DE10340071A1 - Verfahren zur Herstellung eines Stators für einen Elektromotor und Stator - Google Patents

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung eines Stators eines Elektromotors mit einem eine Innenseite aufweisenden Innenring mit radial nach außen stehenden Polschäften zur Aufnahme von Wicklungen, bei dem auf die Montageverfahrensschritte des Bereitstellens des Innenrings und des Aufbringens der Wicklungen auf die Polschäfte, folgend in die Innenseite des Innenrings, mechanisch Schwächungsschlitze in Bereich zwischen den Polschäften eingearbeitet werden, und ein nach diesem Verfahren hergestellter Stator.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stators eines Elektromotors mit einem eine Innenseite aufweisenden Innenring mit radial nach außen abstehenden Polschäften zur Aufnahme von Wicklungen, bei dem die Wicklungen auf die Polschäfte des Innenrings aufgebracht werden und einen nach dem Verfahren hergestellten Stator.
• Die EP 1 209 797 A1 offenbart einen nach einem gattungsgemäßen Verfahren hergestellten Stator eines Elektromotors. Nachteilig bei diesem Stator ist es, dass der Innenring einen fest zusammenhängenden Ring bildet. Durch die so vorhandene Verbindung der Polschäfte weist der Stator einen magnetischen Kurzschluss auf, der zu einem magnetischen Streufluss führt, was die Effizienz des Motors reduziert.
• In der WO 00/17986 wird ein Stator eines Elektromotors beschrieben, der aus verschieden ausgeformten Metallblechstücken zusammengefügt ist. Die Metallblechstücke weisen in Bereichen eines Innenrings zwischen Polschäften entweder Schwächungsstellen auf, oder sie enden in diesen Bereichen, so dass der Innenring radial aus mehreren Teilblechen zusammengesetzt ist. Die Metallblechstücke mit den Schwächungsstellen werden zur mechanischen Stabilisierung des Stators verwendet. Die Schwächungsstellen werden durch Stanzen hergestellt. Nachteilig bei diesem Stator ist es, dass die Metallblechstücke mit den Schwächungsstellen einen, aufgrund deren Stabilisierungszweck fest zusammenhängenden Ring bilden. Dadurch weist der Stator einen magnetischen Kurzschluss auf, der nicht weiter durch Stanzen geschwächt werden kann.
• Die DE 195 18 286 A1 und die DE 196 52 795 offenbaren jeweils ein Herstellungsverfahren für einen gattungsgemäßen Stator. Der Innenring des Stators weist auf dessen Außenseite in Bereichen zwischen den Polschäften Nuten auf. Nach dem Aufbringen von Wicklungen auf die Polschäfte werden verbleibende Hohlräume mit einem aussteifenden Material ausgegossen, woraufhin der Innenring durch Schneiden, Zerspanen oder Drehen soweit abgetragen wird, dass dieser durch die Nuten unterbrochen ist. Nachteilig bei diesen Herstellungsverfahren ist es, dass der Stator zunächst zu dessen Versteifung ausgegossen wird, was einen zusätzlichen Herstellungsverfahrensschritt darstellt. Weiter wird auf dem gesamten Innenumfang des Innenrings Material abgetragen. Dies führt zu einem erhöhten Materialverbrauch.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Stators eines Elektromotors bereitzustellen, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbesondere einfach und kostengünstig anzuwenden ist sowie einen danach hergestellten Stator zur Verfügung zu stellen.
• Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Vorrichtungen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe hinsichtlich des Herstellungsverfahrens dadurch gelöst, dass auf die Montageverfahrensschritte des Bereitstellens des Innenrings und des Aufbringens der Wicklungen auf die Polschäfte folgend in die Innenseite des Innenrings mechanisch Schwächungsschlitze in Bereichen zwischen den Polschäften eingearbeitet werden.
• Dadurch wird das elektromagnetische Verhalten eines Stators mit einem magnetischen Kurzschluss an dessen Innenring verbessert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der magnetische Kurzschluss bei minimalem Zusatzaufwand unter geringst möglichem Materialverbrauch unterbrochen oder zumindest geschwächt. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird nicht der Innenring auf dessen gesamtem Innenradius teilweise abgetragen, sondern es werden lediglich Schwächungsschlitze axial eingearbeitet. Mechanische Stabilitätsprobleme werden bei der Montage des Stators vermieden, da die Montage bei ungeschwächtem Innenring erfolgt.
• Bevorzugt erfolgt das Einarbeiten der Schwächungsschlitze durch Schneiden oder Fräsen. Hierbei handelt es sich um mechanische Bearbeitungsverfahren, mit denen die Schwächungsschlitze besonders zeit- und kostengünstig eingearbeitet werden können. Die Verfahren ermöglichen ferner eine exakte Ausführung der Schwächungsschlitze.
• Bevorzugt werden die Wicklungen lediglich auf jeden zweiten Polschaft aufgebracht, wobei bevorzugt die Polschäfte, auf die Wicklungen aufgebracht werden, derart T-förmig ausgebildet sind, dass diese die Wicklungen umgreifen. Die T-förmigen Polschäfte sind als Aufnahmen für die Wicklungen vorgesehen. Dabei verbleiben Bewicklungsöffnungen zwischen den T-förmigen Polschäften und den zwischen diesen angeordneten Polschäften. Auf diese Weise ergibt sich für den Wicklungsraum eine, von den Öffnungen abgesehen, feste Begrenzung. Die Wicklungen können den Wicklungsraum vollkommen ausfüllen, wobei Formbeständigkeitsprobleme vermieden werden.
• Besonders bevorzugt umfassen die Montageverfahrensschritte das Aufschieben eines Außenrings auf die Polschäfte, wobei der Außenring formschlüssig mit stirnseitigen Bereichen der Polschäfte verbunden wird. Hierdurch wird eine zusätzliche mechanische Stabilisierung des Stators vor dem Einarbeiten der Schwächungsschlitze erreicht. Bei entsprechender Ausformung des Außenrings und passgenauem Einschieben des Innenrings können die Schwächungsschlitze besonders breit und/oder tief ausgelegt werden, was die elektromagnetischen Eigenschaften des Stators weiter verbessert.
• Hinsichtlich des Stators für einen Elektromotor wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Stator einen eine Innenseite aufweisenden Innenring mit radial nach außen abstehenden Polschäften aufweist, die erste Polschäfte zur Aufnahme von Wicklungen und zwischen diesen angeordnete zweite Polschäfte bilden. Weiter weist der Stator einen Außenring auf, der formschlüssig mit stirnseitigen Bereichen der Polschäfte verbunden ist. Erfindungsgemäß weist die Innenseite des Innenrings Schwächungsschlitze in Bereichen zwischen den Polschäften auf. Der Stator wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Ein derartiger Stator ist direkt bewickelbar, obwohl ein magnetischer Kurzschluss durch das Vorhandensein der Schwächungsschlitze weitestgehend vermieden wird. Es wird kein Versteifen des bewickelten Stators durch Ausgießen von Hohlräumen benötigt. Zusätzlich zu der aussteifenden Wirkung des Außenrings stellt der Außenring, falls er aus Metall gearbeitet ist, einen magnetischen Rückschluss zwischen den Polen sicher. Aufsteckbare Spulen entfallen. Es ergibt sich eine sehr kompakte und raumsparende Wicklung, da der gesamte Hohlraum zwischen benachbarten Polschäften für die Wicklung zur Verfügung steht. Der Statorinnenring kann maschinell von außen bewickelt werden. Eine Anwendung der bekannten Einziehtechnik, die mit hohen Fertigungskosten und einem großen Wickelkopf verbunden ist, entfällt. Ebensowenig ist eine Nadelwickeltechnik erforderlich, bei der durch geringeren Füllfaktor eine niedrigere Motorleistung resultiert. Der Außenring wird formschlüssig auf die stirnseitigen Bereiche der Polschäfte des bewickelten Innenrings aufgeschoben. Die derart hergestellten konzentrierten Pole haben kleine Wickelköpfe und ermöglichen eine kurze Motorbauform mit gutem Wirkungsgrad.
• Bevorzugt sind die ersten Polschäfte die Wicklungen umgreifend T-förmig ausgebildet, wobei zwischen den ersten und zweiten Polschäften Öffnungen für den Bewicklungsvorgang der ersten Polschäfte verbleiben. Auf diese Weise ergibt sich für den Wicklungsraum eine, von den Öffnungen abgesehen, feste Begrenzung. Die Wicklungen können den Wicklungsraum vollkommen ausfüllen, wobei Formbeständigkeitsprobleme vermieden werden.
• Besonders bevorzugt weist der Außenring innenseitige, die Polschäfte peripher umgreifende und die Öffnungen verschließende Ausformungen auf. Hierdurch wird der Wicklungsraum um die Polschäfte weiter ausgefüllt, was eine weitere Verbesserung der magnetischen Eigenschaften des Stators bewirkt. Weiter kann der Außenring derart ausgeformt werden, dass sich eine Verzahnung mit den Polschäften ergibt, wodurch die Polschäfte nach der Schwächung des Innenrings fest lagefixiert sind. Der als Rückschlussring fungierende Außenring wird entsprechend dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren nach dem Wickeln über den als Statorkern fungierenden Innenring mit den Polschäften geschoben. Durch die zweiteilige Bauform des Stators mit Innenring und Außenring, verbunden mit der Direktbewicklung der Polschäfte, ergibt sich eine Minimierung des Kurzschlussflusses. Der Außenring kann eine im Querschnitt kreisrunde Außenperipherie aufweisen. Je nach Verwendung des Motors kann sich ein zusätzliches Motorgehäuse dadurch erübrigen. Eine kreisrunde Außenperipherie erleichtert außerdem den Einbau des Motors, z.B. in einen Jalousieantrieb.
• Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen. Die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale der Erfindung können jeweils einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
• 1 zeigt den Querschnitt eines gattungsgemäßen Stators gemäß Stand der Technik.
• 2 zeigt einen Außenring eines Stators.
• 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Stator, auf den ein Außenring aufgeschoben ist.
• Die Fign. der Zeichnungen zeigen den erfindungsgemäßen Gegenstand stark schematisiert und sind nicht maßstäblich zu verstehen. Die einzelnen Bestandteile des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind so dargestellt, dass ihr Aufbau gut gezeigt werden kann.
• In 1 ist ein Stator 1 mit einem eine Innenseite 2 aufweisendem Innenring 3 (innerer Stator) mit radial nach außen abstehenden Polschäften 5,6 zur Aufnahme von nicht dargestellten Wicklungen gemäß dem Stand der Technik im Querschnitt dargestellt. Der Innenring 3 besteht im wesentlichen aus rotorzu gewandten, umfangsmäßig miteinander verbundenen Polschuhen 4, deren Verbindung einen durch die Innenseite begrenzten Rotorraum 14 bilden und den radial nach außen abstehenden Polschäften 5,6. Dargestellt sind zwölf Polschäfte 5,6, die z.B. vier Polen eines Rotors zugeordnet sein können. Jeder zweite der Polschäfte 5,6 ist T-förmig ausgebildet, wobei bevorzugt nur die T-förmigen Polschäfte 5 bewickelt werden. Die T-förmigen Polschäfte 5 sind mit einem Quersteg 18 zur außenseitigen Begrenzung eines Wickelraums 20 versehen, wobei zwischen dem Quersteg 18 und dem benachbarten Polschaft 6 jeweils eine Öffnung 12 für den Bewicklungsvorgang verbleibt.
• Der in 2 dargestellte Außenring 10 (äußerer Stator) ist an seiner Innenseite 16 mit Ausformungen 13 versehen, die genau der äußeren Peripherie des Innenrings 3 aus 1 entsprechen, d.h. der Außenring 10 kann formschlüssig mit stirnseitigen Bereichen 11 der Polschäfte 5,6 des Innenrings 3 durch Aufschieben verbunden werden. Der Außenring 10 läßt sich also passgenau auf den Innenring 3 axial aufschieben.
• In 3 ist ein erfindungsgemäßer Stator 1 mit einem Innenring 3 und einem aufgeschobenen Außenring 10 gemäß 2 dargestellt. Die nicht dargestellten Wicklungen sind im komplett zusammengebauten Zustand in den Wickelräumen 20 um die T-förmigen Polschäfte 5 herum aufgebracht. Der Innenring 3 weist auf dessen Innenseite 2 mechanische Schwächungsschlitze 7 in Bereichen 8 zwischen den Polschäften 5,6 auf. Ein derartiger Schwächungsschlitz 7 ist in der Figur als Detail vergrößert dargestellt. Die Schwächungschlitze 7 verlaufen in axialer Richtung über die gesamte Länge des Stators 1 und sind durch mechanisches Nacharbeiten des komplett zusammengebauten Stators 1 in die Innenseite 2 des Innenrings 3 vom Rotorraum 14 aus eingearbeitet. Das Verbessern der elektromagnetischen Eigenschaften des Stators 1 durch einarbeiten der Schwächungsschlitze 7, d.h. das Reduzieren der Verbindungen zwischen den Polschuhen 4, kann nur beim fertig montierten Stator 1 (Innenring 3 mit Wicklungen, bevorzugt in einen äußeren Ring 10 gepresst) durchgeführt werden, da anderenfalls der Stator mechanisch zu instabil wäre um ihn weiter zu bearbeiten. Die Nacharbeitung wird also am kompletten Stator 1 durchgeführt um die Stabilität des Stators 1 während des Produktionsprozesses zu erhalten. Anderenfalls wäre der Innenring 3 mechanisch zu instabil um ihn zu bewickeln und/oder in den Außenring 10 zu pressen.
• Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) eines Elektromotors mit einem eine Innenseite (2) aufweisenden Innenring (3) mit radial nach außen abstehenden Polschäften (5,6) zur Aufnahme von Wicklungen mit den Montageverfahrensschritten: – Bereitstellen des Innenrings (3) und – Aufbringen der Wicklungen auf die Polschäfte (5,6), dadurch gekennzeichnet, dass auf die Montageverfahrensschritte folgend in die Innenseite (2) des Innenrings (3) mechanisch Schwächungsschlitze (7) in Bereichen (8) zwischen den Polschäften (5,6) eingearbeitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einarbeiten der Schwächungsschlitze (7) durch Schneiden oder Fräsen erfolgt.
3. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen lediglich auf jeden zweiten Polschaft (5) aufgebracht werden, wobei bevorzugt die Polschäfte (5), auf die Wicklungen aufgebracht werden, derart T-förmig (9) ausgebildet sind, dass diese die Wicklungen umgreifen.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageverfahrensschritte das Aufschieben eines Außenrings (10) auf die Polschäfte (5,6) umfassen, wobei der Außenring (10) formschlüssig mit stirnseitigen Bereichen (11) der Polschäfte (5,6) verbunden wird.
5. Stator (1) für einen Elektromotor, hergestellt nach dem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, mit – einem eine Innenseite (2) aufweisenden Innenring (3) mit radial nach außen abstehenden Polschäften (5,6), die erste Polschäfte (5) zur Aufnahme von Wicklungen und zwischen diesen angeordnete zweite Polschäfte (6) bilden und – einem Außenring (10), der formschlüssig mit stirnseitigen Bereichen (11) der Polschäfte (5,6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite (2) des Innenrings (3) Schwächungsschlitze (7) in Bereichen (8) zwischen den Polschäften (5,6) aufweist.
6. Stator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Polschäfte (5) die Wicklungen umgreifend T-förmig (9) ausgebildet sind, wobei zwischen den ersten (5) und zweiten Polschäften (6) Öffnungen (12) für den Bewicklungsvorgang der ersten Polschäfte (5) verbleiben.
7. Stator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (10) innenseitige, die Polschäfte (5,6) peripher umgreifende und die Öffnungen (12) verschließende Ausformungen (13) aufweist.