WO2006111159A1 - Stator / rotor blechpaket - Google Patents

Stator / rotor blechpaket Download PDF

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WO2006111159A1
WO2006111159A1 PCT/DE2006/000711 DE2006000711W WO2006111159A1 WO 2006111159 A1 WO2006111159 A1 WO 2006111159A1 DE 2006000711 W DE2006000711 W DE 2006000711W WO 2006111159 A1 WO2006111159 A1 WO 2006111159A1
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sheets
laminated cores
sheet metal
slot
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PCT/DE2006/000711
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Inventor
Michael Bulatow
Andre Gornott
Original Assignee
Temic Automotive Electric Motors Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14Stator cores with salient poles
    • H02K1/146Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148Sectional cores

Definitions

  • the invention relates to a stator and rotor core of an electric motor.
  • Small motors are electric motors with small dimensions and usually have a power up to 1 kW.
  • Electric motors of the generic type are well known. Electronically commutated motors can be designed as internal rotor motors or as external rotor motors. Internal rotor motors have a fixed stator and an inner rotating rotor. The rotor is coaxial, concentrically inserted into the stator. In an external rotor motor, the rotor concentrically surrounds the stator. Furthermore, electric motors typically include a housing that protects the engine from external influences such as dirt or moisture.
  • the stator, rotor laminated core is formed from a plurality of sheets as stacked laminated core.
  • the sheets are shaped such that they have poles or pole teeth, wherein the recesses are provided between the pole teeth for the windings of the stator / rotor.
  • the individual laminations are punched such that when superimposing the slot slot arises, which runs over the height of the laminated core seen at an angle to the central axis.
  • two adjacent pole teeth are connected per sheet metal layer, for example by means of a web.
  • the first or even several layers of the sheets can be arranged without offset.
  • the respective connected pole teeth are arranged offset. This can be done, for example, by "further rotation" of the connected metal sheets per layer by a certain angle, which is calculated by the quotient of 360 ° and the number of pole teeth, for example Layers of the sheets are arranged without offset, thus creating a strong and compact mechanical connection between the pole teeth.
  • the sheets are connected to each other, in particular one above the other, with an adhesive, such as baked enamel.
  • an adhesive such as baked enamel.
  • the sheets are first coated on one or two sides with the adhesive, assembled into a laminated core and then heat treated.
  • Another possible connection method is punching packetizing.
  • stator according to the invention can be achieved due to the large slot opening a high degree of copper filling, so that a large power can be achieved.
  • stator is inexpensive to produce due to the construction of the sheet stack.
  • the slot slots of the RotorVStatorblechonges are linear, ie formed with straight longitudinal sides and with a constant width.
  • the stator and the return ring is connected to each other by means of a positive connection.
  • the positive locking ensures that the smallest possible air gaps arise in order to keep the performance losses as small as possible.
  • the positive connection is formed at the end portions of the poles, which protrude from the stator to the outside.
  • the stator is, as already stated, formed from a plurality of sheets as stacked laminated core.
  • a connection region is present at least between two pole teeth.
  • Per sheet metal layer two pole teeth, for example by means of a web, connected.
  • the two connected pole teeth are staggered per layer. This can be done, for example, by "further rotation" of the connected sheets per layer by a certain angle, which is calculated by the quotient of 360 ° and the number of pole teeth.
  • the sheets which form the stator plastic insulated. These sheets stacked to form layers, form the stator.
  • the stator according to the invention is also very inexpensive to produce because of the large number of stacked sheets, which is e.g. can be produced by punching.
  • the stator package may be surrounded by a yoke over which the flux flows.
  • the slot slots of the stator packet are step-shaped. The height of a step corresponds in each case to the thickness of a sheet.
  • the stator package In order to be able to provide windings to the stator package, the stator package, in particular the pole teeth of the stator package, must be electrically insulated.
  • the stator package is, for example, encapsulated with a plastic.
  • the plastic extrusion is used in addition to the electrical insulation for the mechanical connection of the pole teeth with each other.
  • the mechanical connection of the pole teeth by the plastic extrusion is through the Stresses of the stator usually not sufficient, so that more mechanical connections between the pole teeth are necessary.
  • the pole teeth are connected in pairs with a web, wherein the web is preferably designed very thin.
  • the sheets which later form the stator are stacked on one another without twisting, only after a predetermined number of stacked laminations, e.g. after every 15-th layer (sheet metal), encircled by 360 ° / number of pole teeth rotated.
  • This so-called "14/1 - packaging” can be arbitrarily variable (eg 10/1, 16/1, etc.)
  • two pole teeth are always connected to a thin web. Every second sheet metal layer is rotated by 360 ° / (number of pole teeth) during the pacting process. For the entire package creates a rigid connection between the individual pole teeth.
  • FIG. 1 is a perspective view of a stator according to the invention
  • FIG. 2 a section through a stator according to the invention
  • FIG. 3 shows a detailed representation of two side-by-side sheets of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a perspective view of another stator according to the invention.
  • FIG. 5 shows a section through the stator according to the invention according to FIG. 4;
  • FIG. 6 is a perspective view of another stator according to the invention.
  • FIG. 7 is a section through the erfi ⁇ dungswashen stator according to FIG. 6;
  • a stator 1 according to the invention is shown in a perspective view.
  • the stator 1 consists of a plurality of laminated cores 2, which form the pole teeth of the stator 1.
  • the laminated cores 2 are packaged, ie the stator 1 consists of the stack of individual sheets 3.
  • the geometry of the laminated cores 2 is cylindrical, " the connection of the pole pieces is made by gluing the Individual sheets 3.
  • the stator 1 consists of 12 individual laminated cores 2, which form the pole pieces.
  • individual sheets 3 (pole teeth) of opposite sheet metal pacts 2 connected to each other via a web 4.
  • FIG. 2 a section through the stator 1 is shown.
  • the stator star consists of twelve T-shaped arranged to a circle stator laminations 3. In each case a position of the stator laminations 3, two stator laminations 3 are connected by means of a web 4. The web 4 for connecting the stator laminations 3 is clearly visible.
  • FIG. 3 is a detailed in Fig. 2 marked with A detail shown.
  • the web 4 the two sheets 3 connects to each other, represented.
  • FIG. 4 a further embodiment of a stator 1 is shown. Again, a perspective view of the stator 1 is made. For comparison, twelve laminated cores 2 have again been selected. In contrast to the stator 1 of FIG. 1 here is the web 4, which two sheets 3 of juxtaposed laminated cores 2 for each layer of laminated cores 2 in pairs. In FIG. 5 is the section through the stator of FIG. 4, wherein it can be clearly seen that the sheets 3 are connected in pairs.
  • FIG. 6 another inventive stator 1 is shown in perspective.
  • the entire cylindrical stator star is formed by twelve laminated cores 2, each consisting of a sheet metal pact 2 of individual sheets 3, which are pressed together and / or glued. Every second sheet metal layer is rotated by 360 ° / (number of pole teeth), in the present case by 30 °.
  • FIG. 7 shows a section through the stator 1 from FIG. 6 - recognizable in each case two T-shaped sheets 3 connected to metal bars 4 in pairs. This again results in a very narrow clockwise spiral of the web connections. It runs along the outside turned outer surface of the stator left of the stator center a circular notch along the stacking direction.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator und einen Elektromotor mit einem Stator, wobei der Stator aus einer Vielzahl von Blechschichten, als übereinander gestapeltes Blechpaket ausgebildet ist. Die Bleche sind derart geformt, dass sie Polzähne aufweisen dass bei jeder der Blechschichten zumindest zwischen zwei Polzähnen ein Verbindungsbereich vorhanden ist.

Description

Stator / Rotor Blechpaket
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Stator- und Rotorblechpaket eines Elektromotors.
Im Kraftfahrzeugbereich spielen Elektromotoren, die als Kleinmotoren ausgebildet sind, aufgrund des begrenzten Bauraums eine bedeutende Rolle. Kleinmotoren sind Elektromotoren mit geringen Ausmaßen und haben in der Regel eine Leistung bis zu 1 kW.
Elektromotoren der gattungsgemäßen Art, sind allgemein bekannt. Elektronisch kommutierte Motoren können als Innenläufermotoren oder als Außenläufermotoren ausgebildet sein. Innenläufermotoren weisen einen feststehenden Stator und einen inneren drehenden Rotor auf. Der Rotor ist koaxial, konzentrisch in den Stator eingefügt. Bei einem Außenläufermotor umgibt der Rotor den Stator konzentrisch. Ferner weisen Elektromotoren typischerweise ein Gehäuse auf, das den Motor vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Schmutz oder Feuchtigkeit, schützt.
Es ist Aufgabe der Erfindung mehrere, besondere mechanische Stabilisierungen der Polzähne des Stator- und Rotorblechpakets aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst.
Das Stator-, Rotorblechpaket ist aus einer Vielzahl von Blechen als übereinander gestapeltes Blechpaket ausgebildet. Die Bleche sind derart geformt, dass sie Pole bzw. Polzähne aufweisen, wobei die Aussparungen zwischen den Polzähnen für die Wicklungen des Stators/Rotors vorgesehen sind. Hierbei werden die einzelnen Blechlamellen derart gestanzt, dass beim Übereinandersetzen der Nutschlitz entsteht, welcher über die Höhe des Blechpakets gesehen in einem Winkel zur Mittelachse verläuft.
Als weitere Ausgestaltung der Erfindung werden je Blechschicht jeweils zwei benachbarte Polzähne, beispielsweise mittels eines Steges, verbunden. Nun können beispielsweise die erste oder auch mehrere Schichten der Bleche ohne Versatz angeordnet werden. Nach einer beliebigen Anzahl von Schichten werden die jeweils verbundenen Polzähne versetzt angeordnet. Dies kann beispielsweise durch „Weiterdrehung" der verbunden Bleche je Schicht um einen bestimmten Winkel erfolgen. Dieser bestimmte Winkel errechnet sich beispielsweise durch den Quotienten von 360° und der Anzahl der Polzähne. Nach dem ersten Versatz der verbunden Bleche können wieder die erste oder auch mehrere Schichten der Bleche ohne Versatz angeordnet werden. Auf diese Weise entsteht eine feste und kompakte mechanische Verbindung zwischen den Polzähnen.
Vorzugsweise werden die Bleche aneinander, insbesondere übereinander, mit einem Klebstoff, wie beispielsweise Backlack, verbunden. Dabei werden zunächst die Bleche ein- oder zweiseitig mit dem Klebstoff beschichtet, zu einem Blechpaket zusammengefügt und anschließend wärmebehandelt.
Eine weitere mögliche Verbindungsmethode ist das Stanzpaketieren.
Mit dem erfindungsgemäßen Stator kann, auf Grund der großen Nutöffnung ein hoher Kupferfüllgrad erreicht werden, womit eine große Leistung erreicht werden kann. Schließlich ist der Stator aufgrund der Konstruktion der Blechstapel kostengünstig herstellbar.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Nutschlitze des RotorVStatorblechpaketes linear, d.h. mit geraden Längsseiten und mit einer gleich bleibenden Breite ausgebildet. Um die Anzahl von Stegen so gering wie möglich zu halten und um eine möglichst hohe Leistung zu erreichen, ist vorzugsweise das Statorpaket und der Rückschlussring mittels einer formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden. Weiterhin gewährleistet der Formschluss, dass möglichst kleine Luftspalte entstehen, um die Leistungseinbußen so klein wie möglich zu halten. Vorzugsweise ist die formschlüssige Verbindung dabei an den Endbereichen der Pole ausgebildet, welche vom Stator nach außen vorstehen.
Der Stator ist, wie bereits ausgeführt, aus einer Vielzahl von Blechen als übereinander gestapeltes Blechpaket ausgebildet. Bei jeder der Blechschichten ist zumindest zwischen zwei Polzähnen ein Verbindungsbereich vorhanden. Je Blechschicht werden zwei Polzähne, beispielsweise mittels eines Steges, verbunden. Die zwei verbunden Polzähne werden je Schicht versetzt angeordnet. Dies kann beispielsweise durch „Weiterdrehung" der verbunden Bleche je Schicht um einen bestimmten Winkel erfolgen. Dieser bestimmte Winkel errechnet sich durch den Quotienten von 360° und der Anzahl der Polzähne.
In einer weiteren vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung sind die Bleche, welche den Stator bilden, kunststoffisoliert. Diese zu Schichten übereinander gestapelten Bleche, bilden den Stator.
Dabei ist der erfindungsgemäße Stator auch wegen der Vielzahl übereinander gestapelter Bleche sehr kostengünstig herstellbar, welche z.B. mittels Stanzen hergestellt werden können. Das Stator-Paket kann von einem Rückschlussring (Joch) umgeben sein, über welchen der Fluss fließt. Um einen besonders kostengünstigen Stator herzustellen, sind die Nutschlitze des Stator-Pakets stufenförmig ausgebildet. Die Höhe einer Stufe entspricht hierbei jeweils der Dicke eines Bleches.
Um das Stator-Paket mit Wicklungen versehen zu können, müssen das Stator- Paket, insbesondere die Polzähne des Stator-Pakets, elektrisch isoliert werden. Das Stator-Paket wird z.B. mit einem Kunststoff umspritzt. Die Kunststoffumspritzung dient neben der elektrischen Isolation auch zur mechanischen Verbindung der Polzähne untereinander. Die mechanische Verbindung der Polzähne durch die Kunststoffumspritzung ist durch die Beanspruchungen des Stators meist nicht ausreichend, so dass weitere mechanische Verbindungen zwischen den Polzähnen notwendig sind.
In einer ersten Variante der Erfindung sind pro Schicht Blechpakete nur zwei Polzähne mit einem dünnen „Steg" verbunden. Alle weiteren Polzähne dieser Schicht sind nicht verbunden. Für jede weitere Schicht dreht man die Zähne um einen bestimmten Winkel z.B. 360° / Anzahl der Polzähne, vielfache sind ebenfalls möglich. Für das gesamte Paket entsteht dadurch eine Verbindung zwischen den einzelnen Zähnen und den Blechpaketen, die sich spiralförmig um das Stator- Paket windet.
In einer anderen Variante der Erfindung sind die Polzähne paarweise mit einem Steg verbunden, wobei der Steg vorzugsweise sehr dünn gestaltet ist. Die Bleche, welche den Stator später bilden, werden ohne Verdrehung aufeinander gestapelt, erst nach einer vorgegebenen Anzahl von aufeinander geschichteten Blechpaketen, z.B. nach jeder 15-ten Schicht (Blech), um 360° / Anzahl der Polzähne gedreht paketiert. Diese so genannte „14/1 - Paketierung" kann beliebig variabel sein (z.B. 10/1 ; 16/1 usw.). So entsteht für das gesamte Paket eine starre Verbindung zwischen einzelnen Zähnen und somit auch zwischen den Blechpaketen, welche den Stator bilden.
In einer weiteren Variante der Erfindung sind stets zwei Polzähne mit einem dünnen Steg verbunden. Jede zweite Blechschicht wird um 360° / (Anzahl der Polzähne) beim Paktieren gedreht. Für das gesamte Paket entsteht eine starre Verbindung zwischen den einzelnen Polzähnen.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand drei beispielhaften Varianten unter Zuhilfenahme der Figuren 1 bis 7 näher erläutert. Im Folgenden können funktional gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffem bezeichnet sein. Die Ausgestaltung der Erfindung anhand dieser Ausführungsbeispiele ist rein beispielhaft und stellt keine Limitierung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele dar.
Es zeigt:
FIG. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stators;
FIG. 2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Stator;
FIG. 3 eine Detaildarstellung zweier nebeneinander angeordneter Bleche aus FIG. 2;
FIG. 4 eine perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Stators;
FIG. 5 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Stator gemäß FIG. 4;
FlG. 6 eine perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Stators;
FIG. 7 einen Schnitt durch den erfiήdungsgemäßen Stator gemäß FIG. 6;
In FIG. 1 ist ein erfindungsgemäßer Stator 1 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Der Stator 1 besteht aus mehreren Blechpaketen 2, welche die Polzähne des Stators 1 bilden. Die Blechpakete 2 sind paketiert, d.h. der Stator 1 besteht aus dem Stapel von Einzelblechen 3. Die Geometrie der Blechpakete 2 ist zylinderförmig," die Verbindung der Polschuhe erfolgt durch das kleben der Einzelbleche 3. Im vorliegenden Fall besteht der Stator 1 aus 12 einzelnen Blechpaketen 2, welche die Polschuhe bilden. Es sind jeweils einzelne Bleche 3 (Polzähne) sich gegenüberliegender Blechpakte 2 miteinander über einen Steg 4 verbunden. Durch Übereinanderstapeln und drehen um einen Winkel = 360 / (Anzahl von Polschuhen) d.h. 30° im Uhrzeigersinn entsteht, bei Verbindung einzelner Polzähne 3 (deren Bleche) untereinander über den Steg 4 die abgebildete spiralförmige Geometrie der Stegverbindungen 4. Die Polschuhe sind T-formig ausgebildet. In die Polschuhe ist die gesamte Länge des Blechpaketes 2 eine durchgehende Kerbe 5 eingebracht.
In der FIG. 2 ist ein Schnitt durch den Stator 1 dargestellt. Der Stator-Stern besteht aus zwölf T-förmig zu einem Kreis angeordneten Statorblechen 3. In jeweils einer Lage der Statorbleche 3 sind zwei Statorbleche 3 mittels eines Stegs 4 verbunden. Der Steg 4 zur Verbindung der Statorbleche 3 ist gut zu erkennen.
In FIG. 3 ist eine in Fig. 2 mit A gekennzeichnete Detaildarstellung aufgezeigt. Hier wird der Steg 4, der zwei Bleche 3 miteinander verbindet, dargestellt.
In FIG. 4 ist eine weitere Ausgestaltung eines Stators 1 dargestellt. Es ist wiederum eine perspektivische Darstellung des Stators 1 vorgenommen. Zum Vergleich sind erneut zwölf Blechpakete 2 gewählt worden. Im Gegensatz zum Stator 1 aus FIG. 1 ist hier der Steg 4, welcher zwei Bleche 3 von nebeneinander liegenden Blechpaketen 2 bei jeder Lage von Blechpaketen 2 paarweise vorhanden. In FIG. 5 ist der Schnitt durch den Stator von FIG. 4 dargestellt, wobei hier gut zu erkennen ist, dass die Bleche 3 paarweise verbunden sind.
In FIG. 6 ist ein weiterer erfindungsgemäßer Stator 1 perspektivisch dargestellt. Der gesamte zylinderförmige Stator-Stern wird von zwölf Blechpaketen 2 gebildet, welche jeweils aus einem Blechpakt 2 von Einzelblechen 3 bestehen, welche miteinander verpresst und/oder verklebt sind. Jede zweite Blechschicht ist um 360° / (Anzahl der Polzähne), im vorliegenden Fall um 30° gedreht ist. Es sind wie in FlG. 7 - FIG. 7 zeigt einen Schnitt durch den Stator 1 aus FIG. 6 - erkennbar ist jeweils zwei T-förmige Bleche 3 mit Metallstegen 4 zu Paaren verbunden. Dadurch ergibt sich erneut eine sehr enge im Uhrzeigersinn drehende Spirale der Stegverbindungen. Es verläuft entlang der nach Außen gestülpten Aussenfläche des Stators links der Statormitte eine kreisrunde Kerbe entlang der Stapelrichtung.

Claims

Patentansprüche
1. Stator (1) bestehend aus einer Vielzahl von übereinander gestapelten Blechen (3) gebildeten Blechpaketen (2), welche die Polzähne des Stators (1) bilden, wobei die Bleche (3) jeweils Blechschichten in den Blechpaketen (2) bilden und die Bleche (2) derart geformt sind, dass sie Polzähne aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder der Blechschichten zumindest zwischen zwei Blechen (3) ein
Verbindungsbereich (4) vorhanden ist.
2. Stator (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (4) als Steg ausgebildet ist.
3. Stator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechpakete (2) um einen Winkel zueinander versetzt sind, welcher das Einfache oder ein Vielfaches des Quotienten von 360° und der Anzahl der Blechpakete (2), welche den Stator (1) bilden, ist.
4. Stator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (3) der Blechpakete (2) derart ausgebildet sind, dass beim Übereinandersetzen ein Nutschlitz entsteht, welcher über die Höhe des Blechpakets (2) gesehen in einem Winkel zur Mittelachse verläuft.
5. Stator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Blechschicht der Blechpakete (2) jeweils nur zwei benachbarte Bleche (3), miteinander verbunden sind.
6. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass je Blechschicht der Blechpakete (2) paarweise zwei benachbarte Bleche (3), miteinander verbunden sind.
7. Stator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (3) eines Blechpaketes (2) miteinander mittels Klebstoff oder Backlack untereinander verbunden sind.
8. Stator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechpakete (2) an der Oberseite Nutschlitze (5) aufweisen, wobei diese Nutschlitze (5) linear und mit einer gleich bleibenden Breite ausgebildet sind
9. Stator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlussring (Joch) vorhanden ist, der mittels einer formschlüssigen Verbindung einen Formschluss gewährt, sodass nur kleine Luftspalte entstehen.
10. Stator (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung an den Endbereichen der Polschuhe ausgebildet ist, welche vom Stator (1) nach außen vorstehen.
11. Elektromotor aufweisend einen Stator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche. 2. Elektromotor nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor durch die Ausgestaltung der Nutschlitzes (5) im Stator (1) ein optimiertes Rastmoment aufweist.
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