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Die Erfindung bezieht sich auf ein Montagewerkzeug zur Montage eines aus Segmenten aufgebauten Stators eines Elektromotors. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren zum Montieren eines Stators mithilfe eines derartigen Montagewerkzeugs sowie auf einen Elektromotor mit einem aus Segmenten aufgebauten Stator, der mithilfe eines derartigen Verfahrens hergestellt wird.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass bei der Herstellung von Statoren für elektrische Maschinen Spulendraht auf einen Wicklungsträger aufgewickelt wird, der mit einem Segment des Stators verbunden oder vom Segment selbst gebildet wird. In Umfangsrichtung sind mehrere derartige Segmente zu einem umlaufenden Trägerring des Stators zusammensetzbar. Die Segmente werden üblicherweise miteinander verschweißt, wodurch eine feste bauliche Einheit erreicht wird. Anschließend kann der Stator in ein aufnehmendes Motorgehäuse aufgesetzt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Montagewerkzeug kann zur Montage eines aus Segmenten aufgebauten Stators eines Elektromotors verwendet werden. Die Segmente setzten sich in Umfangsrichtung zu einem umlaufenden Träger- bzw. Statorring zusammen, der Teil des Stators ist. Ein derartiger Stator wird insbesondere für Innenläufermotoren eingesetzt.
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Das Montagewerkzeug umfasst einen zylindrischen Trägerkörper und mehrere über den Umfang des Trägerkörpers verteilt angeordnete Magnete, die in Radialrichtung des Trägerkörpers formschlüssig aufgenommen sind. Das Montagewerkzeug umfasst vorteilhafterweise auch einen Handhabungsgriff, der mit dem Trägerkörper verbunden ist.
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Dieses Montagewerkzeug ermöglicht eine einfache Handhabung und schnellere sowie verbesserte Montage eines aus mehreren Segmenten aufgebauten Stators eines Elektromotors. Die Segmente, die typischerweise aus Metall bestehen, werden magnetisch von den Magneten im Trägerkörper des Montagewerkzeugs angezogen und hierdurch in Position gehalten. Dies erlaubt es, auf ein Verschweißen oder Verkleben aneinandergrenzender Segmente zu verzichten. Die Stabilität des Stators im aus den Segmenten aufgebauten Statorrings wird im eingebauten Zustand durch Abstützung an dem radial umgreifenden Motorgehäuse erreicht.
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Es kann aber zweckmäßig sein, in Umfangsrichtung aneinandergrenzende Segmente mithilfe von Rastelementen, insbesondere Rastvorsprüngen und Rastvertiefungen an den zugewandten Segmentstirnseiten mechanisch miteinander zu verbinden. Grundsätzlich reicht eine derartige Verbindungsmaßnahme aus, ohne dass die Stabilität des Stators beeinträchtigt wird.
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Das erfindungsgemäße Montagewerkzeug erlaubt es, auf einfache und ergonomische Weise die Segmente außerhalb des Motorgehäuses zum Statorring zusammenzusetzen, ohne dass die Segmente fest miteinander verbunden sein müssen. Über die Magnetkraft werden die Segmente in Position gehalten und können mit dem Montagewerkzeug in das Motorgehäuse eingesetzt werden, woraufhin das Montagewerkzeug wieder entfernt wird. Innerhalb des Motorgehäuses besteht ausreichende Stabilität für den aus den Segmenten zusammengesetzten Statorring.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist mindestens eine Stirnseite des zylindrischen Trägerkörpers Aufnahmetaschen auf, in die die Magnete eingesetzt werden können. In Umfangsrichtung sind mehrere Aufnahmetaschen im Trägerkörper vorhanden, die zur Aufnahme jeweils eines Magnets dienen. Es ist insbesondere zweckmäßig, dass die Anzahl der Aufnahmetaschen mit der Anzahl der Segmente des Statorrings übereinstimmt. Dies erlaubt es, pro Segment einen Magneten im Trägerkörper aufzunehmen. Gegebenenfalls kann es aber auch zweckmäßig sein, eine geringere Anzahl an Magneten im Vergleich zu der Anzahl an Segmenten vorzusehen, beispielsweise nur jedem zweiten Segment einen Magneten zuzuordnen.
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Vorteilhafterweise erstrecken sich die Aufnahmetaschen über die gesamte axiale Länge des Trägerkörpers, so dass die Aufnahmetaschen an beiden gegenüberliegenden Stirnseiten des Trägerkörpers offen ausgebildet sind. Dies erlaubt es, die Magnete von jeder Seite in die Aufnahmetaschen im Trägerkörper einzuführen. Die axiale Länge der Magnete kann mit der axialen Länge des Trägerkörpers übereinstimmen, wobei auch axial kürzere Magnete möglich sind.
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Alternativ ist es auch möglich, dass die Aufnahmetaschen nach Art einer Sacklochbohrung ausgebildet sind und nur an einer Stirnseite des Trägerkörpers offen ausgebildet sind. In dieser Ausführung ist das Risiko reduziert, dass ein Magnet versehentlich aus einer Aufnahmetasche im Trägerkörper herausrutscht. Die axiale Länge der Magnete kann auch in dieser Ausführung zumindest annähernd gleich wie die axiale Länge des Trägerkörpers ausgeführt sein, wobei auch kürzere Magnete in Betracht kommen.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die Magnete formschlüssig, jedoch lösbar im Trägerkörper aufgenommen. Der Formschluss besteht insbesondere in Radialrichtung und in Umfangsrichtung, gegebenenfalls auch in Achsrichtung. Mit dem Einführen der Magnete in die Aufnahmetaschen im Trägerkörper ist ein entsprechender Formschluss zumindest in Radialrichtung und in Umfangsrichtung gegeben.
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Der Trägerkörper besteht vorzugsweise aus einem magnetisch nicht-leitenden Material, beispielsweise aus Kunststoff. Dies stellt sicher, dass die von den Magneten erzeugten Magnetfeldlinien keine Beeinflussung durch den Trägerkörper erfahren.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Handhabungsgriff mit dem Trägerkörper verschraubt. Hierbei kann es zweckmäßig sein, zentrisch im Trägerkörper ein Gewindeteil anzuordnen, beispielsweise eine Mutter oder eine Hülse mit Innengewinde, in die Außengewinde am Handhabungsgriff einschraubbar sind.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Montieren eines Stators mithilfe eines vorbeschriebenen Montagewerkzeugs. Der Statorring des Stators setzt sich aus einer Vielzahl einzelner Segmente zusammen, die in Umfangsrichtung angeordnet sind und vorzugsweise untereinander keine stoffschlüssige Verbindung durch Verschweißen oder Kleben aufweisen. Das Montagewerkzeug wird in den Statorring eingesetzt, dessen Segmente von der Magnetkraft des Montagewerkzeugs radial fixiert werden. Es ist auch möglich, dass die Segmente einzeln um den Trägerkörper des Montagewerkzeugs angeordnet werden, bis der umlaufende Statorring erreicht ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung werden die Segmente des Stators mit Spulen bestückt, während sich der Statorring mit den Segmenten noch außerhalb eines aufnehmenden Motorgehäuses befinden. Nach der Bestückung mit den Spulen wird der Stator mithilfe des Montagewerkzeugs in das aufnehmende Motorgehäuse eingesetzt.
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In einer alternativen vorteilhaften Ausführung wird zunächst der Stator mithilfe des Montagewerkzeugs in das aufnehmende Motorgehäuse eingesetzt, und erst dann werden die Spulen auf die Segmente des Stators aufgebracht. Während der Montage der Spulen befindet sich das Montagewerkzeug noch innerhalb des Stators und hält die Segmente magnetisch am Platz. Alternativ ist es auch möglich, die Spulen auf die Segmente des Stators nach dem Entnehmen des Montagewerkzeugs aufzubringen.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Elektromotor mit einem aus Segmenten aufgebauten Stator, hergestellt nach einem vorbeschriebenen Verfahren mithilfe des Montagewerkzeugs, und mit einem Rotor. Der Elektromotor ist insbesondere als Innenläufermotor ausgebildet, so dass der Rotor innerhalb des Stators liegt und umlaufen kann. Im montierten Zustand nimmt der Rotor den Platz ein, welcher von dem Montagewerkzeug während des Einbringens des Stators in das aufnehmende Motorgehäuse eingenommen wurde.
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Die Segmente, aus denen sich der Statorring zusammensetzt, sind, wie vorbeschrieben, vorzugsweise in Umfangsrichtung ohne Stoffschluss zusammengesetzt, insbesondere ohne Verschweißen oder Kleben.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 in perspektivischer Ansicht einen Stator eines Elektromotors, mit einem Montagewerkzeug, das an den zylindrischen Trägerkörper und über den Umfang des Trägerkörpers verteilte Magnete aufweist,
- 2 eine 1 entsprechende Darstellung des Stators, jedoch mit dem Trägerkörper und den Magneten in eingesetztem Zustand,
- 3 eine 2 entsprechende Darstellung im Teilschnitt,
- 4 eine perspektivische Ansicht auf ein Motorgehäuse mit eingesetztem Stator einschließlich dem Montagewerkzeug,
- 5 eine Darstellung gemäß 4, jedoch mit dem Montagewerkzeug im eingesetzten Zustand,
- 6 eine perspektivische Ansicht eines Statorrings, bestehend aus mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Segmenten, und eines eingesetzten Montagewerkzeugs,
- 7 Statorring und Montagewerkzeug im Motorgehäuse,
- 8 eine perspektivische Ansicht eines Statorrings mit Spulen auf den Segmenten und eingesetztem Montagewerkzeug.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den Figuren ist ein Stator 1 eines Elektromotors dargestellt, bei dem es sich um eine permanenterregte elektrische Maschine handelt, die als Innenläufer ausgebildet ist. Der Stator 1 umfasst einen Statorring 2, der sich in Umfangsrichtung aus einer Vielzahl einzelner T-förmiger Segmente 3 zusammensetzt, wobei jedes Segment 3 Träger einer bestrombaren Spule 4 ist. Dargestellt sind in den 1, 2, 3 und 8 zudem Anschlussdrähte 5, die Teile der jeweiligen Spule 4 sind.
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Die Montage der Segmente 3 zum Statorring 2 erfolgt mithilfe eines Montagewerkzeugs 6, das einen zylindrischen Trägerkörper 7, eine Reihe von Magneten 8 und einen Handhabungsgriff 9 (6, 7) umfasst. Der Trägerkörper 7 besteht aus einem magnetisch nicht-leitenden Material, insbesondere aus Kunststoff, und weist über den Umfang eine Reihe von Aufnahmetaschen 10 auf, in die die Magnete 8 eingesetzt sind. Die Aufnahmetaschen 10 erstrecken sich axial vollständig durch den Trägerkörper 7, so dass die Aufnahmetaschen 10 an beiden gegenüberliegenden Stirnseiten des Trägerkörpers 7 offen ausgebildet sind. Dementsprechend können die Magnete 8 von beiden Richtungen in die Aufnahmetaschen 10 eingesetzt werden. Die Magnete 8 weisen im eingesetzten Zustand eine magnetische Nord-Süd-Orientierung in Radialrichtung auf. Dementsprechend sind die Magnete 8 in der Lage, eine Magnetkraft in Radialrichtung auf die Segmente 3 auszuüben, welche sich radial außerhalb des Montagewerkzeugs 6 befinden, wenn das Montagewerkzeug 6 in den Statorring 2 eingesetzt ist, oder wenn Segmente um den Trägerkörper 7 gruppiert werden.
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Durch die Magnetkraft werden die Segmente 3 radial nach innen gezogen und stützen sich zugleich in Umfangsrichtung aneinander ab. Dies ermöglicht es, dass die Segmente in Umfangsrichtung ohne Stoffschluss verbunden sind, also nicht verschweißt und nicht verklebt sind. Es genügt, in Umfangsrichtung die Segmente über Formschlusselemente ineinandergreifen zu lassen, welche vorzugsweise als in Umfangsrichtung hervorstehende Nasen bzw. Vertiefungen oder als Absätze ausgebildet sind. Die radial nach innen wirkende Magnetkraft in Verbindung mit der mechanischen Abstützung der Segmente in Umfangsrichtung genügt für eine stabile Anordnung der T-Segmente 3 zu einem Statorring 2 auch außerhalb eines aufnehmenden Motorgehäuses 11. Es ist bevorzugt, die Segmente 3 mit den Spulen 4 zu bestücken, solange sich die Segmenten 3 noch außerhalb des Motorgehäuses 11 befinden. Eine entsprechende Darstellung findet sich in der 8. Die Spulen 4 werden beispielsweise mittels Nadelwickeln oder Spulenwickeln auf einen isolierten Statorzahn des Segments 3 gewickelt. Dabei können auch mehrere Spulen 3 mittels eines ununterbrochenen Verbindungsdrahts durchgewickelt werden. In 8 sind besipielsweise zwei Segmente 3 als Zwillingsspule ununterbrochen durchgewickelt. Idealer Weise sind die einzelnen Statorzähne zum Bewickeln mit einem Abstand zueinander angeordnet, so dass der Wickeldraht nicht in eine schmale Statornut eingeführt werden muss.
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Es gibt verschiedene Montagemöglichkeiten bei der Zusammensetzung des Stators 1. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung werden die Segmente 3 außerhalb des aufnehmenden Motorgehäuses 11 ringförmig um den Trägerkörper 7 des Montagewerkzeugs 6 gruppiert, wobei jedes Segment 3 bereits mit einer Spule 4 versehen ist, bis ein geschlossen umlaufender Statorring 2 gebildet ist. Der Stator 1 wird anschließend mithilfe des Montagewerkzeugs 6 am Handhabungsgriff 9 des Montagewerkzeugs angehoben und axial in das Motorgehäuse 11 eingesetzt, das Bestandteil eines größeren Gehäuses sein kann, und sich innerhalb dieses größeren Gehäuses befindet. Dabei kann der Statorring 2 beispielsweise mit der radialen Außenseite der Segmente 3 in die Innenwand des Motorgehäuses 11 eingepresst werden.
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In einer alternativen Ausführung werden zunächst außerhalb des Motorgehäuses 11 die Segmente 3 um den Trägerkörper 7 des Montagewerkzeugs 6 gruppiert, bis der geschlossen umlaufende Statorring gebildet ist, wobei die Segmente 3 noch nicht mit den Spulen bestückt sind. Anschließend wird der Statorring 2 ohne Spulen in das Motorgehäuse 11 eingesetzt. Nach dem Entfernen des Montagewerkzeugs 6 können die Segmente 3 innerhalb des Motorgehäuses 11 mit den Spulen 4 bestückt werden.
