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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verbindung
eines Stators eines Elektromotors mit einem Motorgehäuse, wobei
der Stator koaxial in das Motorgehäuse eingebracht und von diesem
umgriffen ist. (
DE 1 973 0010 )
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Die
Erfindung ist anwendbar beispielsweise auf dem Gebiet der elektronisch
kommutierten, bürstenlosen
und Gleichstrommotoren und anderer Elektromotoren, welche als Innenläufermotoren
konfiguriert sind. Innenläufermotoren
umfassen allgemein eine Welle, eine Rotorbaugruppe, die einen oder mehrere
auf der Welle angeordnete Permanentmagneten aufweist, und eine Statorbaugruppe,
die einen z.B. aus Blechen aufgebauten Statorkörper und Phasenwicklungen umfaßt. Zwei
Lager sind mit axialem Abstand auf der Welle angeordnet, um die
Rotorbaugruppe relativ zur Statorbaugruppe zu lagern.
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Der
erfindungsgemäße Motor
kann zahlreiche unterschiedliche Anwendungen haben, beispielsweise
im Automobilbereich für
eine elektromotorische Servolenkung oder zum Antreiben einer Kühlwasserpumpe,
als Spindelmotor in einem Computerfestplattenlaufwerk, als Antriebsmotor
in Elektrowerkzeugen und in zahlreichen anderen Anwendungsgebieten.
Insbesondere betrifft die Erfindung Elektromotoren kleiner Baugröße mit einer
Leistung in Bereich ≤ 1kW.
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Im
Stand der Technik ist es üblich,
daß in
solchen Elektromotoren die Statoren mit dem Motorgehäuse verklebt
oder verschraubt werden. Diese Art der Montage hat den Nachteil,
daß es
sich in beiden Fällen
um relativ aufwendige Prozesse handelt. Das Verkleben von Stator
und Motorgehäuse
ist ein arbeitsintensiver und sensibler Prozeß, weil der Kleber in der richtigen
Menge präzise
aufgebracht und gehärtet
werden muß.
Das Verschrauben von Stator und Motorgehäuse erfordert zusätzliche
Bauteile, wie Zugschrauben und Muttern sowie Schraubensicherungen,
welche präzise
gefertigt werden müssen.
Sofern nicht eine Verschraubung gewählt wird, haben die bekannten
Techniken zum Verbinden von Stator und Gehäuse den weiteren Nachteil,
daß sie
eine irreversible Verbindung zwischen Stator und Gehäuse bilden,
so daß diese
Komponenten des Motors nicht mehr voneinander getrennt werden können. Eine Trennung
der einzelnen Komponenten kann beispielsweise bei der Entsorgung
des Motors zweckmäßig sein.
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Im
Stand der Technik ist es ferner bekannt, zur Verbindung von Rotor
und Welle eines Elektromotors Spannhülsen oder Kerbnägel zu verwenden, welche
zwischen Rotor und Welle eingetrieben werden, um diese miteinander
zu verspannen. Auch die Verwendung von solchen Spannhülsen oder
Kerbnägeln
bildet eine nicht mehr lösbare
Verbindung zwischen den Motorkomponenten.
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In
der
DE 1 973 001 U ist
die Befestigung eines Blechpakets in einem Statorgehäuse eines
Elektromotors beschrieben, wobei axiale Spannstifte zwischen einem
Blechpaket und dem Gehäuse
zur Sicherung dieser Teile gegeneinander verwendet werden.
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In
der
DE 199 18 521
A1 ist eine Anordnung zur Befestigung von Permanentmagnetsegmenten
in einem Elektromotor mittels Befestigungsfedern beschrieben, die
einen U-förmigen
Querschnitt aufweisen und sich zu einem Ende hin verjüngen.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Verbindung eines
Stators eines Elektromotors mit einem Motorgehäuse anzugeben, die einfach
handhabbar und kostengünstig
ist, wobei es möglich
sein soll, die Verbindung zwischen Stator und Motorgehäuse wieder
zu lösen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch
1 gelöst.
Die Erfindung sieht auch einen Elektromotor gemäß Anspruch 11 sowie ein Verfahren
zum Verbinden eines Stators eines Elektromotors mit einem Motorgehäuse nach Anspruch
13 vor.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens
eine Klammer vorgesehen, die zwischen Stator und Motorgehäuse eingebracht
wird, um den Stator im Motorgehäuse
zu verspannen, wobei die Klammer einen Kopfabschnitt aufweist, der
so ausgebildet ist, daß er zum
Entfernen der Klammer gegriffen werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Klammer U-förmig gebogen und bildet zwei
Schenkel sowie ein die Schenkel verbindendes Bogenstück, wobei
die beiden Schenkel zwischen den Stator und das Motorgehäuse eingebracht werden
und das Bogenstück
an einem Stirnende des Stator vorsteht und eine Schlaufe zum Greifen
der Klammer bildet. In einer anderen Ausführungsform ist die Klammer
nach Art eines Splintes, mit zweigeschlossenen Schenkeln und einer
die Schenkel verbindende Öse,
hergestellt, wobei auch hier die beiden Schenkel zwischen Stator
und Motorgehäuse eingebracht
werden und die Öse
an dem Stirnende des Stator vorsteht und eine Schlaufe zum Greifen der
Klammer bildet.
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Die
Erfindung schafft ein leichter zu handhabendes, billiges und unkompliziertes
Mittel zum Festsetzen von Statoren in Motorgehäusen, welches die Verwendung
von Klebern oder Verschraubungen überflüssig macht. Die Klammern weisen
jeweils ein Bogenstück
oder eine anders geformte Schlaufe auf, bei der sie mit einem Werkzeug
gegriffen und zwischen Stator und Gehäuse herausgezogen werden können. Diese
Schlaufe kann entweder von einem Stirnende des Stators vorstehen,
oder sie liegt in einer Vertiefung in dem Stirnende des Stators,
so daß ein
Werkzeug in die Schlaufe der Klammer einfahren kann, um diese aus
ihrem Sitz zwischen Stator und Motorgehäuse zu hebeln.
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Die
Erfindung schafft eine einfache, kostengünstige Vorrichtung zur Verbindung
eines Stators mit einem Motorgehäuse
für kleine
Elektromotoren, welche die Demontage des Motors erlaubt, so daß Alt- und
Ausschußteile
wieder verwendet beziehungsweise recycelt werden können.
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Die
Erfindung erfordert nicht das Einbringen eines Klebers in Einstiche
oder Freisparungen zwischen Stator und Motorgehäuse sowie keine zusätzliche
axiale Fixierung durch das Verklemmen der Statorbleches im Gehäuse. Erfindungsgemäß kann jedoch
dann, wenn sehr starke Temperaturbelastungen des Motors zu erwarten
sind, zur Erhöhung
der Rüttelfestigkeit
zusätzlich
zu der Verbindung mittels Klammer eine geringe Menge Kleber aufgebracht werden.
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Die
erfindungsgemäßen Klammern
sind einfache, U-förmige
Drahtklammern oder gerade Splinte mit ösenförmigem Kopf, die nach Bedarf
geformt oder als Fertigteile im Handel erhältlich sind. Die Schenkel der
Klammern können
gequetscht sein, um diese sicher zu fixieren und einfach zu demontieren.
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Vorzugsweise
sind erfindungsgemäß mehrere
Klammern gleichmäßig auf
dem Umfang des Stators verteilt zwischen Stator und Motorgehäuse eingebracht.
Insbesondere können
je nach Art der Klammern zwei bis sechs oder auch mehr solche Klammern
in gleichmäßigem Winkelabstand
angeordnet werden, um die Zentrizität des Stators innerhalb des Gehäuses sicherzustellen.
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Die
Schenkel der Klammern erstrecken sich im wesentlichen in axialer
Richtung zwischen Stator und Motorgehäuse und bilden eine tangentiale
Verkeilung des Stators mit dem Gehäuse. Zur Aufnahme der Klammern
sind am Außenumfang
des Stators und/oder an der Innenseite des Gehäuses vorzugsweise Nuten vorgesehen,
in welchen die Klammern geführt
sind. Diese Nuten können
die Form von Halbbohrungen haben. Vorzugsweise werden einander gegenüberliegende
Nuten zur Aufnahme jeweils eines Schenkels der Klammern am Außenumfang
des Stators und an der Innenseite des Gehäuses vorgesehen.
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Abhängig von
der Bauart des Gehäuses,
z.B. als Gußteil
oder als Blechteil, können
diese Nuten entsprechend beim Gießen des Gehäuses oder durch Pressen von
innenliegenden Sicken in dem Blechgehäuse hergestellt werden. Aus
mehreren Blechen paketierte Statoren weisen häufig fertigungsbedingt an ihrer
Außenseite
sich in axialer Richtung erstreckende Nuten auf, die als ein Index für das Drehen
der Statorbleche beim Paketieren dienen. Beispielsweise ist es üblich, an
der Außenseite solcher
Statorbleche insgesamt 9 Nuten vorzusehen, um die Bleche 9x um 40° zu verdrehen.
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Zur
Erhöhung
der Festigkeit der Verbindung zwischen Stator und Motorgehäuse, insbesondere bei
Einwirkung dynamischer Kräfte,
kann zusätzlich vorgesehen
sein, die Klammern am Gehäuseinnendurchmesser
und/oder auf dem Stator-Außendurchmesser
in einer Gehäusenut
axial zu verriegeln.
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Die
erfindungsgemäßen Klammern
haben den Vorteil, daß sie
aufgrund ihrer Form und Größe eine
sichere Handhabung erlauben, ohne weiteres erkannt und sicher entfernt
werden können,
so daß unter
anderem keine Gefahr besteht, daß diese beim Einfügen oder
Entfernen verloren gehen und den Motor blockieren könnten. Die
Verwendung von Splinten hat den zusätzlichen Vorteil, daß für die Verbindung von
Stator und Motorgehäuse
auf fertige im Handel erhältliche
Bauteile zurückgegriffen
werden kann. Kleine Stifte oder Hülsen ohne Kopf sind schwerer und
unsicherer handhabbar.
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Die
Erfindung sieht auch einen Elektromotor mit einem Stator und einem
Motorgehäuse
vor, wobei der Stator an dem Motorgehäuse mit wenigstens einer Klammer
der oben beschrieben Art lösbar
verriegelt ist.
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Weiter
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus
der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung mit
Bezug auf die Zeichnungen. In den Figuren zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung
eines Statorkörpers
zur Verbindung mit einem Motorgehäuse in einem Elektromotor;
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2 eine Klammer, welche erfindungsgemäß zur Verbindung
von Stator und Motorgehäuse verwendet
werden kann;
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3 eine perspektivische,
auseinandergezogene Darstellung eines Motorgehäuses, eines Stators und eine
Vorrichtung zur Verbindung von Stator und Motorgehäuse gemäß der Erfindung;
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4 ein Splint, der erfindungsgemäß zur Verbindung
von Stator und Motorgehäuse
verwendet werden kann;
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5 eine perspektivische,
auseinandergezogene Darstellung eines Gehäuses, eines Stators und einer
Vorrichtung zur Verbindung von Stator und Motorgehäuse gemäß der Erfindung
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6a und 6b eine teilweise geschnittene Draufsicht
sowie eine Längsschnittdarstellung
der Statorverriegelung gemäß der Erfindung.
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1 zeigt eine perspektivische
Darstellung eines Statorkörpers 10 mit
einer Vielzahl von Statorhämmern 12 und
einem Rückschlußring 14.
Der Statorkörper 10 ist
aus einer Mehrzahl von Blechen (nicht gezeigt) durch Paketieren
hergestellt. Auf seinem Außenumfang
sind mehrere Nuten 16, bei der gezeigten Ausführungsform
neun Nuten, vorgesehen, welche als Referenz zum Drehen der Statorbleche
beim Paketieren des Statorkörpers 10 dienen können.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform
einer Klammer 20 zur Verbindung des Statorkörpers 10 mit
einem Motorgehäuse
(siehe 3) eines Elektromotors.
Die Klammer 20 ist U-förmig
gebogen, so daß zwei
Schenkel 22, 24 und ein die Schenkel 22, 24 verbindenden
Bügel 26 gebildet
sind. Die in 2 gezeigte
Klammer ist vorzugsweise aus einem Runddraht hergestellt wobei die
Schenkel 22, 24 über einen Teil ihrer Länge in ihrer
Querrichtung gequetscht sind, so daß sie einen rechteckigen Querschnitt
haben. Die Klammer kann jedoch auch vollständig aus (nicht gequetschtem)
Runddraht, aus einem eckigen Draht oder einem anderen geeigneten
Material bestehen. Vorzugsweise ist die Klammer aus einem Metalldraht
hergestellt, für
bestimmte Anwendungen ist jedoch auch die Verwendung von Kunststoff
denkbar.
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Der
Bügel 26 der
Klammer 20 kann bogen- oder ellipsenförmig sein oder, wie bei der
gezeigten Ausführungsform,
mehrere Bogen 28, 30 aufweisen oder auch eine
andere geeignete Gestalt haben, um die Klammer 20 an den
Bögen 28, 30 des
Bügels 26 zu
greifen und mit Hilfe des Bügels 26 aus
ihrer Position zu entfernen, wie mit Bezug auf 3 deutlicher werden wird.
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3 zeigt in einer perspektivischen,
auseinandergezogenen Darstellung, wie der Stator 10 mittels
Klammern 20 in einem Motorgehäuse 32 befestigt wird.
Das Motorgehäuse 32 ist
in der gezeigten Ausführungsform
ein Gußbauteil,
z.B. aus Aluminium, das einen Flansch 34 und einen zylindrischen Gehäusekörper 36 sowie
eine Kabelführung 38 aufweist.
Im Inneren des zylindrischen Gehäusekörpers 36 sind
Nuten 40 ausgebildet, welche mit den Nuten 16 am
Außenumfang
des Statorkörpers 10 zusammenwirken,
um die Schenkel 22, 24 der Klammern 20 aufzunehmen.
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Der
Statorkörper 10 wird
beim Zusammenbau des Motors in den zylindrischen Teil 36 des
Motorgehäuses 32 eingeschoben,
wo er gegen einen Anschlag (nicht gezeigt) zu liegen kommen kann.
Die Klammern 20 werden dann in axialer Richtung, in der Zeichnung
von oben, in den durch die jeweils gegenüberliegenden Nuten 16, 40 gebildeten
Raum gedrückt.
Durch Verwendung mehrerer Klammern wird sichergestellt, daß der Stator 10 in
dem Motorgehäuse 32 zentriert
ist. Die seitlichen Quetschungen an den Schenkeln 22, 24 der
Klammern 20 bewirken eine sichere Fixierung des Stators 10 im
Motorgehäuse 32.
Die Festigkeit der Verbindung kann durch zusätzliches axiales Verriegeln
der Klammern 20 auf der Innenseite des Gehäuses 32 und
der Stirnseite des Stators 10 sowie durch zusätzliche
axiale Verklemmung verbessert werden.
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Die
Klammern 20 sind mit den zwei Schenkeln 22, 24 und
dem Bügelabschnitt 26 so
geformt, daß nach
dem Einfügen
der Klammern zwischen Stator 10 und Gehäuse 32 wenigstens
ein Teil des Bügelabschnittes 26 vom
Stirnende des Stators 10 vorsteht. Bei der gezeigten Form
der Klammern 20 kommt der mittlere Teil des Bügelabschnitts 26 auf der
Statorstirnseite zu liegen, während
die beiden Bogen 28, 30 von diesem abstehen, so
daß die
Klammern mit einem Haken-Werkzeug mit Hebelwirkung gegriffen und
aus ihrem Sitz gezogen werden können.
Die Größe und Form
der Klammern 20 ermöglicht
eine sichere Handhabung beim Einfügen und Entfernen der Klammern.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform
ist das Motorgehäuse 32,
wie erwähnt,
als ein Gußbauteil, beispielsweise
aus Aluminium, hergestellt, wobei die Nuten 40 direkt beim
Gießen
ausgebildet werden können.
Alternativ können
die Nuten auch durch Bohren oder Fräsen hergestellt werden. In
einer anderen (nicht gezeigten) Ausführungsform der Erfindung ist das
Gehäuse
ein Blechteil, wobei entsprechende Längs- und Quer-Nuten durch Preßformen
von Sicken zur rotatorischen und axialen Verriegelung hergestellt
werden können.
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4 zeigt eine Klammer 42 zum
Verbinden von Stator und Motorgehäuse gemäß einer alternativen Ausführungsform.
Die Klammer 42 ist nach Art eines Splintes geformt und
umfaßt
zwei geschlossene Schenkel 44, 46 sowie eine die
Schenkel verbindende Öse 48.
Die Klammer gemäß 4 kann ein im Handel erhältliches,
fertiges Bauteil sein oder für die
beabsichtigte Anwendung speziell geformt werden. Die Klammer 42 gemäß 4 kann aus rundem, eckigem
oder halb rundem Draht oder einem anderen geeigneten Material hergestellt
sein.
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5 zeigt eine ähnliche
Darstellung wie 3, wobei
die Klammern der 3 ersetzt
sind durch Splinte 42, wie sie in 4 gezeigt sind.
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Dieselben
Teile wie in 3 sind
in 5 mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet. Für
den Zusammenbau von Stator 10 und Motorgehäuse 32 mittels
der Splinte 42 gilt das oben mit Bezug auf 3 Gesagte.
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6a und 6b zeigen eine teilweise geschnittene
Draufsicht sowie eine Längsschnittdarstellung
eines Teiles eines erfindungsgemäßen Elektromotors
zur Erläuterung
der Verbindung von Stator und Motorgehäuse. Insbesondere zeigt 6a einen Statorkörper 10 mit
einer Vielzahl von Statorhämmern 12 und
einem Rückschlußring 14.
Der Statorkörper 10 ist
aus einer Mehrzahl von Blechen durch Paketieren hergestellt und
weist auf seinem Außenumfang
mehrere Nuten 16 auf. Auf den Statorkörper 10 sind die Phasen
des Elektromotors gewickelt und bilden einen Wickelkopf 50,
der von den Stirnseiten des Statorkörpers 10 vorsteht.
Der Statorkörper 10 wird
beim Zusammenbau des Motors in den zylindrischen Teil 36 des
Motorgehäuses 32 eingeschoben, wo
er gegen einen Anschlag 52 zu liegen kommt. Bei der Ausführungsform
der 6 sind Klammern 20 in axialer
Richtung zwischen Stator 10 und Gehäuse 32 gedrückt, wobei
die Schenkel der Klammern 20 in den Nuten 16 wenigstens
teilweise aufgenommen sind. Wie in 6b gezeigt,
können
für die
Schenkel der Klammern 20 Einstiche 54 an der Innenwand
des Gehäuses
vorgesehen werden, wobei die Klammern 20 in axialer Richtung
durch die dadurch gebildeten Einstichschultern 56 verriegelt
werden.
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Sofern
aufgrund der Größe des Wickelkopfs 50 auf
der Stirnseite des Statorkörpers 10 nicht
ausreichend Platz vorhanden ist, damit die Klammern 20 von
der Stirnseite abstehen und dort gegriffen werden können, kann
vorgesehen sein, die Bügel 26 der Klammern 20 nach
radial außen
zu biegen.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren gezeigten
Merkmale können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in verschiedenen Ausgestaltung von Bedeutung sein.
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- 10
- Statorkörper
- 12
- Statorhammer
- 14
- Rückschlußring
- 16
- Nuten
- 20
- Klammern
- 22,
24
- Schenkel
- 26
- Bügel
- 28,
30
- Bogen
- 32
- Motorgehäuse
- 34
- Flansch
- 36
- Gehäusekörper
- 38
- Kabelführung
- 40
- Nuten
- 42
- Klammern/Splinte
- 44,
46
- Schenkel
- 48
- Öse
- 50
- Wickelkopf
- 52
- Anschlag
- 54
- Einstich
- 56
- Schulter