DE102017202546A1 - Stator of an electric motor and electric motor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Stator (8) eines Elektromotors (2) mit einem Statorjoch (14), welches eine Anzahl von radial gerichteten Statorzähnen (12) aufweist und mit einer auf den Statorzähnen (12) angeordneten, mehrere Phasen umfassenden Drehfeldwicklung versehen ist, wobei jede Phase mindestens eine Spule umfasst, die auf einen isolierenden Spulenkörper (16) aufgebracht und mit diesem auf einen Statorzahn (12) aufgesetzt ist, wobei der oder jeder Spulenkörper (16) mindestens ein radial erhabenes Abstandselement (18, 34, 36, 40, 42) aufweist, welches dem Außenumfang (26) des Statorjochs (14) radial übersteht. The invention relates to a stator (8) of an electric motor (2) having a stator yoke (14) which has a number of radially directed stator teeth (12) and is provided with a multi-phase rotating field winding arranged on the stator teeth (12) each phase comprises at least one coil which is applied to an insulating bobbin (16) and placed thereon on a stator tooth (12), wherein the or each bobbin (16) at least one radially raised spacer element (18, 34, 36, 40, 42) which projects radially beyond the outer circumference (26) of the stator yoke (14).
Description
Die Erfindung betrifft einen Stator eines Elektromotors, insbesondere für einen Lenkungsantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Statorblechpaket, welches eine Anzahl von radial gerichteten Statorzähnen aufweist und mit einer auf den Statorzähnen angeordneten, mehrere Phasen umfassenden Drehfeldwicklung versehen ist.The invention relates to a stator of an electric motor, in particular for a steering drive of a motor vehicle, having a stator lamination stack which has a number of radially directed stator teeth and is provided with a rotor phase winding arranged on the stator teeth and comprising several phases.
Heutzutage weisen viele Kraftfahrzeuge eine Servolenkung auf, welche eine Lenkkraft, die zu einer Betätigung eines Lenkrads bei einem Lenken im Stillstand oder im Falle niedriger Fahrzeuggeschwindigkeiten benötigt wird, reduziert. Die Servolenkung unterstützt hierbei einen Kraftfahrzeugnutzer beim Lenken, indem die von dem Kraftfahrzeugnutzer aufgebrachte Lenkkraft beispielsweise mit einem Hydrauliksystem oder mit einem Elektromotor unterstützt wird.Today, many motor vehicles have a power steering system that reduces a steering effort needed to operate a steering wheel when steering at a standstill or in the case of low vehicle speeds. The power steering in this case supports a motor vehicle user when steering by the force applied by the motor vehicle user steering force is supported for example with a hydraulic system or with an electric motor.
Bei einer elektromotorischen Servolenkung (EPS: Electric Power Steering, EPAS: Electric Power Assisted Steering) unterstützt und überlagert ein an der Mechanik des Lenkrads (Lenksäule, Lenkgetriebe) angeordneter Elektromotor die Lenkbewegungen des Kraftfahrzeugnutzers mit einer erzeugten Hilfskraft. Für derartige elektromotorische Antriebe (Lenkungsantriebe) werden zunehmend häufig sogenannte bürstenlose Elektromotoren (bürstenloser Gleichstrommotor, BLDC-Motor) eingesetzt, bei denen die verschleißanfälligen Bürstenelemente eines starren (mechanischen) Kommutators durch eine elektronische Kommutierung des Motorstroms ersetzt sind.In electric motor assisted steering (EPS), an electric motor arranged on the mechanics of the steering wheel (steering column, steering gear) supports and superimposes the steering motions of the motor vehicle user with a generated auxiliary power. So-called brushless electric motors (brushless DC motor, BLDC motor) are increasingly used for such electric motor drives (steering drives), in which the wear-prone brush elements of a rigid (mechanical) commutator are replaced by an electronic commutation of the motor current.
Ein derartiger bürstenloser Elektromotor als elektrische (Drehstrom-)Maschine weist prinzipiell einen feststehenden (stationären) Stator mit einem Statorblechpaket mit einer Anzahl von beispielsweise sternförmig angeordneten Statorzähnen auf. Die Statorzähne tragen eine elektrische Drehfeldwicklung in Form einzelner (Stator-)Spulen beziehungsweise Spulenwicklungen (Phasenwicklungen), welche ihrerseits aus einem Isolierdraht (Spulendraht) gewickelt sind. Die Phasenwicklungen sind mit deren Spulen- oder Phasenenden einzelnen (Motor-)Strängen beziehungsweise (Motor-)Phasen zugeordnet und untereinander in einer vorbestimmten Weise verschaltet.Such a brushless electric motor as electric (three-phase) machine has in principle a fixed (stationary) stator with a laminated stator core with a number of, for example, star-shaped stator teeth. The stator teeth carry a rotating electrical field winding in the form of individual (stator) coils or coil windings (phase windings), which in turn are wound from an insulated wire (coil wire). The phase windings are associated with the coil or phase ends of individual (motor) strands or (motor) phases and interconnected in a predetermined manner.
Im Falle eines bürstenlosen Elektromotors als dreiphasige Drehstrommaschine weist der Stator drei Phasen und damit zumindest drei Phasenleiter oder Phasenwicklungen auf, die jeweils phasenversetzt mit elektrischem Strom beaufschlagt werden, um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen, in dem ein üblicherweise mit Permanentmagneten versehener Rotor oder Läufer rotiert. Die Phasenenden der Phasenwicklungen werden zur Ansteuerung des Elektromotors über Phasenanschlüsse an eine Motorelektronik geführt. Die Spulenwicklungen der Drehfeldwicklung werden hierbei mittels der Spulenenden in bestimmter Weise miteinander verschaltet. Die Art der Verschaltung der Spulenenden ist durch das Wickelschema beziehungsweise den Wicklungsaufbau der Drehfeldwicklung bestimmt, wobei als Wickelschema eine Sternschaltung, eine Dreiecksschaltung oder eine Kombination hieraus üblich ist.In the case of a brushless electric motor as a three-phase three-phase machine, the stator has three phases and thus at least three phase conductors or phase windings, which are supplied in each case out of phase with electrical current to produce a magnetic rotating field in which a usually provided with permanent magnets rotor or rotor rotates. The phase ends of the phase windings are guided to drive the electric motor via phase connections to an engine electronics. The coil windings of the rotating field winding are in this case interconnected by means of the coil ends in a certain way. The type of interconnection of the coil ends is determined by the winding scheme or the winding structure of the rotating field winding, wherein as a winding scheme, a star connection, a triangular circuit or a combination thereof is common.
Statoren für Lenkungsantriebe werden in der Regel im Bereich ihres Außenumfangs in einem Motorgehäuse des Elektromotors gelagert beziehungsweise aufgehängt. Dabei ist es wünschenswert, dass der Stator und damit der Elektromotor möglichst raumsparend und gewichtsarm ausgeführt (konstruiert) ist. Dies kann erreicht werden, indem ein zylinderförmiges, die Statorzähne umgreifendes, Statorjoch eine möglichst geringe radiale Dicke aufweist. Dies führt jedoch im elektromotorischen Betrieb dazu, dass sich das Statorjoch im Bereich der Anbindungsstellen der Statorzähne infolge der auftretenden elektromotorischen Kräfte radial einwärts einwölbt. Dies kann in unerwünschter Weise zu einer Geräuschentwicklung und/oder Vibrationen des Stators im Motor- oder Antriebsgehäuse führen (Körperschall), welche sich nachteilig auf die akustischen Eigenschaften des Elektromotors beziehungsweise des Lenkungsantriebs auswirken.Stators for steering drives are usually stored or suspended in the region of its outer circumference in a motor housing of the electric motor. It is desirable that the stator and thus the electric motor designed as possible space-saving and low-weight (constructed). This can be achieved by a cylindrical, the stator teeth encompassing, Statorjoch has the smallest possible radial thickness. However, this leads in the electromotive operation to the fact that the Statorjoch bulges radially inward in the region of the connection points of the stator teeth due to the electromotive forces occurring. This can undesirably lead to a noise and / or vibration of the stator in the engine or drive housing (structure-borne sound), which adversely affect the acoustic properties of the electric motor or the steering drive.
Aus der
Im Montagezustand liegt der Entkopplungsring lediglich mit dessen dem Stator abgewandten axialen Außenringabschnitt an der Innenwand des Motorgehäuses an, während der Außendurchmesser des dem Stator zugewandten Innenringabschnitts des Entkopplungsrings kleiner oder gleich dem Außendurchmesser des Stators ist. An den Entkopplungsring sind axiale Flügellaschen angeformt, die in korrespondierende Fügekonturen des Stators eingreifen. Hiermit sowie mittels einer an der Außenkante in den Außenringabschnitt eingebrachten Nut oder einem dort angeformten Zapfen, die beziehungsweise der im Montagezustand mit einer gehäuseseitigen Gegenkontur zusammenwirkt, ist der Entkopplungsring statorseitig gehäuseseitig drehlagerfixiert.In the assembled state, the decoupling ring rests against the inner wall of the motor housing only with its axial outer ring section remote from the stator, while the outer diameter of the inner ring section of the decoupling ring facing the stator is less than or equal to the outer diameter of the stator. At the decoupling axial wing flaps are formed, which engage in corresponding joining contours of the stator. Hereby and by means of a groove introduced at the outer edge into the outer ring portion or a pin formed thereon, which cooperates in the assembled state with a housing-side mating contour, the decoupling ring is torsionally fixed on the housing side of the housing.
Aus der
Nachteiligerweise sind für unterschiedliche Topologien der Drehfeldwicklung - beispielsweise bei einer 8-poligen oder 10-poligen Ausführung des Elektromotors - unterschiedliche Entkopplungsringe notwendig, um die Geräuschentwicklung zuverlässig zu unterdrücken. Weiterhin benötigen derartige Entkopplungsringe einen zusätzlichen axialen Bauraum ober- und/oder unterhalb des Stators, wodurch die Baugröße des Elektromotors beziehungsweise des Lenkungsantriebs nachteilig vergrößert wird.Disadvantageously, different decoupling rings are necessary for different topologies of the rotating field winding - for example in the case of an 8-pole or 10-pole version of the electric motor - in order to reliably suppress the noise development. Furthermore, such decoupling rings require an additional axial space above and / or below the stator, whereby the size of the electric motor or the steering drive is adversely increased.
Des Weiteren ist eine Toleranzkette hinsichtlich des radialen Abstandes zwischen dem Außenumfang des Stators und/oder des Entkopplungsrings und dem Innenumfang des Motorgehäuses vorhanden, welche einen wesentlichen Einfluss hinsichtlich der Koaxialität zum Rotor aufweist, und somit die Akustik, Störmomente und das erzeugbare Drehmoment des Antriebs beeinflusst.Furthermore, there is a tolerance chain with regard to the radial distance between the outer circumference of the stator and / or the decoupling ring and the inner circumference of the motor housing, which has a significant influence on the coaxiality with the rotor, and thus influences the acoustics, disturbance torques and the producible torque of the drive ,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Stator für einen Elektromotor anzugeben, mit dem eine akustisch verbesserte Kopplung zu einem Motorgehäuse des Elektromotors ermöglicht ist. Des Weiteren soll ein mit einem derartigen Stator versehener Elektromotor mit möglichst weitgehend reduzierter Geräusch- beziehungsweise Körperschallentwicklung angegeben werden.The invention has for its object to provide a stator for an electric motor, with which an acoustically improved coupling is made possible to a motor housing of the electric motor. Furthermore, an electric motor provided with such a stator should be specified with as much noise or structure-borne noise as possible being reduced.
Hinsichtlich des Stators wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.With regard to the stator, the object is achieved with the features of claim 1 and with respect to the electric motor with the features of claim 9 according to the invention. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the respective subclaims.
Der erfindungsgemäße Stator umfasst einStatorjoch mit einer Anzahl von sternförmig angeordneten und radial nach innen gerichteten Statorzähnen. Die Statorzähne sind mit einer mehrphasigen Drehfeldwicklung versehen, wobei jede Phase mindestens eine Spule oder Spulenwicklung (Phasenwicklung) umfasst, die ein erstes und ein zweites Spulenende aufweist, mittels denen die jeweilige Spule elektrisch verbunden ist. Die Spulen sind hierbei insbesondere als Einzelspulen auf jeweils einem Statorzahn angeordnet. Alternativ sind auch Doppel- oder Mehrfachspulen denkbar, deren Spulenwicklung auf zwei oder mehreren Statorzähnen aufgebracht ist.The stator according to the invention comprises a stator yoke with a number of star-shaped and radially inwardly directed stator teeth. The stator teeth are provided with a multi-phase rotating field winding, each phase comprising at least one coil or coil winding (phase winding) having a first and a second coil end, by means of which the respective coil is electrically connected. The coils are in this case arranged in particular as individual coils on a respective stator tooth. Alternatively, double or multiple coils are conceivable, the coil winding is applied to two or more stator teeth.
Der Stator weist beispielsweise einen radial innenseitig offenen Polschuh auf, sodass die Statorzähne von einer zentralen Öffnung des Stators aus bestückbar sind. Die Spulenenden sind im Montagezustand beispielsweise mittels einer stirnseitig aufsetzbaren Kontakteinrichtung zu den (Motor-)Phasen verschaltet oder verschaltbar.The stator has, for example, a pole piece which is open radially on the inside, so that the stator teeth can be loaded from a central opening of the stator. The coil ends are connected in the assembled state, for example by means of a front side attachable contact device to the (motor) phases or interconnected.
Das Statorjoch und die Statorzähne des Stators können beispielsweise einteilig beziehungsweise einstückig oder auch mehrteilig beziehungsweise mehrstückig ausgebildet sein. In einer möglichen Ausführung weist der Stator beispielsweise ein Statorblechpaket mit einem Statorjoch als eine zylinderförmige äußere Statorkomponente und mit einem separaten Statorstern als eine sternförmige innere Statorkomponente mit einer Anzahl von radial nach außen gerichteten Statorzähnen auf. Das Statorjoch und der Statorstern sind im Füge- oder Montagezustand des Stators beispielsweise kraft- oder reibschlüssig miteinander verpresst. Ebenso denkbar ist beispielsweise eine unsegmentierte Ausgestaltung des Statorjochs und der Statorzähne (Solid-Stator) oder auch eine Ausgestaltung des Statorjochs und der Statorzähne als Pol- oder Panzerkette.The stator yoke and the stator teeth of the stator may be formed, for example, in one piece or in one piece or else in several parts or multiple pieces. In one possible embodiment, the stator has, for example, a stator lamination stack with a stator yoke as a cylindrical outer stator component and with a separate stator star as a star-shaped inner stator component with a number of radially outwardly directed stator teeth. The Statorjoch and the stator are in the joining or mounting state of the stator, for example, force or frictionally pressed together. It is also conceivable, for example, an unsegmented embodiment of the stator yoke and the stator teeth (solid stator) or even an embodiment of the stator yoke and the stator teeth as a pole or curb chain.
Die Spulen weisen jeweils eine Spulen- beziehungsweise Phasenwicklung auf, welche auf einen isolierenden Spulenträger (Spulenkörper) gewickelt ist. Die Spulenträger sind beispielsweise jeweils auf einem Statorzahn aufgesetzt. Mit anderen Worten sind die die Spulen bildenden Spulenwicklungen jeweils um einen den jeweiligen Statorzahn umgreifenden Spulenträger gewickelt.The coils each have a coil or phase winding, which is wound on an insulating coil carrier (bobbin). The bobbins are, for example, each placed on a stator tooth. In other words, the coil windings forming the coils are each wound around a coil carrier which encompasses the respective stator tooth.
Der aus einem isolierenden Material, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial, hergestellte Spulenträger ist beispielsweise ein einteiliger oder mehrteiliger, etwa rechteckiger Rohrabschnitt. Der Spulenträger weist vorzugsweise stirnseitige, dass bedeutet senkrecht zur Zahnlängsrichtung gerichtete, Flanschkragen auf, zwischen denen der vorhandene Wickelraum begrenzt ist. Der Spulenträger verhindert somit ein Heruntergleiten der Drehfeldwicklung von den Zähnen des Stators. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass die Spulenträger zunächst als einzelne Segmente bewickelt werden, und anschließend auf die Statorzähne aufgesetzt werden. Mit anderen Worten sind die Spulen vorzugsweise als einzelne, separate Bauteile ausgeführt. Ebenso denkbar ist es aber auch, dass die Spulenkörper auf die Statorzähne aufgesetzt werden und anschließend mit der Spulenwicklung bewickelt werden.The coil carrier made of an insulating material, in particular of a plastic material, is for example a one-piece or multi-part, approximately rectangular pipe section. The coil carrier preferably has an end face, that means perpendicular to the tooth longitudinal direction, flange collar, between which the existing winding space is limited. The bobbin thus prevents the rotating field winding from sliding down the teeth of the stator. In this case, it is conceivable, for example, that the coil carriers are first wound as individual segments, and then placed on the stator teeth. In other words, the coils are preferably designed as individual, separate components. It is also conceivable, however, that the bobbins are placed on the stator teeth and then wound with the coil winding.
Ebenso denkbar ist eine Ausführung des Spulenträgers nach Art eines Verlegerings, welcher stirnseitig auf die Statorzähne aufgesetzt wird. In einer derartigen Ausführung sind insbesondere zwei derartige Verlegeringe als Spulenkörper vorgesehen, welche paarweise auf die Stirnseiten des Statorblechpakets aufgesetzt werden. Der oder jeder Verlegering weist hierbei jeweils hülsenartige Aufnahmen für die Statorzähne auf, sodass die Statorzähne durch die Aufnahmen der Verlegeringe im Wesentlichen jeweils von einem isolierenden Spulen- oder Wickelkörper zur Führung der Drehfeldwicklung umgeben sind.Also conceivable is an embodiment of the bobbin in the manner of a laying ring, which is placed on the front side of the stator teeth. In such an embodiment, in particular two such Verlegeringe are provided as a bobbin, which are placed in pairs on the end faces of the stator lamination. The or each publisher's ring has in each case sleeve-like receptacles for the stator teeth, so that the stator teeth by the recordings of the Verlegeringe essentially each of an insulating coil or Winding bodies are surrounded for guiding the rotating field winding.
Der oder jeder Spulenkörper ist hierbei mit mindestens einem radial erhabenen Abstandselement versehen, welches dem Außenumfang des Statorjochs beziehungsweise des Statorblechpakets radial übersteht. Dadurch ist ein besonders geeigneter Stator realisiert, welcher eine akustisch verbesserte Kopplung zu einem Motorgehäuse eines den Stator aufweisenden Elektromotors ermöglicht.The or each bobbin is in this case provided with at least one radially raised spacer, which projects radially beyond the outer circumference of the stator yoke or the stator lamination. As a result, a particularly suitable stator is realized, which allows an acoustically improved coupling to a motor housing of a stator having the electric motor.
Im Montagezustand ist der Stator in einem poltopfartigen Motorgehäuse des Elektromotors angeordnet, wobei die Aufhängung des Stators im Motorgehäuse mittels der radial emporstehenden Abstandselemente erfolgt. Die am Motorgehäuse anliegenden Abstandselemente weisen hierbei eine wesentlich reduzierte Anlagefläche im Vergleich zu dem Außenumfang des Statorblechpakets auf. Dies führt zu einer Reduzierung der Geräuschentwicklung und damit zu einem entsprechend verbesserten akustischen Verhalten des Elektromotors. Die radial erhabenen Abstandselemente stellen somit eine akustische verbesserte Schnittstelle des Stators zum Motorgehäuse dar, insbesondere sind hierdurch schwingungsentkoppelnde oder schwingungsreduzierende Berührungskontakte mit dem Motorgehäuse realisierbar.In the assembled state, the stator is arranged in a pole-type motor housing of the electric motor, the suspension of the stator in the motor housing being effected by means of the radially upstanding spacer elements. The voltage applied to the motor housing spacers in this case have a significantly reduced contact surface in comparison to the outer periphery of the stator lamination. This leads to a reduction of the noise and thus to a correspondingly improved acoustic behavior of the electric motor. The radially raised spacer elements thus represent an acoustically improved interface of the stator to the motor housing, in particular vibration-isolating or vibration-reducing touch contacts with the motor housing can be realized thereby.
In einer möglichen Ausführungsform mit einzelnen, auf einen jeweiligen Statorzahn aufgesetzten Spulenkörpern ist es hierbei beispielsweise denkbar, dass nicht jeder einzelne Spulenkörper mit einem radial emporstehenden Abstandselement versehen ist. So ist es insbesondere möglich oder zweckdienlich, dass lediglich drei umfangsseitig etwa 120° zueinander versetzt angeordnete Spulenkörper ein derartiges Abstandselement aufweisen, sodass eine dreipunktartige Lagerung oder Halterung des Stators im Motorgehäuse realisiert ist. Dadurch ist eine stabile Aufhängung mit gleichzeitig reduzierter Bauteilanzahl realisiert.In one possible embodiment with individual bobbins placed on a respective stator tooth, it is conceivable, for example, that not every single bobbin is provided with a radially upstanding spacer element. So it is particularly possible or expedient that only three circumferentially about 120 ° staggered coil body having such a spacer, so that a three-point-like storage or mounting of the stator is realized in the motor housing. As a result, a stable suspension with reduced number of components is realized.
Des Weiteren ist durch die Kombination der Abstandselemente mit den Spulenkörpern eine vorteilhafte Funktionsintegration der Statorlagerung in das Isolationselement der Drehfeldwicklung realisiert. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den oder jeden Spulenträger derart anzupassen, so dass er je nach Anwendung neben seiner Hauptfunktion der Isolation und Halterung der Spulenwicklung zusätzlich unterschiedlich ausgeprägte Lagerungsmöglichkeiten bereitstellt. Durch die Abstandselemente werden hierbei sowohl eine positionsgenaue (radiale) Lagerung des Stators im Motorgehäuse, als auch eine Entkopplungsfunktion hinsichtlich des im Betrieb auftretenden Körperschalls ermöglicht. In der Folge werden Anforderungen hinsichtlich radialer Toleranzanforderungen des Stators und/oder Motorgehäuses vorteilhaft reduziert. Des Weiteren wird somit eine vereinheitlicht ausgestaltete Entkopplung und/oder Lagerung von Statoren unterschiedlicher Topologien, das bedeutet unterschiedlicher Anzahl und Verschaltung der Phasen, realisiert, wodurch der Montageprozess derartiger Statoren oder Elektromotoren vereinfacht und somit Herstellungskosten reduziert werden.Furthermore, an advantageous functional integration of the stator bearing in the insulating element of the rotating field winding is realized by the combination of the spacer elements with the bobbins. As a result, it is possible, for example, to adapt the or each coil carrier in such a way that, in addition to its main function, it also provides differently pronounced storage possibilities for the insulation and holding of the coil winding. By the spacer elements in this case both a positionally accurate (radial) storage of the stator in the motor housing, as well as a decoupling function with respect to the structure-borne sound occurring during operation possible. As a result, requirements regarding radial tolerance requirements of the stator and / or motor housing are advantageously reduced. Furthermore, a unified decoupling and / or storage of stators of different topologies, that is to say different number and interconnection of the phases, is thus realized, whereby the assembly process of such stators or electric motors is simplified and thus manufacturing costs are reduced.
Im Folgenden werden mit Bezug auf die zentrale Stator- beziehungsweise Motorachse unter „axial“ in Axialrichtung sowie diesbezüglich unter „radial“ in Radialrichtung und unter „azimutal“ in Umfangsrichtung des Statorblechpakets verstanden.In the following, with reference to the central stator or motor axis, "axial" in the axial direction and in this context "radial" in the radial direction and "azimuthal" in the circumferential direction of the laminated stator core are understood.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das oder jedes Abstandselement an einem radial außenseitigen Flanschkragen des Spulenkörpers angeordnet. Dadurch ist eine besonders zweckmäßige Anordnung der Abstandselemente realisiert, welche eine einfache und zuverlässige Lagerung des Stators im Motorgehäuse ermöglichen.According to an advantageous development, the or each spacer element is arranged on a radially outer flange neck of the bobbin. As a result, a particularly expedient arrangement of the spacer elements is realized, which allow a simple and reliable mounting of the stator in the motor housing.
In einer denkbaren Ausbildung steht das oder jedes Abstandselement dem Außenumfang des Statorblechpakets im Bereich eines jeweiligen Wickelkopfs der Spule radial über. Dadurch wird der ansonsten nicht genutzte axiale Bauraum („Passivbauraum“) im Bereich der Wickelköpfe zur Lagerung und Halterung des Stators als „Aktivbauraum“ im Motorgehäuse nutzbar. Die dadurch bewirkte Bauraumoptimierung überträgt sich in der Folge vorteilhaft auf die Nutzung des Gesamtbauraums des Elektromotors.In one conceivable embodiment, the or each spacer element projects radially beyond the outer circumference of the stator lamination stack in the region of a respective winding head of the coil. As a result, the otherwise unused axial space ("passive space") in the winding heads for storage and mounting of the stator as "active space" in the motor housing can be used. The resulting space optimization is transferred in the sequence advantageous to the use of the entire installation space of the electric motor.
In einer möglichen Ausgestaltung weist der oder jeder Spulenkörper eine nutenartige Aufnahme, insbesondere im Bereich des radial außenseitigen Flanschkragens, auf, in welcher ein Elastomermaterial als Abstandselement angeordnet ist. Das Abstandselement ist hierbei beispielsweise als ein elastischer O-Ring oder als eine Gummileiste ausgebildet. Ebenso denkbar ist es, dass der Spulenkörper und das Abstandselement beispielsweise als ein gemeinsames Bauteil in einem Mehrkomponenten-Spritzguss-Verfahren hergestellt sind. Dadurch ist ein vorteilhaftes Abstandselement realisiert, wobei die Elastizität des Elastomermaterials Schwingungen oder Vibrationen des Stators, also dessen im Betrieb auftretenden Körperschall, gegenüber dem Motorgehäuse besonders zuverlässig dämpft beziehungsweise entkoppelt oder zumindest reduziert.In one possible embodiment, the or each bobbin has a groove-like receptacle, in particular in the region of the radially outer flange collar, in which an elastomeric material is arranged as a spacer element. The spacer is in this case formed, for example, as an elastic O-ring or as a rubber strip. It is also conceivable that the bobbin and the spacer are made, for example, as a common component in a multi-component injection molding process. As a result, an advantageous spacer element is realized, wherein the elasticity of the elastomer material particularly reliably damps or decouples or at least reduces vibrations or vibrations of the stator, that is to say the structure-borne noise occurring during operation, relative to the motor housing.
In einer alternativen Ausgestaltungsform ist das Abstandselement als ein zusätzliches Bauteil aus einem Federstahl-, Metall- oder einem Nichteisenmetallmaterial (Ne-Metall) hergestellt. So ist es beispielsweise denkbar oder zweckdienlich, dass der O-Ring oder das Leistenelement, welches in der Aufnahme einsitzt oder einsetzbar ist, aus einem Ne-Metall hergestellt ist. Dadurch ist eine besonders stabile Halterung oder Aufhängung für den Stator realisiert, wobei das Abstandselement an dem jeweiligen Spulenkörper befestigt oder befestigbar ist. Ebenso denkbar ist es beispielsweise, dass das separate Abstandselement mehrstückig oder mehrteilig ausgebildet ist.In an alternative embodiment, the spacer element is made as an additional component from a spring steel, metal or a non-ferrous metal material (Ne metal). For example, it is conceivable or expedient for the O-ring or the strip element, which is seated or can be inserted in the receptacle, to be made of a non-ferrous metal. This is a particularly stable support or suspension for the stator realized, wherein the spacer element is attached to the respective bobbin or fastened. It is also conceivable, for example, that the separate spacer is formed in several pieces or multiple parts.
In einer alternativen Weiterbildung ist das oder jedes Abstandselement einstückig, das bedeutet einteilig beziehungsweise monolithisch, an den Spulenkörper, insbesondere an dessen radial außenseitigen Flanschkragen, angeformt. Dadurch ist eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Abstandselements und Spulenkörpers als gemeinsames Bauteil gewährleistet, was sich in der Folge vorteilhaft auf den Montageaufwand und die Montagekosten des Stators beziehungsweise des Elektromotors überträgt.In an alternative development, the or each spacer is in one piece, that means integrally or monolithically, on the bobbin, in particular on the radially outer flange neck, molded. As a result, a particularly simple and cost-effective production of the spacer element and coil body is ensured as a common component, which translates advantageously in the episode on the assembly costs and assembly costs of the stator or the electric motor.
In einer denkbaren Ausführung ist das oder jedes Abstandselement als halbkugelartige Anlagenocke ausgebildet, welche für eine Presspassung mit dem Motorgehäuse eingerichtet ist. Dadurch ist im Montagezustand des Elektromotors eine besonders stabile Lagerung beziehungsweise Halterung des Stators im Motorgehäuse gewährleistet.In a conceivable embodiment, the or each spacer element is designed as a hemispherical bearing block, which is adapted for a press fit with the motor housing. As a result, a particularly stable mounting or mounting of the stator in the motor housing is ensured in the assembled state of the electric motor.
In einer ebenso denkbaren alternativen Ausführung ist das oder jedes Abstandselement als ein biegeelastisch verformbares laschen- oder rippenartiges Federelement ausgebildet, dessen Festende an dem radial außenseitigen Flanschkragen festgelegt ist und dessen Freiende im Montagezustand angefedert am Motorgehäuse anliegt. Dadurch ist einerseits eine dämpfende beziehungsweise schwingungsentkoppelnde Lagerung des Stators im Motorgehäuse realisiert. Andererseits überträgt sich die biegeelastische Ausgestaltung vorteilhaft auf eine Reduzierung der radialen Toleranzanforderungen des Stators und/oder des Motorgehäuses.In an equally conceivable alternative embodiment, the or each spacer element is designed as a flexible elastic deformable tab or rib-like spring element whose fixed end is fixed to the radially outer flange neck and its free end in the assembled state spring applied to the motor housing. As a result, on the one hand a damping or vibration-decoupling mounting of the stator is realized in the motor housing. On the other hand, the flexurally elastic configuration advantageously transfers to a reduction of the radial tolerance requirements of the stator and / or of the motor housing.
In einer möglichen Ausgestaltung ist das oder jedes Federelement quer zur Axialrichtung des Stators, insbesondere azimutal, orientiert. Dadurch ist eine vorteilhafte Lagerung des Stators realisiert. In einer alternativen Ausgestaltungsform ist eine axiale oder längsgerichtete Orientierung der Federelemente denkbar. Dadurch wird die Montage des Stators im Motorgehäuse vereinfacht.In one possible embodiment, the or each spring element is oriented transversely to the axial direction of the stator, in particular azimuthally. As a result, an advantageous storage of the stator is realized. In an alternative embodiment, an axial or longitudinal orientation of the spring elements is conceivable. This simplifies the mounting of the stator in the motor housing.
Der erfindungsgemäße Elektromotor ist insbesondere für einen Einsatz in einem Lenkungsantrieb eines Kraftfahrzeugs geeignet und eingerichtet. Hierzu weist der Elektromotor ein poltopfartiges Motorgehäuse auf, in welchem ein Stator sowie ein gegenüber diesem drehbar gelagerter Rotor aufgenommen sind. Der Stator weist hierbei ein insbesondere etwa (hohl-)zylinderförmiges Statorjoch auf, von dem sich innenumfangsseitig ausgehend eine Anzahl von Statorzähnen sternförmig radial einwärts erstrecken. Auf das somit gebildete Statorblechpaket sind im Montagezustand Stator- oder Phasenwicklungen in Form von Spulen als Drehfeldwicklung aufgebracht. Zwischen dem Außenumfang des Statorjochs (Mantelfläche) und dem Innenumfang des Motorgehäuses (Gehäuseinnenwand) ist ein kreisringförmiger Spaltbereich (Ringspalt, Ringraum, Zwischenraum) gebildet.The electric motor according to the invention is particularly suitable and suitable for use in a steering drive of a motor vehicle. For this purpose, the electric motor has a pole-pot-like motor housing, in which a stator and a rotatably mounted rotor are accommodated. In this case, the stator has an in particular approximately (hollow) cylindrical stator yoke, from which a number of stator teeth extend radially inward in a star-shaped manner on the inner peripheral side. In the assembled state, stator or phase windings in the form of coils are applied to the stator laminated core thus formed as a rotating field winding. Between the outer circumference of the Statorjochs (lateral surface) and the inner circumference of the motor housing (housing inner wall) an annular gap region (annular gap, annulus, gap) is formed.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Stator mittels der Abstandselemente gegenüber dem Motorgehäuse unter Bildung des Ringspaltes gelagert oder aufgehängt. Die den Spaltbereich übergreifenden Abstandselemente reduzieren den von dem Stator auf das Motorgehäuse übertragenen Körperschall und sind beispielsweise dämpfend ausgestaltet, sodass Vibrationen des Stators gegenüber dem Motor- oder Antriebsgehäuse gedämpft und eine damit verbundene Geräuschentwicklung im Betrieb des Elektromotors reduziert oder vollständig verhindert wird. Dadurch ist auf konstruktiv einfache und kostengünstige Art und Weise ein besonders geräuscharmer und laufruhiger Elektromotor realisiert. Des Weiteren ermöglicht die Ausführung der Spulenkörper mit einem den Ringspalt übergreifenden Abstandelementen eine Reduzierung der axialen Dimensionierung des Statorjochs, wodurch der Stator selbst sowie der Elektromotor besonders raumsparend und gewichtsarm ausführbar sind.In a preferred embodiment, the stator is mounted or suspended by means of the spacer elements relative to the motor housing to form the annular gap. The spacing elements which overlap the gap area reduce the structure-borne noise transferred from the stator to the motor housing and are designed, for example, as damping, so that vibrations of the stator relative to the motor or drive housing are damped and an associated noise development during operation of the electric motor is reduced or completely prevented. As a result, a particularly low-noise and smooth-running electric motor is realized in a structurally simple and cost-effective manner. Furthermore, the design of the bobbin with a ring gap cross-spacing elements allows a reduction in the axial dimensioning of the stator yoke, whereby the stator itself and the electric motor are particularly space-saving and low-weight executable.
Unter einer Dämpfung von Vibrationen und/oder Schwingungen des Stators ist hierbei insbesondere die Dämpfung von radial gerichteten Kräften infolge der im Motorbetrieb auftretenden elektromotorischen Kräfte auf das Statorjoch und dessen dadurch auftretende Verformung zu verstehen.In this context, attenuation of vibrations and / or vibrations of the stator is to be understood in particular as meaning the damping of radially directed forces as a result of the electromotive forces occurring in engine operation on the stator yoke and its deformation occurring thereby.
Durch die Abstandselemente werden somit radiale Kräfte während des Betriebs des Elektromotors gedämpft oder zumindest reduziert. Des Weiteren ist durch die Abstandselemente der Spulenkörper ein Ausgleich hinsichtlich des radialen Spiels im Spaltbereich beziehungsweise Ringspalt realisiert. Dies wirkt sich insbesondere vorteilhaft in Hinblick auf einen Ausgleich bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Stators und des Motorgehäuses aus. Dadurch ist auch bei sich verändernden Betriebs- und/oder Umgebungstemperaturen stets ein möglichst geräuschreduzierter Motorbetrieb des Elektromotors sichergestellt.By the spacer elements thus radial forces are damped during operation of the electric motor or at least reduced. Furthermore, a compensation with respect to the radial clearance in the gap region or annular gap is realized by the spacer elements of the bobbin. This has a particularly advantageous in terms of compensation for different thermal expansion coefficients of the stator and the motor housing. As a result, a possible noise-reduced engine operation of the electric motor is always ensured even with changing operating and / or ambient temperatures.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 in perspektivischer Darstellung einen Elektromotor eines Kraftfahrzeugs mit einem poltopfartigen Motorgehäuse, -
2 in Draufsicht ausschnittsweise einen in dem Motorgehäuse angeordneten Stator, mit auf den Statorzähnen aufgesetzten Spulenkörpern, welche jeweils mindestens ein Abstandselement aufweisen, -
3 in Schnittdarstellung mit Blick auf die Schnittebene den Spulenkörper entlang der Line III-III gemäß 2 , und -
4 bis7 in schematischer Schnittdarstellung unterschiedliche Ausführungsformen des Abstandselements des Spulenkörpers.
-
1 in a perspective view of an electric motor of a motor vehicle with a pole-type motor housing, -
2 In plan view, a detail of a stator arranged in the motor housing, with placed on the stator teeth bobbins, each having at least one spacer element, -
3 in a sectional view with a view of the cutting plane of the bobbin along the line III-III according to2 , and -
4 to7 in a schematic sectional view of different embodiments of the spacer element of the bobbin.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.
Der in
Im Montagezustand sind die in
Im Montagezustand des Elektromotors
Im Montagezustand des Elektromotors
Mit anderen Worten ist zwischen dem Außenumfang (Mantelfläche)
Wie in der
Nachfolgend sind anhand der
In dem in
In dem Ausführungsbeispiel der
In den
In der in
Das Ausführungsbeispiel der
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiments described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways, without departing from the subject matter of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Elektromotorelectric motor
- 44
- Motorgehäusemotor housing
- 66
- Motorwellemotor shaft
- 88th
- Statorstator
- 1010
- Statorblechpaketstator lamination
- 1212
- Statorzahnstator tooth
- 1414
- Statorjochstator yoke
- 1616
- Spulenkörperbobbins
- 1818
- Abstandselementspacer
- 20,2220.22
- Flanschkragenflange collar
- 2424
- Wickelbereichwinding area
- 2626
- Außenumfang/MantelflächeOuter circumferential / lateral surface
- 2828
- Innenwand/Gehäuseinnenwand/InnenumfangInner wall / casing inner wall / inner periphery
- 3030
- Ringspaltannular gap
- 3232
- Statornutstator
- 3434
- Fortsatzextension
- 3636
- Gummileisterubber strip
- 3838
- Aufnahmeadmission
- 4040
- Anlagenockeconditioning cam
- 4242
- Federelementspring element
- 4444
- Festendefixed end
- 4646
- Freiende free end
- AA
- Axialrichtungaxially
- RR
- Radialrichtungradial direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102009027872 A1 [0007]DE 102009027872 A1 [0007]
- DE 102015001447 A1 [0009]DE 102015001447 A1 [0009]
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-
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2021185713A1 (en) | 2020-03-17 | 2021-09-23 | Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg | Stator of an electric motor, and electric motor |
DE102020203416A1 (en) | 2020-03-17 | 2021-09-23 | Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg | Electric motor stator and electric motor |
DE102022201179A1 (en) | 2022-02-04 | 2023-08-10 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Stator for an electrical machine, an electrical machine and method for manufacturing such a stator |
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|
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|
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