140) so ausgeführt wird, dass mindestens zwischen der Außenoberfläche (1142a) der ersten Komponente (1142) und der Innenoberfläche (112a) des Gehäuses (112) zumindest zeitweise eine Spielpassung vorliegt, wobei bevorzugt das Erwärmen (232) des Gehäuses (112) relativ zu der erweiterten Statorbaugruppe (1140) so ausgeführt wird, dass sowohl zwischen der Außenoberfläche (1142a) der ersten Komponente (1142) und der Innenoberfläche (112a) des Gehäuses (112) als auch zwischen der Außenoberfläche (1162a) des Kühlkörpers (1162) und der Innenoberfläche (112a) des Gehäuses (112) zumindest zeitweise eine Spielpassung vorliegt.
  8. Stator (110) für einen Elektromotor (100), hergestellt nach einem Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche.
  9. Stator (110) für einen Elektromotor (100) mit einem Gehäuse (112), wobei der Stator (110) eine Statorbaugruppe (114) aufweist, die eine erste Komponente (1142) mit im wesentlichen kreiszylindrischer Außenoberfläche (1142a) mit einem ersten Außendurchmesser (da1) aufweist, wobei der Stator (110) ferner eine elektronische Baugruppe (116) aufweist, die wenigstens ein Verdrahtungsträgerelement (1160) und wenigstens einen Kühlkörper (1162) aufweist, wobei der wenigstens eine Kühlkörper (1162) eine im wesentlichen kreiszylindrische Außenoberfläche (1162a) mit einem zweiten Außendurchmesser (da2) aufweist, wobei die elektronische Baugruppe (116) in einem axialen Endbereich (114') an der Statorbaugruppe (114) angebracht ist und zusammen mit der Statorbaugruppe (114) eine erweiterte Statorbaugruppe (1140) bildet, und wobei das Gehäuse (112) auf die erweiterte Statorbaugruppe (1140) aufgeschrumpft ist.
  10. Stator (110) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei das Gehäuse (112) auf die Außenoberfläche (1142a) der ersten Komponente (1142) der Statorbaugruppe (114) und auf die Außenoberfläche (1162a) des Kühlkörpers (1162) aufgeschrumpft ist.
  11. Stator (110) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei ein Querpressverband zwischen einer Innenoberfläche (112a) des Gehäuses (112) und der Außenoberfläche (1142a) der ersten Komponente (1142) und zwischen der Innenoberfläche (112a) des Gehäuses (112) und der Außenoberfläche (1162a) des Kühlkörpers (1162) besteht.
  12. Stator (110) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die erste Komponente (1142) ein Statorblechpaket ist bzw. aufweist.
  13. Stator (110) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Kühlkörper (1162) eine im wesentlichen hohlzylindrische Grundform aufweist, wobei insbesondere der Kühlkörper (1162) wenigstens einen radial nach innen ragenden Kontaktbereich (1162b) zur, vorzugsweise lösbaren, mechanischen und thermischen Kontaktierung wenigstens einer Wärmequelle der elektronischen Baugruppe (116) aufweist.
  14. Stator (110) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Gehäuse (112) einen monolithischen Grundkörper (1120) mit im wesentlichen hohlzylindrischer Grundform aufweist, und wobei die erweiterte Statorbaugruppe (1140) so entlang einer Längsachse und innerhalb des Grundkörpers (1120) angeordnet ist, dass die elektronische Baugruppe (116) um einen ersten Abstand (d1) von einem zu ihr proximalen axialen Endbereich (1120') des Grundkörpers (1120) entfernt angeordnet ist, wobei der erste Abstand (d1) größer gleich 1 Zentimeter ist, vorzugsweise größer gleich 2 Zentimeter.
  15. Elektromotor (100) mit einem Stator (110) nach einem der Ansprüche 8 bis 14.
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