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Die Erfindung betrifft den Zusammenbau eines Stators durch Fügen von Statorjoch und Statorzähnen, sowie einen Stator und einen Elektromotor.
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Beim Zusammenbau von Statoren ist es bekannt, Statorjoch und Statorzähne axial zu fügen. Dabei wird das Statorjoch in axialer Richtung über die Statorzähne, welche bereits die Statorwicklungen tragen, geschoben. Da die Statorzähne durch das Fügen auch am Statorjoch fixiert werden, bedingen die letztlich für die Fixierung der Statorzähne am Statorjoch verantwortlichen Kräfte während des Fügens selbst hohe Fügekräfte. Diese erforderlichen hohen Fügekräfte führen dazu, dass Statoren häufig segmentiert gefügt werden, d.h. das Statorjoch ist zunächst nicht ein ganzes Element, z.B. ein ganzer geschlossener Ring, sondern ist in mehrere Segmente unterteilt, die separat über die Statorzähne, die dem jeweiligen Segment zugeordnet sind, geschoben werden. Da auf ein Segment des Statorjochs offensichtlich weniger Statorzähne kommen als auf das gesamte Statorjoch, reduziert dies die erforderlichen Fügekräfte. Allerdings erhöht sich dafür die Anzahl der Fügevorgänge und anschließend müssen die einzelnen Segmente des Statorjochs noch miteinander verbunden werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Zusammenbau von Statoren anzugeben, bei dem die Anzahl der zugleich zu fügenden Statorzähne nicht durch erforderliche Fügekräfte begrenzt ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Anspruch 9 betrifft einen entsprechenden Stator und Anspruch 10 einen entsprechenden Elektromotor. Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen.
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Das Verfahren zum Zusammenbau eines Stators umfasst mindestens die folgenden Schritte: Zunächst werden Statorwicklungen auf Statorzähne aufgebracht. Dann wird ein Statorjoch auf die Statorzähne aufgeschoben; dies geschieht durch relative Verschiebung von Statorzähnen und Statorjoch zueinander in einer axialen Richtung. Erst anschließend werden die Statorzähne am Statorjoch durch Verpressung fixiert.
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Auf diese Weise wirken beim Aufschieben des Statorjochs auf die Statorzähne noch keine für die Fixierung der Statorzähne am Statorjoch verantwortlichen Kräfte, wodurch im Gegensatz zum Stand der Technik keine Fügekräfte auftreten. Daher stellen die Fügekräfte auch keine Begrenzung der Anzahl der zugleich zu fügenden Statorzähne dar.
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Die axiale Richtung ist hierbei die Richtung einer Drehachse, um welche sich bei einem Elektromotor, in dem der Stator eingesetzt wird, ein entsprechender Rotor des Elektromotors bei Betrieb des Elektromotors dreht.
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In einer Ausführungsform wird eine radial nach innen gerichtete Kraft auf die Statorzähne ausgeübt, um die Statorzähne am Statorjoch zu fixieren, also um die Verpressung zu bewirken. Dies ist einfach möglich und kann nacheinander einzeln für jeden Statorzahn oder für eine Vielzahl der Statorzähne gleichzeitig erfolgen. Da im Betrieb eines Elektromotors, für den der Stator vorgesehen ist, sämtliche relevanten Kräfte radial nach innen oder tangential zum Luftspalt, insbesondere also nicht radial nach außen gerichtet sind, bleiben die Statorzähne dabei auch im Betrieb sicher am Statorjoch fixiert. Zusätzlich können die Statorzähne durch Verträufeln am Statorjoch gesichert werden.
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Die genannte radiale Richtung für jeden Statorzahn ist senkrecht auf der vorstehend definierten axialen Richtung. Die Richtung radial nach innen bedeutet, wiederum mit Bezugnahme auf einen vollständigen Elektromotor, senkrecht in Richtung auf die oben genannte Drehachse hin.
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In einer spezifischeren Ausführungsform hat jeder Statorzahn einen Verbindungsabschnitt mit wenigstens einer Schrägfläche. Ebenso hat das Statorjoch eine Vielzahl von Aussparungen, die jeweils wenigstens eine Schrägfläche aufweisen. Jede solche Schrägfläche einer Aussparung ist dazu vorgesehen, mit einer genannten Schrägfläche eines Verbindungsabschnitts in Kontakt zu treten, um die Fixierung des jeweiligen Statorzahns am Statorjoch zu bewirken. Die Verwendung von Verbindungsabschnitten und Aussparungen mit den jeweiligen genannten Schrägflächen ermöglicht die Fixierung von Statorzähnen am Statorjoch auf besonders einfache Weise. Insbesondere kann jeder Verbindungsabschnitt zwei einander gegenüberliegende Schrägflächen aufweisen, und entsprechend weist dann jede Aussparung zwei einander gegenüberliegende Schrägflächen auf.
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In einer Weiterbildung der eben genannten spezifischeren Ausführungsform wird das Statorjoch in der axialen Richtung so relativ zu den Statorzähnen verschoben, dass in jede Aussparung des Statorjochs der Verbindungsabschnitt eines jeweiligen Statorzahns aufgenommen wird. Dabei ist jede der wenigstens einen Schrägfläche der jeweiligen Aussparung von jeder der wenigstens einen Schrägfläche des Verbindungsabschnitts des jeweiligen Statorzahns beabstandet. Daher treten bei diesem Überschieben keine Fügekräfte auf, unabhängig davon, wie viele Aussparungen und Statorzähne involviert sind. Erst in einem anschließenden Schritt wird auf jeden Statorzahn jeweils eine Kraft in einer radialen Richtung nach innen ausgeübt, durch welche Kraft jede der wenigstens einen Schrägfläche des Verbindungsabschnitts des jeweiligen Statorzahns mit einer der wenigstens einen Schrägfläche der jeweiligen Aussparung in Kontakt gebracht wird. So wird die Verpressung zwischen Statorzahn und Statorjoch erzielt. Vorzugsweise wird die Fixierung zwischen Statorzahn und Statorjoch dabei durch Selbsthemmung des Verbindungsabschnitts des Statorzahns in der entsprechenden Aussparung des Statorjochs erreicht.
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Es hat sich im Übrigen herausgestellt, dass der Kontakt zwischen den Schrägflächen von Aussparung des Statorjochs und Verbindungsabschnitt des Statorzahns einen geringen magnetischen Übergangswiderstand zwischen Statorjoch und Statorzahn bewirkt.
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In einer Weiterbildung wird zwischen einer Fläche eines Verbindungsabschnitts eines Statorzahns und einem Wandungsbereich einer Aussparung des Statorjochs, in welche der Verbindungsabschnitt aufgenommen ist, ein Keil eingebracht, um eine zusätzliche Fixierung des Statorzahns am Statorjoch zu bewirken. Die eben genannte Fläche des Verbindungsabschnitts ist verschieden von jeder der wenigstens einen Schrägfläche des Verbindungsabschnitts.
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In einer alternativen Weiterbildung wird ein Bereich zwischen einer Fläche eines Verbindungsabschnitts eines Statorzahns und einem Wandungsbereich einer Aussparung des Statorjochs, in welche der Verbindungsabschnitt aufgenommen ist, mit einem Kunststoff ausgespritzt, um eine zusätzliche Fixierung des Statorzahns am Statorjoch zu bewirken. Die eben genannte Fläche des Verbindungsabschnitts ist verschieden von jeder der wenigstens einen Schrägfläche des Verbindungsabschnitts. Statt den Bereich mit Kunststoff auszuspritzen, kann der Bereich auch mit Träufelharz gefüllt werden.
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Es ist auch denkbar, die beiden vorgenannten Weiterbildungen zu kombinieren, also einen Keil zu verwenden und den verbleibenden Bereich zwischen der Fläche eines Verbindungsabschnitts eines Statorzahns und dem Wandungsbereich einer Aussparung des Statorjochs mit Kunststoff auszuspritzen oder mit Träufelharz zu füllen.
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In einer Ausführungsform wird das Statorjoch als Ganzes zugleich über alle Statorzähne des Stators geschoben. Dies bedeutet, das Statorjoch ist in dieser Ausführungsform nicht segmentiert; es ist mithin nur ein einziger Fügevorgang für den Stator erforderlich.
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Ein Stator umfasst ein Statorjoch und eine Vielzahl von Statorzähnen, welche Statorwicklungen des Stators tragen. Jeder Statorzahn weist einen Verbindungsabschnitt mit wenigstens einer Schrägfläche auf, der in einer jeweiligen, wenigstens eine Schrägfläche aufweisenden Aussparung des Statorjochs des Stators verpresst ist. Ein solcher Stator kann insbesondere mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren in einfacher Weise hergestellt werden.
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Ein Elektromotor weist einen vorstehend beschriebenen Stator auf. Da der Stator, wie gesagt, einfach hergestellt werden kann, ist dadurch auch die Herstellung des Elektromotors insgesamt vereinfacht.
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Nachfolgend werden die Erfindung und ihre Vorteile an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch eine Situation vor dem Fügen von Statorjoch und Statorzähnen.
- 2 zeigt schematisch eine Situation nach dem Fügen von Statorjoch und Statorzähnen.
- 3 zeigt schematisch eine Situation, bei der die Statorzähne mit dem Statorjoch verpresst sind.
- 4 zeigt schematisch eine weitere Situation, bei der die Statorzähne mit dem Statorjoch verpresst sind.
- 5 zeigt schematisch eine weitere Situation, bei der die Statorzähne mit dem Statorjoch verpresst sind.
- 6 zeigt schematisch einen Elektromotor.
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Die Zeichnungen beziehen sich lediglich auf Ausführungsbeispiele der Erfindung und sollen daher keinesfalls als Beschränkung der Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele aufgefasst werden.
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1 zeigt eine Situation vor dem Fügen eines Statorjochs 1, von dem hier nur ein Ausschnitt gezeigt ist, mit Statorzähnen 3. Um die Statorzähne 3 sind Statorwicklungen 5 gewickelt. Das Statorjoch 1 weist Aussparungen 2 auf. Jede Aussparung 2 hat in diesem Ausführungsbeispiel zwei Schrägflächen 21 und 22. Jeder Statorzahn 3 hat einen Verbindungsabschnitt 4, jeder Verbindungsabschnitt 4 hat zwei Schrägflächen 41 und 42. Die Schrägfläche 21 ist dazu vorgesehen, mit der Schrägfläche 41 in Kontakt zu treten. Die Schrägfläche 22 ist dazu vorgesehen, mit der Schrägfläche 42 in Kontakt zu treten. Das Fügen von Statorjoch 1 und Statorzähnen 3 erfolgt in einer axialen Richtung, welche hier senkrecht zur Zeichenebene gerichtet ist.
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2 zeigt eine Situation nach dem Fügen von Statorjoch 1 und Statorzähnen 3 in der axialen Richtung senkrecht zur Zeichenebene. Jeder Verbindungsabschnitt 4 ist in eine entsprechende Aussparung 2 eingeschoben. Noch sind die Schrägflächen 21, 22 der Aussparungen 2 von den entsprechenden Schrägflächen 41, 42 der Verbindungsabschnitte 4 beabstandet. Da diese Beabstandung auch während des Fügens, also des Einschiebens der Verbindungsabschnitte 4 in die Aussparungen 2 besteht, erfolgt das Fügen ohne Fügekräfte. Die Statorwicklungen 5 an den Statorzähnen 3 werden mit den Statorzähnen 3 in das Statorjoch 1 eingeschoben.
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Als nächstes wird eine Kraft 210 in einer radialen Richtung 200 nach innen auf jeden der Statorzähne 3 ausgeübt. Dadurch gelangt man zur in 3 dargestellten Situation.
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3 zeigt eine Situation, in der die Statorzähne 3 mit dem Statorjoch 1 verpresst sind, als Folge der Ausübung der Kraft 210 (siehe 2). Nach wie vor befindet sich jeder Verbindungsabschnitt 4 in einer entsprechenden Aussparung 2. Hier jedoch ist nun die Schrägfläche 21 in Kontakt mit der Schrägfläche 41, und die Schrägfläche 22 ist in Kontakt mit der Schrägfläche 42. Es ist ersichtlich, dass durch die Verwendung von Schrägflächen, insbesondere jeweils zweier sich entsprechender Schrägflächen 41, 42, 21, 22 bei Verbindungsabschnitt 4 und Aussparung 2 die Verpressung zwischen Statorjoch 1 und Statorzähnen 3 einfach durch die Kraft 210 in der radialen Richtung 200 nach innen erreicht werden kann. Da im Betrieb eines Elektromotors, in welchem der hier im Zusammenbau befindlich gezeigte Stator eingesetzt wird, wesentliche Kräfte auf die Statorzähne 3 ebenfalls in der radialen Richtung 200 nach innen oder tangential zum Luftspalt des Elektromotors gerichtet sind, aber nicht entgegengesetzt zu der radialen Richtung 200, also nicht radial nach außen, bleibt die Verpressung zwischen Statorjoch 1 und Statorzähnen 3 während des Betriebs des Elektromotors auf einfache Weise gewährleistet.
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4 zeigt eine Situation analog der in 3 gezeigten Situation; entsprechend wurden die meisten der gezeigten Elemente bereits zu 3 erläutert. Auch in der in 4 gezeigten Situation sind die Statorzähne 3 mit dem Statorjoch 1 verpresst; die Schrägfläche 21 ist in Kontakt mit der Schrägfläche 41, und die Schrägfläche 22 ist in Kontakt mit der Schrägfläche 42. Zusätzlich ist ein Keil 6 in jede Aussparung 2 eingeschoben. Der Keil 6 ist jeweils in Kontakt mit einer Fläche 43 des entsprechenden Verbindungsabschnitts 4, welche von den Schrägflächen 41, 42 des jeweiligen Verbindungsabschnitts 4 verschieden ist. Ebenso ist jeder Keil 6 in Kontakt mit einem Wandungsbereich 23 der jeweiligen Aussparung 2; der Wandungsbereich 23 ist von jeder der Schrägflächen 21, 22 der jeweiligen Aussparung 2 verschieden. Der Keil 6 stellt jeweils eine zusätzliche Sicherung des jeweiligen Statorzahns 3 in seiner jeweiligen Position dar, erschwert also zusätzlich ein ungewolltes Lösen der Verpressung zwischen Statorzahn 3 und Statorjoch 1.
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5 zeigt eine Situation analog der in 3 gezeigten Situation; entsprechend wurden die meisten der gezeigten Elemente bereits zu 3 erläutert. Auch in der in 5 gezeigten Situation sind die Statorzähne 3 mit dem Statorjoch 1 verpresst; die Schrägfläche 21 ist in Kontakt mit der Schrägfläche 41, und die Schrägfläche 22 ist in Kontakt mit der Schrägfläche 42. Ein Bereich 44 zwischen einer Fläche 43 eines jeweiligen Verbindungsabschnitts 4 und einem Wandungsbereich 23 der jeweils entsprechenden Aussparung 2 ist mit einem Kunststoff 45 ausgespritzt. Die Fläche 43 ist von den Schrägflächen 41, 42 des jeweiligen Verbindungsabschnitts 4 verschieden; der Wandungsbereich 23 ist von jeder der Schrägflächen 21, 22 der jeweiligen Aussparung 2 verschieden. Der Kunststoff 45 stellt jeweils eine zusätzliche Sicherung des jeweiligen Statorzahns 3 in seiner jeweiligen Position dar, erschwert also zusätzlich ein ungewolltes Lösen der Verpressung zwischen Statorzahn 3 und Statorjoch 1.
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6 zeigt einen Elektromotor 300 mit Stator 10 und Rotor 50 mit Rotorwelle 51. Dargestellt ist ferner eine Drehachse 110, um welche sich der Rotor 50 des Elektromotors 300 bei Betrieb des Elektromotors 300 dreht. Die Richtung dieser Drehachse 110 ist die axiale Richtung 100 im Sinne dieser Anmeldung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Statorjoch
- 2
- Aussparung
- 3
- Statorzahn
- 4
- Verbindungsabschnitt
- 5
- Statorwicklung
- 6
- Keil
- 10
- Stator
- 21
- Schrägfläche
- 22
- Schrägfläche
- 23
- Wandungsabschnitt
- 41
- Schrägfläche
- 42
- Schrägfläche
- 43
- Fläche
- 44
- Bereich
- 45
- Kunststoff
- 50
- Rotor
- 51
- Rotorwelle
- 100
- axiale Richtung
- 110
- Drehachse
- 200
- radiale Richtung
- 210
- Kraft
- 300
- Elektromotor
