WO2011003718A2 - Stator und verfahren zur herstellung eines stators - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a stator, in particular for an electric motor according to the preamble of claim 1, an electric motor according to the preamble of claim 10 and a method for producing a stator according to the
  • Electric motors and electric generators of the type discussed here have a stator and a rotor arranged coaxially therewith. In operation of a
  • the rotor rotates relative to the fixed stator.
  • the relative movement between the two engine components is usually effected by magnets arranged on the rotor and electromagnets cooperating therewith and provided on the stator.
  • the stator can be provided in the interior of the rotor for realizing an external rotor motor, while the rotor is arranged in the interior of the stator for realizing an internal rotor motor.
  • the rotor also serves as a rim for a wheel of the small vehicle.
  • stator of an electric motor or a generator In order to reduce the material consumption in the production of stators and to be able to use simpler winding techniques for the production of electromagnets, it is known to form the stator of an electric motor or a generator at least in two parts.
  • Multi-part stators are known, for example, from the publications DE 295 22 169 Ul, GB 2 423 421 A and from CH 261 739. Such stators have a yoke ring and several with the
  • Electromagnets are wrapped in a wire. Due to the separate production of the return ring and the webs of the stator, the material consumption in the Production can be significantly reduced. In addition, a simpler winding technique for generating the electromagnets can be applied in this way.
  • Electric motors of the type mentioned here can, as already mentioned
  • traction drives in wheelchairs and scooters in rehabilitation are used.
  • battery-powered vehicles such as golf caddies, bicycles, vans or floor cleaning machines.
  • Other applications are printing machines,
  • Object of the present invention is therefore to provide a stator, in particular for an electric motor for use in a wheelchair or similar vehicles, which has a high peak performance and at the same time can be made compact and which is also inexpensive to produce.
  • Patent claim 1 solved. It is at least in two parts and has a yoke ring and a plurality of webs connected to the yoke ring, which are provided for receiving windings.
  • the stator is characterized in that at least some, preferably all webs at least partially consist of a grain-oriented material. This means that at least some of the webs consist of a grain-oriented material. It must therefore not necessarily be formed all ridges of a grain-oriented material. It is also conceivable, for example, to produce only every second or third web of a grain-oriented material.
  • all the webs are made entirely of a grain-oriented material.
  • the invention is based on the finding that the peak power of an electric motor or of an electric generator depends inter alia on the magnitude of the magnetic flux which is generated in the electromagnet of the stator.
  • the electromagnets of the stator are formed by the webs provided with windings.
  • the magnetic flux in the webs which for example by a
  • alternating electrical current in the webs surrounding windings is created, should be as large as possible to achieve a power maximization of the electric motor.
  • alternating electrical fields result in a permanent re-magnetization of the webs, resulting in the re-magnetization losses that cause the
  • the material has a uniform grain structure, i. the grains are the same orientation with respect to the orientation of their crystal axes unlike a non-oriented material.
  • a grain-oriented material has a lower Ummagnetleiterswiderstand compared to a non-grain-oriented material.
  • a grain-oriented material in particular a grain-oriented steel, also called electrical steel, can be produced for example by a thermal treatment.
  • stator proposed here can be used for both DC motors and AC motors.
  • the proposed stator can also be used for electric motors or generators of various types
  • Performance classes are used. The invention is therefore not on a
  • the grain orientation runs essentially in the longitudinal direction of the webs.
  • the material used is preferably electrical steel, but the use of another suitable grain-oriented material is also conceivable.
  • the stator proposed here is preferably intended for use with an external rotor motor, but in principle it can also be used for the realization of an internal rotor motor.
  • the stator according to the invention may also be provided for use with a generator.
  • the web can be formed in two parts, moreover.
  • a web has a web body and a web head, wherein the web body consists of the grain-oriented material and the web head can either consist of a grain-oriented material or of a magnetic powder, of a magnetic powder mixture or of any other suitable material.
  • the web consists only partially of a grain-oriented material.
  • the return ring preferably consists of a non-grain-oriented material.
  • the yoke ring is formed segment-like and the individual segments are made of a grain-oriented material.
  • stator according to the invention for an external rotor motor, an internal rotor motor or proposed for a generator.
  • an electric motor with the features of claim 10 will propose, in particular an external rotor motor having a stator according to the invention.
  • a method for producing a stator with the features of claim 11, in particular for an electric motor is proposed to solve the above object, wherein the stator is formed at least in two parts and has a yoke ring and a plurality of webs.
  • the method is characterized in that at least some, preferably all webs are at least partially made of a grain-oriented material. This means that at least some of the webs are made of a grain-oriented material. It must therefore not necessarily be formed all ridges of a grain-oriented material. It is also conceivable, for example, to produce only every second or third web of a grain-oriented material. In principle, it is conceivable to construct at least one, preferably all webs in several parts, in particular two parts, wherein only a part of the multi-part web can consist of a grain-oriented material.
  • the webs are preferably punched or lasered from the grain-oriented material.
  • the stator is brought to the desired stator length. It is preferably provided that the webs are punched or lasered such that the grain orientation of the material used extends substantially in a longitudinal direction of the webs.
  • FIG. 1 is a sectional view of an electric motor according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic side view of a stator according to the invention.
  • Fig. 3 is a schematic representation of a two-part web formed
  • FIG. 5 is a plan view of a web head.
  • Fig. 6 is a schematic representation of several interconnected
  • FIG. 7 is a schematic representation of a plurality of interconnected
  • Fig. 1 shows an electric motor 1, which is purely exemplified as an external rotor motor and serves as a drive for a wheelchair or the like.
  • the electric motor 1 has a rotor 3 and a stator 5.
  • the stator 5 is formed in several parts and comprises a yoke ring 7, which is connected to a plurality of webs 9, which are preferably pressed into the yoke ring 7.
  • the webs 9 are formed by laminated cores and are each provided with windings 11 for the realization of electromagnets.
  • the number of windings and the thickness of the wire used may vary depending on the application.
  • the windings 11 can be protected as complete windings and insulated applied directly to the webs 9. Also conceivable is the use of air coils or the use of coils on bobbins.
  • the outer peripheral surface u of the rotor 3 is exemplified in the figure 1 as a rim, and on the inner peripheral surface i of the rotor 3 magnets 13 are applied, preferably glued. Furthermore, the rotor 3 with a
  • the rotor 3 is also supported with two ball bearings 19 and 21 and on the hub 23 from.
  • the yoke ring 7 is arranged on a closed housing 25 of an electromagnetic brake 27.
  • the solenoid brake 27 is formed here without a mechanical manual release.
  • the housing 25 of the solenoid brake 27 is connected by screws 29 to the hub 23 and has a two-sided brake disc 31st
  • the hub 23 serves to receive the electric motor 1 on a shaft of the vehicle.
  • FIG. 2 shows the stator 5 according to FIG. 1 in a schematic side view.
  • the same parts are provided with the same reference numerals, so that in so far on the
  • the stator 5 has, as already stated above, arranged on the housing 25 of the solenoid brake 27 return yoke ring 7 and a plurality of webs 9 connected thereto.
  • the yoke ring 7 For receiving the webs 9, the yoke ring 7 in its peripheral surface 35 a plurality of recesses 37, in which projections 38 of the respective webs 9 are to be arranged.
  • the projections 38 of the webs 9 are pressed into the recesses 37. It is understood that the webs 9 may be connected in other ways with the yoke ring.
  • the peripheral surface 35 of the yoke ring 7 is not completely provided with recesses 37 to simplify the illustration.
  • recesses 37 only three integrally formed webs 9 are shown in corresponding recesses 37 of the yoke ring 7. It is understood that the recesses 37
  • each recess 37 has an associated web 9.
  • the number of recesses 37 and the associated webs 9 may vary.
  • the three webs 9 are arranged side by side as shown in FIG. 2 and have a defined distance from each other in a radially outer region.
  • some, preferably all webs 9 are made of a grain-oriented material, in particular of electric sheet or dynamo sheet with a certain thickness.
  • the grain orientation of the material used In this case, the tool in the production of the webs 9 must be aligned relative to the material so that the longitudinal axis L of the webs to be produced points in the direction of the grain orientation.
  • the direction of grain orientation of the material used must be known.
  • the grain orientation of the webs 9 is indicated in FIG. 2 by arrows 39.
  • An integrally formed yoke ring 7, as shown in FIG. 2, can indeed be produced from a grain-oriented material, but the grain orientation then does not run continuously in a radial direction r of the yoke ring, as would be desirable.
  • the yoke ring 7 is therefore preferably a non-grain-oriented material, in particular an electrical sheet or
  • Return yoke 7 is indicated in Fig. 2 by pointing in different directions arrows 41. It is clear that, in contrast to the grain-oriented material, the orientation of the crystal axes of a non-grain-oriented material is not ordered.
  • the return ring 7 it is also conceivable to subdivide the return ring 7 into a plurality of segments (not shown) of suitable size and to then manufacture the individual segments from a grain-oriented material, in particular from electrical steel. In the preparation is to ensure that the grain orientation of the material in a radial direction r of the segments of the yoke ring 7 extends. The individual segments can then in a suitable manner to a yoke ring. 7
  • Fig. 3 is an imple mentation shape of a web 9 is shown, which is formed in two parts.
  • the two-part web 9 comprises a web body 43 and a
  • Both components of the web 9 can be made of a grain-oriented material. However, it is also conceivable to produce only the web body 43 from a grain-oriented material and the web head 45 from a magnetic powder or from a magnetic powder mixture. The latter embodiment additionally improves the magnetic conduction of the webs 9.
  • the web body 43 and the web head 45 can be connected to each other in a suitable manner, for example, glued or pressed together. For this purpose, the web body 43 preferably has a projection 47 and the web head 45 to a complementary opening 49 formed.
  • Fig. 4 the two-part web 9 is shown in an assembled state. It is clear that the projection 47 engages in the opening 49.
  • Fig. 5 shows a plan view of the web head 45 according to FIGS. 3 and 4. The same parts are provided with the same reference numerals, so that in so far on the
  • Figs. 3 and 4 are sectional views along the section line A-A of Fig. 5 represent.
  • the length of the opening 49 and the length of the web head 45 depend on the required length of the stator core.
  • a plurality of interconnected webs 9 and web body 43 are shown, which are made of a grain-oriented material in one piece from the band, in particular punched or laser cut and packaged in one piece. Each two adjacent webs 9 are for this purpose by a thin
  • the number of interconnected webs 9 and the length of the material webs 51 can be adapted in this way exactly to the circumference of the yoke ring 7 and the number of recesses 37 provided.
  • the length of the individual material webs 51 may be corresponding to the distance between
  • the webs 9 may be integrally formed, as shown in Fig. 6. In this case, the windings 11 before connecting the webs 9 with the
  • Return ring 7 are applied by means of a suitable winding technique on the webs 9.
  • the webs 9 may also be formed in two parts, as shown in Fig. 7. In this case, it is possible to first only manufacture the web body 43 and connect it to the yoke ring 7 and only then to provide the web body 43 with windings 11. Subsequently, the web heads 45 can then be connected to the web bodies 43.
  • some, preferably all webs 9 are at least partially made of a grain-oriented material, wherein the webs are preferably processed by means of conventional methods, in particular punched or lasered, that the grain orientation of the material in the
  • L longitudinal direction L of the webs 9 extends. This results in a substantially lower loss of core magnetization than is the case with the use of non-grain-oriented standard electrical metal sheets for the webs 9.
  • the cross section of the webs 9 can be substantially reduced, so that the distance a between the webs 9, as shown for example in Fig. 6, is greater. This also causes the existing volume between the webs 9. This in turn causes a winding wire of larger diameter for generating electromagnets can be wound around the webs 9.
  • the web body 45 can be arranged close together with a small distance, because the webs 9 are individually with
  • Windings provided so that it is not necessary to introduce the winding wire through the narrow distances between the web bodies 45.
  • the thicker winding wire can then be up to 54% higher output power can be achieved.
  • the size and configuration of all components of an electric motor or a generator according to the invention can vary depending on the application. This applies in particular to the length of the stator, the circumference of the stator
  • stator has at least two components, namely a
  • grain-oriented material in particular its quality, may vary depending on the application.
  • stamped individual sheets in particular dynamo sheets, also called electrical sheet or transformer sheet, are used to produce the webs, which generally sheet metal material of an iron-silicon alloy with soft magnetic properties
  • the sheet is described in the standard "grain-oriented electrical steel sheet and strip in final annealed condition" (DIN EN 10107: 2005-10).
  • the present invention advantageously combines a multi-part design of the stator 5 with the use of a grain-oriented material for the webs 9 of the stator 5.
  • an electric motor or a generator can be created, which has a greater power than a conventional electric motor of comparable size and which is also inexpensive to produce.
  • stator for an external rotor motor.
  • stator according to the invention can readily be used for an internal rotor motor.
  • stator is then appropriate designed differently, in particular, the "web ring" is then arranged radially inwardly with respect to the yoke ring.

Abstract

Es wird ein Stator (5) vorgeschlagen, insbesondere für einen Elektromotor (1), der zumindest zweiteilig ausgebildet ist und einen Rückschlußring (7) sowie mehrere mit dem Rückschlußring (7) verbundene Stege (9) aufweist, die zur Aufnahme von Wicklungen (11) bestimmt sind. Der Stator (5) zeichnet sich dadurch aus, daß wenigstens einige der Stege (9) zumindest teilweise aus einem kornorientierten Material bestehen.

Description

STATOR UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES STATORS
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Stator, insbesondere für einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Stators gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 11.
Elektromotoren und Elektrogeneratoren der hier angesprochenen Art weisen einen Stator und einen koaxial zu diesem angeordneten Rotor auf. Im Betrieb eines
Elektromotors oder eines Generators dreht sich der Rotor relativ zu dem feststehenden Stator. Die Relativbewegung zwischen den beiden Motorkomponenten wird üblicherweise durch am Rotor angeordnete Magnete und mit diesen zusammenwirkende, am Stator vorgesehene Elektromagnete bewirkt.
Dabei kann zur Realisierung eines Außenläufermotors der Stator im Inneren des Rotors vorgesehen sein, während zur Realisierung eines Innenläufermotors der Rotor im Inneren des Stators angeordnet ist. Für Kleinfahrzeuge, wie etwa Scooter oder Rollstühle, kommen häufig Außenläufermotoren zum Einsatz, wobei der Rotor gleichzeitig als Felge für ein Rad des Kleinfahrzeugs dient.
Um den Materialverbrauch bei der Herstellung von Statoren zu reduzieren und um einfachere Wickeltechniken zur Erzeugung der Elektromagnete anwenden zu können, ist es bekannt, den Stator eines Elektromotors oder eines Generators zumindest zweiteilig auszubilden. Mehrteilig ausgebildete Statoren sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 295 22 169 Ul , GB 2 423 421 A und aus CH 261 739 bekannt. Derartige Statoren weisen einen Rückschlußring und mehrere mit dem
Rückschlußring verbundene Stege auf, wobei die Stege zur Ausbildung von
Elektromagneten mit einem Draht umwickelt sind. Durch die getrennte Herstellung des Rückschlußrings und der Stege des Stators kann der Materialverbrauch bei der Herstellung wesentlich reduziert werden. Außerdem kann auf diese Weise eine einfachere Wickeltechnik zur Erzeugung der Elektromagnete angewendet werden.
Elektromotoren der hier angesprochenen Art können, wie eingangs bereits
angedeutet, beispielsweise als Fahrantriebe in Rollstühlen und Scootern im Rehabilitationsbereich zum Einsatz kommen. Bekannt ist auch ihr Einsatz in batteriebetriebenen Fahrzeugen, wie etwa Golf-Caddies, Fahrrädern, Kleintransportern oder Bodenreinigungsmaschinen. Weitere Anwendungen sind Druckmaschinen,
Zerspanungsmaschinen, Verpackungsmaschinen, Pumpenantriebe, Rührwerke, Wickelantriebe, Textilmaschinen, pharmazeutische und medizinische elektrisch betriebene Geräte, Torantriebe, Antriebe für die Fördertechnik, Windgeneratoren usw..
Insbesondere bei der Verwendung von Elektromotoren in Rollstühlen oder Scootern ist die Überwindung von Hindernissen, wie beispielsweise die Überwindung von Bordsteinen oder ähnlichen Erhebungen problematisch, da hierfür oft die notwendige Spitzenleistung des elektrischen Antriebs fehlt. Eine höhere Spitzenleistung ist meist nur durch eine größere Bauweise des Elektromotors möglich, was wiederum zu einer Gewichtszunahme, einem erhöhten Platzbedarf und zu höheren Herstellungskosten führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Stator, insbesondere für einen Elektromotor zur Anwendung in einem Rollstuhl oder ähnlichen Fahrzeugen zu schaffen, der eine hohe Spitzenleistung aufweist und zugleich kompakt gebaut werden kann und der darüber hinaus kostengünstig produzierbar ist.
Die oben genannte Aufgabe wird durch einen Stator mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst. Er ist zumindest zweiteilig ausgebildet und weist einen Rückschlußring sowie mehrere mit dem Rückschlußring verbundene Stege auf, die zur Aufnahme von Wicklungen vorgesehen sind. Der Stator zeichnet sich dadurch aus, daß zumindest einige, vorzugsweise sämtliche Stege wenigstens teilweise aus einem kornorientierten Material bestehen. Das bedeutet, dass zumindest einige der Stege aus einem kornorientierten Material bestehen. Es müssen also nicht zwangsläufig sämtliche Stege aus einem kornorientierten Material ausgebildet sein. Denkbar ist es beispielsweise auch, nur jeden zweiten oder dritten Steg aus einem kornorientierten Material herzustellen.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn sämtliche Stege vollständig aus einem kornorientierten Material bestehen. Grundsätzlich ist es auch denkbar, wenigstens einen, vorzugsweise sämtliche Stege mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden, wobei nur ein Teil des mehrteiligen Stegs aus einem kornorientierten Material bestehen kann.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Spitzenleistung eines Elektromotors oder eines Elektrogenerators unter anderem von der Größe des magnetischen Flusses abhängt, der in den Elektromagneten des Stators erzeugt wird. Wie eingangs bereits erläutert, werden die Elektromagneten des Stators durch die mit Wicklungen versehenen Stege gebildet.
Der magnetische Fluss in den Stegen, welcher beispielsweise durch einen
elektrischen Wechselstrom in den die Stege umgebenden Wicklungen entsteht, soll zur Erzielung einer Leistungsmaximierung des Elektromotors so groß wie möglich sein. Elektrische Wechselfelder haben jedoch eine ständige Ummagnetisierung der Stege zur Folge, aus der Ummagnetisierungsverluste resultieren, die den
magnetischen Fluss verringern und die daher zu minimieren sind.
Durch die Verwendung eines kornorientierten Materials wird der
Ummagnetisierungsverlust in den Stegen während des Betriebs des Elektromotors wesentlich reduziert, da der magnetische Fluss in den Stegen gebündelt und verstärkt wird. Das Material weist eine gleichmäßige Kornstruktur auf, d.h. die Körner sind anders als bei einem nichtkornorientierten Material bezüglich der Orientierung ihrer Kristallachsen gleich ausgerichtet.
Durch die gleiche Ausrichtung der Körner wird die Magnetisierung der Stege positiv beeinflusst, insbesondere weist ein kornorientiertes Material einen geringeren Ummagnetisierungswiderstand im Vergleich zu einem nichtkornorientierten Material auf. Ein kornorientiertes Material, insbesondere ein kornorientierter Stahl, auch Elektroband genannt, kann beispielsweise durch eine thermische Behandlung hergestellt werden.
Das nachfolgende Beispiel zeigt, daß sich Ummagnetisierungsverluste durch die Verwendung von kornorientiertem Material wesentlich reduzieren lassen: Beträgt der Ummagnetisierungsverlust bei der Verwendung von nichtkornorientiertem Material für die Stege beispielsweise 4, 1 W/kg, so beträgt er bei Stegen aus einem kornorientierten Material und ansonsten gleichen Rahmenbedingungen nur ca. 0,73 W/kg. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, den Querschnitt eines Stegs bei gleichbleibendem magnetischen Fluss zu verringern.
Zwischen zwei benachbarten Stegen ist dann ein größeres Volumen vorhanden, welches in vorteilhafter Weise dazu genutzt wird, die Windungszahl zu erhöhen oder einen dickeren Wickeldraht zu verwenden, der wiederum einen höheren
magnetischen Fluss erzeugen kann. Mit einer geeigneten Kombination einer
Stegquerschnitts-reduzierung und einem größeren Volumen kann durch die
Verwendung eines dickeren Wickeldrahtes eine bis zu 54 % höhere Antriebsleistung bei sonst gleichbleibender Baugröße des Elektromotors oder des Generators erreicht werden.
Es versteht sich, daß der hier vorgeschlagene Stator sowohl für Gleichstrommotoren als auch für Wechselstrommotoren eingesetzt werden kann. Der vorgeschlagene Stator kann auch für Elektromotoren oder Generatoren verschiedener
Leistungsklassen verwendet werden. Die Erfindung ist also nicht auf einen
bestimmten Elektromotortyp oder Generatortyp beschränkt.
Besonders bevorzugt verläuft die Kornorientierung im wesentlichen in der Längsrichtung der Stege. Bei dem verwendeten Material handelt es sich vorzugsweise um Elektroblech, denkbar ist jedoch auch die Verwendung eines anderen geeigneten kornorientierten Materials. Der hier vorgeschlagene Stator ist vorzugsweise zur Verwendung mit einem Außenläufermotor bestimmt, grundsätzlich kann er jedoch auch zur Realisierung eines Innenläufermotors verwendet werden. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Stator auch zur Verwendung mit einem Generator vorgesehen sein.
Der Steg kann im übrigen auch zweiteilig ausgebildet sein. In diesem Fall weist ein Steg einen Stegkörper und einen Stegkopf auf, wobei der Stegkörper aus dem kornorientierten Material besteht und der Stegkopf entweder auch aus einem kornorientierten Material oder aus einem Magnetpulver, aus einer Magnetpulvermischung oder aus einem sonstigen geeigneten Material bestehen kann.
Im letzteren Fall besteht der Steg nur teilweise aus einem kornorientierten Material. Weiterhin besteht der Rückschlußring vorzugsweise aus einem nichtkornorientierten Material. Jedoch ist es ebenso denkbar, daß der Rückschlußring segmentartig ausgebildet ist und die einzelnen Segmente aus einem kornorientierten Material hergestellt sind.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird gemäß Anspruch 9 auch die
Verwendung eines Stators gemäß der Erfindung für einen Außenläufermotor, einen Innenläufermotor oder für einen Generator vorgeschlagen.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird darüber hinaus ein Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorschlagen, insbesondere ein Außenläufermotor, der einen erfindungsgemäßen Stator aufweist.
Schließlich wird zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators mit den Merkmalen des Anspruchs 11 , insbesondere für einen Elektromotor vorgeschlagen, wobei der Stator zumindest zweiteilig ausgebildet ist und einen Rückschlußring und eine Mehrzahl von Stegen aufweist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß wenigstens einige, vorzugsweise sämtliche Stege zumindest teilweise aus einem kornorientierten Material hergestellt werden. Das bedeutet, dass zumindest einige der Stege aus einem kornorientierten Material hergestellt werden. Es müssen also nicht zwangsläufig sämtliche Stege aus einem kornorientierten Material ausgebildet sein. Denkbar ist es beispielsweise auch, nur jeden zweiten oder dritten Steg aus einem kornorientierten Material herzustellen. Grundsätzlich ist es denkbar, wenigstens einen, vorzugsweise sämtliche Stege mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden, wobei nur ein Teil des mehrteiligen Stegs aus einem kornorientierten Material bestehen kann. Hinsichtlich der Vorteile des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die oben genannten Vorteile des Stators verwiesen.
Die Stege werden aus dem kornorientierten Material vorzugsweise gestanzt oder gelasert. Durch Paketieren von Materialschichten, insbesondere von Elektroblechen wird der Stator auf die gewünschte Statorlänge gebracht. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Stege derart gestanzt oder gelasert werden, daß die Kornorientierung des verwendeten Materials im wesentlichen in einer Längsrichtung der Stege verläuft.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Elektromotors gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Stators gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiteilig ausgebildeten Stegs;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zweiteilig ausgebildeten Stegs im zusammengesetzten Zustand;
Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Stegkopf;
Fig. 6 eine schematische Darstellung mehrerer miteinander verbundener
Stege, und Fig. 7 eine schematische Darstellung von mehreren miteinander verbundenen
Stegkörpern.
Fig. 1 zeigt einen Elektromotor 1 , der hier rein beispielhaft als Außenläufermotor ausgebildet ist und als Fahrantrieb für einen Rollstuhl oder dergleichen dient. Der Elektromotor 1 weist einen Rotor 3 und einen Stator 5 auf. Der Stator 5 ist mehrteilig ausgebildet und umfaßt einen Rückschlußring 7, der mit mehreren Stegen 9 verbunden ist, die vorzugsweise in den Rückschlußring 7 eingepresst sind. Die Stege 9 werden durch Blechpakete gebildet und sind zur Realisierung von Elektromagneten jeweils mit Wicklungen 11 versehen. Die Anzahl der Wicklungen und die Dicke des verwendeten Drahts können je nach Anwendung variieren. Weiterhin können die Wicklungen 11 als Komplettwicklungen geschützt und isoliert direkt auf die Stege 9 aufgebracht werden. Denkbar ist auch der Einsatz von Luftspulen oder der Einsatz von Spulen auf Spulenkörpern.
Die äußere Umfangsfläche u des Rotors 3 ist in der Figur 1 beispielhaft als Felge ausgebildet, und an der inneren Umfangsfläche i des Rotors 3 sind Magnete 13 aufgebracht, vorzugsweise aufgeklebt. Weiterhin ist der Rotor 3 mit einem
A-Lagerschild 15 und mit einem B-Lagerschild 17 verbunden, insbesondere verschraubt, wobei der A-Lagerschild 15 und der B-Lagerschild 17 im wesentlichen symmetrisch zu einer Ebene A angeordnet sind, die senkrecht auf einer Drehachse D des Elektromotors 1 steht. Der Rotor 3 stützt sich außerdem mit zwei Kugellagern 19 und 21 und auf der Nabe 23 ab.
Der Rückschlußring 7 ist auf einem geschlossenen Gehäuse 25 einer Elektromagnet- Bremse 27 angeordnet. Die Elektromagnet-Bremse 27 ist hier ohne eine mechanische Handlüftung ausgebildet. Das Gehäuse 25 der Elektromagnet-Bremse 27 ist mit Schrauben 29 mit der Nabe 23 verbunden und besitzt eine zweiseitig wirkende Bremsscheibe 31.
Die Nabe 23 dient im übrigen zur Aufnahme des Elektromotors 1 auf eine Welle des Fahrzeugs. Die Stromversorgung des Elektromotors 1 sowie die Stromversorgung und Betätigung der Elektromagnet-Bremse 27 erfolgt über ein mehradriges Versorgungskabel 33, welches wiederum mit einer hier nicht dargestellten
elektronischen Steuereinrichtung verbunden ist.
Elektromotoren der hier angesprochenen Art sind im Stand der Technik vielfach beschrieben, so daß auf deren Funktionsweise nicht näher eingegangen wird.
Fig. 2 zeigt den Stator 5 gemäß Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß insofern auf die
Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen wird.
Der Stator 5 weist, wie oben bereits ausgeführt, einen auf dem Gehäuse 25 der Elektromagnet-Bremse 27 angeordneten Rückschlußring 7 sowie mehrere mit diesem verbundene Stege 9 auf. Zur Aufnahme der Stege 9 weist der Rückschlußring 7 in seiner Umfangsfläche 35 mehrere Ausnehmungen 37 auf, in welchen Vorsprünge 38 der jeweiligen Stege 9 anzuordnen sind. Vorzugsweise werden die Vorsprünge 38 der Stege 9 in die Ausnehmungen 37 eingepresst. Es versteht sich, daß die Stege 9 auch auf andere Weise mit dem Rückschlußring verbunden sein können.
In Fig. 2 ist die Umfangsfläche 35 des Rückschlußrings 7 zur Vereinfachung der Darstellung nicht vollständig mit Ausnehmungen 37 versehen. Darüber hinaus sind nur drei einteilig ausgebildete Stege 9 in entsprechenden Ausnehmungen 37 des Rückschlußrings 7 dargestellt. Es versteht sich, daß die Ausnehmungen 37
üblicherweise gleichmäßig verteilt auf der gesamten Umfangsfläche 35 des
Rückschlußrings 7 vorgesehen sind und jede Ausnehmung 37 einen zugeordneten Steg 9 aufweist. Je nach Leistungsanforderung an den Elektromotor kann jedoch die Anzahl der Ausnehmungen 37 und der zugeordneten Stege 9 variieren.
Die drei Stege 9 sind gemäß Fig. 2 nebeneinander angeordnet und weisen in einem radial außen liegenden Bereich einen definierten Abstand zueinander auf.
Gemäß der Erfindung werden einige, vorzugsweise sämtliche Stege 9 aus einem kornorientierten Material, insbesondere aus Elektroblech bzw. Dynamoblech mit einer bestimmten Dicke hergestellt. Die Kornorientierung des verwendeten Materials verläuft dabei vorzugsweise im wesentlichen in der Längsrichtung L der Stege 9. Hierzu muß das Werkzeug bei der Herstellung der Stege 9 derart relativ zu dem Material ausgerichtet werden, daß die Längsachse L der herzustellenden Stege in Richtung der Kornorientierung zeigt. Hierzu muß die Richtung der Kornorientierung des verwendeten Materials bekannt sein. Die Kornorientierung der Stege 9 ist in Fig. 2 mit Pfeilen 39 gekennzeichnet.
Ein einstückig ausgebildeter Rückschlußring 7, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, läßt sich zwar aus einem kornorientierten Material herstellen, jedoch verläuft die Kornorientierung dann nicht durchgehend in einer radialen Richtung r des Rückschluß - rings, wie es wünschenswert wäre. Für den Rückschlußring 7 wird daher vorzugsweise ein nichtkornorientiertes Material, insbesondere ein Elektroblech bzw.
Dynamoblech verwendet. Die Nichtkornorientierung des Materials des
Rückschlußrings 7 ist in Fig. 2 durch die in verschiedene Richtungen zeigenden Pfeile 41 angedeutet. Es wird deutlich, daß im Gegensatz zu dem kornorientierten Material die Orientierung der Kristallachsen eines nichtkornorientierten Materials nicht geordnet ist.
Denkbar ist es jedoch auch, den Rückring 7 in mehrere hier nicht dargestellte Segmente geeigneter (kleiner) Größe zu unterteilen und die einzelnen Segmente dann aus einem kornorientierten Material, insbesondere aus Elektroblech herzustellen. Bei der Herstellung ist darauf zu achten, daß die Kornorientierung des Materials in einer radialen Richtung r der Segmente des Rückschlußrings 7 verläuft. Die einzelnen Segmente können dann in geeigneter Weise zu einem Rückschlußring 7
zusammengefügt werden.
In der Fig. 3 ist eine Aus führungs form eines Stegs 9 dargestellt, der zweiteilig ausgebildet ist. Der zweiteilige Steg 9 umfaßt einen Stegkörper 43 und einen
Stegkopf 45. Beide Komponenten des Stegs 9 können aus einem kornorientierten Material hergestellt werden. Denkbar ist es jedoch auch, nur den Stegkörper 43 aus einem kornorientierten Material und den Stegkopf 45 aus einem Magnetpulver oder aus einer Magnetpulvermischung herzustellen. Die letztere Ausführungsform verbessert zusätzlich die magnetische Leitung der Stege 9. Der Stegkörper 43 und der Stegkopf 45 können auf geeignete Weise miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verklebt oder verpresst werden. Hierzu weist der Stegkörper 43 vorzugsweise einen Vorsprung 47 und der Stegkopf 45 eine dazu komplementär ausgebildete Öffnung 49 auf.
In Fig. 4 ist der zweiteilig ausgebildete Steg 9 in einem zusammengesetzten Zustand gezeigt. Es wird deutlich, daß der Vorsprung 47 in die Öffnung 49 eingreift.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf den Stegkopf 45 gemäß den Fig. 3 und 4. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß insofern auf die
Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwiesen wird.
Besonders gut erkennbar ist in Fig. 5 die Öffnung 49, die sich in einer Längsrichtung des Stegkopfes 45 erstreckt und zur Aufnahme des Vorsprungs 47 des Stegkörpers 43 dient. Darüber hinaus wird deutlich, daß die Fig. 3 und 4 Schnittdarstellungen entlang der Schnittlinie A-A der Fig. 5 darstellen. Die Länge der Öffnung 49 und die Länge des Stegkopfs 45 hängen von der benötigten Länge des Statorpakets ab.
In Fig. 6 und Fig. 7 sind mehrere miteinander verbundene Stege 9 bzw. Stegkörper 43 dargestellt, die aus einem kornorientierten Material an einem Stück vom Band hergestellt sind, insbesondere am Stück ausgestanzt oder gelasert und paketiert sind. Jeweils zwei benachbarte Stege 9 sind zu diesem Zweck durch einen dünnen
Materialsteg 51 verbunden.
Die Anzahl der miteinander verbundenen Stege 9 und die Länge der Materialstege 51 kann auf diese Weise exakt auf den Umfang des Rückschlußrings 7 und auf die Anzahl der vorgesehenen Ausnehmungen 37 angepaßt werden. Die Länge der einzelnen Materialstege 51 kann entsprechend an den Abstand zwischen
benachbarten Ausnehmungen 37 angepaßt werden. Somit ist es möglich, die Stege 9 an einem Stück mit dem Rückschlußring 7 zu verbinden und die Materialstege 51 - falls erforderlich - nach dem Verbinden mit dem Rückschlußring 7 zu entfernen. Mehrere Stege 9 können im übrigen zu einem "Stegpaket" gleicher Polarität zusammengefaßt sein. Die Stege 9 eines "Stegpakets" sind vorzugsweise miteinander verbunden, beispielsweise mittels der Materialstege 51. Denkbar ist jedoch auch eine Verbindung der Stegköpfe 45, die ebenfalls am Stück hergestellt werden können.
Die Stege 9 können einteilig ausgebildet sein, wie in Fig. 6 gezeigt ist. In diesem Fall müssen die Wicklungen 11 vor dem Verbinden der Stege 9 mit dem
Rückschlußring 7 mittels einer geeigneten Wickeltechnik auf die Stege 9 aufgebracht werden.
Die Stege 9 können auch zweiteilig ausgebildet sein, wie in Fig. 7 gezeigt ist. In diesem Fall ist es möglich, zunächst nur die Stegkörper 43 zu fertigen und diese mit dem Rückschlußring 7 zu verbinden und erst anschließend die Stegkörper 43 mit Wicklungen 11 zu versehen. Anschließend können dann die Stegköpfe 45 mit den Stegkörpern 43 verbunden werden.
Bei einem Verfahren gemäß der Erfindung werden einige, vorzugsweise sämtliche Stege 9 zumindest teilweise aus einem kornorientierten Material hergestellt, wobei die Stege vorzugsweise so mittels herkömmlicher Verfahren bearbeitet, insbesondere gestanzt oder gelasert werden, daß die Kornorientierung des Materials in der
Längsrichtung L der Stege 9 verläuft. Dadurch ergibt sich ein wesentlich geringerer Ummagnetisierungsverlust als es bei der Verwendung von nichtkornorientierten Standardelektroblechen für die Stege 9 der Fall ist.
Durch den geringeren Ummagnetisierungsverlust kann der Querschnitt der Stege 9 wesentlich verringert werden, so daß der Abstand a zwischen den Stegen 9, wie beispielsweise in Fig. 6 gezeigt, größer wird. Damit steigt auch das vorhandene Volumen zwischen den Stegen 9. Dies wiederum bewirkt, daß ein Wickeldraht größeren Durchmessers zur Erzeugung von Elektromagneten um die Stege 9 herumgewickelt werden kann. Die Stegkörper 45 können dicht nebeneinander mit geringem Abstand angeordnet werden, denn die Stege 9 werden einzeln mit
Wicklungen versehen, so daß es nicht erforderlich ist, den Wickeldraht durch die schmalen Abstände zwischen den Stegkörpern 45 einzuführen. Durch den dickeren Wickeldraht kann dann eine bis zu 54 % höhere Abtriebsleistung erreicht werden. Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß erst nach dem Wickeln der Stege bzw. der Stegpakete der Stegkopf 45 mit dem Stegkörper 43 verbunden, insbesondere verklebt wird.
Wie bereits erwähnt, kann die Größe und Ausgestaltung sämtlicher Bauteile eines Elektromotors oder eines Generators gemäß der Erfindung je nach Anwendungsfall variieren. Dies gilt insbesondere für die Länge des Stators, den Umfang des
Rückschlußrings 7 und die Anzahl und die Ausgestaltung der Stege 9. Entscheidend ist, daß der Stator zumindest zwei Komponenten aufweist, nämlich einen
Rückschlußring und einen "Stegring", der aus mehreren einzelnen und/oder miteinander verbundenen Stegen besteht, wobei die Stege zumindest teilweise aus einem kornorientierten Material hergestellt sind.
Auch die Auswahl des kornorientierten Materials, insbesondere seine Güte, kann je nach Anwendungsfall variieren. Vorzugsweise werden zur Herstellung der Stege jedoch gestanzte Einzelbleche, insbesondere Dynamoblech, auch Elektroblech oder Transformatorenblech genannt, verwendet, welches im allgemeinen Blechmaterial aus einer Eisen-Silizium-Legierung mit weichmagnetischen Eigenschaften
bezeichnet. Das Blech ist in der Norm "Kornorientiertes Elektroblech und -band im schlußgeglühten Zustand" (DIN EN 10107: 2005-10) beschrieben.
Insgesamt zeigt sich, daß die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise eine mehrteilige Ausbildung des Stators 5 mit der Verwendung eines kornorientierten Materials für die Stege 9 des Stators 5 verbindet. Hierdurch kann ein Elektromotor oder ein Generator geschaffen werden, der eine größere Leistung aufweist als ein herkömmlicher Elektromotor vergleichbarer Größe und der zudem kostengünstig herstellbar ist.
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung des Stators für einen Außenläufermotor begrenzt. Vielmehr kann der erfindungsgemäße Stator ohne weiteres auch für einen Innenläufermotor eingesetzt werden. In diese Fall ist der Stator dann entsprechend anders ausgebildet, insbesondere ist der "Stegring" dann radial innenliegend in Bezug auf den Rückschlußring angeordnet.
Bezugszeichenliste:
1 Elektromotor
3 Rotor
5 Stator
7 Rückschlußring
9 Steg
1 1 Wicklungen
13 Magnete
15 A-Lagerschild
17 B-Lagerschild
19 Kugellager
21 Kugellager
23 Nabe
25 Gehäuse
27 Elektromagnet-Bremse
29 Schrauben
31 Bremsscheibe
33 Versorgungskabel
35 Umfangsfläche
37 Ausnehmung
38 Vorsprung
39 Pfeil
41 Pfeil
43 Stegkörper
45 Stegkopf
47 Vorsprung
49 Öffnung
51 Materialsteg
u äußere Umfangsfläche
i innere Umfangsfläche
A Ebene
D Drehachse
L Längsrichtung
r radiale Richtung
a Abstand

Claims

Ansprüche
1. Stator (5), insbesondere für einen Elektromotor (1), der zumindest zweiteilig ausgebildet ist und einen Rückschlußring (7) sowie mehrere mit dem
Rückschlußring (7) verbundene Stege (9) aufweist, die zur Aufnahme von Wicklungen (11) bestimmt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens einige der Stege (9) zumindest teilweise aus einem
kornorientierten Material bestehen.
2. Stator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kornorientierung im wesentlichen in der Längsrichtung (L) der Stege (9) verläuft.
3. Stator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei dem kornorientierten Material um Elektroblech handelt.
4. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stege (9) zweiteilig ausgebildet sind.
5. Stator nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stege (9) einen Stegkopf (45) aufweisen, der aus einem Magnetpulver oder aus einer Magnetpulvermischung besteht.
6. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rückschlußring (7) aus einem nicht kornorientierten Material besteht.
7. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rückschlußring (7) segmentartig ausgebildet ist.
8. Stator nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Segmente des Rückschlußrings (7) aus einem kornorientierten Material hergestellt sind.
9. Verwendung eines Stators nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für einen
Außenläufermotor, für einen Innenläufermotor oder für einen Generator.
10. Elektromotor (1), insbesondere Außenläufermotor, mit einem Stator
und einem Rotor,
dadurch gekennzeichnet,
daß er einen Stator (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Stators (5), insbesondere für einen Elektromotor (1), wobei der Stator (5) zumindest zweiteilig ausgebildet ist und einen
Rückschlußring (7) sowie mehrere mit dem Rückschlußring (7) verbundene Stege (9) aufweist, die zur Aufnahme von Wicklungen (11) bestimmt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens einige der Stege (9) zumindest teilweise aus einem
kornorientierten Material hergestellt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stege (9) derart aus dem kornorientierten Material hergestellt werden, daß die Kornorientierung in einer Längsrichtung (L) der Stege (9) verläuft.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stator (5) durch Paketieren von Elektroblechen auf die gewünschte Statorlänge gebracht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wicklungen (11) vor dem Verbinden der Stege (9) mit dem Rückschlußring (7) auf die jeweiligen Stege (9) aufgebracht werden.
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