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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor für ein Haushaltsgerät. Der Elektromotor umfasst einen mit einem Wicklungsdraht umwickelten Metallkern. Ein Isolationskörper ist zwischen dem Metallkern und dem Wicklungsdraht angeordnet, um den Wicklungsdraht von dem Metallkern zu trennen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors.
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Ein Elektromotor weist üblicherweise einen Elektromagneten auf, der durch einen mit einem Wicklungsdraht umwickelten Metallkern gebildet wird. Der Metallkern hat häufig scharfe Kanten an Bereichen, um die der Wicklungsdraht gewickelt wird. Durch die Kanten kann der Wicklungsdraht beschädigt werden. Da der Wicklungsdraht bei der Herstellung unter hoher Vorspannung um den Metallkern gewickelt wird, kann es sogar vereinzelnd zum Reißen des Wicklungsdrahtes an den Kanten während des Aufwickelns auf den Metallkern kommen. Daher wird in der Regel eine Isolierschicht aus Kunststoff um den Metallkern angebracht. Der Wicklungsdraht wird dann auf die Isolierschicht gewickelt, um ein Beschädigen oder ein Reißen des Wicklungsdrahtes durch scharfe Kanten des Metallkerns zu vermeiden. Die Isolierschicht kann beispielsweise durch ein Umspritzen des Metallkerns mit Kunststoff erzeugt werden, was jedoch vergleichsweise aufwändig ist.
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Die Druckschrift
EP 1936778 A2 offenbart einen Stator
1 für einen elektrischen Motor, bei dem die metallischen Polzähne
4 durch einen zweiteiligen Isolationskörper
6 umhüllt werden und ein Draht um den zweiteiligen Isolationskörper
6 gewickelt wird. Die
1 der Druckschrift
EP 1936778 A2 zeigt, dass der zweiteilige Isolationskörper
6 aus einem Trägerteil
7 und einer Endscheibe
8 zusammengesetzt ist, die von gegenüberliegenden Seiten auf die metallischen Polzähne
4 geschoben werden, um zusammen die metallischen Polzähne vollumfänglich zu umschließen. Das Trägerteil
7 und die Endscheibe
8 werden nach dem Aufschieben miteinander formschlüssig und/oder materialschlüssig verbunden. Das Trägerteil
7 und die Endscheibe
8 können auf diese Weise als preiswerte Kunststoffspritzbauteile erzeugt werden, weil durch die zweiteilige Ausführung des Isolationskörpers
6 keine Hinterschnitte bei dem Trägerteil
7 und der Endscheibe
8 nötig sind, um die Polzähne
4 dennoch vollumfänglich umschließen zu können.
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Die vorgenannten, aus dem Stand der Technik bekannten Merkmale können einzeln oder in beliebiger Kombination mit einem der nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Gegenstände und Ausführungsformen kombiniert werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten Elektromotor und ein weiterentwickeltes Herstellungsverfahren insbesondere mit reduziertem Herstellungsaufwand bereitzustellen.
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Zur Lösung der Aufgabe dienen ein Elektromotor gemäß dem Hauptanspruch sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors gemäß dem Nebenanspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Zur Lösung der Aufgabe dient ein Elektromotor für ein Haushaltsgerät, wobei der Elektromotor einen mit einem Wicklungsdraht umwickelten Metallkern umfasst. Ein Isolationskörper ist zwischen dem Metallkern und dem Wicklungsdraht angeordnet, um den Wicklungsdraht von dem Metallkern zu trennen. Erfindungsgemäß steht der Isolationskörper gegenüber dem Metallkern hervor, so dass ein Spalt zwischen dem Wicklungsdraht und dem Metallkern erzeugt wird, d.h. vorhanden ist, um den Wicklungsdraht von dem Metallkern zu trennen. Ein Reißen des Wicklungsdrahts kann so mit geringem Aufwand vermieden werden.
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Haushaltsgerät meint ein elektrisch betriebenes Gerät zum Einsatz im Privathaushalt. Dies mag ein Staubsauger, ein elektrisch betriebenes Messer, eine Nähmaschine oder ein anderes elektrisches Küchen- oder Reinigungsgerät sein. Haushaltsgerät im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst auch Heimwerkergeräte wie Akkuschrauber oder Bohrmaschine, die häufig mittels eines Akkus oder mehrerer Akkus unabhängig von einer externen Stromquelle betrieben werden können. Dazu gehören Gartengeräte wie eine elektrisch betriebene Heckenschere oder ein elektrisch betriebener Rasenmäher. Bevorzugt wird der Elektromotor für einen Antrieb zum Antreiben eines Werkzeugs zum Rühren, Mischen und/oder Zerkleinern bei einer Küchenmaschine eingesetzt.
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Ein mit Wicklungsdraht umwickelter Metallkern bildet eine Wicklung und damit eine Spule für einen Elektromagneten. Der Metallkern ist insbesondere ein Eisenkern. Der Metallkern wird bevorzugt durch aufeinander gestapelte Bleche gebildet. Die einzelnen Bleche sind vorzugsweise gestanzt. Bevorzugt ist das Blech ein Elektroblech. Insbesondere sind die geschichteten Bleche gegeneinander elektrisch isoliert. Das Schichten der elektrisch gegeneinander isolierten Bleche verringert Verluste durch Wirbelströme.
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Insbesondere ist der mit Wicklungsdraht umwickelte Metallkern von einem Stator des Elektromotors umfasst. Es ist grundsätzlich aber auch alternativ oder ergänzend möglich, dass ein Rotor den mit Wicklungsdraht umwickelten Metallkern aufweist. Vorzugsweise ist der Elektromotor als ein Innenläufermotor ausgeführt. Alternativ ist es grundsätzlich möglich, dass der Elektromotor als ein Außenläufermotor ausgeführt ist.
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Ein Isolationskörper und ein Spalt zwischen dem Metallkern und dem Wicklungsdraht zum Trennen des Wicklungsdrahts von dem Metallkern sorgen im montierten Zustand für einen Abstand zwischen dem Metallkern und der innersten Windung des Wicklungsdrahtes, die ohne den Isolationskörper und/oder den Spalt den Metallkern berühren würden. Ein Beschädigen des Wicklungsdrahtes kann so verhindert werden. Der Wicklungsdraht ist insbesondere ein Kupferdraht, der optional beschichtet ist oder eine Ummantelung aufweist, die also kein Isolationskörper im Sinne der vorliegenden Erfindung ist.
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Weil der Isolationskörper gegenüber dem Metallkern hervorsteht, ist ein Spalt zwischen dem Wicklungsdraht und dem Metallkern vorhanden. Der Spalt trennt den Wicklungsdraht von dem Metallkern. Die innersten Windungen des Wicklungsdrahtes sind daher vor einer Beschädigung durch den Metallkern gut geschützt. Der Isolationskörper muss keine Hinterschnitte aufweisen. Der Isolationskörper kann daher mit geringem Aufwand durch Spritzgießen hergestellt werden.
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In einer Ausführungsform ist nur ein einteiliger Isolationskörper vorgesehen, um den Wicklungsdraht von dem Metallkern zu trennen. Der gesamte Metallkern wird also nur durch einen einzigen einteiligen Isolationskörper von dem Wicklungsdraht der innersten Windungen getrennt. Einteilig meint einen durch ein Urformverfahren einzeln erzeugter Körper. Ein einteiliger Körper ist kein Bauteil, das durch Verbinden von zwei zuvor separat hergestellten Bauteilen erzeugt wurde. Zwei separate Bauteile, die miteinander formschlüssig, stoffschlüssig oder materialschlüssig verbunden wurden, bilden also keinen einteiligen Isolationskörper.
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Da nur ein einteiliger Isolationskörper vorgesehen ist, um den Wicklungsdraht von dem Metallkern zu trennen, kann ein zweiter Isolationskörper wie beispielsweise die Endscheibe des zweiteiligen Isolationskörpers der Druckschrift
EP1936778A2 eingespart und der Herstellungsaufwand reduziert werden.
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In einer Ausführungsform ist der Wicklungsdraht zwischen zwei hervorstehenden, freistehenden Enden gespannt. Der Spalt erstreckt sich dann zwischen dem gespannten Wicklungsdraht und dem Metallkern. Der Wicklungsdraht verläuft also im Wesentlichen geradlinig zwischen den beiden hervorstehenden, freistehenden Enden und hängt also nicht durch. Ein Berühren des Metallkerns wird besonders zuverlässig vermieden. Der Wicklungsdraht ist insbesondere an einer Rückseite des Metallkerns zwischen den beiden hervorstehenden, freistehenden Enden gespannt.
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In einer Ausführungsform ist der Isolationskörper so geformt, dass der Isolationskörper von einer Montageseite auf den Metallkern aufgeschoben werden kann. Aufschieben meint eine geführte Bewegung, wobei die Führung durch aufeinander gleitende Flächen oder Konturen des Isolationskörpers und des Metallkerns entsteht. Für eine planmäßige Montage ist der Isolationskörper von der Montageseite des Metallkerns auf den Metallkern aufzuschieben. Weil der Isolationskörper von einer Montageseite auf den Metallkern aufgeschoben werden kann, wird ein Herstellen des Isolationskörpers mit besonders geringem Aufwand beispielsweise durch Spritzgießen ermöglicht.
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Insbesondere wird der Isolationskörper linear aufgeschoben, d.h., die Schubbewegung ist eine lineare Bewegung. Für eine planmäßige Montage ist ein Aufschieben nur von einer Seite, nämlich der Montageseite, vorgesehen. Ein besonders einfaches Montieren kann so ermöglicht werden. Bevorzugt weist der Isolationskörper keinen Hinterschnitt auf. Der Isolationskörper kann so mit besonders geringem Aufwand spritzgegossen werden. Vorzugsweise besteht der Isolationskörper aus Kunststoff. Eine mechanische Isolierung kann so ohne Beeinflussung eines Magnetfeldes erhalten werden.
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In einer Ausführungsform steht der Isolationskörper an einer Rückseite gegenüber dem Metallkern hervor, wobei die Rückseite der Montageseite gegenüberliegt. Der Spalt zwischen dem Wicklungsdraht und dem Metallkern kann somit durch einen besonders einfach geformten Isolationskörpers erzeugt und der Herstellungsaufwand somit reduziert werden. Insbesondere sind die Montageseite und die Rückseite parallel zueinander orientiert und/oder erstrecken sich senkrecht zu einer Rotordrehachse.
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In einer Ausführungsform kann der Isolationskörper parallel zu einer Rotordrehachse des Elektromotors auf den Metallkern aufgeschoben werden, also axial aufgeschoben werden. Die Schubbewegung ist dann eine axiale Bewegung. Das Aufschieben parallel zu einer Rotordrehachse bezieht sich auf eine planmäßige Montage. Bei Aktivierung des Elektromotors dreht der Rotor des Elektromotors um die Rotordrehachse. Durch einen Isolationskörper, der parallel zu einer Rotordrehachse des Elektromotors auf den Metallkern aufgeschoben werden kann, wird ermöglicht, dass der Metallkern durch den Isolationskörper mit Ausnahme der Rückseite umschlossen werden kann. Vorzugsweise wird der Isolationskörper zentriert und/oder koaxial zur Rotordrehachse aufgeschoben. Ein besonders intuitives Montieren kann so ermöglicht werden.
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In einer Ausführungsform weist der Isolationskörper im Längsschnitt betrachtet eine U-Form auf. Längsschnitt meint ein Schnitt längs zur Rotordrehachse. Die 3 zeigt beispielsweise einen solchen Längsschnitt. Durch die U-Form im Längsschnitt kann auf besonders einfache Art und Weise ermöglicht werden, dass der Metallkern durch den Isolationskörper mit Ausnahme der Rückseite umschlossen werden kann. Insbesondere erstrecken sich die Seitenwände der U-Form in Richtung der Rotordrehachse und/oder die Bodenwand der U-Form senkrecht zur Rotordrehachse. Vorzugsweise stehen die Seitenwände an der Rückseite des Metallkerns an einer Oberfläche des Metallkerns hervor und der Spalt wird von dieser Oberfläche des Metallkerns bis zum freistehenden Ende der hervorstehenden Seitenwände aufgespannt. Insbesondere ist der Spalt über den gesamten Bereich zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden vorhanden.
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In einer Ausführungsform ist der Isolationskörper länger als der Metallkern, vorzugsweise mindestens um die Weite des Spaltes länger. Mit Länge und Weite sind Ausdehnungen in Richtung der Rotordrehachse gemeint. Insbesondere wird der Isolationskörper zur Montage in die Richtung, in der die Länge gemessen wird, auf den Metallkern geschoben. Durch einen Isolationskörper, der länger ist als der Metallkern, kann der Isolationskörper besonders einfach durch ein Aufliegen auf dem Metallkern an der Montageseite fixiert und gleichzeitig auf der Rückseite der Spalt erzeugt werden. Bevorzugt beträgt die Länge des Isolationskörpers in einem Längsschnitt betrachtet mindestens die Länge des Metallkerns in der entsprechenden Schnittebene zuzüglich der Weite des Spaltes und der Materialdicke des Isolationskörpers. Der Isolationskörper kann dadurch besonders zuverlässig durch ein Abstützen auf der Montageseite des Metallkerns an dem Metallkern fixiert werden.
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Vorzugsweise weist der Isolationskörper eine einheitliche Materialdicke auf. Etwaige Konturen für andere Funktionen als das Schützen des Wicklungsdrahtes, z.B. Anschlusskonturen für Drittkomponenten, sind dabei ausgenommen. Insbesondere haben die bevorzugt parallelen Seitenwände und/oder die Bodenwand der U-Form eine einheitliche Materialdicke. Der Isolationskörper kann durch die einheitliche Materialdicke besonders einfach durch Spritzgießen hergestellt werden.
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In einer Ausführungsform ist eine Anlagefläche des Isolationskörpers zum Abdecken oder Umhüllen einer Außenkontur des Metallkerns an die Außenkontur angepasst. Eine Anlagefläche muss nicht vollflächig am Metallkern anliegen, aber weist zumindest regemäßige Berührpunkte, Berührlinien oder Berührflächen auf. Ist in einer Ausführungsform die Anlagefläche eben ausgeführt, kann ein berührendes Anliegen auf dem Metallkern auch über Erhebungen erfolgen, zum Beispiel durch Rippen, d.h. rippenförmige Erhebungen, die aus der Anlagefläche erwachsen. Im montierten Zustand deckt die Anlagefläche die korrespondierende Außenkontur des Metallkerns ab oder umhüllt diese, um den Wicklungsdraht von dem Metallkern zu trennen. Der Isolationskörper kann dann zur Montage aufgesteckt werden, also eng geführt aufgeschoben werden mit dem Ergebnis eines Selbsthaltens des Isolationskörpers an dem Metallkern spätestens mit Erreichen der vorgesehenen Montageposition. Ein unplanmäßiges Lösen und Abfallen des Isolationskörpers von dem Metallkern während der Montage und vor dem Aufwickeln des Wicklungsdrahtes können so vermieden werden.
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In einer Ausführungsform weist der Isolationskörper eine Mehrzahl von Rippen auf, über die der Isolationskörper direkt an dem Metallkern anliegt. Die Rippen des Isolationskörpers berühren also den Metallkern. Rippen bedeutet längliche, schmale, stegartige Vorsprünge, die sich von dem Isolationskörper in Richtung des Metallkerns erheben, damit der Isolationskörper direkt, also berührend, an dem Metallkern anliegen kann und zwar über die Rippen. Durch den Einsatz einer Mehrzahl von Rippen, über die der Isolationskörper direkt an dem Metallkern anliegt, können unerwünschte Oberflächenkrümmungen des Isolationskörpers ausgeglichen werden, die andernfalls zu unkontrollierbaren Anlagestellen einerseits und Hohlräumen zum Metallkern andererseits führen würden. Eine kontrollierte und definierte Anlage des Isolationskörpers über die Rippen an dem Metallkern kann so erreicht werden.
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In einer Ausführungsform erheben sich die Rippen an einer Anlagefläche des Isolationskörpers zum Metallkern hin und/oder sind geradlinig geformt. Ein definierter Abstand zwischen der Anlagefläche und dem Metallkern kann durch die Rippen an der Anlagefläche erhalten werden. Die geradlinige Form ermöglicht eine gleichmäßige Lastverteilung und einen zuverlässigen Sitz.
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In einer Ausführungsform erheben sich die Rippen rampenförmig von einer Anlagefläche, d.h. von der Anlagefläche des Isolationskörpers. Ein besonders einfaches Zentrieren und fehlerrobustes Montieren können so ermöglicht werden. Insbesondere steigt die Rippenhöhe rampenförmig entgegen einer für eine Montage vorgesehenen Aufschieberichtung und/oder in Richtung einer Bodenwand einer U-Form an. Vorzugsweise sind die rampenförmigen Rippen derart angeordnet, dass sich beim Aufschieben des Isolationskörpers auf den Metallkern der lichte Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Rippen an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden des Isolationskörpers stetig vergrößert, wobei die beiden Seitenwände in einem Längsschnitt gemeinsam mit einer Bodenwand die U-Form ausbilden.
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In einer Ausführungsform weisen die Rippen einen Abschnitt mit konstanter sowie maximaler Rippenhöhe auf. Ein gleichmäßiges direktes Anliegen kann so ermöglicht werden. Vorzugsweise ist eine Längserstreckung eines Abschnitts mit konstanter sowie maximaler Rippenhöhe geringer als ein rampenförmiger Abschnitt. Der Isolationskörper kann so leichtgängig und selbstzentrierend aufgeschoben werden, jedoch gleichzeitig ein gleichmäßiges Anliegen der Anlagefläche über die Rippen ermöglichen.
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Vorzugsweise ist die Breite einer Rippe, d.h. quer zur Längserstreckung, ungefähr so groß wie die Dicke des Isolationskörpers in dem Bereich der Anlagefläche mit den vorstehenden Rippen. Die Breite kann auch mindestens einmal und/oder höchstens dreimal so groß sein wie eine Einheitsdicke des Isolationskörpers an der Stelle, wo die Rippe an der Anlagefläche hervorsteht. Die maximale Rippenhöhe ist geringer als die Breite der Rippe, bevorzugt weniger als die Hälfte der Breite, besonders bevorzugt weniger als ein Drittel der Breite. Eine derart dimensionierte Rippe erlaubt eine besonders leichte Montage und hohe Haltekraft.
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In einer Ausführungsform sind die Rippen auf Übermaß bezogen auf den Metallkern gefertigt. Bevorzugt sind nur die Abschnitte konstanter, maximaler Rippenhöhe auf Übermaß bezogen auf den Metallkern gefertigt. Beim Aufschieben des Isolationskörpers erfährt der Monteur somit einen Widerstand, bevor die vorgesehene Montageposition erreicht ist, also bevor der Isolationskörper vollständig auf den Metallkern aufgeschoben ist. Die Bodenwand berührt dann noch nicht den Metallkern. Wird der Widerstand überwunden und der Isolationskörper unter manueller Kraftaufwendung bis zur vorgesehenen Montageposition gedrückt, also bis die Bodenwand den Metallkern berührt, kommt es zu einer teilweisen Verformung der Rippen. Gegebenenfalls kann es auch zu einem Verdrängen der Seitenwände nach außen kommen, also zu einem Wegschwenken der Seitenwände von dem Metallkern weg. Durch das Fertigen der Rippen auf Übermaß bezogen auf den Metallkern kann der Metallkern somit zwischen den Rippen eingeklemmt werden. Dadurch wird ein besonders zuverlässiger Selbsthaltemechanismus geschaffen, der den Isolationskörper besonders zuverlässig in der vorgesehenen Montage fixiert. Ein Verrutschen während des Umwickelns mit dem Wicklungsdraht kann so vermieden werden. Ferner können so bei dem Elektromotor im Betrieb das Entstehen von Vibrationen und unerwünschten Geräuschen besonders wirkungsvoll vermieden werden.
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In einer Ausführungsform sind die Rippen parallel zueinander und/oder parallel zu einer Aufschieberichtung orientiert. Eine gleichmäßige Lastverteilung und gleichförmige Führung können durch zueinander parallele Rippen erzielt werden. Rippen, die parallel zur Aufschieberichtung, also insbesondere parallel zur Rotordrehachse, orientiert sind, erlauben eine zuverlässige und leichtgängige Selbstzentrierung beim Aufschieben.
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In einer Ausführungsform liegt der Isolationskörper nach dem Umwickeln mit dem Wicklungsdraht an einer Kante des Metallkerns an, gegenüber welcher der Isolationskörper hervorsteht. Der Isolationskörper wird dann durch den Wicklungsdraht an die Kante gedrückt und somit angelegt. Ein zuverlässiger Schutz des Wicklungsdrahtes vor einer Beschädigung durch die Kante sowie eine besonders zuverlässige, bewegungsfeste Fixierung des Isolationskörpers an dem Metallkern können so erzielt und Vibrationen oder Geräuschbildung während des Betriebs des Elektromotors auch bei hohen Drehzahlen vermieden werden.
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Insbesondere ist durch das Vorsehen von Rippen mit Übermaß gegenüber dem Metallkern die Kante nach dem Aufschieben des Isolationskörpers zunächst nicht in direktem Kontakt zu der Kante. Durch das Umwickeln des Isolationskörpers mit einem vorgespannten Wickelungsdraht wird jedoch der Isolationskörper mit dem überstehenden Teil an die Kante gepresst und so der Metallkern insbesondere U-förmig umschlossen und die Kante abgedeckt. Insbesondere steht auch an der Kante nur mindestens eine Rippe in direktem Kontakt mit der Kante.
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In einer Ausführungsform ist der Isolationskörper nach dem Umwickeln mit dem Wicklungsdraht über eine Kante des Metallkerns gebogen, gegenüber welcher der Isolationskörper hervorsteht. Über eine Kante gebogen meint, dass die zwei hervorstehenden, freistehenden Enden des Isolationskörpers, zwischen denen der Wicklungsdraht insbesondere an der Rückseite des Metallkerns gespannt ist, durch den Wicklungsdraht zueinander gezogen werden und sich über die jeweilige Kante neigen, gegen die sie anliegen. Dadurch kann bewirkt werden, dass selbst wenn der Isolationskörper sich unplanmäßig während des Betriebs des Elektromotors entgegen der Aufschieberichtung verschiebt, die Kanten dennoch besonders zuverlässig durch den Isolationskörper, nämlich durch die über die Kanten des Metallkerns gebogenen hervorstehenden sowie freistehenden Enden des Isolationskörpers von den Kanten getrennt würden. Ein besonders zuverlässiger Schutz des Wicklungsdrahtes vor Beschädigung durch den Metallkern wird so erzielt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Elektromotors für ein Haushaltsgerät, insbesondere eines Elektromotors gemäß dem eingangs beschriebenen Aspekt der Erfindung. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Aufschieben eines Isolationskörpers auf einen Metallkern; Umwickeln des Isolationskörpers mit einem Wicklungsdraht, so dass der Isolationskörper zwischen dem Metallkern und dem Wicklungsdraht angeordnet ist, um den Wicklungsdraht von dem Metallkern zu trennen. Der Isolationskörper steht dann gegenüber dem Metallkern hervor, so dass ein Spalt zwischen dem Wicklungsdraht und dem Metallkern erzeugt wird, also vorhanden ist, um den Wicklungsdraht von dem Metallkern zu trennen.
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Insbesondere ist der Isolationskörper einteilig und/oder es erfolgt kein Anbringen eines weiteren Isolationskörpers zum Trennen des Metallkerns von dem Wicklungsdraht. Die Merkmale und Ausführungsformen des eingangs beschriebenen Aspekts der Erfindung stellen vorteilhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens dar.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Merkmale der Ausführungsbeispiele und weiterer nachfolgend beschriebener alternativer oder ergänzender Ausgestaltungen können einzeln oder in einer Mehrzahl mit den beanspruchten Gegenständen kombiniert werden. Die beanspruchten Schutzbereiche sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Es zeigen:
- 1: Isometrische Ansicht der Montageseite eines Metallkerns mit einem aufgeschobenen Isolationskörper;
- 2: Isometrische Ansicht der Rückseite des Metallkerns mit dem aufgeschobenen Isolationskörper der 1;
- 3: Detailansicht eines Längsschnittes durch einen Polzahn des Metallkerns mit dem aufgeschobenen Isolationskörper der 1 im Zustand vor dem Umwickeln (links) und nach dem Umwickeln (rechts) mit dem Wicklungsdraht.
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Die 1 zeigt einen Metallkern 2, auf den entlang einer Rotordrehachse 7 ein einteiliger Isolationskörper 1 von einer Montageseite 5 aufgeschoben worden ist. Der Isolationskörper besteht bevorzugt aus einem im Vergleich zu Metall weichen Material wie Kunststoff und ist insbesondere flexibel. Insbesondere gehört der Metallkern 2 zu einem Stator eines Elektromotors. Bevorzugt sind mehrere, sich radial erstreckende Polzähne 11 vorgesehen. Vorzugsweise sind die Polzähne T-förmig und/oder erstrecken sich radial ausgehend von der Rotordrehachse 7. Ein Polzahn 11 fußt auf einem inneren Ring 13, der aus umlaufend aneinander angrenzenden inneren Polschuhen gebildet sein kann. Der innere Ring 13, insbesondere ein innerer Polschuh des inneren Rings 13, ist über einen Steg 14 mit einem äußeren Polschuh 15 verbunden. Der Steg 14 bildet gemeinsam mit dem äußeren Polschuh 15 die T-Form aus. Der Steg 14 entspricht dabei dem I-förmigen Bereich der T-Form des Polzahns 11. Zur Montage des Elektromotors wird ein Wicklungsdraht 3, der in 3 gezeigt ist, um den Steg 14 gewickelt. Der Steg 14 hat vier Kanten 9, um die dann der Wicklungsdraht 3 gewickelt wird.
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Die 2 zeigt den Metallkern 2 mit dem in die vorgesehene Montageposition aufgeschobenen Isolationskörper 1 der 1 von der Rückseite 6. Es ist erkennbar, dass der Isolationskörper 1 gegenüber dem Metallkern 2 an der Rückseite 6 hervorsteht, und zwar mit hervorstehenden sowie freistehenden Enden 10. An den beiden Kanten 9 an der Rückseite 6 eines Stegs 14 eines Polzahns 11 stehen zwei freistehende Enden 10 hervor. Diese beiden freistehenden Enden 10 sind durch den Steg 14 voneinander beabstandet und sind so gegenüberliegend angeordnet. Wenn zur Montage der Wicklungsdraht 3, der in 3 gezeigt ist, um den Steg 14 gewickelt wird, ist im montierten Zustand der Wicklungsdraht 3 zwischen diesen zwei sich gegenüberliegenden freistehenden Enden 10 gespannt. Der Isolationskörper 1 deckt auch die dem Steg 14 zugewandten Flächen des inneren Rings 13 und/oder die dem Steg 14 zugewandten Flächen des äußeren Polschuhs 15 ab, damit der Wicklungsdraht 3 auch seitlich mit den äußeren Wicklungen von dem Metallkern 2 durch den dazwischenliegenden Isolationskörper 1 getrennt ist.
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Wie die 1 und 2 in einer Gesamtbetrachtung aufzeigen, hat der Isolationskörper 1 ein U-förmiges Längsschnittprofil, d.h. bei einer sich parallel zu der Rotordrehachse 7 erstreckenden Schnittebene. Zudem ist die Anlagefläche 16 des Isolationskörpers 1 zum Abdecken oder Umhüllen des Metallkerns 2 an die korrespondierende Außenkontur des Metallkerns 2 angepasst. Der Isolationskörper 1 kann daher von der Montageseite 5 aus auf den Metallkern 2 aufgeschoben und zwar insbesondere aufgesteckt werden.
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Die 3 zeigt den Längsschnitt A-A (siehe auch 1) durch den Steg 14 eines Polzahns 11. Auf der linken Seite von der Rotordrehachse 7 ist der Zustand vor dem Umwickeln des Polzahns 11 bzw. Stegs 14 mit dem Wicklungsdraht 3 gezeigt. Die Anlagefläche 16 des Isolationskörpers 1 hat eine Mehrzahl von Rippen 8, über welche die Anlagefläche 16 direkt auf dem Metallkern anliegt. Die Rippen 8 haben einen rampenförmigen Abschnitt 18 und einen Abschnitt mit konstanter, maximaler Rippenhöhe 17. Beim Aufschieben des Isolationskörpers 1 trifft der Isolationskörper 1 zunächst mit dem rampenförmigen Abschnitt 18 auf die Montageseite 5 des Metallkerns 2. Die zwei gegenüberliegenden Rampenformen an den beiden Seitenwänden der U-förmigen Anlagefläche 16 ermöglichen ein zuverlässiges Selbstzentrieren beim Aufschieben des Isolationskörpers 1. Um den Isolationskörper 1 in die vorgesehene Montageposition aufzuschieben, also bis zum Anschlag gegen eine Bodenwand der U-förmigen Anlagefläche 16 bzw. dessen Rippe 8 wie in 3 gezeigt, werden die Rippen 8 verformt. Die Rippen 8 können daher auch als Pressrippen oder Quetschrippen bezeichnet werden. Bevor der Wicklungsdraht 3 um den Isolationskörper 1 gewickelt wird, liegt der Isolationskörper 1 aufgrund der Rampenform der Rippen 8 an den Kanten 9 der Rückseite 6 nicht an, während der Metallkern 2 gleichzeitig durch den Abschnitt konstanter, maximaler Rippenhöhe 17 der Rippen 8 bewegungsfest gehalten und in der vorgesehenen Montageposition fixiert wird.
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In der 3 ist auf der rechten Seite von der Rotordrehachse 7 der Zustand nach dem Umwickeln des Polzahns 11 bzw. Stegs 14 mit dem Wicklungsdraht 3 gezeigt. Durch das Umwickeln mit vorgespanntem Wicklungsdraht 3 wurde der Isolationskörper 1 mit der Rippe 8 bzw. dessen rampenförmigen Abschnitt 18 und/oder unmittelbar mit der Anlagefläche 16 selbst an die Kanten 9 der Rückseite 6 gepresst und bevorzugt wie in 3, rechts, gezeigt über eine Kante 9 des Metallkerns 2 gebogen. Die zwei hervorstehenden, freistehenden Enden 10 des Isolationskörpers 1, zwischen denen der Wicklungsdraht 3 an der Rückseite des Metallkerns 2 gespannt ist, wurden also durch den Wicklungsdraht zueinander gezogen und haben sich infolge dessen über die jeweilige Kante 9 geneigt, an der sie anliegen.
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Da der Isolationskörper 1 gegenüber dem Metallkern 2 hervorsteht, wird ein Spalt 4 zwischen dem Wicklungsdraht 3 und dem Metallkern 2 erzeugt, der den Wicklungsdraht 3 von dem Metallkern 2 trennt. Der Spalt 4 ist ein Leerraum, also ein Luftspalt. Dieser Leerraum erstreckt sich mit der Weite des Spaltes 4 über eine Fläche, die durch die Länge und Breite des Stegs 4 eines Polzahns 11 definiert ist, d.h. durch den Abstand zwischen dem inneren Ring 13 bzw. inneren Polschuh und dem äußeren Polschuh 15 sowie dem Abstand zwischen den zwei gegenüberliegenden Kanten 9 auf der Rückseite 6 des Stegs 14.
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In einer Ausführungsform ist eine Weite des Spalts 4, d.h. in Richtung der Rotordrehachse 7, ungefähr oder mindestens so groß wie die bevorzugt einheitliche Dicke 19 des Isolationskörpers 1. Ungewollte mechanische, magnetische und elektrische Einflüsse können so durch den Spalt 4 vermieden werden.
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Insbesondere sind ein Polzahn 11 und/oder der gesamte Metallkern 2 bevorzugt aus gestanzten Blechen 12 hergestellt, die zu einem Paket gestapelt wurden. Insbesondere sind die gestapelten Belche 12 gegeneinander elektrisch isoliert.
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In einer Ausführungsform ist der Elektromotor ein Reluktanzmotor. Der Reluktanzmotor umfasst eine feststehende Wicklung als Stator und ein rotierendes Eisen als Rotor. Der Rotor hat eine zahnradartige Form mit sich radial erstreckenden Vorsprüngen zum Ausbilden von Rotor-Polzähnen, die korrespondierenden Polzähnen 11 des Stators zugeordnet sind. Der Stator ist wie in den 1 bis 3 abgebildet geformt. Aufgrund der vergleichsweise komplexen Form des Metallkerns 2 beim Reluktanzmotor kann durch einen gegenüber dem Metallkern 2 hervorstehenden Isolationskörper 1, der einen Spalt 4 zwischen dem Wicklungsdraht 3 und dem Metallkern 2 erzeugt, der Herstellungsaufwand in besonders hohem Maße reduziert werden. Vorzugsweise ist der Elektromotor ein Niederspannungsmotor. Ein besonders zuverlässiger Betrieb kann so sichergestellt werden.
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In einer Ausführungsform ist der Isolationskörper 1 im Wesentlichen drehsymmetrisch zur Rotordrehachse 7, d.h., der Isolationskörper 1 kann sich in bestimmten Winkelstellungen auf sich selbst abbilden.
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Insbesondere reicht der Isolationskörper durch den Stator hindurch. Die durch einen Wicklungsdraht 3 zu umwickelnden vier Kanten jedes Polzahns können so durch den Isolationskörper bedeckt werden, ohne dass der Isolationskörper einen Hinterschnitt aufweisen muss. Das hervorstehende sowie freistehende Ende 10 ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass auf der Rückseite 6 ein Luftspalt zwischen Metallkern 2 und der Wicklung des Wicklungsdrahts 3 entsteht. Ein zuverlässiger Schutz der Wicklung wird so ermöglicht. Insbesondere wird der Isolationskörper 1 einseitig auf den als Blechpaket vorgesehenen Metallkern 2 geschoben und durch Rippen 8, die Pressrippen sind, in der vorgesehenen Montageposition gehalten. Das hervorstehende, freistehende Ende 10 bedeckt die Kanten 9 des Bleches 12 vor dem Umwickeln mit dem Wicklungsdraht 3 zunächst nicht. Wird der Wicklungsdraht 3 aber über die Kanten 9 gespannt, legt sich der Isolationskörper 1 an die Kanten 9 an und biegt sich über die Rückseite 6.
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Durch einen einzigen, einteiligen und einfach aufgebauten Isolationskörper 1 kann somit der Metallkern von der Montageseite 5 und der gegenüberliegenden Rückseite 6 vom Wicklungsdraht 3 getrennt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1936778 A2 [0003, 0014]
