-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für einen Elektromotor, welcher ein Trägerbauteil umfasst, das sich längs einer eine axiale Richtung definierenden virtuellen Längsachse erstreckt.
-
Aus der
WO 2019/091763 A1 ist eine elektromotorisch angetriebene Wasserpumpe bekannt, deren Statorkern mit einem ersten Kunststoffmaterial überspritzt ist, wobei der Statorkern, die Drähte und Verbindungsanschlüsse mit einem zweiten Kunststoffmaterial überspritzt sind, um eine zylindrische ringförmige Kappe und eine Wärmesenke zu bilden, welche eine zylindrische Öffnung der Kappe abdichtet.
-
Aus der
US 2017/0063190 A1 ist ein mit Kunststoff überspritztes Statorsystem eines Elektromotors bekannt, dessen Rückschluss-Gehäuse mit einem käfigartig ausgebildeten Kunststoffgerüst umspritzt ist, um das metallische Rückschluss-Gehäuse strukturell zu verstärken. Abschnitte der Außenseite des im Betrieb des bekannten Elektromotors ortsfesten Rückschluss-Gehäuses liegen zur Außenumgebung hin frei, um über diese freiliegenden Abschnitte konvektiv Wärme an die Außenumgebung zu übertragen.
-
Aus der
DE 100 26 476 A1 ist ein elektrischer Spindelmotor für Festplattenlaufwerke bekannt, dessen Blechpakete und Wicklungen des Stators mit Kunststoff umspritzt sind, um die Zentrierbarkeit des Rotors des Elektromotors zu verbessern. Die Blechpakete sind dabei vollständig umspritzt, die Statorwicklungen nur teilweise.
-
Aus der
US 7,009,316 B2 ist ein rotatorischer Elektromotor bekannt, bei welchem die Endabschnitte einer Statorwicklung mit wärmeleitfähigem, elektrisch isolierendem Kunststoff gefüllt sind. Die Materialien des Statorkerns, der Statorwicklung, des wärmeleitfähigen, elektrisch isolierenden Kunststoffs und eines Rahmens des Elektromotors sind derart gewählt, dass die linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der genannten Bauteile einer vorbestimmten Relation genügen. Im Stator sind Kühlmittelkanäle ausgebildet, welche durch ein Kühlmedium durchströmbar sind, um Wärme aus dem Stator abzuführen.
-
Aus der
US 60206 61 A ist ein durch Kunststoffspritzguss gebildeter Stator eines Elektromotors bekannt. Das Statorgehäuse ist gebildet durch einen Stapel aus um eine virtuelle Längsachse umlaufenden Nutblechen, in deren Nuten die Wicklungen des Stators aufgenommen sind. Der Nutblechstapel ist mit thermoplastischem Kunststoff umspritzt.
-
Aus der
DE 195 06 267 A1 sind lamellenartige Nutbauteile für einen Stator eines Elektromotors bekannt. Der Eisenanteil der Nutbauteile ist gebildet durch metallische Plättchen, welche in Umfangsrichtung um die virtuelle Längsachse mit Abstand voneinander umlaufen, wobei die Dickenrichtung der Plättchen parallel zur Längsachse verläuft. An die metallischen Plättchen ist thermoplastischer Kunststoff angespritzt, um die metallischen Plättchen zu einem lamellenartigen Nutbauteil zu verbinden. In Umfangsrichtung unmittelbar benachbarte metallische Plättchen bilden zwischen sich eine Nut, welche jeweils der Aufnahme eines Abschnitts einer Statorwicklung dient.
-
Der vorliegenden Anmeldung liegt die objektive technische Aufgabe zugrunde, bekannte Elektromotoren, insbesondere ausgebildet zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, bei besonders hoher mechanische Festigkeit mit möglichst geringem Gewicht einfach und zuverlässig fertigen zu können.
-
Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung durch einen Stator für einen Elektromotor, wie er eingangs genannt ist, wobei das zentral von der virtuellen Längsachse durchsetzt gedachte Trägerbauteil einen Trägerabschnitt mit einer außenliegenden Fläche aufweist, wobei die außenliegende Fläche in eine zur Längsachse orthogonale radiale Richtung weist, wobei der Trägerabschnitt ein von einem thermoplastischen Träger-Kunststoff umspritztes Metallgerüst aufweist, sodass das Metallgerüst wenigstens abschnittsweise von einem Kunststoffmantel aus Träger-Kunststoff umgeben ist. An wenigstens einem axialen Längsende des Trägerabschnitt ist dabei ein Deckel angeordnet, wobei der Deckel eine Verbindungsformation mit zum Träger-Kunststoff kompatiblem oder mit diesem identischem Deckel-Kunststoff umfasst. Der Kunststoffmantel weist eine Verbindungsgegenformation auf. Die Verbindungsformation ist mit der Verbindungsgegenformation verschweißt.
-
Durch das Metallgerüst kann einerseits die Steifigkeit des Trägerbauteils, verglichen mit einem vollständig aus Kunststoff gebildeten Trägerbauteil, erhöht und andererseits sein Gewicht, verglichen mit einem vollständig aus Metall gebildeten Trägerbauteil, reduziert werden, da nur dort Metall als, verglichen mit dem Träger-Kunststoff, dichteres Material in gerade so großem Umfang verwendet wird, wie zur Erzielung der gewünschten Steifigkeit und Festigkeit benötigt wird. Das Metallgerüst ist bevorzugt als Käfigbauteil ausgebildet, d. h. es weist eine Mehrzahl von Streben auf, welche quer zu ihrer Hauptverlaufsrichtung mit Abstand voneinander angeordnet sind. Zwischen benachbarten Streben des Metallgerüsts besteht daher eine Lücke, welche beim Umspritzen des Metallgerüsts mit Träger-Kunststoff vom Träger-Kunststoff durchdrungen werden kann. Die Streben können in nur eine Richtung verlaufen, beispielsweise parallel zur Längsachse, was bei ausreichend steifen Streben bevorzugt ist. Alternativ kann das Metallgerüst ein Strebengeflecht oder ein Strebenkäfig sein, bei welchen Strebengruppen, die in unterschiedliche Richtungen verlaufen, beispielsweise in Längsrichtung und orthogonal dazu in Umfangsrichtung um die Längsachse, miteinander verwoben oder/und miteinander an Kreuzungspunkten verbunden sind. Auch die Streben einer jeden Strebengruppe eines Strebengeflechts oder eines Strebenkäfigs sind vorzugsweise parallel und mit Abstand voneinander angeordnet, sodass zwischen zwei benachbarten Streben eine Lücke gebildet ist, durch die beim Umspritzen Träger-Kunststoff hindurchfließen kann. Bei der Verwendung eines Strebengeflechts oder Strebenkäfigs können dünnere Streben verwendet werden, dafür werden in der Regel pro Volumeneinheit mehr Streben verwendet als wenn das Metallgerüst lediglich in einer Richtung verlaufende Streben bzw unverkreuzte Streben aufweist.
-
Der verglichen mit dem Metall des Metallgerüsts weniger dichte Träger-Kunststoff kann das Metallgerüst zu dem Trägerbauteil ergänzen, sodass dieses einerseits sehr fest und steif ist und andererseits ein geringes Gewicht aufweist.
-
Wenngleich es ausreichen kann, das Metall des Metallgerüsts nur abschnittsweise zu mit Träger-Kunststoff umspritzen, so ist es dennoch bevorzugt, wenn der Kunststoffmantel wenigstens in einem zwischen den Längsenden des Metallgerüsts gelegenen Abschnitt die metallischen Bauteile des Metallgerüsts vollständig, also in radialer Richtung und in Umfangsrichtung, umschließt. So ist das Metall des Metallgerüsts von Umwelteinflüssen abgeschirmt. Darüber hinaus können durch den Kunststoffmantel außenliegende Funktionsflächen unterbrechungsfrei und mit beliebiger Gestalt erzeugt werden.
-
Die virtuelle Längsachse des Trägerbauteils definiert unmittelbar eine axiale Richtung. Orthogonal zu ihr verlaufen radiale Richtungen und um sie herum verläuft eine Umfangsrichtung. So definiert die virtuelle Längsachse ein Zylinderkoordinatensystem.
-
Um den Eintritt von Schmutz in einen radial innerhalb der außenliegenden Fläche gelegenen Bereich zu verhindern, ist der Deckel am Trägerbauteil angeordnet. Die Verwendung des Kunststoffmantels bietet die vorteilhafte Möglichkeit, den Deckel mit dem Trägerbauteil zu verschweißen und somit dauerhaft mit dem Trägerbauteil zu verbinden. Das zum Verschweißen von Deckel und Trägerbauteil genutzte Verfahren kann beispielsweise ein Ultraschall-Schweißverfahren sein, bei welchen die wenigstens aus kompatiblen Kunststoffen hergestellten Formationen: Verbindungsformation und Verbindungsgegenformation an einander berührenden Flächen durch Mikrobewegungen und die dadurch entstehende Reibung über ihren Erweichungspunkt hinaus erwärmt und miteinander verbunden werden. Der Einsatz zusätzlicher Werkstoffe, wie Klebstoffe und dergleichen kann somit entfallen.
-
Als Träger-Kunststoffmaterial und als Deckel-Kunststoffmaterial kommen beispielsweise Polyolefine, wie Polyethylen oder bevorzugt Polypropylen, oder auch Polyphthalamid infrage. Zur Erhöhung seiner Festigkeit kann der am Trägerbauteil oder/und am Deckel verwendete Kunststoff gefüllt sein, bevorzugt mir Glasfasern.
-
Das Trägerbauteil dient dazu, gesondert vom Trägerbauteil ausgebildete Nutbauteile, etwa in der Art der oben genannten lamellenartigen Nutbauteile, zu tragen. Nutbauteile sind also kein intergaler Bestandteil des Trägerbauteils selbst. Die Nutbauteile werden bevorzugt an der genannten außenliegenden Fläche angeordnet.
-
Die außenliegende Fläche kann nach radial außen weisen, dann umgibt der Rotor topfartig den Stator und dessen Trägerbauteil. Die außenliegende Fläche kann alternativ nach radial innen weisen. Dann umgibt der Stator eine radial innerhalb des Stators gelegene Rotorwelle. Die Drehung des mit dem vorliegend diskutierten Stator zusammenwirkenden Rotors erfolgt um die virtuelle Längsachse.
-
Gemäß einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung des vorliegend diskutierten Stators kann eine Formation aus Verbindungsformation und Verbindungsgegenformation einen Vorsprung und kann die jeweils andere Formation aus Verbindungsformation und Verbindungsgegenformation eine die eine Formation wenigstens teilweise aufnehmende Ausnehmung aufweisen. Zur möglichst gleichmäßigen Festlegung des Deckels am Trägerbauteil längs eines Umlaufs um die Längsachse weist der Deckel vorzugsweise eine Mehrzahl von Verbindungsformationen auf und weist das Trägerbauteil eine Mehrzahl von Verbindungsgegenformationen auf. Bevorzugt sind zur Erzielung einer homogenen Kraftwirkung die Verbindungsformationen oder/und die Verbindungsgegenformationen in Umfangsrichtung um die Längsachse äquidistant angeordnet.
-
Da die außenliegende Fläche des Trägerabschnitts gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Stators im Betrieb des unter Beteiligung des Stators gebildeten Elektromotors wenigstens eine Nutbauteilanordnung zur Aufnahme von Statorwicklungen trägt, bildet vorzugsweise der Kunststoffmantel die außenliegende Fläche des Trägerabschnitts, sodass diese urformend durch Kunststoffspritzguss in der zur Aufnahme der Nutbauteilanordnung gewünschten und geeigneten Gestalt ausgebildet werden kann.
-
In vorteilhafter Weise kann der Deckel mit seiner Verbindungsanordnung dazu verwendet werden, die Nutbauteilanordnung im Trägerbauteil zu immobilisieren oder wenigstens einen Beitrag zu ihrer Immobilisierung zu leisten. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsformation wenigstens einen sich längs der Längsachse von einem Deckelhauptkörper weg erstreckenden Vorsprung und die Verbindungsgegenformation wenigstens eine diesen Vorsprung aufnehmende Ausnehmung umfasst. Dann kann wenigstens ein Vorsprung des Deckels im fertig montierten Zustand einen Bewegungsweg eines an der außenliegenden Fläche aufgenommenen eisenhaltigen Nutbauteils relativ zum Trägerabschnitt längs der Längsachse körperlich begrenzen. Dabei kann der Deckel grundsätzlich mit einem bewegungsbegrenzenden Vorsprung in Überlänge hergestellt sein, sodass der Vorsprung auf den jeweiligen Anwendungsfall abgelängt werden kann. Dadurch ist es möglich, die Anzahl an Nutbauteilen oder/und deren Anbringungsposition längs der Längsachse an ein und demselben Trägerbauteil zu variieren und trotzdem die Nutbauteile spielfrei mit dem stets konstruktiv gleichen Deckel am Trägerbauteil anzuordnen.
-
Die einfachste und sicherste Art der Begrenzung einer Bewegung wenigstens eines Nutbauteils erfolgt gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dadurch, dass der Vorsprung mit seinem vom Deckelhauptkörper fernliegenden Längsende an dem Nutbauteil anliegt. Dabei reicht es zur Immobilisierung einer Mehrzahl von Nutbauteilen in der Regel aus, wenn der Vorsprung an dem ihm in Längsachsenrichtung nächstgelegenen Nutbauteil anliegt, wenn mehrere Nutbauteile als Nutbauteilpaket längs der Längsachse aufeinanderfolgend gestapelt aneinander anliegen.
-
Bevorzugt weist der Deckel eine Mehrzahl von eine Bewegung von Nutbauteilen begrenzenden Vorsprüngen auf. Besonders bevorzugt dient eine Mehrzahl von Vorsprüngen, vorzugsweise alle Vorsprünge, welche zur Festlegung des Deckels am Trägerbauteil vorgesehen sind, auch der Bewegungsbegrenzung des wenigstens einen Nutbauteils.
-
Eine am betriebsbereiten Stator an der außenliegenden Fläche aufgenommene Nutbauteilanordnung umfasst zur Erzielung eines möglichst hohen Eisenanteils bei gleichzeitiger Verminderung unerwünschter Wirbelströme im Eisenanteil des Stators vorzugsweise eine Mehrzahl von lamellenartigen eisenhaltigen Nutbauteilen, etwa als ein oben geschildertes Nutbauteilpaket.
-
Um zu verhindern, dass die gesondert vom Trägerbauteil hergestellte und an dieser angeordnete Nutbauteilanordnung sich während des Betriebs des mit dem Stator gebildeten Elektromotors um die Längsachse relativ zum Trägerbauteil verdreht, weist die Nutbauteilanordnung bevorzugt eine Verdrehsicherungsformation auf, welche mit einer Verdrehsicherungsgegenformation der außenliegenden Fläche zur Sicherung der Nutbauteilanordnung gegen eine Verdrehung um die virtuelle Längsachse relativ zum Trägerabschnitt zusammenwirkt. Bevorzugt wirken die Verdrehsicherungsformation und die Verdrehsicherungsgegenformation formschlüssig zur Verdrehsicherung zusammen. Wiederum kann hierzu eine der Formationen aus Verdrehsicherungsformation und Verdrehsicherungsgegenformation einen Vorsprung aufweisen und kann die jeweils andere der Formationen eine den Vorsprung aufnehmende Ausnehmung aufweisen.
-
Dabei kann jedes einzelne Nutbauteil eine eigene Verdrehsicherungsformation aufweisen, oder die Mehrzahl von Nutbauteilen kann in einem Sammelbauteil paketiert sein, wobei dann wenigstens das Sammelbauteil die Verdrehsicherungsformation aufweist.
-
Da das lamellenartige Nutbauteil in axialer Richtung - bei Betrachtung des betriebsbereiten Zustands des Stators - dünn ausgebildet ist, ist ein Vorsprung als Verdrehsicherungsformation vorteilhafter, da eine Ausnehmung das ohnehin dünne lamellenartige Nutbauteil strukturell schwächen könnte.
-
Zur Reduzierung des Herstellungsaufwands kann die Verdrehsicherungsgegenformation die Verbindungsgegenformation sein, sodass mit der Ausbildung einer Gegenformation am Trägerbauteil zwei Funktionen realisiert werden können. Dies gilt für den besonders bevorzugten Fall, dass sowohl die Verdrehsicherungsgegenformation als auch die Verbindungsgegenformation jeweils eine Ausnehmung sind.
-
Besonders bevorzugt umfassen oder sind die Verdrehsicherungsgegenformation und die Verbindungsgegenformation eine längs der Längsachse verlaufende Nut in der außenliegenden Fläche, sodass sowohl die Nutbauteilanordnung als auch der Deckel oder wenigstens dessen Verbindungformation von einem axialen Längsende her längs der Längsachse durch die genannten Gegenformationen geführt in das Trägerbauteil eingeführt werden können.
-
Das eisenhaltige Nutbauteil kann hinsichtlich seiner Gestalt dadurch nahezu beliebig ausgeformt sein, dass es eine Mehrzahl von eisenhaltigen Metallplättchen umfasst, welche in Umfangsrichtung aufeinander folgend und unter Bildung einer Nut zwischen sich paarweise mit Abstand voneinander angeordnet und durch ein Verbindungsbauteil aus Kunststoff miteinander verbunden sind. Somit können Metallplättchen, welche in ihrer Gestalt auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt sein können, durch ein urformend hergestelltes Verbindungsbauteil miteinander verbunden werden. Die Metallplättchen können einen rechteckige, trapezförmige, dreieckige oder sonst eine geeignete Stirnfläche aufweisen. Die Stirnfläche des Metallplättchens ist dabei die zur Dickenrichtung des Metallplättchens orthogonale Endfläche. Von diesen Stirnflächen weist das Metallplättchen zwei auf.
-
Üblicherweise sind die Metallplättchen eines Nutbauteils mit ihrer Dickenrichtung parallel zur Längsachse angeordnet. Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Metallplättchen ist ein Zwischenraum gebildet, in welchem am fertigen Stator ein Abschnitt einer Statorwicklung aufgenommen ist.
-
Unerwünschte Wirbelströme über längs der Längsachse benachbarte Metallplättchen hinweg können mit geringem Herstellungsaufwand dadurch vermieden werden, dass wenigstens eine, vorzugsweise genau eine, in axiale Richtung weisende Plättchenstirnfläche wenigstens abschnittsweise von dem Kunststoff des Verbindungsbauteils bedeckt ist. Grundsätzlich kann daran gedacht sein, beide entgegengesetzte Plättchenstirnflächen jeweils mit Kunststoff zu bedecken, jedoch führt dies zu einem unnötig hohen axialen Abstand zwischen zwei axial benachbarten Metallplättchen und damit zu einem bei vorgegebenem Anordnungsraum unnötig geringen Eisenanteil. Für eine elektrische Isolierung von zwei axial benachbarten Metallplättchen reicht es aus, wenn nur genau eine Plättchenstirnfläche beim Einspritzen des Kunststoffmaterials zur Bildung des Verbindungsbauteils von Kunststoffmaterial wenigstens abschnittsweise bedeckt wird. Bevorzugt sind alle lamellenartigen eisenhaltigen Nutbauteile einer Nutbauteilanordnung im Wesentlichen identisch ausgebildet, sodass bei identischer Ausrichtung der längs der Längsachse auf einander folgenden Nutbauteile keine axial benachbarten Metallplättchen miteinander in metallischem und damit elektrisch leitfähigem Kontakt stehen.
-
Zur Abführung von im Betrieb des mit dem Stator gebildeten Elektromotors erzeugter Wärme kann der Stator eine Mehrzahl von Kühlkanälen umfassen. Bevorzugt umfasst das Metallgerüst eine Mehrzahl von Kühlkanälen, welche von einem Kühlmedium durchströmbar sind. Metall, wegen seiner geringen Dichte bevorzugt Aluminium, weist eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als der Träger-Kunststoff des Kunststoffmantels, sodass mit einem von Kühlmedium durchströmten Metallgerüst pro Zeiteinheit eine höhere Wärmemenge abgeführt werden kann als wenn derselbe Kühlmedienstrom Kühlkanäle nur im Kunststoffmantel Durchströmen würde.
-
Bevorzugt sind die Kühlkanäle in den oben bezeichneten Streben ausgebildet, die als rohrförmige Streben mit einem inneren Hohlraum ausgestaltet sein können. Grundsätzlich sind Streben mit einem kreisförmigen Strömungsquerschnitt denkbar, etwa zylindrische Rohre. Zur Erzielung eines betragsmäßig möglichst hohen Kühlmedienstroms sind jedoch bevorzugt schalenartige Streben eingesetzt, welche sich in Umfangsrichtung um die Längsachse über einen größeren Bereich, vorzugsweise einen wenigstens 4 bis 5 mal so großen Abmessungsbereich erstrecken als in radialer Richtung. Da diese schalenartige Streben um die Längsachse herum angeordnet sind, weisen diese - bei Betrachtung eines Schnitts in einer zur Längsachse orthogonalen schnittebene - bevorzugt einen gekrümmten, etwa bogen- oder nierenförmigen Querschnitt auf.
-
Um eine möglichst vollständige Umspritzung eines jeden Kühlkanals zu ermöglichen, sind bevorzugt Kühlkanäle aus der Mehrzahl von Kühlkanälen in Umfangsrichtung um die Längsachse gesondert und mit Abstand voneinander angeordnet, wobei zwischen wenigstens zwei in Umfangsrichtung benachbarten Kühlkanälen ein Abschnitt des Kunststoffmantels gebildet ist. Bevorzugt ist jeder Kühlkanal vollständig, also sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung, vom Kunststoffmantel umschlossen.
-
Zur einfachen und wirksamen Verbindung des Trägerbauteils mit weiteren Bauteilen des Stators oder/und des unter Beteiligung des Trägerbauteils gebildeten Elektromotors kann das Metallgerüst an wenigstens einem axialen Längsendbereich einen umlaufenden Flansch aufweisen. Der Flansch bietet somit eine Montagefläche mit Montageformationen, wie Durchgangslöcher zur Durchführung von Befestigungsmitteln und dergleichen. Der Flansch weist zur einfachen Montage mit weiteren Bauteilen bevorzugt eine größere radiale Erstreckung als die Kühlkanäle des Metallgerüsts auf. Die Mehrzahl von Kühlkanälen steht bevorzugt von dem Flansch längs der Längsachse ab. Der Flansch erstreckt sich daher im Wesentlichen in Umfangsrichtung und in radialer Richtung. Bevorzugt durchsetzen Öffnungen den Flansch, durch welche hindurch Kühlmedium in die vom Flansch abstehenden Kühlkanäle eingeleitet werden kann.
-
Zur Vermeidung von unerwünschten Wechselwirkungen mit dem Statormagnetfeld ist das Metallgerüst, bezogen auf sein Gewicht, überwiegend, vorzugsweise vollständig, aus unmagnetischem, also aus nicht-ferromagentischem Metall gebildet.
-
Das Metallgerüst kann an beiden axialen Längsendbereichen je einen umlaufenden Flansch aufweisen, wobei bevorzugt die Mehrzahl von Kühlkanälen die beiden Flansche miteinander verbindet. Somit kann ein einfaches und wirkungsvolles Metallgerüst aus zwei in axiale Richtung mit Abstand voneinander angeordneten Flanschen gebildet sein, welche durch Streben oder/und Kühlkanäle fest miteinander verbunden sind.
-
Das Trägerbauteil kann an beiden Längsenden je einen Deckel aufweisen, wobei vorzugsweise beide Deckel gemäß obiger Beschreibung des einen Deckels ausgebildet sind. Somit reicht eine einzige Bauart von Deckeln aus, um beide Längsenden des Trägerbauteils abzudecken.
-
Das Metallgerüst ist bevorzugt aus einem einzigen Metall ausgebildet. Seine einzelnen Bestandteile sind bevorzugt miteinander verschweißt oder verlötet, um eine möglichst hohe Festigkeit zu erzielen.
-
Zur weiteren Verringerung des Gewichts des Stators kann das Trägerbauteil längs der Längsachse vollständig von einem radial innerhalb der außenliegenden Fläche gelegenen Hohlraum durchsetzt sein. Dann, wenn der Stator den Rotor des aus dem Stator gebildeten Elektromotors radial außen umgibt, sind in dem Hohlraum der Rotor und die Rotorwelle angeordnet. Auch die oben genannten Nutbauteile sind dann in dem Hohlraum angeordnet.
-
Für eine besonders einfache und wenig fehleranfällige Herstellung und Montage des Trägerbauteils kann das Trägerbauteil bezüglich einer zur Längsachse orthogonalen Spiegelsymmetrieebene vorteilhaft spiegelsymmetrisch ausgebildet sein.
-
Die vorliegende Anmeldung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Metallgerüsts eines erfindungsgemäßen Stators,
- 2 eine perspektivische Ansicht eines Trägerbauteils, mit dem von Kunststoff umspritzten Metallgerüst von 1, eines erfindungsgemäßen Stators,
- 3 eine perspektivische Ansicht eines lamellenartigen Nutbauteils zur Aufnahme in dem Trägerbauteil von 2, und
- 4 eine perspektivische Ansicht eines Deckels zur endseitigen Anordnung an dem Trägerbauteil von 2.
-
In 1 ist ein Metallgerüst eines erfindungsgemäßen Stators allgemein mit 10 bezeichnet. Das Metallgerüst 10 erstreckt sich längs einer virtuellen Längsachse L, welche eine axiale Richtung a, hierzu orthogonale radiale Richtungen r und eine um die Längsachse L umlaufende Umfangsrichtung u definiert. Das Metallgerüst 10 umfasst an seinen beiden axialen Endseiten je einen Flansch 12 bzw. 14, wobei die Flansche 12 und 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel jene Bauteilabschnitte des Metallgerüsts 10 sind, welche die größte radiale Abmessung aufweisen.
-
Die Flansche 12 und 14 sind im dargestellten Beispiel durch insgesamt vier Streben 16 miteinander verbunden, wobei sich die Streben 16 parallel zueinander längs der virtuellen Längsachse L erstrecken. Sie sind durch stoffschlüssige Verbindung mittels eines entsprechenden Fügevorgangs, wie etwa Löten oder Schweißen, mit den Flanschen 12 und 14 verbunden. Im dargestellten Beispiel sind die Streben 16 aus einheitlichen und identischen Strebenbauteilen gebildet. Die Längserstreckung längs der virtuellen Längsachse L ist die größte Abmessung der Streben 16. Deren zweitgrößte Abmessung ist ihre Abmessung in Umfangsrichtung u. Die nach radial innen zur virtuellen Längsachse L hinweisende innere Fläche und die von der virtuellen Längsachse L wegweisende radial äußere Fläche einer jeden Strebe 16 weist zur virtuellen Längsachse L einen konstanten Abstand auf, d. h. die genannten radial inneren und radial äußeren Flächen sind im dargestellten Beispiel teilzylindrische Flächen mit der virtuellen Längsachse L als Zylinderachse.
-
Jede Strebe 16 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel hohl ausgebildet. Jede Strebe 16 definiert somit einen Kühlkanal 18, durch welchen hindurch ein Kühlmedium, vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit, längs der virtuellen Längsachse L hindurch geleitet werden kann, um einen unter Beteiligung des Metallgerüsts 10 gebildeten Stator im Betrieb zu kühlen. Die Kühlkanäle 18 haben somit einen bei Betrachtung einer zur virtuellen Längsachse L orthogonalen Schnittebene gekrümmten Querschnitt, welcher sich längs eines Kreisbogens um die Längsachse L herum erstreckt.
-
An den Flanschen 12 und 14, sind Durchlassöffnungen 20 ausgebildet, durch welche hindurch Kühlmedium in die Kühlkanäle 18 eingeleitet bzw. durch welche hindurch Kühlmedium aus den Kühlkanälen 18 ausgeleitet werden kann.
-
Das Metallgerüst 10 ist aus unmagnetischem Metall, vorzugsweise aus Aluminium hergestellt. Es kann wenigstens abschnittsweise im Aluminium-Druckgussverfahren gefertigt sein.
-
In Umfangsrichtung u zwischen den Streben 16 sind Lücken 22 ausgebildet, in welchen kein Metall angeordnet ist. Im Umfangserstreckungsbereich dieser Lücken 22 weisen die Flansche 12 und 14 Montagelöcher 24 auf, welche von Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Schrauben, Niete und dergleichen, durchsetzbar sind, um das Metallgerüst 10 und das daraus gebildete Trägerbauteil 26 (s. 2) mit weiteren Bauteilen zu verbinden.
-
In 2 ist ein Trägerbauteil 26 dargestellt, welches das Metallgerüst 10 umfasst, wobei dessen Streben 16 in radialer Richtung r sowie in Umfangsrichtung u vollständig von einem Kunststoffmantel 28 umgeben sind. Das Material des Kunststoffmantels 28 wurde in einem Spritzgussverfahren an das Metallgerüst 10, genauer an die Streben 16 sowie an die auf einander zuweisenden Flächen der Flansche 12 und 14 angespritzt. Der axiale Erstreckungsbereich des Kunststoffmantels 28 definiert im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Trägerabschnitt 29. Im Bereich der Zwischenräume 22 zwischen den Streben 16 ist der Trägerabschnitt mit einer geringeren radialen Abmessung ausgebildet als in den Umfangsbereichen, in denen sich die Stege 16 befinden.
-
Das Trägerbauteil 26 ist axial von einem Hohlraum 30 durchsetzt, welcher von einer durch den Kunststoffmantel 28 gebildeten, nach radial innen zur Längsachse L hinweisenden außenliegenden Fläche 32 nach radial außen begrenzt ist. Auf seiner radial nach außen weisenden Seite weist der Kunststoffmantel 28 eine weitere außenliegende Fläche 34 auf.
-
Bei dem mit dem Trägerbauteil 26 gebildeten Elektromotor ist dessen nicht dargestellte Rotorwelle im Hohlraum 30 aufgenommen. Die außenliegende Fläche 32 weist in Umfangsrichtung u äquidistant verteilt vier Oberflächennuten 36 auf, welche als Ausnehmungen beim spritzgusstechnischen Erzeugen des Kunststoffmantels 28 urformend gebildet wurden.
-
Wie in den 1 und 2 dargestellt ist, sind sowohl das Metallgerüst 10 als auch das Trägerbauteil bezüglich einer zur Längsachse orthogonalen Ebene spiegelsymmetrisch ausgebildet.
-
In den Hohlraum 30 wird zur Bildung eines Stators eine Mehrzahl von lamellenartigen Nutbauteilen 38 eingeführt, von welchen eine in 3 beispielhaft dargestellt ist.
-
Ein solches Nutbauteil 38 umfasst ein spritzgegossenes Verbindungsbauteil 40 aus Kunststoff, welches an eine Mehrzahl von eisenhaltigen metallischen Plättchen 42 angespritzt ist. Der Übersichtlichkeit halber sind nur einige wenige der metallischen Plättchen in 3 mit Bezugszeichen 42 versehen.
-
Die mit ihren jeweiligen Stirnseiten orthogonal zur Längsachse L orientierten metallischen Plättchen 42 sind in Umfangsrichtung u mit Abstand voneinander aufeinanderfolgend angeordnet, sodass zwischen je zwei unmittelbar in Umfangsrichtung u benachbarten metallischen Plättchen 42 eine Nut 44 gebildet ist, welche am fertigen Elektromotor bzw. Stator einen Abschnitt einer Statorwicklung aufnimmt.
-
Die metallischen Plättchen 42 überragen im dargestellten Ausführungsbeispiel das Verbindungsbauteil 40 nach radial innen, sind jedoch an drei Seiten von Kunststoff des Verbindungsbauteils 40 bedeckt, das ist in 3 an der zum Betrachter der 3 hinweisenden Stirnseite und an den die beiden Stirnseiten eines jeden metallischen Plättchen 42 miteinander verbindenden Mantelflächen.
-
An den von den metallischen Plättchen 42 radial wegweisenden Seiten weist das Verbindungsbauteil 40 zur Verdrehsicherung gegen eine Verdrehung relativ zum Trägerbauteil 26 um die Längsachse L Vorsprünge 46 auf, welche in die Nuten 36 der außenliegenden Fläche 32 längs der Längsachse L eingeführt werden. Durch Einführen einer gewünschten Anzahl an im Wesentlichen identischen lamellenartigen Nutbauteilen 38 erhält der Stator seinen Eisenanteil zur Verstärkung der magnetischen Wirkung der Statorwicklungen.
-
Die Nuten 36 des Trägerbauteils 26 bilden somit eine Verdrehsicherungsgegenformation, die Vorsprünge 46 der Nutbauteile 38 bilden eine Verdrehsicherungsformation.
-
In 4 ist ein Deckel 48 dargestellt, welcher an einem unter Beteiligung des Trägerbauteils 26 gebildeten Stator den Hohlraum 30 axial endseitig verschließt.
-
Der Deckel 48 weist einen sich hauptsächlich in radialer Richtung erstreckenden Deckelhauptkörper 50 auf, in dessen Zentrum eine Ausnehmung 52 zum Durchgang der Rotorwelle ausgebildet ist.
-
Vom Deckelhauptkörper 50 stehen einseitig auskragend längs der Längsachse L Vorsprünge 54 als Verbindungsformationen ab. Auch die Vorsprünge 54 werden bei der Montage des Stators längs der Längsachse L in die Nuten 36 in der außenliegenden Fläche 32 des Trägerbauteils 26 eingeführt. Darüber hinaus werden die Vorsprünge 54 und die Nuten 36 in der Endlage des Deckels 48 miteinander verschweißt, beispielsweise durch Ultraschallverschweißen. Zu diesem Zweck sind der Deckel 48 und der Kunststoffmantel 28 vorzugsweise aus demselben Kunststoff, etwa Polypropylen, Polyamid oder Polyphthalamid hergestellt, sodass ein stoffschlüssiges Fügen von Deckel 48 und Kunststoffmantel 28 möglich ist.
-
Die Vorsprünge 54 bilden somit Verbindungsformationen und die Nuten 36 bilden V erbi ndu ngsgegenformationen.
-
In Richtung der Längsachse L weisende Stirnflächen 56 an dem dem Deckelhauptkörper 50 fernliegenden Längsende der Vorsprünge 54 liegt der Deckel 48 am fertigen Stator an einer in Richtung der Längsachse L zum Deckel 48 hinweisenden Fläche 38a des axial dem Deckel 48 nächstgelegenen Nutbauteil 38 an, sodass der Deckel 48 über seine Vorsprünge 54 eine axiale Bewegung der Nutbauteile 38 im Hohlraum 30 behindert. Von der entgegengesetzten Seite des Flansches 14 her wird ein weiterer Deckel mit dessen Vorsprüngen 54 in die Nuten 36 eingeführt und mit dem Kunststoffmantel 28 verschweißt, sodass ein im Hohlraum 30 an der außenliegenden Fläche 32 drehfest aufgenommenes Paket aus einer Mehrzahl von Nutbauteilen 38 axial unverlagerbar am Trägerbauteil 26 alleine durch zwei Deckel 48 axial festgelegt ist.
-
Die Deckel 48 können zu diesem Zweck mit Vorsprüngen 54 in Überlänge ausgebildet sein, wobei die Vorsprünge 54 auf den jeweiligen Anwendungsfall vor der Montage abgelängt werden können. Ist dagegen die Konstruktion des gewünschten Stators von vornherein bekannt und soll diese nicht variieren, kann der Deckel 48 mit in ihrer Länge exakt passenden Vorsprüngen 54 spritzgusstechnisch hergestellt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2019/091763 A1 [0002]
- US 2017/0063190 A1 [0003]
- DE 10026476 A1 [0004]
- US 7009316 B2 [0005]
- US 6020661 A [0006]
- DE 19506267 A1 [0007]
