DE202006019091U1

DE202006019091U1 - Stator und Rotor zum Aufbau eines elektrischen Motors

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Publication number: DE202006019091U1
Application number: DE202006019091U
Authority: DE
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2016-12-20
Also published as: EP1936778A2; ATE518293T1; EP1936778A3; ES2367665T3; EP1936778B1

Abstract

Stator (1) für einen elektrischen Motor (55), bestehend aus einem zweiteiligen Statorblechpaket aus einem Statorpolteil (2) und einem auf dieses aufpressbares äußeres Jochteil (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Statorpolteil (2) aus einzelnen paketierten Polsegmenten (4) (Polzähnen) besteht, die in einem vorgefertigten Isolationskörper (6) sternförmig angeordnet und von diesem an ihren axialen beiden Stirnseiten und im Bereich eines zwischen ihnen ausgebildeten Wickelraums (13) zur Aufnahme von Statorwicklungen (34) umschlossen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für einen elektrischen Motor, bestehend aus einem zweiteiligen Statorblechpaket mit einem inneren Statorpolteil und einem auf dieses aufpressbaren äußeren Jochteil
Ein derartiger Stator ist aus der US-PS 5,134,327 bekannt. Hierbei wird der Isolationskörper für den Stator jedoch durch Spritzgießen hergestellt, wodurch sich ein relativ aufwändiges Herstellungsverfahren ergibt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Herstellung eines derartigen Stators kostengünstiger zu gestalten.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Statorpolteil aus einzelnen paketierten Polsegmenten (Polzähnen) besteht, die in einem vorgefertigten Isolationskörper sternförmig angeordnet sind und von diesem an ihren axialen beiden Stirnseiten und im Bereich eines zwischen Ihnen ausgebildeten Wickelraums für die Aufnahme der Statorwicklungen umschlossen sind. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Isolationskörper zweiteilig aus einem Trägerteil und einer Endscheibe besteht, die miteinander form- und/oder materialschlüssig verbunden und die Polsegmente in das Trägerteil eingelegt sind. Durch die erfindungsgemäße Vorfertigung des Isolationskörpers und der Trägerteils ergibt sich eine preiswerte Herstellung, da die Herstellungskosten wesentlich reduziert werden können. Darüber hinaus ergibt sich eine flexible Fertigung des Statorteils.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Rotor für einen Elektromotor, bestehend aus einem Rotorträger mit auf diesem angeordneten Magneten wechselnder Polarität und einem inneren Eisenrückschlussring. Bei einem derartigen Rotor stellt sich die Aufgabe einer kostengünstigen Fertigung.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Rotorträger aus einer hohlzylindrischen Kunststoffhülse besteht, an der einendig eine Ringscheibe mit einem Ringkragen angeformt ist sowie in dem Ringkragen innenseitig umfangsgemäß Einstecknuten zur stirnseitigen Aufnahme der Magnete und des Eisenrückschlussringes angeordnet sind, sowie aus einem dem Ringkragen gegenüberliegenden, an die Magneten anliegenden, diese formschlüssig endseitig aufnehmenden, ringförmigen Endstück aus Kunststoff. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung macht wiederum eine Vorfertigung der gesamten Einzelteile möglich, die dann anschließend zu dem erfindungsgemäßen Rotor zusammengesetzt werden können.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
An Hand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Stators vor dem Zusammenfügen der Einzelteile,
2 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Stators gemäß 1 nach dem Zusammensetzen der Einzelteile,
3 eine Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Rotors,
4 eine perspektivische Ansicht eines zusammengesetzten erfindungsgemäßen Rotors gemäß 3,
5 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Motor, bestehend aus dem Stator gemäß 2 und dem Rotor gemäß 4.
Wie aus 1 und 2 zu erkennen ist, ist ein erfindungsgemäßer Stator 1 für einen elektrischen Motor, der als Innenläufer ausgebildet ist, vierteilig ausgebildet. Hierbei besteht der Stator 1 aus einem zweiteiligen Statorblechpaket, bestehend aus einem Statorpolteil 2 und aus einem auf dieses aufpressbaren äußeren Jochteil 3. Hierbei ist erfindungsgemäß das Statorpolteil 2 aus einzelnen paketierten Polsegmenten 4 (Statorzähne) gebildet, die in einem vorgefertigten Isolationskörper 6 sternförmig angeordnet sind. Der Isolationskörper 6 ist zweiteilig aus einem Trägerteil 7 und einer Endscheibe 8 gebildet. Das Trägerteil 7 und die Endscheibe 8 werden miteinander form- und/oder materialschlüssig verbunden. Die einzelnen Polsegmente 4 (Statorzähne) werden in das Trägerteil 7 vor dem Zusammenfügen von Trägerteil 7 und Endscheibe 8 eingelegt. Hierzu weist das Trägerteil 7 der Form der Polsegmente 4 angepasste Taschen 9 auf, die von zwischen der äußeren Stirnseite 10 und der inneren Stirnseite 11 der Polsegmente 4 verlaufende Wandungen 12 begrenzt werden. Die Wandungen 12 benachbarter Polsegmente 4 sind an ihren radial innenliegenden Enden miteinander verbunden. Die Wandungen 12 schließen jeweils einen Wickelraum 13 ein, der am äußeren Umfangsbereich einen mittig angeordneten Wicklungsschlitz 14 besitzt. Im Verbindungsbereich der radial gesehen innenliegenden Enden der Wandungen 12 sind in axialer Richtung verlaufende Stege 15 vorhanden, an denen die Polsegmente 4 mit ihren inneren Polschuhen 16 stirnseitig anliegen. Die Polsegmente 4 sind im Wesentlichen Doppel-T förmig ausgebildet und besitzen die inneren Polschuhe 16 und äußere Polschuhe 17, die durch einen Steg 18 miteinander verbunden sind. Die inneren Polschuhe 16 und die äußeren Polschuhe 17 sind kreisbogenförmig ausgebildet, wobei die Bogenlänge der äußeren Polschuhe 17 größer ist als die der inneren Polschuhe 16. Die Polsegmente 4 und das Jochteil 3 werden im sogenannten Stanzpaketierverfahren hergestellt, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Stator sechs Polsegmente 4 (Statorzähne) besitzt. Hierbei ist erfindungsgemäß der Stator 1 derart aufgebaut, dass die einzelnen Polsegmente 4 aus dem Innendurchmesser gestanzt werden können.
Das Trägerteil 7 weist ein innenliegendes Lagertragrohr 19 auf, das von einer äußeren axialen Stirnwandung 20 des Trägerteils 7 axial nach innen in das Trägerteil 7 hinein verläuft. Somit kann erfindungsgemäß der Stator 1 das Lagersystem aufnehmen. Das Lagertragrohr 19 besitzt in einem Endbereich mehrere, insbesondere sechs umfangsgemäß gleichbeabstandete axial verlaufende Hohlkammern 22 oder auf der Rohrwandung umfangsgemäß ausgebildete Einbuchtungen. Hierdurch ergibt sich in diesem Bereich eine Elastizität, wodurch eine Anordnung der Motorlager, siehe 5, ohne eine zusätzliche Lagersitzbearbeitung möglich ist.
Die Endscheibe 8 besitzt einen inneren geschlossenen Ringsteg 24, an dem radial nach außen Radialstege 25 verlaufen. An den Enden der Radialstege 25 sind endseitig Umfangsstege 26 angeformt. Der Ringsteg 24, die Radialstege 25 und die Umfangsstege 26 sind derart ausgebildet, dass sie die in das Trägerteil 7 eingelegten Polsegmente 4 stirnseitig vollständig abdecken. Die Endscheibe 8 weist im Bereich der Umfangsstege 26 Aufnahmetaschen 27 auf, in denen Schneid-Klemmkontakte 28 eingesetzt werden können. Weiterhin sind an der Endscheibe 8 im Bereich der Umfangsstege 26 axial nach außen abstehende Ringstege 29 vorhanden. Im Bereich des inneren geschlossenen Ringstegs 24 der Endscheibe 8 besitzt diese einen axial nach außen abstehenden Umfangskragen 30. Durch die Ausbildung von zusätzlichen Rastelementen und dergleichen an der Endscheibe 8 können an dieser bei der Montage eines Motors auch eine Leiterplatte 31, siehe 5, befestigt werden. Der erfindungsgemäße Aufbau ermöglicht eine genaue Zuordnung des Stators 1 und eines in diesen einzusetzenden Rotors 32 sowie der Leiterplatte 31 mit dem auf dieser montierten Hall-IC ohne zusätzliche Bearbeitung.
Nachdem in das Trägerteil 7 die Polsegmente 4 eingelegt sind, kann die Endscheibe 8 aufgesetzt werden und mit dem Trägerteil 7 verbunden werden. Dieses derart gebildete Statorpolteil 2 wird nun mit dem Jochteil 3 verbunden, das den Rückschlussring bildet. Hierzu wird das Jochteil 3 auf den Umfang des Statorpolteils 2 aufgepresst. Das Jochteil 3 besitzt einen im Wesentlichen quadratischen Umfang und eine innere kreisförmige Aufnahmeöffnung 34, die von der Größe dem Umfang des Statorpolteils 2 angepasst ist, so dass diese durch einen Presssitz miteinander verbunden werden können. Das Jochteil 3 besitzt am Umfang seiner Aufnahmeöffnung 34 radial abstehende, axial verlaufende Randstege 35, die im aufgepressten Zustand des Jochteils 3 in die Wicklungsschlitze 14 hineinragen.
Vor dem Aufpressen des Jochteils 3 kann erfindungsgemäß eine Statorwicklung 36 aufgebracht werden, wobei es sich hierbei um eine sogenannte Flyer-Wicklung handelt, so dass eine besonders kostengünstige Wicklungstechnik angewendet werden kann. Die Statorwicklung 36 ist in 2 schematisch dargestellt, wobei in dieser Fig. der aus dem Statorpolteil 2 und dem Jochteil 3 zusammengesetzte Stator 1 dargestellt ist.
Ein erfindungsgemäßer Rotor 32, der mit einem erfindungsgemäßen Stator 1 zur Herstellung eines Innenläufermotors verwendet wird, besteht, siehe 3 und 4, aus einem Rotorträger 40 mit auf diesem angeordneten Magneten 41. Diese Magnete 41 besitzen jeweils wechselnde Polarität. Weiterhin weist der Rotor 32 einen inneren Eisenrückschlussring 42 auf. Der Rotorträger 40 besitzt gemäß der Erfindung eine hohlyzylindrische Kunststoffhülse 43, an der einendig eine Ringscheibe 44 mit einem Ringkragen 45 angeformt ist. In dem Ringkragen 45 sind an seiner Innenseite umfangsgemäß Einstecknuten 46 vorgesehen. Der erfindungsgemäße Rotor 32 weist weiterhin ein ringförmiges Endstück 47 auf, das dem Ringkragen 45 gegenüberliegend an den Magneten 41 stirnseitig anliegt und mit dem Ringkragen 45 formschlüssig verbindbar ist. Dieses Endstück 47 ist ebenfalls als Kunststoffspritzgussteil wie der Rotorträger 40 ausgebildet. Das Endstück 47 weist ebenfalls Einstecknuten zur Aufnahme der Magneten 41 und des Eisenrückschlussringes 42 auf, und zwar in der gleichen Anordnung wie im Ringkragen 45. In den Einstecknuten 46 des Endstücks 47 und des Ringkragens 45 sind mehrere der Anzahl der Magnete 41 entsprechend radiale Fortsätze 48 ausgebildet, deren Abstand der Bogenlänge der Magnete 41 entspricht. Der Eisenrückschlussring 42 weist stirnseitig beidseitig Aussparungen 49 auf, die die radialen Fortsätze 48 umfassen. Der Eisenrückschlussring 42 besteht aus zwei Halbschalen, die durch eine Art Schwalbenschwanzverbindung 54 miteinander formschlüssig verbunden sind. An der Kunststoffhülse 43, an ihrer dem Ringkragen 45 gegenüberliegenden Ende, weist diese axiale Rastzungen 49 mit endseitigen Rastnasen auf. Diese Rastzungen 49 greifen in entsprechende Rastöffnungen des Endstücks 47 im montierten Zustand des Endstückes 47 ein, so dass eine formschlüssige Verbindung erreicht wird. An der axialen Außenseite weist der Ringkragen 45 Flügelradflügel 51 auf, die an diesen einstückig rippenartig angespritzt sind. Hierdurch wird ein Flügelrad an dem Ringkragen 45 ausgebildet, das zur Kühlung einer Motorelektronik dienen kann. Weiterhin weist der Ringkragen 45 einen in axialer Richtung nach außen abstehenden Lageransatz 52 auf, in den eine Rotorachswelle 53 eingepresst ist, die durch das Lagertragrohr 19 verläuft.
In 5 ist ein erfindungsgemäßer Motor 55 dargestellt, der aus dem Stator 1 und dem Rotor 32 zusammengesetzt ist. Hier ist zu erkennen, dass im Lagertragrohr 19 zwei axial beabstandete Lagersitze ausgebildet sind, in denen Kugellager 56 angeordnet sind. Einer der Lagersitze befindet sich im Bereich der Hohlkammern 22. Die Leiterplatte 31 ist an der Außenseite der Endscheibe 8 über Rastansätze rastend befestigt und besitzt eine zentrische Öffnung, durch die der Lageransatz 52 verläuft. Der Motor weist ein zweiteiliges Gehäuse 57 auf, das den Stator 1 und den Rotor 32 umschließt, jedoch an seinem Umfang im Bereich des Jochteils 3 eine Umfangsöffnung 58 besitzt. Im Übrigen sind gleiche Teile wie in den vorhergehenden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Der erfindungsgemäße Motor ist als elektronisch-kommutierter Motor ausgebildet und zeichnet sich einerseits durch seine kompakte Bauform und andererseits durch einen hohen Wirkungsgrad aus.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims

Stator (1) für einen elektrischen Motor (55), bestehend aus einem zweiteiligen Statorblechpaket aus einem Statorpolteil (2) und einem auf dieses aufpressbares äußeres Jochteil (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Statorpolteil (2) aus einzelnen paketierten Polsegmenten (4) (Polzähnen) besteht, die in einem vorgefertigten Isolationskörper (6) sternförmig angeordnet und von diesem an ihren axialen beiden Stirnseiten und im Bereich eines zwischen ihnen ausgebildeten Wickelraums (13) zur Aufnahme von Statorwicklungen (34) umschlossen sind.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationskörper (6) zweiteilig aus einem Trägerteil (7) und einer Endscheibe (8) besteht, die miteinander form- und/oder materialschlüssig verbunden und die Polsegmente (4) in das Trägerteil (7) eingelegt sind.
Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (7) ein innenliegendes Lagertragrohr (19) aufweist, das von einer äußeren axialen Stirnwandung (20) des Trägerteils (7) nach innen in den Stator (1) verläuft.
Stator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagertragrohr (19) in seiner Rohrwandung im Bereich seines freien Endes mindestens mehrere, insbesondere sechs umfangsgemäß gleichmäßig beabstandete, axial verlaufende Hohlkammern (22) oder auf der Rohrwandung ausgebildete Einbuchtungen aufweist.
Stator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (7) zwischen den Polsegmenten (4) an deren Form angepasste, zwischen deren radialer inneren und radial äußeren Stirnseite verlaufende Wandungen (12) aufweist, wobei die Wandungen (12) für benachbarte Polsegmente (4) an ihren radial innenliegenden Enden miteinander verbunden sind und jeweils einen Wickelraum (13) einschließen, der einen mittig angeordneten Wicklungsschlitz (14) aufweist.
Stator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungsbereich der radial innenliegenden Enden der Wandungen (12) axial verlaufende Stege (15) ausgebildet sind, an denen die Polsegmente (4) mit ihren inneren Polschuhen (16) stirnseitig anliegen.
Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationskörper (6) bzw. die Endscheibe (8) das Statorpolteil an seiner axialen Stirnseite abdeckt, wozu die Endscheibe einen inneren geschlossenen Ringsteg (24) aufweist sowie mit diesem verbundene Radialstege (25) und an diesen endseitig ausgebildete Umfangsstege (26).
Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Endscheibe (8) im Bereich der Umfangsstege (26) Aufnahmetaschen (27) für Schneid-Klemmkontakte ausgebildet sind.
Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Endscheibe (8) im Bereich der Umfangsstege (26) axial abstehende Ringstege (29) angeformt sind.
Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des inneren geschlossenen Ringsteges (24) der Endscheibe (8) ein axial abstehender Umfangskragen (30) vorhanden ist.
Rotor, insbesondere passend für einen Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorträger (40) aus einer hohlzylindrischen Kunststoffhülse (43) besteht, an der einendig eine Ringscheibe (44) mit einem Ringkragen (45) angeformt ist, sowie in dem Ringkragen (45) innenseitig umfangsgemäß Einstecknuten (46) zur stirnseitigen Aufnahme der Magnete (41) und des Eisenrückschlussringes (42) ausgebildet sind, sowie aus einem dem Ringkragen (45) gegenüberliegenden, die Magneten (41) formschlüssig aufnehmenden ringförmigen Endstück (47).
Rotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in den Einstecknuten (46) mehrere der Anzahl der Magnete (41) entsprechende radial Fortsätze (48) ausgebildet sind, deren Abstand der Bogenlänge der Magnete (41) entspricht.
Rotor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ringförmigen Endstück (47) den Einstecknuten (46) des Ringkragens (45) entsprechende Einstecknuten und radiale Fortsätze ausgebildet sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Eisenrückschlussring (42) stirnseitig beidseitig Aussparungen (50) ausgebildet sind, die die radialen Fortsätze (48) umfassen.
Rotor nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an dem dem Ringkragen (45) gegenüberliegenden Ende der Kunststoffhülse (43) axiale Rastzungen (49) mit endseitigen Rastnasen ausgebildet sind, die in entsprechende Rastöffnungen des Endstücks (47) einrasten.
Rotor nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenrückschlussring (42) aus zwei Halbschalen besteht, die über eine Art Schwalbenschwanzverbindung (54) miteinander formschlüssig verbunden sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkragen (45) an seiner Außenseite rippenartige Flügelradflügel (51) aufweist.
Rotor nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ringscheibe (44) ein zentrischer Lageransatz (52) ausgebildet ist, in dem eine Rotorachswelle (53) endseitig befestigt ist.
Elektrischer Motor, insbesondere elektronisch-kommutierter netzgespeister Motor, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Stators (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 sowie eines Rotors (32) nach einem der Ansprüche 11 bis 18.