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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator, der von einer Mehrzahl von ringförmig angeordneten Statorkernsegmenten ausgebildet ist, wobei die Statorkernsegmente zumindest formschlüssig aneinander befestigt sind.
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Aus dem Stand der Technik ist ein derartiger Elektromotor, dessen Stator mehrere Statorkernsegmente aufweist, die ringförmig angeordnet sind und formschlüssig aneinander befestigt sind, bekannt. Die Statorkernsegmente sind bei diesem Elektromotor T-förmig ausgebildet und weisen einen Statorzahn auf, an dem eine dem Statorkernsegment zugeordnete Wicklung angeordnet ist. Diese Wicklung ist z. B. durch Flyerwickeln auf einen am Statorzahn befestigten Isolierkörper aufgewickelt.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass die formschlüssige Verbindung der Statorkernsegmente aneinander bei der Herstellung des Elektromotors durch zusätzliche Stützelemente oder -einrichtungen abgestützt werden muss, damit diese sich z. B. bei einem Einbringen des Stators in ein zugeordnetes Stator- oder Motorgehäuse nicht löst.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen neuen Elektromotor mit einem segmentierten Stator bereitzustellen, bei dem die ringförmig angeordneten und formschlüssig aneinander befestigten Statorkernsegmente sicher und zuverlässig aneinander befestigt sind.
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Dieses Problem wird gelöst durch einen Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator, der von einer Mehrzahl von ringförmig angeordneten Statorkernsegmenten ausgebildet ist, wobei die Statorkernsegmente zumindest formschlüssig aneinander befestigt sind. Mindestens ein erstes Statorkernsegment weist zumindest einen ersten und einen zweiten lateralen Zahnabschnitt auf, die über einen ersten Jochabschnitt miteinander verbunden sind, wobei der erste und zweite laterale Zahnabschnitt mit dem ersten Jochabschnitt eine erste innere Nut ausbilden. Der erste laterale Zahnabschnitt weist eine erste Außenkontur auf und der zweite laterale Zahnabschnitt weist eine zweite Außenkontur auf, wobei die erste und zweite Außenkontur von der ersten inneren Nut abgewandt sind und zumindest annähernd komplementär zueinander ausgebildet sind.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines Elektromotors mit einem segmentierten Stator, bei dem die ringförmig angeordneten Statorkernsegmente durch eine vergleichsweise großflächige formschlüssige Verbindung von jeweils in Umfangsrichtung des Stators benachbarten, lateralen Zahnabschnitten sicher und zuverlässig aneinander befestigt sind.
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Der erste und zweite laterale Zahnabschnitt sind bevorzugt derart am ersten Jochabschnitt angeordnet, dass das mindestens eine erste Statorkernsegment zumindest annähernd U-förmig ausgebildet ist.
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Somit kann die Bereitstellung eines einfachen und unkomplizierten Statorkernsegments ermöglicht werden.
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Vorzugsweise weist der erste Jochabschnitt im Bereich des ersten lateralen Zahnabschnitts eine Ausnehmung auf und ist im Bereich des zweiten lateralen Zahnabschnitts mit einem Blockiersteg versehen.
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Somit kann auf einfache Art und Weise eine Blockierung des ersten Jochabschnitts am Jochabschnitt eines in Umfangsrichtung des Stators benachbarten Statorkernsegments ermöglicht werden.
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Die Erfindung ermöglicht somit eine robuste und stabile formschlüssige Verbindung zwischen in Umfangsrichtung des Stators benachbarten Statorkernsegmenten.
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Die erste und zweite Außenkontur sind bevorzugt zumindest abschnittsweise konkav oder konvex ausgebildet.
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Somit kann die Bereitstellung von einfachen und unkomplizierten, komplementär zueinander ausgebildeten Formen der ersten und zweiten Außenkontur ermöglicht werden.
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Mindestens ein zweites Statorkernsegment weist vorzugsweise zumindest einen dritten und einen vierten lateralen Zahnabschnitt auf, die über einen zweiten Jochabschnitt miteinander verbunden sind, wobei der dritte und vierte laterale Zahnabschnitt mit dem zweiten Jochabschnitt eine zweite innere Nut ausbilden, wobei der dritte laterale Zahnabschnitt formschlüssig mit dem zweiten lateralen Zahnabschnitt verbunden ist und mit diesem einen Statorzahn ausbildet.
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Somit kann auf einfache Art und Weise eine Ausbildung eines Statorzahns durch eine formschlüssige Verbindung von zwei in Umfangsrichtung des Stators benachbarten, lateralen Zahnabschnitten ermöglicht werden.
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Bevorzugt ist an dem Statorzahn mindestens ein mit einer Wicklung versehener Isolierkörper angeordnet.
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Somit kann die Wicklung sicher und zuverlässig am Statorzahn angeordnet werden.
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Der zweite laterale Zahnabschnitt weist bevorzugt eine der ersten inneren Nut zugewandte erste Innenkontur auf, der dritte laterale Zahnabschnitt weist eine der zweiten inneren Nut zugewandte zweite Innenkontur auf und der mindestens eine Isolierkörper weist eine dritte und eine vierte Innenkontur auf, wobei die erste Innenkontur komplementär zur dritten Kontur ist und die zweite Innenkontur komplementär zur vierten Kontur ist.
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Somit kann eine präzise und exakte formschlüssige Anordnung des Isolierkörpers an dem vom zweiten und dritten lateralen Zahnabschnitt ausgebildeten Statorzahn erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Isolierkörper zumindest dazu ausgebildet, den zweiten lateralen Zahnabschnitt und den dritten lateralen Zahnabschnitt kraftschlüssig miteinander zu verbinden.
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Somit kann eine sichere und stabile Fixierung des zweiten Zahnabschnitts am dritten Zahnabschnitt erreicht werden.
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Das Eingangs genannte Problem wird ebenfalls gelöst durch einen Stator für einen Elektromotor, der eine Mehrzahl von ringförmig angeordneten Statorkernsegmenten aufweist, wobei die Statorkernsegmente zumindest formschlüssig aneinander befestigt sind. Mindestens ein erstes Statorkernsegment weist zumindest einen ersten und einen zweiten lateralen Zahnabschnitt auf, die über einen Jochabschnitt miteinander verbunden sind, wobei der erste und zweite laterale Zahnabschnitt mit dem Jochabschnitt eine innere Nut ausbilden.
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Das Eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Statorkernsegment für einen Stator eines Elektromotors, wobei der Stator von einer Mehrzahl von ringförmig angeordneten Statorkernsegmenten ausgebildet ist, die zumindest formschlüssig aneinander befestigt sind. Zumindest ein erster und ein zweiter lateraler Zahnabschnitt sind vorgesehen, die über einen Jochabschnitt miteinander verbunden sind, wobei der erste und zweite laterale Zahnabschnitt mit dem Jochabschnitt eine innere Nut ausbilden.
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Das Eingangs genannte Problem wird ebenso gelöst durch einen Isolierkörper für einen Statorzahn eines Stators eines Elektromotors, mit einer ringförmigen Wand zur Aufnahme einer dem Stator zugeordneten Einzelwicklung, wobei die ringförmige Wand eine Durchgriffsöffnung zur Aufnahme des Statorzahns ausbildet, die sich in Richtung ihrer Längserstreckung zumindest abschnittsweise verjüngt und zumindest teilweise wieder aufweitet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Elektromotors mit einem segmentierten Stator gemäß einer Ausführungsform,
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2 eine Schnittansicht eines Ausschnitts des segmentierten Stators von 1,
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3 eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Statorkernsegments des segmentierten Stators von 2 gemäß einer Ausführungsform,
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4 eine perspektivische Ansicht eines einzelnen, mit einer zugeordneten Wicklung versehenen Isolierkörpers des segmentierten Stators von 2 gemäß einer Ausführungsform,
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5 eine Schnittansicht eines Ausschnitts des Stators von 1 und 2 bei einer beispielhaften Montage, und
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6 eine Schnittansicht eines vergrößerten Ausschnitts des Stators von 2.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt einen beispielhaft als Innenläufermotor ausgebildeten Elektromotor 100 mit einem Innenrotor 180 und einem segmentierten Außenstator 150. Dieser weist illustrativ einen zumindest abschnittsweise mit einer Kunststoffummantelung 155 versehenen, segmentierten Statorkern 153 auf, an dem eine Statorwicklung 157 angeordnet ist. Der segmentierte Außenstator 150 wird nachfolgend zur Vereinfachung der Beschreibung lediglich als der „Stator 150” bezeichnet.
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Es wird darauf hingewiesen, dass der Elektromotor 100 in 1 nur schematisch dargestellt ist, da Aufbau und Funktionalität eines geeigneten Elektromotors hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt sind, sodass hier zwecks Knappheit und Einfachheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung des Elektromotors 100 verzichtet wird. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass der Elektromotor 100 lediglich beispielhaft und nicht zur Einschränkung der Erfindung als Innenläufermotor dargestellt ist. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass auch die Abbildung eines Außenstators lediglich beispielhaften Charakter hat und die Erfindung ebenso z. B. bei ringförmigen Innenstatoren oder Primärteilen von Linearmotoren Anwendung finden kann.
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2 zeigt einen vergrößerten Abschnitt des mit dem Statorkern 153 versehenen Stators 150 von 1, der beispielhaft eine Mehrzahl von ringförmig angeordneten und bevorzugt zumindest innerhalb vorgegebener Toleranzen identisch ausgebildeten Statorkernsegmenten aufweist. Illustrativ sind lediglich vier Statorkernsegmente 210, 220, 230, 240 gezeigt, wobei jedes Statorkernsegment 210, 220, 230, 240 bevorzugt jeweils zwei laterale Zahnabschnitte 211, 212; 221, 222; 231, 232; 241, 242 aufweist.
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Die beiden lateralen Zahnabschnitte 211, 212; 221, 222; 231, 232; 241, 242 jedes Statorkernsegments 210, 220, 230, 240 sind jeweils bevorzugt an einem ihrer axialen Enden über einen zugeordneten Jochabschnitt 214, 224, 234 miteinander verbunden und bilden mit diesem eine innere Nut 213, 223, 233, 243 aus. Z. B. sind die beiden lateralen Zahnabschnitte 211, 212 über den Jochabschnitt 214 miteinander verbunden und die lateralen Zahnabschnitte 221, 222 sind über den Jochabschnitt 224 miteinander verbunden, wobei die lateralen Zahnabschnitte 211, 212 mit dem Jochabschnitt 214 die innere Nut 213 ausbilden und die lateralen Zahnabschnitte 221, 222 mit dem Jochabschnitt 224 die innere Nut 223 ausbilden. Hierbei sind die lateralen Zahnabschnitte 211, 212; 221, 222; 231, 232; 241, 242 bevorzugt derart am Jochabschnitt 214, 224, 234 angeordnet, dass die Statorkernsegmente 210, 220, 230, 240 zumindest annähernd U-förmig ausgebildet sind.
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Bevorzugt weisen die Jochabschnitte 214, 224, 234 der dargestellten Statorkernsegmente 210, 220, 230, 240 im Bereich eines der lateralen Zahnabschnitte 211, 212; 221, 222; 231, 232; 241, 242 jeweils eine Ausnehmung 215, 225, 245 und im Bereich des anderen lateralen Zahnabschnitts 212, 211; 222, 221; 232, 231; 242, 241 jeweils einen Blockiersteg 216, 226, 236 auf. Die Ausnehmungen 215, 225, 245 sind illustrativ jeweils am – in 2 – linken lateralen Zahnabschnitt 211, 221, 231, 241 und die Blockierstege 216, 226, 236 am – in 2 – rechten lateralen Zahnabschnitt 212, 222, 232, 242 angeordnet. Z. B. weist der Jochabschnitt 214 im Bereich des lateralen Zahnabschnitts 211 die Ausnehmung 215 auf und ist im Bereich des lateralen Zahnabschnitts 212 mit dem Blockiersteg 216 versehen.
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Vorzugsweise bilden immer zwei aneinander anliegende laterale Zahnabschnitte 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242 jeweils einen Statorzahn aus. Z. B. bilden die formschlüssig miteinander verbundenen, lateralen Zahnabschnitte 212, 221 einen Statorzahn 299 aus. An diesen Statorzähnen ist jeweils mindestens ein mit einer Wicklung 260, 261, 262, 263, 264 versehener Isolierkörper 250, 251, 252, 253, 254 angeordnet. Bevorzugt verbinden diese vorzugsweise zumindest innerhalb vorgegebener Toleranzen identisch ausgebildeten Isolierkörper 250, 251, 252, 253, 254 hierbei die aneinander anliegenden lateralen Zahnabschnitte 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242 zu einem entsprechenden Statorzahn. Des Weiteren sind die Isolierkörper 250, 251, 252, 253, 254 bevorzugt zumindest dazu ausgebildet, die jeweils zugeordneten lateralen Zahnabschnitte 212, 221; 222, 241; 211, 232; 242; 231 kraftschlüssig miteinander zu verbinden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist zumindest der Statorzahn 299 eine radial einwärts gerichtete Kerbe 277 auf. Diese reduziert bevorzugt ein Rastmoment im Statorzahn 299. Vorzugsweise sind alle Statorzähne des Stators 150 mit einer derartigen Kerbe versehen.
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Ebenfalls wird in 2 beispielhaft ein im Betrieb des Stators 150 im Statorzahn 299 erzeugter Magnetfluss durch eine Mehrzahl von Flusspfeilen 280, 281, 282, 283, 284, 285, 286, 287 dargestellt. Die Flusspfeile 280, 282, 284, 285 sind hierbei illustrativ im lateralen Zahnabschnitt 212 abgebildet und die Flusspfeile 281, 283, 286, 287 sind illustrativ im lateralen Zahnabschnitt 221 abgebildet.
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3 zeigt das mit den lateralen Zahnabschnitten 211, 212, dem Jochabschnitt 214 und der inneren Nut 213 versehene Statorkernsegment 210 von 2, das illustrativ eine Mehrzahl gestapelter Blechlamellen aufweist, wobei zwecks Einfachheit der Darstellung lediglich drei der Blechlamellen mit dem Bezugszeichen 399 gekennzeichnet sind. Alternativ hierzu kann das Statorkernsegment 210 auch auf andere Art und Weise ausgebildet sein, z. B. aus einem gesinterten Weicheisen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der laterale Zahnabschnitt 211 eine Außenkontur 310 und eine Innenkontur 312 auf und der laterale Zahnabschnitt 212 weist eine Außenkontur 311 und eine Innenkontur 313 auf. Die Außenkonturen 310, 311 sind von der inneren Nut 213 abgewandt und vorzugsweise zumindest annähernd komplementär zueinander ausgebildet. Bevorzugt sind die Außenkonturen 310, 311 zumindest abschnittsweise konkav bzw. konvex ausgebildet, wobei hier illustrativ die Außenkontur 310 konkav und die Außenkontur 311 konvex ausgebildet ist. Die beiden Innenkonturen 312, 313 sind bevorzugt zumindest annähernd ähnlich zueinander ausgebildet und hier illustrativ zumindest annähernd konkav geformt. Des Weiteren ist am lateralen Zahnabschnitt 211 an der vom Jochabschnitt 214 abgewandten Seite eine Ausnehmung 314 zur Ausbildung einer zur Reduzierung des Rastmoments vorgesehenen Kerbe ausgebildet.
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4 zeigt den mit der Wicklung 260 versehenen Isolierkörper 250 von 2, der gemäß einer Ausführungsform eine ringförmige Wand 425 mit einer ersten und einer zweiten Stirnseite 431, 430 aufweist. Die ringförmige Wand 425 wird durch einen ersten, zweiten, dritten und vierten Abschnitt 415, 416, 417, 418 ausgebildet, wobei der dritte und vierte Abschnitt 417, 418 illustrativ horizontal angeordnet sind und den ersten und zweiten illustrativ vertikal angeordneten Abschnitt 415, 416 jeweils miteinander verbinden.
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Die Abschnitte 415, 416, 417, 418 dienen zur Aufnahme der Wicklung 260. Diese kann unabhängig von einer Montage der Statorkernsegmente 210, 220, 230, 240 von 2 zum Statorkern 153 von 2 auf dem Isolierkörper 250 angeordnet werden.
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Zur Fixierung der Wicklung 260 auf der ringförmigen Wand 425 sind zumindest an den Stirnseiten 431, 430 Haltestege 420, 421, 422, 423 vorgesehen, die die ringförmige Wand 425 in Umfangsrichtung überragen. Zumindest ein erster und zweiter Haltesteg 420, 421 sind an der ersten Stirnseite 431 angeordnet und zumindest ein dritter und vierter Haltesteg 422, 423 sind an der zweiten Stirnseite 430 angeordnet.
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Bevorzugt bildet die ringförmige Wand 425 eine Durchgriffsöffnung 410 zur Aufnahme des Statorzahns 299 von 2 aus. Diese Durchgriffsöffnung 410 weist vier Innenkonturen 411, 412, 413, 414 auf, wobei die Innenkontur 412 bevorzugt zumindest annähernd komplementär zur Innenkontur 313 des Statorkernsegments 250 von 2 und 3 und die Innenkontur 411 zumindest annähernd komplementär zur Innenkontur (512 von 5) des Statorkernsegments 220 von 2 und 5 ist. Bevorzugt sind diese Innenkonturen 411, 412 hierbei derart konvex ausgebildet, dass sich die Durchgriffsöffnung 410 in Richtung ihrer Längserstreckung 489 zumindest abschnittsweise verjüngt und anschließend zumindest teilweise wieder aufweitet.
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5 zeigt einen vergrößerten Abschnitt des mit dem Statorkern 153 versehenen Stators 150 von 2 mit den drei Statorkernsegmenten 210, 220, 230 von 2 zur Verdeutlichung einer beispielhaften Montage des Stators 150. Wie schon in 2 erwähnt, weisen bevorzugt alle Statorkernsegmente 210, 220, 230 zumindest innerhalb vorgegebener Toleranzen einen identischen Aufbau auf, so dass die lateralen Zahnabschnitte 221, 222 des Statorkernsegments 220 analog zum Statorkernsegment 210 komplementäre Außenkonturen 510, 511 sowie jeweils übereinstimmende Innenkonturen 512, 513 aufweist.
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Bei der Montage wird z. B. zuerst jeweils der mit der Ausnehmung 215, 225, 235, 245 versehene laterale Zahnabschnitt 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242 jedes Statorkernsegments 210, 220, 230 mit seiner Innenkontur 312, 512 an der jeweiligen Innenkontur 411 des jeweils zugeordneten Isolierkörpers 250, 251, 252, 253, 254 angeordnet. Illustrativ ist der laterale Zahnabschnitt 221 mit seiner Innenkontur 512 formschlüssig an der Innenkontur 411 des mit der Wicklung 260 versehenen Isolierkörpers 250 angeordnet. In einem weiteren Schritt wird die Außenkontur 311 des lateralen Zahnabschnitts 212 derart am lateralen Zahnabschnitt 221 angeordnet, dass sie dessen Außenkontur 510 zugewandt ist und zumindest teilweise im Isolierkörper 250 angeordnet ist. Durch ein Aufbringen einer Kraft in Richtung eines Pfeils 530 gegen den Jochabschnitt 214 des Statorkernsegments 210, bevorzugt im Bereich des lateralen Zahnabschnitts 212, wird dieser entlang der Außenkontur 510 des lateralen Zahnabschnitts 221 in eine Endposition (699 in 6) gedrückt bzw. verfahren. Jedoch können die einzelnen Statorkernsegmente 210, 220, 230, 240 auch durch eine in Umfangsrichtung verteilt angreifende, gleichzeitig nach radial innen wirkende Kraft jeweils gleichzeitig in diese Endposition (699 in 6) verbracht werden.
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Auf die oben beschriebene Art und Weise wird die Mehrzahl von Statorkernsegmenten 210, 220, 230 des Stators 150 formschlüssig aneinander befestigt und jeweils zusätzlich durch einen zugeordneten, mit einer Wicklung 260, 261, 262, 263, 264 versehenen Isolierkörper 250, 251, 252, 253, 254 kraftschlüssig miteinander verbunden. Bevorzugt verhindert der mit dem Blockiersteg 216, 226, 236 versehene laterale Zahnabschnitt 212, 222, 232 hierbei jeweils ein Ausweichen des mit diesem in einem Isolierkörper 250, 251, 252, 253, 254 angeordneten lateralen Zahnabschnitts 211, 221, 231, 241 nach radial außen.
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6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt VI des Stators 150 von 2 mit den nach der Montage gemäß 5 in einer Endposition 699 angeordneten, lateralen Zahnabschnitten 212, 221 der Statorkernsegmente 210, 220. In dieser Endposition 699 sind die lateralen Zahnabschnitte 212, 221 formschlüssig miteinander verbunden und zusätzlich durch den mit der Wicklung 260 versehenen Isolierkörper 250 von 4 kraftschlüssig miteinander verbunden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein minimaler Abstand L5 zwischen den beiden Innenkonturen 411, 412 des Isolierkörpers 250 größer als ein minimaler Abstand L4 zwischen einem radial einwärts gerichteten Ende 677 der Außenkontur 510 und der Innenkontur 512 des lateralen Zahnabschnitts 221. Des Weiteren verkleinert sich die Dicke des lateralen Zahnabschnitts 212 des Statorkernsegments 210 von einer Dicke L1 im Bereich von dessen Jochabschnitt 214 in Richtung seines freien Endes 688 hin zunächst auf eine Dicke L2 und anschließend auf eine Dicke L3. Auf diese Art und Weise können eine einfache Montage und eine robuste und stabile kraftschlüssige Verbindung zwischen den Zahnabschnitten 212, 221 und dem Isolierkörper 250 ermöglicht werden.
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Zur Stabilisierung der formschlüssigen Verbindung der beiden lateralen Zahnabschnitte 212, 221 weist die Außenkontur 311 des lateralen Zahnabschnitts 212 bevorzugt einen Krümmungswinkel α auf, der bevorzugt größer als Null ist. Somit weist die Außenkontur 311 zumindest bereichsweise eine bogenförmige bzw. konvexe Form auf. Hierbei vergrößert sich der Krümmungswinkel α bevorzugt in Richtung des freien Endes 688 des lateralen Zahnabschnitts 212.
