CH626197A5

CH626197A5 -

Info

Publication number: CH626197A5
Application number: CH1398477A
Authority: CH
Inventors: Peter Adam; Ottomar Dlouhy; Helmut Gold; Hans Dr Lamatsch; Helmut Schmidt; Kurt Trautner; Bodo Dr Ulrich; Dieter Vanek; Karl-Heinz Braungardt
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1976-12-29
Filing date: 1977-11-16
Publication date: 1981-10-30
Also published as: FR2376543B2; DE2659384A1; DE2659384C2; US4466182A; FR2376543A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Ständers für einen Mehrphasenelektromotor, insbesondere für einen Schrittmotor, mit einem geschlossenen äusseren Ringgehäuse und einem darin eingesetzten, von aussen bewickelten Stegstern mit axial einteiligen Stegen, wobei die Stege um einen inneren Hohlzylinder sternförmig angebracht und in diesen eingesetzt werden, und auf einen nach diesem Verfahren hergestellten Ständer.

Bei einem bekannten derartigen Ständer (DE-OS 18 14977) stecken die Stege mit ihrem einen Ende in einem Hohlzylinder aus Kunststoff; sie reichen dazu bis zu einer bestimmten radialen Tiefe in den Hohlzylinder hinein, derart dass entweder eine kreisringförmige Kunststoffzwischenschicht zwischen radial innerer Begrenzung.der Stege und dem eigentlichen Luftspalt verbleibt oder zur Erzielung eines besonders geringen Luftspaltes zwischen den Stegen und dem Läufer der Hohlzylinder in einem weiteren Arbeitsgang von innen her abgedreht werden muss. Die Herstellung und Verbindung des Hohlzylinders mit den Stegen erfolgt nach dem Verbindspritzverfahren in einem einzigen Arbeitsgang. Die Stege des Stegsterns bestehen aus massivem Material und weisen schräg verlaufende Stirnseiten auf, so dass jeder Steg trapezförmig ausgebildet ist. Die Stirnflächen der Stege können gradlinig oder auch gewölbt schräg verlaufen. Auf die Stirnseiten der Stege kann zusätzlich ein Kunststoffbelag aufgebracht sein. Der derart gefertigte Stegstern wird in ein Ringgehäuse eingeschoben und durch Aus-giessen mit Giessharz mit diesem und in sich selbst be- bzw. verfestigt.

Bei einem weiterhin durch die US-PS 26 07 816 bekannten Ständer ist der Stegstern lameliiert, derart dass eine Vielzahl von Stegblechen axialdeckungsgleich aufeinander geschichtet und miteinander beispielsweise durch Schrauben gesichert sind. Jedes einzelne Stegsternblech ist einteilig aus einem Blech gestanzt, derart dass an einem inneren Blechhohlzylinder die in radialer Richtung verlaufenden Stegzähne angeformt sind; der Blechhohlzylinder verbindet dabei am radial inneren Ende die Stegzähne und bildet dabei magnetische Brücken zwischen diesen. Der aus den einzelnen Stegsternblechen paketierte und durch axial verlaufende Schrauben gefestigte Stegstern wird in ein geschlossenes Ringgehäuse eingesetzt oder es werden zwischen den radial äusseren Enden Ringgehäuseteilsegmente eingesetzt und zur Verfestigung mit den radial äusseren Enden der Stegzähne verschweisst.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf einfache Weise für einen Ständer der eingangs genannten Art bei geringer magnetischer Streuung und geringem magnetischen Widerstand eine grössere Gewährleistung für die Festigkeit des Stegsterns in sich und im umgebenden Ringgehäuse zu erreichen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss durch das in dem unabhängigen Anspruch 1 gekennzeichnete Herstellungsverfahren bzw. durch den in dem unabhängigen Anspruch 10 gekennzeichneten, nach diesem Verfahren hergestellten Ständer möglich; die Gegenstände der abhängigen Ansprüche kennzeichnen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stege mit ihren inneren Enden um ein geringes Mass aus dem gegenüber den inneren Enden entsprechend zurückgesetzt angeordneten Hohlzylinder hinausragen. Dadurch ist es möglich, im Vergleich z. B. zu einem Motor mit bis zum Bohrdurchmesser und damit bis zum radial innern Ende der Stege reichenden Hohlzylinder kleinste Luftspalte in vorteilhafter Weise ohne Nachbearbeitung des fertigen, mit Stegen versehenen Hohlzylinders sicherzustellen; insbesondere bei den Hohlzylindern mit eingespritzten Stegen wird durch das Zurücksetzen der inneren Hohlzylinderwandung gegenüber den radial innern Ende der Stege vermieden, dass Kunststoffteile, insbesondere Gratbildungen durch gesonderte Nachbearbeitung nach dem Giessen entfernt werden müssen, um den notwendigen freien Raum für den Luftspalt bzw. die den Läufer aufnehmende Bohrung gewährleisten zu können.

Vorteilhafterweise besteht der Hohlzylinder aus einem Spritzgussteil, bei dessen Herstellung die Stege des Stegsterns gleichzeitig mit eingespritzt sind. Bei der Herstellung des Hohi-zylinders als Spritzgussteil mit gleichzeitig eingespritzten Stegen ist zweckmässigerweise die der späteren Läuferbohrung entsprechende zylindrische Kernfórm mit axial verlaufenden Schlitzen versehen, die in ihrer axialen Breite der Stegwandstärke und in ihrer radialen Tiefe der gewünschten Rückverset-zung des Hohlzylinders gegenüber den radialen Enden der Stege entsprechen.

Will man auf eine besondere Vorrichtung bzw. Form für einen derartigen Spritzvorgang verzichten, so wird der Hohlzylinder als vorgefertigtes Teil vorgesehen, das mit Axialschlitzen versehen ist, in die die Stege nachträglich eingesetzt sind. Sowohl bei gleichzeitiger Miteingiessung der Stege als auch bei nachträglicher Einsetzung der Stege wird der Hohlzylinder zweckmässigerweise aus nicht ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus Alumiumn oder Kunststoff gefertigt, derart dass keine magnetischen Brücken zwischen den radial inneren Enden der einzelnen Stege eines Stegsterns gebildet sind.

Durch die erfindungsgemässe Ausführung eines Ständers eines Mehrphasenelektromotors, insbesondere Schrittmotors, wird erreicht, dass trotz der bis zum Luftspalt in den Hohlzylinder eintauchenden Stege eine gute Festigkeit des gesamten Ständers erzielt wird, die auch bei harter Beanspruchung oder gegebenenfalls einer Schrumpfung des Kunststoffhohlzylinders einen mechanisch festen und elektrisch bzw. magnetisch wenig widerstandgehafteten Übergang zwischen den flussführenden Teilen des Stegsterns und des umgebenden Rückschlussringgehäuses gewährleistet.

Die Festigkeit kann noch dadurch vorteilhaft erhöht werden, dass die Stege an der Stirnseite an ihrem radial inneren Ende mit axialen Nasen versehen sind, die im Sinne einer zusätzlichen Verankerung in den axial entsprechend verlängerten Hohlzylinder miteingespritzt wird. Zur weiteren verstärkten Verankerung zwischen dem Hohlzylinder und den miteingespritzten Stegen ist es vorteilhaft, dass die Stege mit Durchbrüchen und/oder Profilierungen im Bereich des Hohlzylinders versehen wind, die im Sinne einer zusätzlichen Verankerung mit der Spritzmasse des Hohlzylinders ausgefüllt sind.

In an sich bekannter Weise kann eine Isolierung der Stirnflächen der Stege durch einen Kunststoffbelag vorgesehen sein, der gegebenenfalls auch die Ränder der Stirnseite übergreift, und der gegebenenfalls gleichzeitig mit dem Hohlzylinder als einstückiges Teil gespritzt wird. Wird eine besondere Isolierung zwischen den Stegen und der einzubringenden Wicklung gewünscht, so wird zweckmässigerweise auch ein Kunststoffbelag auf den gesamten der Wicklung zugewandten Stegflächen vorgesehen, die ebenfalls gleichzeitig mit dem Einspritzen der Stege in den Hohlzylinder erfolgen kann. Um eine zusätzliche Isolierung zwischen bewickeltem Stegstern und umgebenden Ringgehäuse bzw. um eine Beschädigung der ein-

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gebrachten Ständerwicklung beim Einsetzen des bewickelten Stegsterns in das umgebende Ringgehäuse zu vermeiden, ist nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass stirnseitig auf die Wickelköpfe der in den Stegstern eingebrachten Wicklung topfartige Kunststoffkappen mit axialen kammartigen Verlängerungen aufgesetzt sind, die in den Nutraum der Wicklung hineinragen, und die Wicklung zum Ringgehäuse hin abdecken (Deckschieber). Einer besonderen Isolierung der Stegsterne gegenüber der Ständerwicklung kommt dann Bedeutung zu, wenn nach einer Ausgestaltung der Erfindung die Ständerwicklung nach dem Prinzip der Nadel-Wickeltechnik aus einer in den Stegstern eingebrachten Wicklung besteht. Die gesonderte Isolation des Nutraumes bzw. der Stirnseiten des Stegsterns ist dagegen nicht zusätzlich notwendig, wenn nach weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Ständerwicklung nach dem Prinzip der Einlegewickeltechnik aus vorgefertigten isolierten und in den Stegstern eingelegten Spulen besteht.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zwischenraum der Wicklung des in das Ringgehäuse eingesetzten Stegsterns und der Innenfläche des Ringgehäuses mit einer Giessharzmasse ausgefüllt ist.

Insbesondere wenn zum Zusammenbau des Ständers (Verfestigen der Stege im Gehäuse) auf eine Technik ohne Vergies-sen zurückgegriffen wird, ist es vorteilhaft, den Hohlzylinder als wiederverwendbares Spannwerkzeug auszubilden, das nach dem festen Zusammenbau des Ständers aus diesem wieder entfernt wird.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im folgenden anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigen:

Figur 1 den erfindungsgemässen Ständer in einem axialen Schnittbild, f

Figur 2 den erfindungsgemässen Ständer in einem radialen Teilschnittbild im Bereich der Schweissung,

Figur 3,4,5 verschiedene Stegblechkonturen,

Figur 6 eine Wickelkopfisolierkappe in einem axialen Schnittbild,

Figur 7 eine Wickelkopfisolierkappe in einem radialen Schnittbild.

Gleiche Teile sind in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der Ständer für einen Schrittmotor besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem in ein Ringgehäuse 2 eingesetzten, aus den einzelnen-Stegen 3 und dem Hohlzylinder 1 gebildeten Stegstern 1,3. Die in die durch die Seitenwandungen der Stege 3 sowie das Ringgehäsue 2 und den Hohlzylinder 1 gebildeten Nuträume ist die Wicklung 4 als vorgefertigte Wicklung nach dem Prinzip der Einlegwickeltechnik in Form von vorgefertigten Spulen in den Stegsternen eingelegt oder nach dem Prinzip der Nadelwickeltechnik maschinell in den Stegstern eingewickelt (Figur 1).

Die eingebrachte Wicklung 4 ist der Deutlichkeit halber nur in Figur 1 dargestellt; aus gleichem Grund ist auch in Figur 1 nicht näher auf die Anbringung, Halterung und Zentrierung der Lagerschilder eingegangen.

Die in den Hohlzylinder 1 miteingespritzten Stege 3 weisen stirnseitig an ihren radial inneren Enden axiale Nasen 31,32 auf, die im Sinne einer zusätzlichen radialen Sicherung in dem axial bis über den Wickelkopf hinaus verlängerten Hohlzylinder 1 verankert sind. In vorteilhafter Weise können auch Durchbrüche 36 der zusätzlichen mechanischen Sicherung beim Einspritzen dienen.

Etwa in seiner axialen Mitte ist der Hohlzylinder 11 mittels einer an seinem äusseren Umfang angesetzten Elektronen-strahlschweissung oder Laserstrahlschweissung mit den Stegen 3 auf einem kurzen axialen Abschnitt (Bereich S) ver-

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schweisst. Die «Schweissnähte» sind in Figur 2 durch die Bezugszeichen S1,S2,S3 angedeutet. Auf diese Weise ergibt sich auch bei eventueller Schrumpfung des Kunststoffhohlzylinders 1 weiterhin eine mechanische feste Halterung und ein widerstandsarmer magnetischer Flussübergang zwischen den 5 Stegen 3 und dem als Rückschluss dienenden Ringgehäuse 2.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, sind die der Wicklung zugewandten Seitenflächen der Stege 3 mit Isolierwandteilen 33 versehen, die ebenso wie die an sich bekannten stirnseitigen Isolierbeschichtungen gegebenenfalls gleichzeitig mit der Her- io Stellung des Hohlzylinders 1 aufgespritzt oder ebenso wie gesonderte Isolierendscheiben als Isoliereinzelteile eingebracht sein können. Zusätzlich können Deckschieber 34 vorgesehen sein.

Figur 3 zeigt eine Stegblechkontur mit im freiliegenden 15 Bereich (Wickelraum) rechteckiger Kontur, wie sie insbesondere bei Herstellung der Ständerwicklung nach dem Prinzip der Einlegewickeltechnik zweckmässig ist, bei der vorgefertigte Spulen in den Stegstern von aussen eingelegt werden.

Figur 4 zeigt eine Stegblechkontur, bei der zusätzlich am radial 20 äusseren Ende die Stege mit irtaxialer Richtung verlaufenden abstehenden Zapfen 35 versehen sind, wodurch sich bei einer nach dem Prinzip der Nadelwickeltechnik eingebrachten

Ständerwicklung eine besonders gute Nutfüllung erreichen lässt. Eine besondere Ausgestaltung der Stegblechkontur nach Figur 4 ist in Figur 5 dargestellt, bei der die Stirnflächen der Stege mit sich zum Ringgehäuse vergrösserndem Querschnitt gestuft ausgebildet sind. Die Figuren 6 und 7 zeigen in verschiedenen Ansichten topfartige Kunststoffkappen 5, die stirnseitig über die Wicklungsköpfe der in den Stegsternen 2,3 eingebrachten Wicklung 4 geschoben werden, sich dabei an dem zylindrischen Teilen des Stegsterns 2,3 zentrieren können und mit axialen kammartigen Verlängerungen 51 in den Nutraum der Wicklung hineinragen und dabei zumindest den Nutraum zum Ringgehäuse hin abdecken. Durch derartige Isolierkappen 5 wird die Wicklung bei dem Eindrücken des bewickelten Stegsterns in das umgebende Ringgehäuse mechanisch vor Beschädigungen geschützt, da einerseits der im topfförmigen Raum 52 angeordnete Wickelkopf allseitig abgedeckt und die in den Nuten liegenden Wicklungsteile zur Nutöffnung hin geschützt und gesichert sind.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, ragen die ràdial inneren Ende der Stege 3 um das Mass a aus dem Hohlzylinder 1 heraus, dessen innere Wandung somit um das Mass a gegenüber dem äusseren Bohrufigsmass zurückgesetzt ist.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

20 30 626197 2 PATENTANSPRÜCHE

(1 ) miteingespritzt werden.

(1) eingefügt und dann mit ihrenradial äusseren Enden innen an 10 dem umgebenden Ringgehäuse (2) mittels eines an dem Aussen-umfang des Ringgehäuses (2) angesetzten Elektronenstrahls oder Laserstrahlschweissung angeschweisst werden.

1. Verfahren zur Herstellung eines Ständers für einen Mehrphasenelektromotor, insbesondere für einen Schrittmotor, mit einem geschlossenen äusseren Ringgehäuse und einem darin eingesetzten, von aussen bewickelten Stegstern mit axial antei- 5 ligen Stegen, wobei die Stege um einen inneren Hohlzylinder sternförmig angebracht und in diesen eingesetzt werden,

dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Stege (3) als Einzelbauteile mit ihren radial inneren Enden in den Hohlzylindern
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der Hohlzylinder (1 ) als vorgefertigtes Bauteil verwendet ]5 wird, das mit Axialschlitzen versehen ist, in die die Stege (3) vor dem Anschweissen an das äussere Ringgehäuse (2) eingefügt werden, und dass nach dem festen Zusammenbau des Ständers der Hohlzylinder (1) als wiederverwendbares Spannwerkzeug aus dem Ständer herausgezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet,

dass für den Hohlzylinder (1 ) ein vorgefertigtes Bauteil verwendet wird, das mit Axialschlitzen versehen ist, in die die Stege (3) eingesetzt werden. . .
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 25 dass der Hohlzylinder (1) als Spritzgussteil hergestellt und die Stege (3) des Stegsterns dabei gleichzeitig in den Hohlzylinder
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

dass die Stege (3) an ihren radialen inneren Enden stirnseitig mit axialen Nasen (31,32) versehen und die Nasen (31,32) zur zusätzlichen Verankerung der Stege in den axial entsprechend verlängerten Hohlzylinder (1) miteingespritzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Stege (3) des Stegsterns vor-- 35 gefertigte Ständerwickelspulen eingelegt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Stege des Stegsterns die Ständerwicklungsspulen eingewickelt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch 40 gekennzeichnet, dass stirnseitig auf die Wickelköpfe der in den Stegstern eingebrachten Wicklung topfartige Kunststoffkappen (5) mit axialen kammartigen Verlängerungen (51) aufgesetzt werden, die in den Nutraum des Ständers hineinragen und die Wicklung zum Ringgehäuse (2) hin in Form von Deck- 4S Schiebern abdecken.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume der in den Stegstern eingebrachten Ständerwicklung, den Stegen und dem Ringgehäuse zusätzlich mit einer Giessharzmasse ausgefüllt werden. 50
10. Ständer, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (3) mit ihren radial inneren Enden bis zum Bohrungsdurchmesser des Ständers reichen.
11. Ständer nach Anspruch 10, hergestellt nach dem Verfah-55 ren gemäss einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (3) mit ihren radial inneren Enden um ein geringes Mass (a) aus dem gegenüber den inneren Enden entsprechend zurückgesetzt angeordneten Hohlzylinder (1) hinausragen. 60
12. Ständer nach Anspruch 10, hergeteilt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (1) aus Aluminium besteht.
13. Ständer nach Anspruch 10, hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeich- .5 net, dass der Hohlzylinder (1 ) aus Kunststoff besteht.
14. Ständer nach Anspruch 10, hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (3) an ihrem radial äusseren Ende mit in axialer Richtung verlaufenden Zapfen (35) versehen sind (Figur 4).
15. Ständer nach Anspruch 10, hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche der Stege mit sich zum Ringgehäuse hin vergrösserndem Längsschnitt gestuft ausgebildet sind (Figur 5).