DE102018110176A1

DE102018110176A1 - Elektromotor und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102018110176A1
Application number: DE102018110176.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Schwanemann; Andreas Keskinoglu
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-10-31
Also published as: WO2019206380A1; US20210143704A1; CN112020814A; DE112019002187A5; EP3785351A1

Abstract

Ein Elektromotor (1) umfasst ein zylinderförmiges Gehäuse (10), einen Stator (2), der aus mehreren gestapelten Blechen (3) besteht und im Gehäuse (10) gehaltert ist, und einen Rotor (4), der auf einer Welle (6) sitzt, die in jeweils einem Lagerschild (7), das an einem ersten Ende (11) beziehungsweise an einem zweiten Ende (12) des Gehäuses (10) vorgesehen ist, drehbar gelagert ist. Das Gehäuse (10) ist druckgegossen. Der Stator (2) ragt mit einer Tiefe (T) nahtlos in eine Wand (9) des Gehäuses (10). Die Tiefe (T) ist kleiner als eine Stärke (W) der Wand (9). Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung solch eines Elektromotors (1) offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Elektromotor mit einem zylinderförmigen Gehäuse, einem Stator, der aus mehreren gestapelten Blechen besteht und der im Gehäuse gehaltert ist, und mit einem Rotor, der auf einer Welle sitzt, die in jeweils einem Lagerschild, das an einem ersten Ende beziehungsweise an einem zweiten Ende des Gehäuses vorgesehen ist, drehbar gelagert ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung solch eines Elektromotors.
Verschiedene Gehäusefertigungs- und Montagekonzepte für Elektromotoren sind bekannt und werden bereits in Serie verwendet.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE10 2011 076 904 A1 offenbart einen gekühlten Stator für einen Elektromotor.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2011 082 461 A1 offenbart ein Statorgehäuse für einen Elektromotor.
Die europäische Patentanmeldung EP 2 933 902 A1 offenbart eine Entwärmung einer elektrischen Maschine.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2015 200 096 A1 offenbart eine Kühlmantelanordnung für einen Elektromotor.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 198 51 439 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Druckgussgehäuse. Im Stator sind Kühlkanäle integriert.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 000 591 A1 offenbart eine Antriebseinrichtung, vorzugsweise Hybridantriebseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Eine Verbrennungskraftmaschine ist zum Antrieb des Kraftfahrzeuges vorgesehen. In einem Gehäuse ist eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor angeordnet. Das Gehäuse ist mit wenigstens einer Kühlrippe versehen, um die Kühlung der elektrischen Maschine zu verbessern.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2012 213 237 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse, einem Stator und einen Rotor. Ein Kühlkanal ist zwischen dem Gehäuse und dem Stator vorgesehen. Das Gehäuse und der Stator sind formschlüssig über axiale Stege miteinander gegen ein radiales Verdrehen verbunden, wobei die Stege dazu ausgeführt sind, das Kühlmedium umzuleiten.
Aus dem Stand der Technik ist der Aufbau eines Gehäuses aus drei Bauteilen bekannt. Das erste Bauteil ist ein sogenanntes A-Lagerschild, das zweite Bauteil ist ein zylindrischer mittlerer Gehäuseteil als Strangpressprofil und das dritte Bauteil ist ebenfalls ein Lagerschild, ein sogenanntes B-Lagerschild. Das A-Lagerschild ist an der Abtriebsseite und trägt in der Regel ein Festlager. Das B-Lagerschild ist auf der axial gegenüberliegenden Seite angeordnet und die Lagerung erfolgt beispielsweise, ohne Beschränkung, über einen Schiebesitz, um Wärmedehnungen des Ankers des Rotors ausgleichen zu können. Lagerschilde sind üblicherweise bei Elektromaschinen die hinteren und vorderen Deckel des Gehäuses, die das Maschineninnere gegen Berührung schützen und die Lager der Wellenenden des Ankers des Rotors aufnehmen. Nachteilig bei diesem dreiteiligen Aufbau des Gehäuses ist, dass der Stator nur von außen an den zylindrischen mittleren Gehäuseteil grenzt beziehungsweise Stator und Gehäuse lediglich benachbart zueinander angeordnet sind (siehe 1). Diese Anordnung von Stator und Gehäuse verursacht eine relativ schlechte Verdrehsicherheit und Stabilität. Zur Erreichung einer besseren Stabilität muss das Gehäuse aus drei Bauteilen größer gebaut werden, wie nachfolgend ausgeführt wird. Um bei dieser Anordnung von Stator und Gehäuse die Verdrehsicherheit sicherstellen zu können, wird ein hoher Anpressdruck (beispielsweise durch Schrumpfpassung, Presspassung oder ähnliches) benötigt. Um die Gehäusestabilität bei diesem Anpressdruck und die damit verbundenen mechanischen Spannungen sicherzustellen, muss die Dicke des Gehäuses daher relativ groß ausgeführt werden, wodurch das Gehäuse schwerer und teurer in der Herstellung wird, was wiederum den heutigen Anforderungen an Kompaktheit und Preissensibilität widerspricht. Zudem ist zwischen dem Stator und dem Gehäuse ein relativ schlechter thermischer Übergang gegeben.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Elektromotor zu schaffen, der kompakt, preisgünstig und einfach in der Herstellung und Montage und zudem sicher im Betrieb ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Elektromotor gemäß Anspruch 1. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen des Elektromotors.
Aufgabe der Erfindung ist auch, ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors zu schaffen, das einen kompakten Elektromotor preisgünstig und auf einfache Weise herstellt, wobei der Elektromotor einfach zu montieren und zudem sicher im Betrieb ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors gemäß Anspruch 6. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens.
In einer Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Elektromotor ein zylinderförmiges Gehäuse, einen Stator und einen Rotor. Der Stator umfasst mehrere gestapelte Bleche oder besteht aus mehreren gestapelten Blechen, und der Stator ist im Gehäuse gehaltert. Der Rotor sitzt auf einer Welle. Die Welle ist beispielsweise in jeweils einem Lagerschild drehbar gelagert, das das Gehäuse abschließt. Das jeweilige Lagerschild ist an einem ersten Ende beziehungsweise an einem zweiten Ende des Gehäuses vorgesehen. Erfindungsgemäß ist zumindest das Gehäuse (Gehäusemantel) druckgegossen. Zudem ragt der Stator erfindungsgemäß mit einer Tiefe nahtlos in eine Wand des Gehäuses, wobei die Tiefe kleiner als eine Stärke der Wand ist. Das Gehäuse liegt also unmittelbar, nahtlos und fest am Stator an und umschließt den Stator sogar bis zu der genannten Tiefe, was mehrere Vorteile hat. Erstens ist der so konstruierte Elektromotor kompakt. Zweitens ist der Stator dadurch sicher und fest, insbesondere auch verdrehsicher, am beziehungsweise zu einem Teil sogar im Gehäuse verankert, so dass der Elektromotor sicher im Betrieb ist. Drittens wird dadurch ein sehr guter Wärmeübergangswiderstand erreicht. Viertens ist Druckgießen ein preisgünstiges Herstellungsverfahren. Fünftens gestaltet sich die Montage des Elektromotors selber und in seiner Umgebung einfach.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors ist das Gehäuse aus Aluminium druckgegossen, was sich ebenfalls kostengünstig auf die Herstellung des Elektromotors auswirkt und zudem das Gewicht des Elektromotors reduziert.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors hat zumindest ein Teil der gestapelten Bleche des Stators an einem Außenumfang mehrere Zähne ausgebildet, die in die Wand des druckgegossenen Gehäuses ragen. Auch dies hat mehrere Vorteile. Die Zähne sorgen für eine noch bessere Verankerung des Statorblechpakets im Gehäuse, das Gewicht des Elektromotors wird dadurch weiter reduziert und bei kleinen Bauräumen kann dadurch Bauraum für Kühlkanäle für ein Kühlmedium im Gehäuse bereit gestellt werden. Die Aussparungen für die Kühlkanäle können beispielsweise zweckmäßigerweise, aber nicht zwingend, unterhalb der Statorzähne in der Wand des Gehäuses ausgeformt sein. Die Form der Zähne am Außenumfang sollte entsprechend so gewählt werden, dass eine ausreichende Verankerung gegeben ist, beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung der Erfindung, als Haken mit je mindestens einem Widerhaken, jedoch auch als einfacher geformte Rechtecke, Trapeze oder Dreiecke, gegebenenfalls mit abgerundeten Ecken, wie beispielsweise bei einer Verzahnung auf bekannten Zahnrädern.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors sind mehrere Kanäle für ein Kühlmedium in der Wand des Gehäuses ausgebildet. Das Kühlmedium kann beispielsweise eine Mischung aus Wasser und Glykol sein. Die Kanäle dienen der effektiven Abführung von Verlustwärme des Elektromotors und können in einer Ausführungsform im Druckguss direkt ausgeformt werden. In weiteren Ausführungsformen sind die Kanäle in einer axialen Richtung ausgeformt und analog zu Gehäusen mit einer Strangpressprofilkomponente über die beiden Lagerschilde angebunden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors ist das zylinderförmige Gehäuse mit einem Lagerschild am ersten Ende oder am zweiten Ende des Gehäuses stoffschlüssig verbunden. Das druckgussgefertige Gehäuse wird dann beispielsweise in einer „Topf-Form“ gegossen, das heißt, dass ein erstes Lagerschild direkt an dem statortragenden Gehäuseteil angegossen und stoffschlüssig mit diesem verbunden ist und nur noch ein zusätzliches, also ein zweites, Lagerschild an das Gehäuse montiert werden muss. Auch hierbei ist die Ausführung von integrierten Kühlkanälen denkbar. Die Topf-Form ermöglicht ferner auch die Herstellung eines kombinierten Gehäuses, das beispielsweise am Gehäuse bereits Strukturen für den Anbau eines Getriebes ausgeformt hat.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors sind im Lagerschild mehrere Kanäle ausgeformt, die mit den Kanälen in der Wand des Gehäuses zur Zirkulation des Kühlmediums fluide verbunden sind. Auch diese Kanäle im Lagerschild dienen der effektiven Abführung von Verlustwärme des Elektromotors.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors umfasst mehrere Schritte. Zunächst umfasst der Elektromotor wiederum ein zylinderförmiges Gehäuse, einen Stator, der mehrere gestapelte Bleche umfasst oder aus mehreren gestapelten Blechen besteht, wobei der Stator im Gehäuse gehaltert ist, sowie einen Rotor, der auf einer Welle sitzt, die in jeweils einem Lagerschild, das an einem ersten Ende beziehungsweise an einem zweiten Ende des Gehäuses vorgesehen ist. In einem ersten Schritt wird der aus mehreren Blechen gestapelte Stator derart in eine Druckgussform eingeführt, dass der Stator zum Teil in einen Freiraum der Druckgussform ragt. In einem nächsten Schritt wird der Freiraum der Druckgussform mit einem gut wärmeleitenden Material ausgespritzt, so dass das wärmeleitende Material nahtlos an dem in den Freiraum ragenden Teil des Stators anliegt und das Gehäuse bildet, das den Stator haltert. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Elektromotor beschrieben.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Statorwicklung mit Isolationen in einem späteren Fertigungsschritt nach dem Ausspritzen des Freiraums der Druckgussform mit einem gut wärmeleitenden Material eingebracht.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei dem in die Druckgussform eingesetzten Stator an einigen der gestapelten Bleche des Stators an einem Außenumfang mehrere Zähne ausgebildet. Die Zähne werden beim Ausspritzen der Druckgussform von dem Material umspritzt, so dass die Zähne in eine Wand des druckgegossenen Gehäuses ragen. Mögliche Formen sowie die Vorteile der Zähne sind bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Elektromotor beschrieben.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beim Ausspritzen des Freiraums der Druckgussform mehrere Kanäle für ein Kühlmedium in der Wand des Gehäuses ausgebildet. Die Vorteile der Kanäle sind bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Elektromotor beschrieben.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jeweils ein Lagerschild auf das erste Ende beziehungsweise das zweite Ende des Gehäuses derart gesetzt, dass die mehreren Kanäle des Gehäuses mit mehreren Kanälen im jeweiligen Lagerschild zur Zirkulation des Kühlmediums fluide kommunizieren. Die Vorteile der Lagerschilder und Kanäle sind bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Elektromotor beschrieben.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Druckgussform derart gestaltet, dass zusätzlich zum Gehäuse ein Lagerschild am ersten Ende oder zweiten Ende des Gehäuses derart ausgebildet wird, dass das Lagerschild stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden ist und die im Lagerschild ausgeformten mehreren Kanäle mit den Kanälen in der Wand des Gehäuses zur Zirkulation des Kühlmediums fluide verbunden sind. Die Vorteile sind ebenfalls bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Elektromotor beschrieben.
Die Erfindung findet beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung der Erfindung, in allen Vorrichtungen Anwendung, in denen drehende elektrische Maschinen verbaut werden. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, kann die Erfindung im Bereich der elektrischen Antriebssysteme von e-Achs- und Hybrid-Systemen verwendet werden.
Im Weiteren werden die Erfindung und ihre Vorteile an Hand der beigefügten Zeichnungen noch näher erläutert.

1 zeigt eine Schnittansicht eines Elektromotors des Standes der Technik.
2 zeigt eine vergrößerte Teilansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungsart des Stators im Gehäuse einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors.
3 zeigt eine Schnittansicht durch das Gehäuse und den Stator entlang einer zur Achse einer Ausführungsform des Elektromotors senkrechten Schnittebene A-A.
4 zeigt eine Schnittansicht durch das Gehäuse und den Stator entlang einer zur Achse des Elektromotors nach 3 radial verlaufenden Schnittebene B-B.
5 zeigt eine Schnittansicht durch das Gehäuse entlang einer anderen, zur Achse des Elektromotors nach 3 senkrechten Schnittebene A-A, die außerhalb des Bereichs des Stators liegt.
6 zeigt eine Schnittansicht durch das Gehäuse und den Stator entlang einer anderen, zur Achse des Elektromotors nach 3 radial verlaufenden Schnittebene B-B.
7 zeigt eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der ein Lagerschild integraler Bestandteil des Gehäuses ist.
8 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil eines Blechs für einen Blechstapel des Stators.
9 zeigt eine schematische Teilansicht einer Ausführungsform einer Druckgussform zur Herstellung von zumindest einem Gehäuse.
10 zeigt eine schematische Teilansicht eines in die Druckgussform eingesetzten Stators.
11 zeigt eine schematische Teilansicht eines in die Druckgussform eingespritzten Materials.
12 zeigt eine schematische Teilansicht des aus der Druckgussform entfernten Gehäuses mit dem Stator.

Die Zeichnungen stellen lediglich spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Die Erfindung soll jedoch ausdrücklich nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt sein.
1 zeigt eine Schnittansicht eines Elektromotors 1 aus dem Stand der Technik. Der Elektromotor 1 umfasst ein zylinderförmiges Gehäuse 10, einen Stator 2 und einen Rotor 4. Der Stator 2 besteht aus mehreren gestapelten Blechen 3 (siehe die Bleche 3 im Detail in 2) und ist im Gehäuse 10 gehaltert. Der Rotor 4 sitzt auf einer Welle 6, durch deren Mitte die Achse A (Drehachse) des Elektromotors 1 verläuft. Die Welle 6 ist in einer Ausführungsform, und wie in 1 gezeigt, in jeweils einem Lagerschild 7 drehbar gelagert. Dabei ist ein erstes Lagerschild 7 an einem ersten Ende 11 des Gehäuses 10 vorgesehen und ein zweites Lagerschild 7 ist an einem zweiten Ende 12 des Gehäuses 10 vorgesehen. Das jeweilige Lagerschild 7 stellt einen Deckel dar und schließt das Gehäuse 10 ab, wie bereits ausführlich in der Einleitung beschrieben. Wie in 1 gezeigt, ist üblicherweise beim Stand der Technik zwischen dem Stator 2 und dem Gehäuse 10 ein gewisser Abstand vorgesehen, so dass der Stator 2 nicht unmittelbar mit dem Gehäuse 10 verbunden ist, oder der Stator 2 grenzt nur von außen an den zylindrischen mittleren Gehäuseteil beziehungsweise Stator 2 und Gehäuse 10 sind lediglich benachbart zueinander angeordnet. Wie in der Einleitung bereits beschrieben, ist bei dieser Konstruktion nachteilig, dass der so konstruierte Elektromotor 1 nicht kompakt ist und somit teuer in der Herstellung ist, der Stator 2 gegebenenfalls nicht sicher und fest, insbesondere auch nicht verdrehsicher, am Gehäuse 10 verankert ist, so dass der Elektromotor 1 gegebenenfalls nicht sicher im Betrieb ist, und zudem ist zwischen dem Stator 2 und dem Gehäuse 10 ein relativ schlechter thermischer Übergang gegeben.
2 zeigt eine vergrößerte Teilansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungsart des Stators 2 im Gehäuse 10 einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors 1. Auch hier umfasst der erfindungsgemäße Elektromotor 1 ein zylinderförmiges Gehäuse 10, einen Stator 2 und einen Rotor 4. Der Stator 2 besteht aus mehreren gestapelten Blechen 3 und ist im Gehäuse 10 gehaltert. Der Rotor 4 sitzt auf einer Welle 6, durch deren Mitte die Achse A (Drehachse) des Elektromotors 1 verläuft. Die Welle 6 ist in einer Ausführungsform, und wie in 1 gezeigt, in jeweils einem Lagerschild 7 drehbar gelagert. Dabei ist ein erstes Lagerschild 7 an einem ersten Ende 11 des Gehäuses 10 vorgesehen und ein zweites Lagerschild 7 ist an einem zweiten Ende 12 des Gehäuses 10 vorgesehen. Das jeweilige Lagerschild 7 schließt das Gehäuse 10 ab.
Erfindungsgemäß und im Unterschied zu 1 ist bei 2 allerdings das Gehäuse 10 druckgegossen und der Stator 2 ragt mit einer Tiefe T nahtlos in eine Wand 9 des Gehäuses 10. Dabei ist die Tiefe T kleiner als eine Stärke W der Wand 9. Der Stator 2 ist also radial von dem angeformten Druckgussgehäuse 10 umgeben und das Gehäuse 10 trägt den Stator 2. Wie oben bereits erläutert, liegt der Stator 2 dann somit unmittelbar, nahtlos und fest am und sogar zumindest teilweise im Gehäuse 10 an, was mehrere Vorteile hat. Der so konstruierte Elektromotor 1 ist kompakt und damit preisgünstig in der Herstellung; der Stator 2 ist dadurch sicher und fest, insbesondere auch verdrehsicher, am beziehungsweise im Gehäuse 10 verankert, so dass der Elektromotor 1 sicher im Betrieb ist; ein sehr guter Wärmeübergangswiderstand wird erreicht; Druckgießen ist ein preisgünstiges Herstellungsverfahren; und die Montage des Elektromotors 1 selber und in seiner Umgebung gestaltet sich einfach.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors 1 ist das Gehäuse 10 aus Aluminium druckgegossen, was sich ebenfalls kostengünstig auf die Herstellung und das Gewicht des Elektromotors 1 auswirkt.
3 zeigt eine Schnittansicht durch das Gehäuse 10 und den Stator 2 entlang einer zur Achse A einer Ausführungsform des Elektromotors 1 senkrechten Schnittebene A-A gemäß 4, wobei die Schnittebene A-A innerhalb des Bereichs des Stators 2 liegt. Die Achse A ist hier als Punkt eingezeichnet, da die Achse A in dieser Schnittansicht quasi aus der Ebene herauskommt.
In der in 3 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors 1 sind mehrere Kanäle 15 für ein Kühlmedium in der Wand 9 des Gehäuses 10 ausgebildet. Das Kühlmedium kann beispielsweise eine Mischung aus Wasser und Glykol sein. Die Kanäle 15 dienen der effektiven Abführung von Verlustwärme des Elektromotors 1 und können in einer Ausführungsform im Druckguss direkt ausgeformt werden. Die Aussparungen für die Kühlkanäle 15 sind in der Darstellung nach 3 zweckmäßigerweise, aber nicht zwingend, unterhalb der Statorzähne 24 in der Wand 9 des Gehäuses 10 ausgeformt. Die sonstigen Bauelemente des Elektromotors 1 sind im Zusammenhang mit 2 beschrieben.
In der in 3 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors 1 hat zumindest ein Teil der gestapelten Bleche 3 des Stators 2 am Außenumfang 13 mehrere Zähne 14 ausgebildet, die in die Wand 9 des druckgegossenen Gehäuses 10 ragen. Die Form der Zähne 14 am Außenumfang sollte entsprechend so gewählt werden, dass eine ausreichende Verankerung gegeben ist, beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung der Erfindung, als relativ komplexe Haken mit je zwei Widerhaken, jedoch auch als einfach geformte Rechtecke, Trapeze oder Dreiecke, wie beispielsweise eine Verzahnung auf bekannten Zahnrädern. In der Darstellung nach 3 sind die Zähne 14 beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung der Erfindung, als längliche, abgerundete Trapeze ausgeformt.
4 zeigt eine Schnittansicht durch das Gehäuse 10 und den Stator 2 entlang einer zur Achse A des Elektromotors 1 nach 3 radial verlaufenden Schnittebene B-B gemäß 3. In der gezeigten Ausführungsform sind die Kanäle 15 in einer axialen Richtung, also parallel zur Achse A, ausgeformt und analog zu Gehäusen mit einer Strangpressprofilkomponente über die beiden Lagerschilde 7 (siehe beispielsweise 7) angebunden. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Stator 2 des druckgegossenen Gehäuses 10 mit einer Tiefe T nahtlos in eine Wand 9 des Gehäuses 10 ragt und die Tiefe T kleiner als eine Stärke W der Wand 9 ist. Der Stator 2 ist also radial von dem angeformten Druckgussgehäuse 10 umgeben und das Gehäuse 10 trägt den Stator 2. Wie oben bereits erläutert liegt der Stator 2 also unmittelbar, nahtlos und fest am beziehungsweise sogar teilweise im Gehäuse 10 an. Die sonstigen Bauelemente des Elektromotors 1 sind im Zusammenhang mit 2 und 3 beschrieben.
5 zeigt eine Schnittansicht durch das Gehäuse 10 entlang einer im Vergleich zu 3 anderen, zur Achse A des Elektromotors 1 nach 3 ebenfalls senkrechten Schnittebene A-A gemäß 6, wobei die Schnittebene A-A (im Unterschied zu 3 und 4) außerhalb des Bereichs des Stators 2 liegt. Entsprechend ist der Stator 2 in 5 nur schemenhaft (gestrichelt) eingezeichnet. Die sonstigen Bauelemente des Elektromotors 1 sind im Zusammenhang mit 2 bis 4 beschrieben.
6 zeigt eine Schnittansicht durch das Gehäuse 10 und den Stator 2 entlang einer im Vergleich zu 4 anderen, zur Achse A des Elektromotors 1 nach 3 ebenfalls radial verlaufenden Schnittebene B-B gemäß 5. Die sonstigen Bauelemente des Elektromotors 1 sind im Zusammenhang mit 2 bis 5 beschrieben. Wiederum ist deutlich zu erkennen, dass der Stator 2 mit einer Tiefe T, die deutlich kleiner als die Wandstärke W der Wand 9 des Gehäuses 10 ist, in das Gehäuse 10 ragt.
7 zeigt eine Teilansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors 1, bei der ein Lagerschild 7 integraler Bestandteil des Gehäuses 10 ist.
Das zylinderförmige Gehäuse 10 ist mit einem Lagerschild 7 am ersten Ende 11 und/oder am zweiten Ende 12 des Gehäuses 10 stoffschlüssig verbunden, wobei hier ohne Beschränkung der Erfindung nur das Lagerschild 7 am ersten Ende 11 gezeigt ist. Das andere Lagerschild 7 (in 7 nicht gezeigt) wird an das Gehäuse 10 achsensymmetrisch bezüglich einer Senkrechten der Achse A zum ersten Lagerschild 7 montiert und die beiden Lagerschilde 7 bilden dann je einen Deckel für das Gehäuse 10. Der Aufbau des Gehäuses 10 nach 7 ist also aus drei Teilen: A-Lagerschild, zylindrischer mittlerer Gehäuseteil als Strangpressprofil und B-Lagerschild.
Das druckgussgefertige Gehäuse 10 wird beispielsweise in einer „Topf-Form“ gegossen, das heißt, dass das erste Lagerschild 7 direkt an dem Stator 2 tragenden Teil des Gehäuses 10 angegossen ist und nur noch ein zusätzliches, also das zweite, Lagerschild 7 notwendig ist (in 7 nicht gezeigt), das am Gehäuse 10 montiert werden muss. Auch hierbei ist die Ausführung von integrierten Kühlkanälen 16 im jeweiligen Lagerschild 7 denkbar, wie auch in 7 gezeigt.
In der dargestellten Ausführungsform nach 7 sind die mehreren, in dem mit dem Gehäuse 10 druckgegossenen Lagerschild 7 ausgeformten Kanäle 16 mit den Kanälen 15 in der Wand 9 des Gehäuses 10 zur Zirkulation des Kühlmediums fluide verbunden. Auch diese Kanäle 16 im angegossenen Lagerschild 7 dienen der effektiven Abführung von Verlustwärme des Elektromotors 1. Auch das andere, nicht dargestellte Lagerschild kann mit Kühlkanälen versehen sein.
8 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil eines Blechs 3 für einen Blechstapel des Stators 2. Wie bei 3, hat in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors 1 nach 8 zumindest ein Teil der gestapelten Bleche 3 des Stators 2 an einem Außenumfang 13 des jeweiligen Blechs 3 mehrere Zähne 14 ausgebildet, die in die Wand 9 des druckgegossenen Gehäuses 10 ragen. Auch dies hat mehrere Vorteile, wie oben bereits erläutert. Die Zähne 14 sorgen für eine noch bessere Verankerung des Statorblechpakets im Gehäuse 10, das Gewicht des Elektromotors 1 wird dadurch weiter reduziert und bei kleinen Bauräumen kann dadurch Bauraum für Kühlkanäle 15 (siehe 3 bis 7) für ein Kühlmedium im Gehäuse 10 bereit gestellt werden. Die Form der Zähne am Außenumfang 13 sollte entsprechend so gewählt werden, dass eine ausreichende Verankerung gegeben ist, beispielsweise und wie in 8 dargestellt, jedoch ohne Beschränkung der Erfindung, als Haken mit je mindestens einem Widerhaken 17, wobei hier jeweils zwei Widerhaken 17 pro Zahn 14 dargestellt sind. Allerdings ist die in 8 gewählte Hakenform der Zähne 14 komplex und dadurch teuer in der Fertigung. Wie oben bereits beschrieben, können stattdessen auch andere, einfachere Formen für die Zähne gewählt werden, beispielsweise, ohne Beschränkung der Erfindung, Rechtecke, Trapeze (siehe 3) oder Dreiecke, gegebenenfalls mit abgerundeten Ecken, wie beispielsweise bei einer Verzahnung auf bekannten Zahnrädern.
Die Aussparungen für die Kühlkanäle 15 können beispielsweise zweckmäßigerweise, aber nicht zwingend, unterhalb der Statorzähne 24 (siehe 3) in der Wand 9 des Gehäuses 10 ausgeformt sein.
9 zeigt eine schematische Teilansicht einer Ausführungsform einer Druckgussform 20 zur Herstellung von zumindest einem Gehäuse 10 für den erfindungsgemäßen Elektromotor 1. Wie in der schematischen Teilansicht von 10 gezeigt, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Elektromotors 1 zunächst der aus mehreren Blechen 3 gestapelte Stator 2 derart in die Druckgussform 20 eingeführt, dass der Stator 2 zum Teil in einen Freiraum 22 der Druckgussform 20 ragt. Wie in der schematischen Teilansicht von 11 gezeigt, wird anschließend der Freiraum 22 der Druckgussform 20 mit einem gut wärmeleitenden Material 30 ausgespritzt, so dass das wärmeleitende Material 30 nahtlos an dem in den Freiraum 22 ragenden Teil des Stators 2 anliegt und das druckgegossene Gehäuse 10 bildet, das den Stator 2 haltert. Anschließend kann die Druckgussform 20 vom Gehäuse 10 entfernt werden. Die schematische Teilansicht von 12 zeigt das aus der Druckgussform 20 entfernte Gehäuse 10 mit dem Stator 2. Der Stator 2 ragt mit einer Tiefe T nahtlos in eine Wand 9 des Gehäuses 10. Dabei ist die Tiefe T kleiner als eine Stärke W der Wand 9. Der Stator 2 ist also radial von dem angeformten und druckgegossenen Gehäuse 10 umgeben und das Gehäuse 10 trägt den Stator 2. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Elektromotor 1 beschrieben.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Wicklung des Stators 2 mit Isolationen in einem späteren Fertigungsschritt nach dem Ausspritzen des Freiraums 22 der Druckgussform 20 mit einem gut wärmeleitenden Material 30 (siehe 11) eingebracht.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei dem in die Druckgussform eingesetzten Stator 2 an einigen der gestapelten Bleche 3 des Stators 2 an einem Außenumfang 13 mehrere Zähne 14 ausgebildet (in 9 bis 12 nicht dargestellt, siehe stattdessen 8). Die Zähne 14 werden beim Ausspritzen der Druckgussform 20 gemäß 11 von dem Material 30 umspritzt, so dass die Zähne 14 in die Wand 9 des druckgegossenen Gehäuses 10 ragen. Die Vorteile der Zähne 14 sind bereits im Zusammenhang mit 3 und 8 beschrieben.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beim Ausspritzen des Freiraums 22 der Druckgussform 20 (gemäß 11) mehrere Kanäle 15 für ein Kühlmedium in der Wand 9 des Gehäuses 10 ausgebildet (in 9 bis 12 nicht dargestellt, siehe stattdessen 3 bis 7). Die Vorteile der Kanäle 15 sind bereits oben beschrieben.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jeweils ein Lagerschild 7 auf das erste Ende 11 beziehungsweise das zweite Ende 12 des Gehäuses 10 derart gesetzt, dass die mehreren Kanäle 15 des Gehäuses 10 mit mehreren Kanälen 16 im jeweiligen Lagerschild 7 zur Zirkulation des Kühlmediums fluide kommunizieren (in 9 bis 12 nicht dargestellt, siehe stattdessen 7). Die Vorteile der Lagerschilder 7 und Kanäle 15, 16 sind bereits oben beschrieben.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Druckgussform 20 derart gestaltet, dass zusätzlich zum Gehäuse 10 ein Lagerschild 7 am ersten Ende 11 oder zweiten Ende 12 des Gehäuses 10 derart ausgebildet wird, dass das Lagerschild 7 stoffschlüssig mit dem Gehäuse 10 verbunden ist und die im Lagerschild 7 ausgeformten mehreren Kanäle 16 mit den Kanälen 15 in der Wand 9 des Gehäuses 10 zur Zirkulation des Kühlmediums fluide verbunden sind, was jedoch ebenfalls nicht in 9 bis 12 dargestellt ist, sondern siehe stattdessen 7). Die Vorteile sind ebenfalls bereits oben beschrieben.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Stator
3: Blech
4: Rotor
6: Welle
7: Lagerschild
9: Wand
10: Gehäuse
11: erstes Ende
12: zweites Ende
13: Außenumfang
14: Zahn
15: Kanal
16: Kanal
17: Widerhaken
20: Druckgussform
22: Freiraum
24: Statorzahn
30: Material
A: Achse
A-A: Schnittebene
B-B: Schnittebene
T: Tiefe
W: Wandstärke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011076904 A1 [0004]
DE 102011082461 A1 [0005]
EP 2933902 A1 [0006]
DE 102015200096 A1 [0007]
DE 19851439 A1 [0008]
DE 102009000591 A1 [0009]
DE 102012213237 A1 [0010]

Claims

Elektromotor (1) umfassend ein zylinderförmiges Gehäuse (10), einen Stator (2), der aus mehreren gestapelten Blechen (3) besteht und der im Gehäuse (10) gehaltert ist, einen Rotor (4), der auf einer Welle (6) sitzt, die in jeweils einem Lagerschild (7), das an einem ersten Ende (11) beziehungsweise an einem zweiten Ende (12) des Gehäuses (10) vorgesehen ist, drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) druckgegossen ist und der Stator (2) mit einer Tiefe (T) nahtlos in eine Wand (9) des Gehäuses (10) ragt, wobei die Tiefe (T) kleiner als eine Stärke (W) der Wand (9) ist.
Elektromotor (1) nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil der gestapelten Bleche (3) des Stators (2) an einem Außenumfang (13) mehrere Zähne (14) ausgebildet hat, die in die Wand (9) des druckgegossenen Gehäuses (10) ragen.
Elektromotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mehrere Kanäle (15) für ein Kühlmedium in der Wand (9) des Gehäuses (10) ausgebildet sind.
Elektromotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zylinderförmige Gehäuse (10) mit einem Lagerschild (7) am ersten Ende (11) oder am zweiten Ende (12) des Gehäuses (10) stoffschlüssig verbunden ist.
Elektromotor (1) nach Anspruch 4, wobei im Lagerschild (7) mehrere Kanäle (16) ausgeformt sind, die mit den Kanälen (15) in der Wand (9) des Gehäuses (10) zur Zirkulation des Kühlmediums fluide verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors (1), wobei der Elektromotor (1) ein zylinderförmiges Gehäuse (10), einen Stator (2), der aus mehreren gestapelten Blechen (3) besteht und im Gehäuse (10) gehaltert ist, und einen Rotor (4), der auf einer Welle (6) sitzt, die in jeweils einem Lagerschild (7), das an einem ersten Ende (11) beziehungsweise an einem zweiten Ende (12) des Gehäuses (10) vorgesehen ist, umfasst; gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Einführen des aus mehreren Blechen (3) gestapelten Stators (2) derart in eine Druckgussform (20), dass der Stator (2) zum Teil in einen Freiraum (22) der Druckgussform (20) ragt; und Ausspritzen des Freiraums (22) der Druckgussform (20) mit einem gut wärmeleitenden Material (30), so dass das wärmeleitende Material (30) nahtlos an dem in den Freiraum (22) ragenden Teil des Stators (2) anliegt und das Gehäuse (10) bildet, das den Stator (2) haltert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei bei dem in die Druckgussform (20) eingesetzten Stator (2) an einigen der gestapelten Bleche (3) des Stators (2) an einem Außenumfang (13) mehrere Zähne (14) ausgebildet werden, die beim Ausspritzen der Druckgussform (20) von dem Material (30) umspritzt werden, so dass die Zähne (14) in eine Wand (9) des druckgegossenen Gehäuses (10) ragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei beim Ausspritzen des Freiraums (22) der Druckgussform (20) mehrere Kanäle (15) für ein Kühlmedium in der Wand (9) des Gehäuses (10) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei jeweils ein Lagerschild (7) auf das erste Ende (11) beziehungsweise das zweite Ende (12) des Gehäuses (10) derart gesetzt wird, dass die mehreren Kanäle (15) des Gehäuses (10) mit mehreren Kanälen (16) im jeweiligen Lagerschild (7) zur Zirkulation des Kühlmediums fluide kommunizieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei die Druckgussform (20) derart gestaltet wird, dass zusätzlich zum Gehäuse (10) ein Lagerschild (7) am ersten Ende (11) oder zweiten Ende (12) des Gehäuses (10) derart ausgebildet wird, dass das Lagerschild (7) stoffschlüssig mit dem Gehäuse (10) verbunden ist und die im Lagerschild (7) ausgeformten mehreren Kanäle (16) mit den Kanälen (15) in der Wand (9) des Gehäuses (10) zur Zirkulation des Kühlmediums fluide verbunden sind.