EP2520006A2 - Stator in einer elektrischen maschine - Google Patents

Stator in einer elektrischen maschine

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Publication number
EP2520006A2
EP2520006A2 EP10781680A EP10781680A EP2520006A2 EP 2520006 A2 EP2520006 A2 EP 2520006A2 EP 10781680 A EP10781680 A EP 10781680A EP 10781680 A EP10781680 A EP 10781680A EP 2520006 A2 EP2520006 A2 EP 2520006A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
segments
end faces
peripheral end
connecting elements
radial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10781680A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lin Feuerrohr
Martin Gutmann
Thomas Devermann
Andreas Ewert
Bjoern Nommensen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2520006A2 publication Critical patent/EP2520006A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
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    • A23L2/00—Non-alcoholic beverages; Dry compositions or concentrates therefor; Their preparation
    • A23L2/385—Concentrates of non-alcoholic beverages
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    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the invention relates to a stator in an electrical machine, in particular in a servomotor for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • EC internal rotor motors are known with stators having a radially outer stator ring and a plurality of evenly distributed over the circumference and radially inwardly extending support teeth for receiving energizable coils.
  • the stator ring is composed of individual toothed segments, each consisting of a yoke segment and a yoke segment and a support tooth, wherein the yoke segments form the stator in the assembled state continuous stator.
  • Each tooth segment consists of lamellar composite, stamped sheets.
  • Such a stator is described for example in CN 101442224 A.
  • knob-shaped elevations or recesses corresponding thereto are provided on the circumferential end faces of the radially outer yoke segments, which engage positively in the mounted state, whereby a positive connection between adjacent toothed segments is provided in the radial direction.
  • the elevations or recesses are arranged asymmetrically on the peripheral end faces and offset in relation to a central circle through the radial center of the yoke segments inwards.
  • the problem is that the connection between the toothed segments without the forces occurring during operation must be able to accommodate changes in the relative position of adjacent segments.
  • the forces or moments can act in the radial direction, circumferential direction and in the axial direction and lead to damage of the connection of adjacent tooth segments.
  • the invention is based on the object to provide a simple to manufacture stator in an electric motor with simple design measures, which is characterized by a high stability and a favorable magnetic flux profile in the
  • the stator according to the invention is used in electrical machines, which are used in particular as servomotors in motor vehicles, for example as a servomotor for seat adjustment or as a servomotor for steering assistance. In principle, however, it is also possible to use it independently of motor vehicles, for example in handheld power tools.
  • the invention relates to internal rotor electric motors, preferably to EC internal rotor motors.
  • the stator is composed of a plurality of annular or toothed segments, wherein each annular segment has a radially outer yoke or reflux segment and a support tooth extending radially inwardly from the yoke segment for receiving a respective energizable coil.
  • the carrier tooth in the sector gear includes a radially extending body around which the coil is wound and a tooth head on the radially inner side disposed immediately adjacent to the rotor.
  • connecting elements are arranged on the peripheral end faces of the yoke segments, which are to be brought into a connecting position, so that immediately adjacent toothed segments are connected to each other via the respective yoke segments.
  • the connection preferably takes place in a form-fitting manner, wherein in principle also a force conclusive compound or mixed forms come into consideration.
  • the connecting elements engage in one another in the circumferential direction, so that the positive locking is provided in the radial direction. Additionally or alternatively, however, a positive connection in the circumferential direction and / or axial direction is possible.
  • the connecting elements arranged on the peripheral end faces of the yoke segments are arranged displaced radially outwards relative to a central circle through the radial center of the yoke segments.
  • the connecting elements are thus located asymmetrically on the peripheral end faces and are closer to the outer shell than to the inner edge of the yoke segments of each toothed segment.
  • adjacent toothed segments are connected to one another in the region of the yoke segments by a weld seam or point located in the region of the radial outer side.
  • the weld represents a cohesive connection between the yoke segments, which is effective in all directions, ie in the radial, axial and circumferential direction.
  • the connection via the connecting elements in the radial direction usually acts on the peripheral end faces of the yoke segments, so that the weld or point is relieved, at least in the radial direction, via the connecting elements.
  • the asymmetrical arrangement of the connecting elements causes a radial displacement in the direction of the weld between the adjacent toothed segments.
  • the distance between the bottom of the weld and the connection point in the region of the connecting elements is reduced, if necessary to zero, so that the welding edge of the weld directly adjoins the dividing line between the adjacent yoke segments in the region of the connecting elements. In the radial direction, this provides a continuous connection between the adjacent segments over a larger, coherent section.
  • Yoke segments adjacent to the weld a change of direction too the usually radially extending contact geometry between the segments undergoes, whereby the connection is further improved.
  • an embodiment is also possible in which, in spite of the radially outwardly displaced connecting elements on the yoke segments, the bottom of the weld lies radially at a distance from the connecting elements.
  • a further advantage of the asymmetrical arrangement of the connecting elements with radially outwardly displaced position lies in the improved magnetic flux transfer in the circumferential direction between adjacent yoke segments.
  • the magnetic flux lines extend in the circumferential direction, wherein the connecting elements on the peripheral end faces due to the radially outwardly shifted, asymmetrical arrangement cause less interference than in a central or a radially inwardly displaced arrangement.
  • a further advantage of the connection according to the invention of adjacent toothed segments is a better acoustic behavior of the stator and the Coulomb friction losses generated in the joints, as a result of which the structure-borne sound excitation is better damped and the emitted airborne sound level is reduced.
  • a further advantage of the radially outwardly displaced position of the connecting elements is that the weld seam or point can be kept relatively small and yet the distance between the welding seam and the connecting elements is reduced.
  • the smaller weld can be produced with less energy input.
  • the delay during the solidification process is smaller than with larger welds.
  • the weld seam is produced, for example, by means of a laser, whereby in principle also other welding processes can be used, for example arc welding such as plasma or TIG fusion welding or electron beam welding.
  • the peripheral end faces of adjacent yoke segments lie flat against each other, wherein the peripheral end faces preferably extend in the radial direction and are designed to be straight-surfaced.
  • the peripheral end faces preferably extend in the radial direction and are designed to be straight-surfaced.
  • the weld extends to a portion of the adjacent peripheral end faces, at which a tangent to the joining region of the peripheral end faces with an angle through the weld forms an angle. This is achieved, in particular, in that connecting elements on the peripheral end sides adjoin the solidified melting region of the weld seam or lie partially within this solidified melting region. The tangent closes with the radial one
  • the position of the connecting elements is displaced radially outward on the peripheral end faces such that the radial distance of a line of symmetry, which is laid through the center of the connecting elements and concentric with the central circle, is between 2% and 40% of the radial outer jacket of the yoke segments. based on the total thickness in the radial direction of the yoke segments. This means that with a radial distance of the symmetry line from the outer sheath of only 2%, the connecting elements are arranged in the immediate vicinity of the outer sheath, whereas at a radial distance of 40%, the connecting elements with respect to the middle circle (50% distance) only relatively small radially are shifted to the outside.
  • connecting elements as interlocking elements
  • different positive locking geometries are possible, for example concave or convex joining contours of the connecting elements, trapezoidal, triangular or rectangular geometries of the connecting elements, which are optionally provided with rounded portions.
  • FIG. 1 is a side view of a toothed segment for a stator in an electric motor, consisting of a radially outer, extending in the circumferential direction yoke segment and a radially extending support tooth for receiving a current-supply coil,
  • Jochsegmenten abut each other, wherein form-fitting elements, which form connecting elements, engage the peripheral end faces of the yoke segments,
  • FIG. 5 is a similar view as FIG. 4, but in an enlarged view,
  • 9 shows a representation of the magnetic flux lines by adjoining yoke segments
  • 10 is an illustration of the asymmetrical arrangement of the positive locking elements on the peripheral end faces of the yoke segments with indication of the radial displacement.
  • FIGS. 1 and 2 each show a single toothed segment 1, which is a component of a stator in an EC internal rotor electric motor and can be combined to form a stator ring together with further identical toothed segments.
  • the toothed segment 1 consists of a radially outer, extending in the circumferential direction yoke segment 2 and an integrally formed with the yoke segment 2, radially inwardly extending support tooth 3, the carrier of a current-carrying coil 6 is.
  • the carrier tooth 3 consists of a radially oriented base body 4, around whose shell surface the coil 6 is wound, and a radially inner, in
  • the radially outer yoke segment 2 has in the circumferential direction a greater extent than the tooth head 5 and has at the two opposite peripheral end faces 7 each have a form-locking element 8, 9, wherein the form-locking elements 8, 9 form connecting elements on the peripheral end faces 7.
  • the opposite form-locking elements 8 and 9 are complementary to each other to allow a positive engagement of form-locking elements on adjacent tooth and yoke segments.
  • the yoke segment 2 has a radial extent R.
  • a leading through the radial center of the yoke segment 2 center circle between the outer shell 12 and inner side 13 is denoted by reference numeral 10 and represents an imaginary marking line to the radial displacement of the interlocking elements 8 and 9 on the peripheral end faces 7 radially outward in the direction of the outer
  • lateral surface 12 By the form-locking elements 8 and 9, the each having the same radial displacement relative to the center circle 10, one each to the center circle 10 concentric line of symmetry 1 1 is laid, which has the radial distance r to the outer shell 12 of the yoke segment 2.
  • the symmetry line 1 1 is relative to the center circle 10 offset radially outward.
  • the interlocking elements 8, 9 are thus located in the radial direction closer to the outer shell 12 than on the radial inner side 13 of the yoke segment 2.
  • the interlocking elements 8 and 9 have to the outer shell 12 a small radial distance.
  • FIG. 3 two adjacent tooth segments 1 are shown in the assembled state.
  • the form-locking elements 8 are designed as a survey on the peripheral end face 7 and have a part-circular cross-section, the interlocking elements 9 are complementary thereto designed as a recess.
  • the peripheral end face 7 forms a rectilinear surface which extends in the radial direction.
  • a radially slightly recessed area 14 which faces radially outward and is in the assembled state of two toothed segments 1 in the joining region.
  • the form-fitting elements 8 and 9 are designed in such a way that in the assembled state, the elevation 8 positively protrudes into the recess 9, so that in the radial direction a positive connection is given.
  • FIG. 4 and 5 the joining region between adjacent toothed segments with adjacent yoke segments 2 is shown in an enlarged view.
  • the contact line 15 between the interlocking positive locking elements 8 and 9 extends to a weld or point 16, which is introduced at the radially outer side in the recessed region 14.
  • the weld seam boundary 17 of the weld seam 16 extends up to a section of the contact line 15 which runs obliquely with respect to a radial 18, which at the same time forms the contact line in the region of the rectilinear circumferential end face.
  • a tangent 19 is applied to the contact line 15 at the intersection of the line of contact with the weld line 17.
  • the tangent 19 increases with the radii len 18 an angle ⁇ , which is between 30 ° and 90 ° and in the embodiment is approximately 60 °.
  • the weld 16 preferably extends over the entire axial extent of the toothed segment 1, but may alternatively also be formed only axially in sections or punctiform.
  • the interlocking elements 8, 9 have an approximately rectangular basic cross-section with a part-circular tip or part-circular base.
  • the interlocking elements 8, 9 are designed as a circular arc.
  • the interlocking elements 8, 9 have a triangular cross-section.
  • the form-fitting elements 8, 9 offset from the central circle 10 through the yoke segments 2 radially outward.
  • FIG. 9 a further embodiment with two composite yoke segments 2 is shown, which are provided on the peripheral end faces with trapezoidal form-locking elements 8, 9, which engage in a form-fitting manner.
  • the magnetic flux lines 20 are represented by the yoke segments 2.
  • the magnetic flux lines 20 extend in the circumferential direction and deviate only relatively little from their course, even in the region of the interlocking elements 8 and 9.
  • Fig. 10 the radial displacement of the interlocking elements 8, 9 in the direction of the outer jacket 12 is shown again.
  • the form-locking elements 8, 9 relative to the center circle 10 are displaced by the yoke segments 2 radially outward.
  • the stator according to the invention may also be part of other electrical machines - such as a generator - be.

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Abstract

Ein Stator in einer elektrischen Maschineweist eine Mehrzahl von Zahnsegmenten auf, die einen Statorring bilden, wobei die Zahnsegmente außen liegende Jochsegmente und radiale Trägerzähne aufweisen. An den Umfangsstirnseiten der Jochsegmente sind Verbindungselemente angeordnet, welche in Richtung der radialen Außenseite verschoben angeordnet sind.

Description

Beschreibung Titel
Stator in einer elektrischen Maschine
Die Erfindung bezieht sich auf einen Stator in einer elektrischen Maschine, insbesondere in einem Stellmotor für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 .
Stand der Technik
Bekannt sind EC-Innenläufermotoren mit Statoren, die einen radial außen liegenden Statorring und eine Mehrzahl von über den Umfang gleichmäßig verteilten und sich radial nach innen erstreckenden Trägerzähnen zur Aufnahme bestrombarer Spulen aufweisen. Der Statorring setzt sich aus einzelnen Zahnsegmenten zusammen, die jeweils aus einem Rückschluss- bzw. Jochsegment und einem Trägerzahn bestehen, wobei die Jochsegmente den im montierten Zustand durchgehenden Statorring des Stators bilden. Jedes Zahnsegment besteht aus lamellenartig zusammengesetzten, gestanzten Blechen. Ein derartiger Stator wird beispielsweise in der CN 101442224 A beschrieben.
Zur Verbindung der Zahnsegmente sind an den Umfangsstirnseiten der radial außen liegenden Jochsegmente noppenförmige Erhebungen bzw. hierzu korrespondierende Ausnehmungen vorgesehen, die im montierten Zustand formschlüssig ineinandergreifen, wodurch in Radialrichtung eine Formschlussverbindung zwischen benachbarten Zahnsegmenten gegeben ist. Die Erhebungen bzw. Ausnehmungen sind an den Umfangsstirnseiten asymmetrisch angeordnet und gegenüber einem Mittelkreis durch die radiale Mitte der Jochsegmente nach innen versetzt.
Grundsätzlich besteht bei derartigen Verbindungen das Problem, dass die Verbindung zwischen den Zahnsegmenten die im Betrieb auftretenden Kräfte ohne Änderung der Relativposition benachbarter Segmente aufnehmen können muss. Die Kräfte bzw. Momente können in Radialrichtung, Umfangsrichtung und in Achsrichtung wirken und zu einer Beschädigung der Verbindung benachbarter Zahnsegmente führen.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen einen einfach herzustellenden Stator in einem Elektromotor anzugeben, der sich durch eine hohe Stabilität und einen günstigen Magnetflussverlauf in den
Zahnsegmenten des Stators auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Der erfindungsgemäße Stator wird in elektrischen Maschinen eingesetzt, welche insbesondere als Stellmotoren in Kraftfahrzeugen Verwendung finden, beispielsweise als Stellmotor zur Sitzverstellung oder als Servomotor zur Lenkunterstützung. Grundsätzlich kommt aber auch eine Anwendung unabhängig von Kraft- fahrzeugen in Betracht, beispielsweise in Handwerkzeugmaschinen. Die Erfindung bezieht sich auf Innenläufer-Elektromotoren, vorzugsweise auf EC- Innenläufermotoren.
Der Stator ist aus einer Mehrzahl von Ring- bzw. Zahnsegmenten zusammenge- setzt, wobei jedes Ringsegment ein radial außen liegendes Joch- bzw. Rückflusssegment und einen sich vom Jochsegment radial nach innen erstreckenden Trägerzahn zur Aufnahme jeweils einer bestrombaren Spule aufweist. Der Trägerzahn im Zahnsegment umfasst einen sich in Radialrichtung erstreckenden Grundkörper, um den die Spule gewickelt ist, und einen Zahnkopf auf der radial innen liegenden Seite, welcher unmittelbar benachbart zum Rotor angeordnet ist.
Zur Verbindung benachbarter Zahnsegmente sind an den Umfangsstirnseiten der Jochsegmente Verbindungselemente angeordnet, die in eine Verbindungsstellung zu bringen sind, so dass unmittelbar benachbarte Zahnsegmente über die jeweiligen Jochsegmente miteinander verbunden sind. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise in formschlüssiger Weise, wobei grundsätzlich auch eine kraft- schlüssige Verbindung oder Mischformen in Betracht kommen. Im Falle einer formschlüssigen Verbindung greifen die Verbindungselemente in Umfangsrich- tung ineinander, so dass in Radialrichtung der Formschluss gegeben ist. Zusätzlich oder alternativ ist aber auch ein Formschluss in Umfangsrichtung und/oder Axialrichtung möglich.
Bei dem erfindungsgemäßen Stator sind die an den Umfangsstirnseiten der Jochsegmente angeordneten Verbindungselemente gegenüber einem Mittelkreis durch die radiale Mitte der Jochsegmente radial nach außen verschoben ange- ordnet. Die Verbindungselemente befinden sich somit asymmetrisch an den Umfangsstirnseiten und liegen näher am Außenmantel als an der Innenkante der Jochsegmente eines jeden Zahnsegments.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass benachbarte Zahnsegmente durch eine im Bereich der radialen Außenseite befindliche Schweißnaht bzw. -stelle im Bereich der Jochsegmente miteinander verbunden sind. Die Schweißung stellt eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Jochsegmenten dar, die in allen Richtungen wirksam ist, also in Radial-, Axial- und Umfangsrichtung. Zusätzlich zur Schweißverbindung wirkt üblicherweise in Radialrichtung die Verbindung über die Verbindungselemente an den Umfangsstirnseiten der Jochsegmente, so dass zumindest in Radialrichtung die Schweißnaht bzw. -stelle über die Verbindungselemente entlastet wird. Auf den Stator in Radialrichtung wirkende Kräfte werden somit zumindest teilweise über die Verbindungselemente an den Umfangsstirnseiten der Jochsegmente aufgenommen.
Die asymmetrische Anordnung der Verbindungselemente bewirkt eine radiale Verschiebung in Richtung der Schweißnaht bzw. -stelle zwischen den benachbarten Zahnsegmenten. Der Abstand zwischen Schweißnahtgrund und Verbindungsstelle im Bereich der Verbindungselemente ist reduziert, ggf. bis auf null, so dass der Schweißrand der Schweißnaht unmittelbar an die Trennlinie zwischen den benachbarten Jochsegmenten im Bereich der Verbindungselemente angrenzt. In Radialrichtung ist dadurch über einen größeren, zusammenhängenden Abschnitt eine durchgehende Verbindung zwischen den benachbarten Segmenten gegeben. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass die Geometrie der Fügelinie zwischen den benachbarten, aneinandergrenzenden Umfangsstirnseiten der
Jochsegmente in Nachbarschaft zur Schweißnaht eine Richtungsänderung zu der üblicherweise radial verlaufenden Kontaktgeometrie zwischen den Segmenten erfährt, wodurch die Verbindung weiter verbessert wird.
Grundsätzlich möglich ist auch eine Ausführung, bei der trotz der radial nach au- ßen verschobenen Verbindungselemente an den Jochsegmenten der Schweißnahtgrund radial auf Abstand zu den Verbindungselementen liegt.
Ein weiterer Vorteil der asymmetrischen Anordnung der Verbindungselemente mit radial nach außen verschobener Position liegt in der verbesserten magnetischen Flussübertragung in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Jochsegmenten. Die magnetischen Flusslinien verlaufen in Umfangsrichtung, wobei die Verbindungselemente an den Umfangsstirnseiten auf Grund der radial nach außen verschobenen, asymmetrischen Anordnung eine geringere Störung bewirken als bei einer mittigen oder einer radial nach innen verschobenen Anordnung.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verbindung benachbarter Zahnsegmente besteht in einem besseren akustischen Verhalten des Stators und der in den Fügestellen erzeugten Coulombschen Reibungsverluste, wodurch die Körperschallanregung besser gedämpft und der emittierte Luftschallpegel reduziert wird.
Ein weiterer Vorteil der radial nach außen verschobenen Position der Verbindungselemente liegt darin, dass die Schweißnaht bzw. -stelle verhältnismäßig klein gehalten werden kann und dennoch der Abstand zwischen der Schweiß- naht und den Verbindungselementen reduziert ist. Die kleinere Schweißnaht kann mit geringerem Energieeintrag erzeugt werden. Außerdem ist der Verzug während des Erstarrungsvorgangs kleiner als bei größeren Schweißstellen.
Die Schweißnaht wird beispielsweise mithilfe eines Lasers erzeugt, wobei grund- sätzlich auch sonstige Schweißverfahren eingesetzt werden können, beispielsweise Lichtbogenschweißen wie Plasma- oder WIG-Schmelzschweißverfahren oder auch Elektronenstrahlschweißen.
Gemäß vorteilhafter Ausführung liegen die Umfangsstirnseiten benachbarter Jochsegmente flächig aneinander, wobei die Umfangsstirnseiten vorzugsweise in Radialrichtung verlaufen und geradflächig ausgeführt sind. Grundsätzlich kom- men aber auch geradflächige Ausführungen der Umfangsstirnseiten der Jochsegmente in Betracht, die unter einem Winkel gegenüber der Radialrichtung verlaufen, oder gekrümmte Umfangsstirnseiten, beispielsweise gewölbte Umfangsstirnseiten, wobei auch in diesen Fällen es zweckmäßig ist, dass die Umfangs- Stirnseiten benachbarter Jochsegmente flächig aneinanderliegen, um eine optimale Kraftübertragung zwischen den Zahnsegmenten sowie einen optimalen Magnetfluss zu gewährleisten.
Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung erstreckt sich die Schweißnaht bis zu einem Abschnitt der aneinanderliegenden Umfangsstirnseiten, an dem eine Tangente an den Fügebereich der Umfangsstirnseiten mit einer Radialen durch die Schweißnaht einen Winkel einschließt. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass Verbindungselemente an den Umfangsstirnseiten bis an den erstarrten Schmelzbereich der Schweißnaht angrenzen bzw. zum Teil innerhalb dieses er- starrten Schmelzbereichs liegen. Die Tangente schließt mit der Radialen einen
Winkel von insbesondere 30° bis 90° ein, beispielsweise 60°. Diese Konfiguration erlaubt die Übertragung hoher Kräfte zwischen den Zahnsegmenten ohne Beschädigung des Stators, zugleich ist eine verhältnismäßig große Fügefläche an den Umfangsstirnseiten der Jochsegmente zur Aufnahme hoher Flächenkräfte gegeben. In den Abschnitt der Umfangsstirnseiten, der sich radial zwischen den
Verbindungselementen und der radial innen liegenden Jochsegmentkante erstreckt, liegen die Jochsegmente im montierten Zustand flächig aneinander, so dass eine entsprechend hohe Flächenkraft übertragbar ist und die magnetischen Flusslinien in geringstmöglicher Weise beeinträchtigt werden.
Die Position der Verbindungselemente ist an den Umfangsstirnseiten so weit radial nach außen verschoben, dass der radiale Abstand einer Symmetrielinie, welche durch die Mitte der Verbindungselemente gelegt wird und konzentrisch zum Mittelkreis verläuft, vom radialen Außenmantel der Jochsegmente vorzugs- weise zwischen 2 % und 40 % bezogen auf die Gesamtdicke in Radialrichtung der Jochsegmente beträgt. Dies bedeutet, dass bei einem radialen Abstand der Symmetrielinie vom Außenmantel von lediglich 2 % die Verbindungselemente in unmittelbarer Nachbarschaft zum Außenmantel angeordnet sind, wohingegen bei einem radialen Abstand von 40% die Verbindungselemente gegenüber dem Mit- telkreis (50 % Abstand) nur verhältnismäßig gering radial nach außen verschoben sind. Bei einer Ausführung der Verbindungselemente als Formschlusselemente kommen verschiedene Formschlussgeometrien in Betracht, beispielsweise konkave bzw. konvexe Fügekonturen der Verbindungselemente, trapezförmige, dreieck- förmige oder rechteckformige Geometrien der Verbindungselemente, die ggf. mit Abrundungen versehen sind.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Zahnsegments für einen Stator in einem Elektromotor, bestehend aus einem radial außen liegenden, sich in Umfangs- richtung erstreckenden Jochsegment und einem sich in Radialrichtung erstreckenden Trägerzahn zur Aufnahme einer bestrombaren Spule,
Fig. 2 das Zahnsegment in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 3 benachbarte Zahnsegmente, die mit den Umfangsstirnseiten an den
Jochsegmenten aneinanderliegen, wobei Formschlusselemente, welche Verbindungselemente bilden, an den Umfangsstirnseiten der Jochsegmente ineinandergreifen,
Fig. 4 eine Darstellung des Fügebereichs zwischen benachbarten Zahnsegmenten, mit einer Schweißnaht zur stoffschlüssigen Verbindung der an- einandergrenzenden Jochsegmente,
Fig. 5 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 4, jedoch in vergrößerter Ansicht,
Fig. 6 bis 8 verschiedene Geometrien der Formschlusselemente an den Umfangsstirnseiten der Jochsegmente,
Fig. 9 eine Darstellung der magnetischen Flusslinien durch aneinandergren- zende Jochsegmente, Fig. 10 eine Darstellung der asymmetrischen Anordnung der Formschlusselemente an den Umfangsstirnseiten der Jochsegmente mit Angabe der radialen Verschiebung.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In den Figuren 1 und 2 ist jeweils ein einzelnes Zahnsegment 1 dargestellt, welches Bestandteil eines Stators in einem EC-Innenläufer-Elektromotor ist und gemeinsam mit weiteren, gleichartigen Zahnsegmenten zu einem Statorring zu- sammengesetzt werden kann. Das Zahnsegment 1 besteht aus einem radial außen liegenden, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Jochsegment 2 und einem einteilig mit dem Jochsegment 2 ausgebildeten, sich radial nach innen erstreckenden Trägerzahn 3, der Träger einer bestrombaren Spule 6 ist. Der Trägerzahn 3 besteht aus einem radial ausgerichteten Grundkörper 4, um des- sen Mantelfläche die Spule 6 gewickelt ist, und einem radial innen liegenden, in
Umfangsrichtung gegenüber dem Grundkörper 4 verbreiterten Zahnkopf 5, der einen Polschuh bildet. Die radial innen liegende Stirnseite des Zahnkopfes 5 liegt unmittelbar benachbart dem vom Stator eingeschlossenen Rotor, wobei sich zwischen der Stirnseite des Zahnkopfes 5 und der Rotormantelfläche ein ringförmi- ger Luftspalt befindet.
Das radial außen liegende Jochsegment 2 besitzt in Umfangsrichtung eine größere Erstreckung als der Zahnkopf 5 und weist an den beiden gegenüberliegenden Umfangsstirnseiten 7 jeweils ein Formschlusselement 8, 9 auf, wobei die Formschlusselemente 8, 9 Verbindungselemente an den Umfangsstirnseiten 7 bilden. An einem Zahnsegment 1 sind die sich gegenüberliegenden Formschlusselemente 8 und 9 komplementär zueinander ausgebildet, um ein formschlüssiges Eingreifen von Formschlusselementen an benachbarten Zahn- und Jochsegments zu ermöglichen.
Das Jochsegment 2 weist eine radiale Erstreckung R auf. Ein durch die radiale Mitte des Jochsegments 2 führender Mittelkreis zwischen Außenmantel 12 und Innenseite 13 ist mit Bezugszeichen 10 gekennzeichnet und stellt eine gedachte Markierungslinie dar, um die radiale Verschiebung der Formschlusselemente 8 und 9 an den Umfangsstirnseiten 7 radial nach außen in Richtung der äußeren
Mantelfläche 12 zu verdeutlichen. Durch die Formschlusselemente 8 und 9, die jeweils die gleiche radiale Verschiebung gegenüber dem Mittelkreis 10 aufweisen, ist je eine zum Mittelkreis 10 konzentrische Symmetrielinie 1 1 gelegt, die zum Außenmantel 12 des Jochsegments 2 den radialen Abstand r aufweist. Die Symmetrielinie 1 1 liegt bezogen auf den Mittelkreis 10 radial nach außen versetzt. Die Formschlusselemente 8, 9 befinden sich somit in Radialrichtung näher am Außenmantel 12 als an der radialen Innenseite 13 des Jochsegments 2. Die Formschlusselemente 8 und 9 weisen zum Außenmantel 12 einen kleinen radialen Abstand auf.
In Fig. 3 sind zwei benachbarte Zahnsegmente 1 im zusammengefügten Zustand dargestellt. Die Formschlusselemente 8 und 9 einander zugewandter Umfangs- stirnseiten 7 an benachbarten Jochsegmenten 2 greifen formschlüssig ineinander. Die Formschlusselemente 8 sind als Erhebung an der Umfangsstirnseite 7 ausgeführt und besitzen eine teilkreisförmigen Querschnitt, die Formschlusselemente 9 sind komplementär hierzu als Ausnehmung ausgeführt.
Die Umfangsstirnseite 7 bildet eine geradlinige Fläche, welche sich in Radialrichtung erstreckt. Im Übergang zwischen dem Außenmantel 12 zur Umfangsstirnseite 7 befindet sich ein radial geringfügig zurückgesetzter Bereich 14, der radial nach außen weist und im zusammengesetzten Zustand zweier Zahnsegmente 1 im Fügebereich liegt.
Die Formschlusselemente 8 und 9 sind in der Weise ausgeführt, dass im zusammengesetzten Zustand die Erhebung 8 formschlüssig in die Ausnehmung 9 einragt, so dass in Radialrichtung eine formschlüssige Verbindung gegeben ist.
In den Figuren 4 und 5 ist der Fügebereich zwischen benachbarten Zahnsegmenten mit aneinandergrenzenden Jochsegmenten 2 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Die Kontaktlinie 15 zwischen den ineinandergreifenden Formschlusselementen 8 und 9 erstreckt sich bis zu einer Schweißnaht bzw. -stelle 16, die an der radialen Außenseite in den zurückgesetzten Bereich 14 eingebracht ist. Die Schweißnahtgrenze 17 der Schweißnaht 16 erstreckt sich bis zu einem Abschnitt der Kontaktlinie 15, der gegenüber einer Radialen 18, welche zugleich die Kontaktlinie im Bereich der geradlinigen Umfangsstirnseite bildet, schräg verläuft. In Fig. 5 ist eine Tangente 19 an die Kontaktlinie 15 im Schnittpunkt der Kontaktlinie mit der Schweißnahtgrenze 17 angelegt. Die Tangente 19 nimmt mit der Radia- len 18 einen Winkel α ein, der zwischen 30° und 90° liegt und im Ausführungsbeispiel annähernd 60 ° beträgt. Die Schweißnaht 16 erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte axiale Ausdehnung des Zahnsegments 1 , kann aber alternativ auch nur axial abschnittsweise oder punktförmig ausgebildet sein.
In den Figuren 6 bis 8 sind verschiedene Ausführungsbeispiele für Formschlusselemente 8, 9 an den Umfangsstirnseiten der Jochsegmente 2 dargestellt. Gemäß Fig. 6 besitzen die Formschlusselemente 8, 9 einen annähernd rechteck- förmigen Grundquerschnitt mit teilkreisförmiger Spitze bzw. teilkreisförmigem Grund.
Gemäß Fig. 7 sind die Formschlusselemente 8, 9 als Kreisbogen ausgeführt.
Gemäß Fig. 8 besitzen die Formschlusselemente 8, 9 eine dreieckförmigen Querschnitt. In allen Ausführungsbeispielen sind die Formschlusselemente 8, 9 gegenüber dem Mittelkreis 10 durch die Jochsegmente 2 radial nach außen versetzt.
In Fig. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei zusammengesetzten Jochsegmenten 2 dargestellt, die an den Umfangsstirnseiten mit trapezförmigen Formschlusselementen 8, 9 versehen sind, welche formschlüssig ineinandergreifen. Zusätzlich sind in Fig. 9 die magnetischen Flusslinien 20 durch die Jochsegmente 2 dargestellt. Die magnetischen Flusslinien 20 verlaufen in Umfangs- richtung und weichen auch im Bereich der Formschlusselemente 8 und 9 nur verhältnismäßig wenig von ihrem Verlauf ab.
In Fig. 10 ist die radiale Verschiebung der Formschlusselemente 8, 9 in Richtung des Außenmantels 12 nochmals dargestellt. Der Abstand r von der Symmetrielinie 1 1 durch die Formschlusselemente 8, 9 gegenüber dem Außenmantel 12 beträgt, bezogen auf die radiale Dicke R des Jochsegments 2 zwischen Außenmantel 12 und Innenseite 13, 2 % bis 40 %. Somit sind die Formschlusselemente 8, 9 gegenüber dem Mittelkreis 10 durch die Jochsegmente 2 radial nach außen verschoben.
Der erfindungsgemäße Stator kann auch Bestandteil anderer elektrischer Maschinen - wie beispielsweise eines Generators - sein.

Claims

Ansprüche
1 . Stator in einer elektrischen Maschine, insbesondere in einem Stellmotor für ein Kraftfahrzeug, mit einer Mehrzahl von separat gefertigten Zahnsegmenten (1 ), die einen Statorring bilden und Trägerzähne (3) zur Aufnahme bestrombarer Spulen (6) sowie radial außen liegende, die Außenseite des Statorrings bildende Jochsegmente (2) aufweisen, welche Träger der radial nach innen gerichteten Trägerzähne (3) sind, wobei an den Umfangsstirnsei- ten (7) der Jochsegmente (2) Verbindungselemente (8, 9) zur Verbindung benachbarter Jochsegmente (2) angeordnet sind und die Verbindungselemente (8, 9) an den Umfangsstirnseiten (7) mit radialem Abstand zu einem Mittelkreis (10) durch die radiale Mitte der Jochsegmente (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (8, 9) an den Umfangsstirnseiten (7) gegenüber dem Mittelkreis (10) radial nach außen verschoben angeordnet sind und dass benachbarte Zahnsegmente (1 ) durch eine im Bereich der radialen Außenseite befindliche Schweißnaht (16) miteinander verbunden sind.
2. Stator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsstirnseiten (7) benachbarter Jochsegmente (2) flächig aneinanderliegen.
3. Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (16) sich bis zu einem Abschnitt der aneinanderliegenden Umfangsstirnseiten (7) erstreckt, an dem eine Tangente (19) an die Umfangsstirnseiten (7) mit einer Radialen (18) durch die Schweißnaht (16) einen Winkel (a) einschließt.
4. Stator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) zwischen 30° und 90° beträgt.
5. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand einer Symmetrielinie (1 1 ) durch die Verbindungselemente (8, 9) von dem radialen Außenmantel (12) der Jochsegmente (2) zwischen 2% und 40% der radialen Dicke der Jochsegmente (2) beträgt.
6. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (16) sich radial bis zu den Verbindungselementen (8, 9) erstreckt.
7. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsstirnseiten (7) der Jochsegmente (2) geradflächig ausgebildet sind und sich in Radialrichtung erstrecken.
8. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente als Formschlusselemente (8, 9) ausgebildet sind.
9. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (8, 9) einteilig mit den Jochsegmenten (2) ausgebildet sind.
10. Elektrische Maschine - insbesondere Elektromotor - mit einem Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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