DE102004043424A1

DE102004043424A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102004043424A1
Application number: DE200410043424
Authority: DE
Inventors: Ulrich Bomke; Friedrich Boermann
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2006-03-09

Abstract

Elektromotor, DOLLAR A umfassend zumindest einen Stator, der zumindest ein Blechpaket umfasst, DOLLAR A wobei das Blechpaket aus Zahnsegmenten zusammengesetzt ist, indem bewickelte Zahnsegmente und unbewickelte Zwischenzahnsegmente in Umfangsrichtung abwechselnd aufeinander folgend vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor.

Aus der DE 101 19 642 A1 ist ein Stator für einen Elektromotor bekannt, der ein Blechpaket umfasst, das bewickelte Zahnsegmente und Zwischenzahnsegmente aufweist. Nachteiligerweise muss das Joch, in welchem die bewickelten Zahnsegmente vorgesehen sind, gehäusebildende Funktion für diese Zahnsegmente ausführen und mechanischen Halt erzeugen. Daher ist das Joch dick nachteiligerweise auszuführen und der Stator benötigt insgesamt ein großes Volumen. Weiter nachteilig ist die axiale Länge beschränkt auf die Höhe des Stanzpaketes, weil Joch und Zahnsegment aus demselben Stanzzyklus stammen müssen, um die mechanischen Toleranzen zu erfüllen.

Aus der US 6 359 355 B1 ist ebenfalls ein Stator bekannt, bei dem allerdings die Zahnsegmente segmentiert aufgebaut sind. Nachteiligerweise ist ein spezielles Joch erforderlich zum Herstellen des Zusammenhalts der gleichartigen Segmente. Außerdem sind keine Zwischenzahnsegmente vorhanden und daher die dynamischen Eigenschaften des Elektromotors im Betrieb schlecht, insbesondere dessen Laufruhe. Das Zusammenhalten kann auch durch Aufschrumpfen bewirkt werden. Das Aufschrumpfen ist aufwendig und schwierig, weil die Zahnsegmente beim Aufschrumpfprozess nicht fixiert sind. Darüber hinaus sind eine hohe Zahl von bewickelten Zahnsegmenten notwendig und das zugehörige Verbinden der Wicklungsdrähte ist kostspielig.

Aus der GB 2 179 205 A ist ein Stator bekannt, der Zahnsegmente und Zwischenzahnsegmente umfasst, wobei die Zahnwicklung eine nicht konstante Zahnteilung aufweist. Allerdings müssen die Zwischenzahnsegmente im Joch fixiert werden. Dazu muss das Joch genügende Mengen an Material im zugehörigen Verbindungsbereich aufweisen. Zur Erzeugung eines hohen Drehmomentes sind dicke Drähte notwendig, da große Ströme durchzuleiten sind. Das Einbringen der Wicklung mit solch dicken Drähten ist technisch anspruchsvoll, aufwendig und nicht unter Ausnutzung des gesamten Zwischenraumes ausführbar. Es ist also kein hoher Nutfüllgrad in einfacher und kostengünstiger Weise erreichbar. Insbesondere erschwert auch die Steifheit der Drähte das Bewickeln der Zahnsegmente im Stator.

Aus der US 5 786 651 ist bekannt, den Stator segmentiert aufzubauen, wobei jedes Zahnsegment gleichartig aufgebaut ist und umwickelt ist. In Umfangsrichtung umfasst jedes Zahnsegment eine auskragende, also männliche, Feder sowie am gegenüberliegenden Endbereich eine entsprechende, also weibliche, Nut. Beim Zusammenfügen wird eine Verformung der Endbereiche bewirkt, die eine Haltekraft zum Herstellen des Zusammenhalts erzeugt. Nachteilig ist hier jedoch die Zahl der zu fertigenden Spulen mit entsprechend mehr elektrischen Verbindungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen möglichst kompakten und kostengünstigen, also einen mit wenig Aufwand zu fertigenden Elektromotor weiterzubilden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor sind, dass er zumindest einen Stator umfasst, der zumindest ein Blechpaket umfasst, wobei das Blechpaket aus Zahnsegmenten zusammengesetzt ist, indem bewickelte Zahnsegmente und unbewickelte Zwischenzahnsegmente in Umfangsrichtung abwechselnd aufeinander folgend vorgesehen sind.

Von Vorteil ist dabei, dass der Elektromotor kompakt und mit einer hohen Leistungsdichte sowie einer hohen Laufruhe ausführbar ist. Insbesondere sind die Zahnsegmente jeweils allein bewickelbar und sind erst beim Fertigen des Stators zusammenbringbar mit den Zwischenzahnsegmenten. Auf diese Weise ist eine hohe Wicklungsdichte erreichbar. Insbesondere sind die wenigen Zahnsegmente auf einer vergleichsweise einfachen Spulmaschine mit hoher Kupferfüllung zu wickeln und sind erst beim Fügen des Stators zusammenbringbar mit den Zwischenzahnsegmenten. Durch diese Lösung bleibt auch der spätere Schaltaufwand begrenzt.

Vorteilhaft ist auch, dass bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsarten die Kontaktflächen zwischen Zahnsegment und Zwischenzahnsegment durch eine Nut-Feder Verbindung ergänzt werden können. Dieses Nut-Feder System unterstützt die Zentrierung und Positionierung zu einem Paket, erhöht die Klebeflächen und somit die Festigkeit und kann zur Aufnahme der Zahnsegmente auf der Spulmaschine dienen. Das Nut-Feder System ist vorteilhafterweise so ausgebildet, dass lange Aktivteile nach der nachfolgenden Technik ausgeführt werden können. Von Vorteil ist bei Verwendung von Nuten und entsprechend dazu passenden Federn weiter, dass ein gleichmäßigeres Paket erzielbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zahnteilung des Elektromotors nicht konstant. Somit ist ein besonders laufruhiges Betriebsverhalten des Elektromotors erreichbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zahnsegmente stanzpaketiert. Von Vorteil ist dabei, dass die Fertigung einfach und kostengünstig mit bekannten Maschinen ausführbar ist. Außerdem sind die Grenzen der limitierten Stanzpaketierhöhe überwindbar. Die Wickeltechnik und andere Fertigungsschritte können dabei vorteilhafterweise beibehalten werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Wicklungsenden jedes bewickelten Zahnsegments gleich an Kontakten eines Spulenträgers verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass die Fertigung besonders einfach und kostengünstig ist und in einem höheren Maß automatisierbar wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zahnsegmente und Zwischenzahnsegmente alternierend zu einem Paket verbunden. Die Verbindung kann mittels Kleben, Schweißen oder Klammern erzeugt werden..

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zahnsegmente mittels Kleben verbunden. Vorteiligerweise ist dann ein Gehäuse sogar einsparbar oder ein nur Gehäusefunktion ausübendes Gehäuse notwendig, also ein Gehäuse, das im Wesentlichen keinen mechanischen Zusammenhalt der Zahnsegmente bewirkt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Gehäuse zur Aufnahme des Blechpakets vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass das Blechpaket schützbar ist und das Gehäuse nicht nur Gehäusefunktion sondern auch mechanischen Zusammenhalt bewirkbar macht.

Weiter vorteilig ist auch, dass das Gehäuse die Aktivteile schützt und die Wärmeabfuhr fördert.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse beim Fertigen auf das Blechpaket aufgeschrumpft. Von Vorteil ist dabei, dass der Wärmeübergangswiderstand vom Paket auf das Gehäuse weiter vermindert wird.

Eine weitere Steigerung der Wärmeabfuhr wird durch den Statorverguss im Gehäuse erreichbar. Vorteilhafterweise dient hierbei das Gehäuse auch als äußere Gießform. Weiterhin steigert dann der Verguss des Stators die mechanische Festigkeit des Paketes und der Wicklung samt Zuleitungen Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind in axialer Richtung zwei oder mehrere Blechpakete hintereinander vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass größere Drehmomente erzeugbar sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zahnsegmente umfassenden Zahnsegmente beidseitig mit einer Nut und/oder mit einer Feder versehen, radial innen und außen. Insbesondere sind die Zwischenzahnsegmente komplementär ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine Ausrichtung der Blechpakete zueinander erreichbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Elektromotor eine elektrische Drehstrommaschine mit Permanentmagneten, ein bürstenloser DC-Motor, ein Mehrphasenmotor, eine Synchronmaschine und/oder ein Synchronmotor. Selbstverständlich ist der Stator auch für andere entsprechend wirksame Elektromotoren verwendbar. Unter Elektromotor werden in dieser Schrift immer auch Elektromaschinen verstanden, also Elektromotoren und Generatoren.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

1: Zahnsegment
2: Zwischenzahnsegment
3: verbreiterter Zahnkopf
4: Verbindungsbereich
5: Erhebungen
6: Nut
7: Nase

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist ein Stator eines Elektromotors symbolisch gezeichnet. Das Blechpaket ist stanzpaketiert ausgeführt und segmentiert aufgebaut, besteht also aus in Umfangsrichtung aneinandergereihten Zahnsegmenten. Zahnsegmente 1 und Zwischenzahnsegmente 2 folgen aufeinander abwechselnd.
Sowohl die Zahnsegmente (1) als auch die Zwischenzahnsegmente (2) werden vorzugsweise aus Blechen mittel Stanzpaketieren (5) erzeugt. Vorteilhaft ist, die Verbindung der Bleche im Jochrücken durch eine Schweißung in beispielsweise axialer Richtung zu verstärken.
Die Zahnsegmente 1 sind von einer Spulmaschine bewickelbar, die Zwischenzahnsegmente 2 bleiben unbewickelt. Die Zahnsegmente 1 weisen verbreiterte Zahnköpfe 3 auf. Die Wicklung wird also nicht aufgeschoben auf das Zahnsegment sondern das Zahnsegment ist auf einer Wickelmaschine direkt bewickelbar. Die Wicklungsdrahtenden werden vorzugsweise gleich an Kontakten eines Spulenträgers verbunden. Danach werden die bewickelten Zahnsegmente und die Zwischenzahnsegmente zusammengefügt und verbunden.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird der Verbindungsbereich (4) der Zahnsegmente nicht radial gerade ausgeführt sondern es wird eine Nut-Feder Verbindung vorgesehen, um ein gleichmäßiges Paket zu erzielen. Beispielhaft ist in 2 ein Zahnsegment hierzu gezeigt, das eine Nase 7, also Feder, zeigt. In 3 ist ein Zwischenzahnsegment mit einer Nut 6 gezeigt. Nut 6 und Nase 7 sind zueinander passend vorsehbar und somit ist eine Verbindung der Zahnsegmente und Zwischenzahnsegmente in Umfangsrichtung erreichbar. Statt der runden, halbkreisförmigen Ausführung der Nasen 7 und der Nuten 6 des Verbindungsbereiches sind auch eckige oder dreiecksförmige Nasen und Nuten verwendbar.
Die Eisenlänge beim Stanzpaketieren ist technisch begrenzt. Um größere Eisenlängen zu erzeugen, werden bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen zwei oder auch mehr Teilpakete hintereinander angeordnet. Bei Zahnsegmenten, die axial aus zwei stanzpaketierten Teilpaketen bestehen, ist es vorteilhaft, die erhabenen Nasen der Stanzpaketierung nach axial außen weisen zu lassen. Hierzu muss ein Teilpaket um 180 Grad um eine radiale Achse gedreht werden. Daher ist es vorteilhaft, die Zahnsegmente beidseitig mit Nuten oder beidseitig mit einer Fase zu versehen. Die Zwischenzahnsegmente werden dann entsprechend komplementär ausgeführt.
Aus Zahnsegmenten und Zwischenzahnsegmenten entsprechend 1 wird ein Statorpaket gefügt und verbunden. Dieses Paket kann in ein Gehäuse zwecks Erzielung der Schutzart eingepresst werden. Zwecks Verbesserung der Wärmeleitung ist es vorteilhaft, das Gehäuse auf das Statorpaket aufzuschrumpfen, wobei das Gehäuse vor dem Aufschrumpfen zuerst erwärmt wird, über das Blechpaket gestülpt wird und dann abkühlt.
Eine weitere Verbesserung der Wärmeleitung lässt sich durch Vergießen des Paketes im Gehäuse mit einem Kunststoff, vorzugsweise einem gefüllten Kunststoff mit hohem Wärmeleitwert, erzielen. Zusätzlich erhöht der Statorverguss die mechanische Festigkeit des Stators.

Claims

Elektromotor, umfassend zumindest einen Stator, der zumindest ein Blechpaket umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket aus Zahnsegmenten zusammengesetzt ist, indem bewickelte Zahnsegmente und unbewickelte Zwischenzahnsegmente in Umfangsrichtung abwechselnd aufeinander folgend vorgesehen sind.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnteilung des Elektromotors nicht konstant ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnsegmente stanzpaketiert sind.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche der Zahnsegmente im Jochrücken durch Schweißen miteinander verbunden sind.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsenden jedes bewickelten Zahnsegments gleich an den Kontakten eines Spulenträgers verbunden sind.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnsegmente und Zwischenzahnsegmente mittels Kleben, Klammern oder Schweißen zu einem Statorpaket verbunden sind.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse zur Aufnahme des Blechpakets vorgesehen ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnsegmente mittels Nut-Feder-System mit den Zwischenzahnsegmenten verzahnt sind.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass längere Zahnsegmente und Zwischenzahnsegmente axial aus Teilpaketen gebildet sind.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnsegmente beidseitig mit einer Nut und/oder mit einer Feder versehen sind, radial innen und außen.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenzahnsegmente komplementär ausgeführt sind.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse zur Aufnahme des Blechpakets vorgesehen ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse beim Fertigen auf das Blechpaket aufgeschrumpft ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorpaket im Gehäuse mit Kunststoff vergossen ist, insbesondere mittels eines Formkernes.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor eine elektrische Drehstrommaschine mit Permanentmagneten, ein bürstenloser DC-Motor eine Synchronmaschine und/oder ein Synchronmotor ist.