DE102017202546A1

DE102017202546A1 - Stator eines Elektromotors und Elektromotor

Info

Publication number: DE102017202546A1
Application number: DE102017202546.8A
Authority: DE
Inventors: Dominik Fenten; Oliver Haupt
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2018-08-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (8) eines Elektromotors (2) mit einem Statorjoch (14), welches eine Anzahl von radial gerichteten Statorzähnen (12) aufweist und mit einer auf den Statorzähnen (12) angeordneten, mehrere Phasen umfassenden Drehfeldwicklung versehen ist, wobei jede Phase mindestens eine Spule umfasst, die auf einen isolierenden Spulenkörper (16) aufgebracht und mit diesem auf einen Statorzahn (12) aufgesetzt ist, wobei der oder jeder Spulenkörper (16) mindestens ein radial erhabenes Abstandselement (18, 34, 36, 40, 42) aufweist, welches dem Außenumfang (26) des Statorjochs (14) radial übersteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator eines Elektromotors, insbesondere für einen Lenkungsantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Statorblechpaket, welches eine Anzahl von radial gerichteten Statorzähnen aufweist und mit einer auf den Statorzähnen angeordneten, mehrere Phasen umfassenden Drehfeldwicklung versehen ist.
Heutzutage weisen viele Kraftfahrzeuge eine Servolenkung auf, welche eine Lenkkraft, die zu einer Betätigung eines Lenkrads bei einem Lenken im Stillstand oder im Falle niedriger Fahrzeuggeschwindigkeiten benötigt wird, reduziert. Die Servolenkung unterstützt hierbei einen Kraftfahrzeugnutzer beim Lenken, indem die von dem Kraftfahrzeugnutzer aufgebrachte Lenkkraft beispielsweise mit einem Hydrauliksystem oder mit einem Elektromotor unterstützt wird.
Bei einer elektromotorischen Servolenkung (EPS: Electric Power Steering, EPAS: Electric Power Assisted Steering) unterstützt und überlagert ein an der Mechanik des Lenkrads (Lenksäule, Lenkgetriebe) angeordneter Elektromotor die Lenkbewegungen des Kraftfahrzeugnutzers mit einer erzeugten Hilfskraft. Für derartige elektromotorische Antriebe (Lenkungsantriebe) werden zunehmend häufig sogenannte bürstenlose Elektromotoren (bürstenloser Gleichstrommotor, BLDC-Motor) eingesetzt, bei denen die verschleißanfälligen Bürstenelemente eines starren (mechanischen) Kommutators durch eine elektronische Kommutierung des Motorstroms ersetzt sind.
Ein derartiger bürstenloser Elektromotor als elektrische (Drehstrom-)Maschine weist prinzipiell einen feststehenden (stationären) Stator mit einem Statorblechpaket mit einer Anzahl von beispielsweise sternförmig angeordneten Statorzähnen auf. Die Statorzähne tragen eine elektrische Drehfeldwicklung in Form einzelner (Stator-)Spulen beziehungsweise Spulenwicklungen (Phasenwicklungen), welche ihrerseits aus einem Isolierdraht (Spulendraht) gewickelt sind. Die Phasenwicklungen sind mit deren Spulen- oder Phasenenden einzelnen (Motor-)Strängen beziehungsweise (Motor-)Phasen zugeordnet und untereinander in einer vorbestimmten Weise verschaltet.
Im Falle eines bürstenlosen Elektromotors als dreiphasige Drehstrommaschine weist der Stator drei Phasen und damit zumindest drei Phasenleiter oder Phasenwicklungen auf, die jeweils phasenversetzt mit elektrischem Strom beaufschlagt werden, um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen, in dem ein üblicherweise mit Permanentmagneten versehener Rotor oder Läufer rotiert. Die Phasenenden der Phasenwicklungen werden zur Ansteuerung des Elektromotors über Phasenanschlüsse an eine Motorelektronik geführt. Die Spulenwicklungen der Drehfeldwicklung werden hierbei mittels der Spulenenden in bestimmter Weise miteinander verschaltet. Die Art der Verschaltung der Spulenenden ist durch das Wickelschema beziehungsweise den Wicklungsaufbau der Drehfeldwicklung bestimmt, wobei als Wickelschema eine Sternschaltung, eine Dreiecksschaltung oder eine Kombination hieraus üblich ist.
Statoren für Lenkungsantriebe werden in der Regel im Bereich ihres Außenumfangs in einem Motorgehäuse des Elektromotors gelagert beziehungsweise aufgehängt. Dabei ist es wünschenswert, dass der Stator und damit der Elektromotor möglichst raumsparend und gewichtsarm ausgeführt (konstruiert) ist. Dies kann erreicht werden, indem ein zylinderförmiges, die Statorzähne umgreifendes, Statorjoch eine möglichst geringe radiale Dicke aufweist. Dies führt jedoch im elektromotorischen Betrieb dazu, dass sich das Statorjoch im Bereich der Anbindungsstellen der Statorzähne infolge der auftretenden elektromotorischen Kräfte radial einwärts einwölbt. Dies kann in unerwünschter Weise zu einer Geräuschentwicklung und/oder Vibrationen des Stators im Motor- oder Antriebsgehäuse führen (Körperschall), welche sich nachteilig auf die akustischen Eigenschaften des Elektromotors beziehungsweise des Lenkungsantriebs auswirken.
Aus der DE 10 2009 027 872 A1 ist es bekannt, bei einem Elektromotor mit einem Motorgehäuse und mit einem darin angeordneten Stator den elektromotorisch erzeugten Körperschall mittels beidseitig des Stators und konzentrisch zur Motorachse (Motor-/Rotorwelle) angeordneten Entkopplungsringen vom Motorgehäuse zu entkoppeln und dadurch die Geräuschentwicklung des Elektromotors zu reduzieren.
Im Montagezustand liegt der Entkopplungsring lediglich mit dessen dem Stator abgewandten axialen Außenringabschnitt an der Innenwand des Motorgehäuses an, während der Außendurchmesser des dem Stator zugewandten Innenringabschnitts des Entkopplungsrings kleiner oder gleich dem Außendurchmesser des Stators ist. An den Entkopplungsring sind axiale Flügellaschen angeformt, die in korrespondierende Fügekonturen des Stators eingreifen. Hiermit sowie mittels einer an der Außenkante in den Außenringabschnitt eingebrachten Nut oder einem dort angeformten Zapfen, die beziehungsweise der im Montagezustand mit einer gehäuseseitigen Gegenkontur zusammenwirkt, ist der Entkopplungsring statorseitig gehäuseseitig drehlagerfixiert.
Aus der DE 10 2015 001 447 A1 ist ein Entkopplungsring bekannt, welcher an seinem (gehäuseseitigen) Außenringabschnitt eine Anzahl von radial erhabenen und azimutal beabstandeten Anlagenocken zur radialen Lagerung und Halterung des Stators gegenüber dem Motorgehäuse aufweist.
Nachteiligerweise sind für unterschiedliche Topologien der Drehfeldwicklung - beispielsweise bei einer 8-poligen oder 10-poligen Ausführung des Elektromotors - unterschiedliche Entkopplungsringe notwendig, um die Geräuschentwicklung zuverlässig zu unterdrücken. Weiterhin benötigen derartige Entkopplungsringe einen zusätzlichen axialen Bauraum ober- und/oder unterhalb des Stators, wodurch die Baugröße des Elektromotors beziehungsweise des Lenkungsantriebs nachteilig vergrößert wird.
Des Weiteren ist eine Toleranzkette hinsichtlich des radialen Abstandes zwischen dem Außenumfang des Stators und/oder des Entkopplungsrings und dem Innenumfang des Motorgehäuses vorhanden, welche einen wesentlichen Einfluss hinsichtlich der Koaxialität zum Rotor aufweist, und somit die Akustik, Störmomente und das erzeugbare Drehmoment des Antriebs beeinflusst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Stator für einen Elektromotor anzugeben, mit dem eine akustisch verbesserte Kopplung zu einem Motorgehäuse des Elektromotors ermöglicht ist. Des Weiteren soll ein mit einem derartigen Stator versehener Elektromotor mit möglichst weitgehend reduzierter Geräusch- beziehungsweise Körperschallentwicklung angegeben werden.
Hinsichtlich des Stators wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Stator umfasst einStatorjoch mit einer Anzahl von sternförmig angeordneten und radial nach innen gerichteten Statorzähnen. Die Statorzähne sind mit einer mehrphasigen Drehfeldwicklung versehen, wobei jede Phase mindestens eine Spule oder Spulenwicklung (Phasenwicklung) umfasst, die ein erstes und ein zweites Spulenende aufweist, mittels denen die jeweilige Spule elektrisch verbunden ist. Die Spulen sind hierbei insbesondere als Einzelspulen auf jeweils einem Statorzahn angeordnet. Alternativ sind auch Doppel- oder Mehrfachspulen denkbar, deren Spulenwicklung auf zwei oder mehreren Statorzähnen aufgebracht ist.
Der Stator weist beispielsweise einen radial innenseitig offenen Polschuh auf, sodass die Statorzähne von einer zentralen Öffnung des Stators aus bestückbar sind. Die Spulenenden sind im Montagezustand beispielsweise mittels einer stirnseitig aufsetzbaren Kontakteinrichtung zu den (Motor-)Phasen verschaltet oder verschaltbar.
Das Statorjoch und die Statorzähne des Stators können beispielsweise einteilig beziehungsweise einstückig oder auch mehrteilig beziehungsweise mehrstückig ausgebildet sein. In einer möglichen Ausführung weist der Stator beispielsweise ein Statorblechpaket mit einem Statorjoch als eine zylinderförmige äußere Statorkomponente und mit einem separaten Statorstern als eine sternförmige innere Statorkomponente mit einer Anzahl von radial nach außen gerichteten Statorzähnen auf. Das Statorjoch und der Statorstern sind im Füge- oder Montagezustand des Stators beispielsweise kraft- oder reibschlüssig miteinander verpresst. Ebenso denkbar ist beispielsweise eine unsegmentierte Ausgestaltung des Statorjochs und der Statorzähne (Solid-Stator) oder auch eine Ausgestaltung des Statorjochs und der Statorzähne als Pol- oder Panzerkette.
Die Spulen weisen jeweils eine Spulen- beziehungsweise Phasenwicklung auf, welche auf einen isolierenden Spulenträger (Spulenkörper) gewickelt ist. Die Spulenträger sind beispielsweise jeweils auf einem Statorzahn aufgesetzt. Mit anderen Worten sind die die Spulen bildenden Spulenwicklungen jeweils um einen den jeweiligen Statorzahn umgreifenden Spulenträger gewickelt.
Der aus einem isolierenden Material, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial, hergestellte Spulenträger ist beispielsweise ein einteiliger oder mehrteiliger, etwa rechteckiger Rohrabschnitt. Der Spulenträger weist vorzugsweise stirnseitige, dass bedeutet senkrecht zur Zahnlängsrichtung gerichtete, Flanschkragen auf, zwischen denen der vorhandene Wickelraum begrenzt ist. Der Spulenträger verhindert somit ein Heruntergleiten der Drehfeldwicklung von den Zähnen des Stators. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass die Spulenträger zunächst als einzelne Segmente bewickelt werden, und anschließend auf die Statorzähne aufgesetzt werden. Mit anderen Worten sind die Spulen vorzugsweise als einzelne, separate Bauteile ausgeführt. Ebenso denkbar ist es aber auch, dass die Spulenkörper auf die Statorzähne aufgesetzt werden und anschließend mit der Spulenwicklung bewickelt werden.
Ebenso denkbar ist eine Ausführung des Spulenträgers nach Art eines Verlegerings, welcher stirnseitig auf die Statorzähne aufgesetzt wird. In einer derartigen Ausführung sind insbesondere zwei derartige Verlegeringe als Spulenkörper vorgesehen, welche paarweise auf die Stirnseiten des Statorblechpakets aufgesetzt werden. Der oder jeder Verlegering weist hierbei jeweils hülsenartige Aufnahmen für die Statorzähne auf, sodass die Statorzähne durch die Aufnahmen der Verlegeringe im Wesentlichen jeweils von einem isolierenden Spulen- oder Wickelkörper zur Führung der Drehfeldwicklung umgeben sind.
Der oder jeder Spulenkörper ist hierbei mit mindestens einem radial erhabenen Abstandselement versehen, welches dem Außenumfang des Statorjochs beziehungsweise des Statorblechpakets radial übersteht. Dadurch ist ein besonders geeigneter Stator realisiert, welcher eine akustisch verbesserte Kopplung zu einem Motorgehäuse eines den Stator aufweisenden Elektromotors ermöglicht.
Im Montagezustand ist der Stator in einem poltopfartigen Motorgehäuse des Elektromotors angeordnet, wobei die Aufhängung des Stators im Motorgehäuse mittels der radial emporstehenden Abstandselemente erfolgt. Die am Motorgehäuse anliegenden Abstandselemente weisen hierbei eine wesentlich reduzierte Anlagefläche im Vergleich zu dem Außenumfang des Statorblechpakets auf. Dies führt zu einer Reduzierung der Geräuschentwicklung und damit zu einem entsprechend verbesserten akustischen Verhalten des Elektromotors. Die radial erhabenen Abstandselemente stellen somit eine akustische verbesserte Schnittstelle des Stators zum Motorgehäuse dar, insbesondere sind hierdurch schwingungsentkoppelnde oder schwingungsreduzierende Berührungskontakte mit dem Motorgehäuse realisierbar.
In einer möglichen Ausführungsform mit einzelnen, auf einen jeweiligen Statorzahn aufgesetzten Spulenkörpern ist es hierbei beispielsweise denkbar, dass nicht jeder einzelne Spulenkörper mit einem radial emporstehenden Abstandselement versehen ist. So ist es insbesondere möglich oder zweckdienlich, dass lediglich drei umfangsseitig etwa 120° zueinander versetzt angeordnete Spulenkörper ein derartiges Abstandselement aufweisen, sodass eine dreipunktartige Lagerung oder Halterung des Stators im Motorgehäuse realisiert ist. Dadurch ist eine stabile Aufhängung mit gleichzeitig reduzierter Bauteilanzahl realisiert.
Des Weiteren ist durch die Kombination der Abstandselemente mit den Spulenkörpern eine vorteilhafte Funktionsintegration der Statorlagerung in das Isolationselement der Drehfeldwicklung realisiert. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den oder jeden Spulenträger derart anzupassen, so dass er je nach Anwendung neben seiner Hauptfunktion der Isolation und Halterung der Spulenwicklung zusätzlich unterschiedlich ausgeprägte Lagerungsmöglichkeiten bereitstellt. Durch die Abstandselemente werden hierbei sowohl eine positionsgenaue (radiale) Lagerung des Stators im Motorgehäuse, als auch eine Entkopplungsfunktion hinsichtlich des im Betrieb auftretenden Körperschalls ermöglicht. In der Folge werden Anforderungen hinsichtlich radialer Toleranzanforderungen des Stators und/oder Motorgehäuses vorteilhaft reduziert. Des Weiteren wird somit eine vereinheitlicht ausgestaltete Entkopplung und/oder Lagerung von Statoren unterschiedlicher Topologien, das bedeutet unterschiedlicher Anzahl und Verschaltung der Phasen, realisiert, wodurch der Montageprozess derartiger Statoren oder Elektromotoren vereinfacht und somit Herstellungskosten reduziert werden.
Im Folgenden werden mit Bezug auf die zentrale Stator- beziehungsweise Motorachse unter „axial“ in Axialrichtung sowie diesbezüglich unter „radial“ in Radialrichtung und unter „azimutal“ in Umfangsrichtung des Statorblechpakets verstanden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das oder jedes Abstandselement an einem radial außenseitigen Flanschkragen des Spulenkörpers angeordnet. Dadurch ist eine besonders zweckmäßige Anordnung der Abstandselemente realisiert, welche eine einfache und zuverlässige Lagerung des Stators im Motorgehäuse ermöglichen.
In einer denkbaren Ausbildung steht das oder jedes Abstandselement dem Außenumfang des Statorblechpakets im Bereich eines jeweiligen Wickelkopfs der Spule radial über. Dadurch wird der ansonsten nicht genutzte axiale Bauraum („Passivbauraum“) im Bereich der Wickelköpfe zur Lagerung und Halterung des Stators als „Aktivbauraum“ im Motorgehäuse nutzbar. Die dadurch bewirkte Bauraumoptimierung überträgt sich in der Folge vorteilhaft auf die Nutzung des Gesamtbauraums des Elektromotors.
In einer möglichen Ausgestaltung weist der oder jeder Spulenkörper eine nutenartige Aufnahme, insbesondere im Bereich des radial außenseitigen Flanschkragens, auf, in welcher ein Elastomermaterial als Abstandselement angeordnet ist. Das Abstandselement ist hierbei beispielsweise als ein elastischer O-Ring oder als eine Gummileiste ausgebildet. Ebenso denkbar ist es, dass der Spulenkörper und das Abstandselement beispielsweise als ein gemeinsames Bauteil in einem Mehrkomponenten-Spritzguss-Verfahren hergestellt sind. Dadurch ist ein vorteilhaftes Abstandselement realisiert, wobei die Elastizität des Elastomermaterials Schwingungen oder Vibrationen des Stators, also dessen im Betrieb auftretenden Körperschall, gegenüber dem Motorgehäuse besonders zuverlässig dämpft beziehungsweise entkoppelt oder zumindest reduziert.
In einer alternativen Ausgestaltungsform ist das Abstandselement als ein zusätzliches Bauteil aus einem Federstahl-, Metall- oder einem Nichteisenmetallmaterial (Ne-Metall) hergestellt. So ist es beispielsweise denkbar oder zweckdienlich, dass der O-Ring oder das Leistenelement, welches in der Aufnahme einsitzt oder einsetzbar ist, aus einem Ne-Metall hergestellt ist. Dadurch ist eine besonders stabile Halterung oder Aufhängung für den Stator realisiert, wobei das Abstandselement an dem jeweiligen Spulenkörper befestigt oder befestigbar ist. Ebenso denkbar ist es beispielsweise, dass das separate Abstandselement mehrstückig oder mehrteilig ausgebildet ist.
In einer alternativen Weiterbildung ist das oder jedes Abstandselement einstückig, das bedeutet einteilig beziehungsweise monolithisch, an den Spulenkörper, insbesondere an dessen radial außenseitigen Flanschkragen, angeformt. Dadurch ist eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Abstandselements und Spulenkörpers als gemeinsames Bauteil gewährleistet, was sich in der Folge vorteilhaft auf den Montageaufwand und die Montagekosten des Stators beziehungsweise des Elektromotors überträgt.
In einer denkbaren Ausführung ist das oder jedes Abstandselement als halbkugelartige Anlagenocke ausgebildet, welche für eine Presspassung mit dem Motorgehäuse eingerichtet ist. Dadurch ist im Montagezustand des Elektromotors eine besonders stabile Lagerung beziehungsweise Halterung des Stators im Motorgehäuse gewährleistet.
In einer ebenso denkbaren alternativen Ausführung ist das oder jedes Abstandselement als ein biegeelastisch verformbares laschen- oder rippenartiges Federelement ausgebildet, dessen Festende an dem radial außenseitigen Flanschkragen festgelegt ist und dessen Freiende im Montagezustand angefedert am Motorgehäuse anliegt. Dadurch ist einerseits eine dämpfende beziehungsweise schwingungsentkoppelnde Lagerung des Stators im Motorgehäuse realisiert. Andererseits überträgt sich die biegeelastische Ausgestaltung vorteilhaft auf eine Reduzierung der radialen Toleranzanforderungen des Stators und/oder des Motorgehäuses.
In einer möglichen Ausgestaltung ist das oder jedes Federelement quer zur Axialrichtung des Stators, insbesondere azimutal, orientiert. Dadurch ist eine vorteilhafte Lagerung des Stators realisiert. In einer alternativen Ausgestaltungsform ist eine axiale oder längsgerichtete Orientierung der Federelemente denkbar. Dadurch wird die Montage des Stators im Motorgehäuse vereinfacht.
Der erfindungsgemäße Elektromotor ist insbesondere für einen Einsatz in einem Lenkungsantrieb eines Kraftfahrzeugs geeignet und eingerichtet. Hierzu weist der Elektromotor ein poltopfartiges Motorgehäuse auf, in welchem ein Stator sowie ein gegenüber diesem drehbar gelagerter Rotor aufgenommen sind. Der Stator weist hierbei ein insbesondere etwa (hohl-)zylinderförmiges Statorjoch auf, von dem sich innenumfangsseitig ausgehend eine Anzahl von Statorzähnen sternförmig radial einwärts erstrecken. Auf das somit gebildete Statorblechpaket sind im Montagezustand Stator- oder Phasenwicklungen in Form von Spulen als Drehfeldwicklung aufgebracht. Zwischen dem Außenumfang des Statorjochs (Mantelfläche) und dem Innenumfang des Motorgehäuses (Gehäuseinnenwand) ist ein kreisringförmiger Spaltbereich (Ringspalt, Ringraum, Zwischenraum) gebildet.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Stator mittels der Abstandselemente gegenüber dem Motorgehäuse unter Bildung des Ringspaltes gelagert oder aufgehängt. Die den Spaltbereich übergreifenden Abstandselemente reduzieren den von dem Stator auf das Motorgehäuse übertragenen Körperschall und sind beispielsweise dämpfend ausgestaltet, sodass Vibrationen des Stators gegenüber dem Motor- oder Antriebsgehäuse gedämpft und eine damit verbundene Geräuschentwicklung im Betrieb des Elektromotors reduziert oder vollständig verhindert wird. Dadurch ist auf konstruktiv einfache und kostengünstige Art und Weise ein besonders geräuscharmer und laufruhiger Elektromotor realisiert. Des Weiteren ermöglicht die Ausführung der Spulenkörper mit einem den Ringspalt übergreifenden Abstandelementen eine Reduzierung der axialen Dimensionierung des Statorjochs, wodurch der Stator selbst sowie der Elektromotor besonders raumsparend und gewichtsarm ausführbar sind.
Unter einer Dämpfung von Vibrationen und/oder Schwingungen des Stators ist hierbei insbesondere die Dämpfung von radial gerichteten Kräften infolge der im Motorbetrieb auftretenden elektromotorischen Kräfte auf das Statorjoch und dessen dadurch auftretende Verformung zu verstehen.
Durch die Abstandselemente werden somit radiale Kräfte während des Betriebs des Elektromotors gedämpft oder zumindest reduziert. Des Weiteren ist durch die Abstandselemente der Spulenkörper ein Ausgleich hinsichtlich des radialen Spiels im Spaltbereich beziehungsweise Ringspalt realisiert. Dies wirkt sich insbesondere vorteilhaft in Hinblick auf einen Ausgleich bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Stators und des Motorgehäuses aus. Dadurch ist auch bei sich verändernden Betriebs- und/oder Umgebungstemperaturen stets ein möglichst geräuschreduzierter Motorbetrieb des Elektromotors sichergestellt.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 in perspektivischer Darstellung einen Elektromotor eines Kraftfahrzeugs mit einem poltopfartigen Motorgehäuse,
2 in Draufsicht ausschnittsweise einen in dem Motorgehäuse angeordneten Stator, mit auf den Statorzähnen aufgesetzten Spulenkörpern, welche jeweils mindestens ein Abstandselement aufweisen,
3 in Schnittdarstellung mit Blick auf die Schnittebene den Spulenkörper entlang der Line III-III gemäß 2, und
4 bis 7 in schematischer Schnittdarstellung unterschiedliche Ausführungsformen des Abstandselements des Spulenkörpers.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Elektromotor 2 eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für einen elektromotorischen Lenkungsantrieb, mit einem poltopfartigen Motorgehäuse 4. Erkennbar durchsetzt eine in Axialrichtung A verlaufende Motorwelle 6 das Motorgehäuse 4. Auf der Motorwelle 6 ist nicht erkennbar ein Rotor wellenfest angeordnet, welcher rotierbar in einem Stator 8 des Elektromotors 2 gelagert ist.
Der in 2 ausschnittsweise dargestellte Stator 8 weist ein Statorblechpaket 10 mit radial nach innen gerichteten, das bedeutet entlang einer Radialrichtung R orientierten, Statorzähnen (Polkernen) 12 auf. Die Statorzähne 12 sind polschuhseitig, das bedeutet radial innenseitig oder freiendseitig, offen, also nicht miteinander verbunden. Radial außenseitig, das bedeutet an den dem Polschuh abgewandten Zahnenden, sind die Statorzähne 12 an ein ringförmiges, die Statorzähne 12 umgreifendes, Statorjoch 14 des Statorblechpakets 10 angebunden.
Im Montagezustand sind die in 2 nicht sichtbaren Drehfeld- oder Spulenwicklungen um die Statorzähne 12 des Stators 8 gelegt. Die Wicklungen werden als Spulen auf isolierende Wicklungsträger beziehungsweise Spulenkörper 16 gewickelt und mit diesen auf die Statorzähne 12 aufgesetzt. Jeder der rahmenartigen Spulenkörper 16 trägt hierbei im Montagezustand eine (Einzel-)Spule oder Spulenwicklung als Teil der Stator- beziehungsweise Drehfeldwicklung.
Im Montagezustand des Elektromotors 2 erfolgt eine Aufhängung oder Lagerung des Stators 10 innerhalb des Motorgehäuses 4 mittels radial überstehender Abstandselemente 18 der Spulenkörper 16. Die 2 zeigt in Draufsicht ausschnittsweise den mit Spulenkörper 16 bestückten Stator 10 in dem poltopfartigen Motorgehäuse 4 des Elektromotors 2. Der Spulenkörper 16 weist hierbei einen radial innenseitigen Flanschkragen 20 und einen zum Motorgehäuse 4 hin orientierten, radial außenseitigen, Flanschkragen 22 auf. Die Flanschkragen 20 und 22 begrenzen einen dazwischen angeordneten Wickelbereich 24, auf welchem im Montagezustand die Spulenwicklungen einer Spule angeordnet sind. An den Flanschkragen 22 ist jeweils mindestens ein radial erhabenes Abstandselement 18 angeordnet, welches einem Außenumfang 26 des Statorblechpakets 10 beziehungsweise des Statorjochs 14 radial übersteht.
Im Montagezustand des Elektromotors 2 erfolgt vorzugsweise eine Schwingungs- oder Vibrationsentkopplung des gehäuseinternen Stators 8 vom Motorgehäuse 4 über die Abstandselemente 18, in dem die im Montagezustand statorfesten Spulenkörper 16 beziehungsweise Flanschkragen 22 und eine gehäusefesten Innenwand (Gehäuseinnenwand, Innenumfang) 28 mittels eines kreisringförmigen Spaltbereichs oder Ringspalts (Ringraum, Zwischenraum) 30 voneinander getrennt und lediglich über die Abstandselemente 18 miteinander in einem Berührungskontakt sind.
Mit anderen Worten ist zwischen dem Außenumfang (Mantelfläche) 26 des Statorjochs 14 und dem Innenumfang 28 des Motorgehäuses 4 der Ringspalt 30 gebildet. Durch die Abstandselemente 18 der Spulenkörper 16 ist der Stator 8 somit gegenüber dem Motorgehäuse 4 gelagert oder aufgehängt beziehungsweise abgestützt. Im Bereich der Abstandselemente 18 ist in den Außenumfang 26 des Statorjochs 14 jeweils eine axial verlaufende Statornut 32 eingebracht. Das Abstandselement 18 übergreift hierbei sowohl den Spaltbereich oder Ringspalt 30 als auch den durch die Statornut 32 freigestellten Bereich und liegt freiendseitig an der Gehäuseinnenwand 28 des Motorgehäuses 4 an.
Wie in der 3 gezeigt, weist der Spulenkörper 16 hierbei Abstandselemente 18 auf, welche axial oberhalb und unterhalb des Statorblechpakets 10 radial dessen Außenumfang 26 emporstehen. Dies bedeutet, dass die Abstandselemente 18 im Wesentlichen im Bereich eines jeweiligen Wickelkopfes einer aufgebrachten Spule an den Flanschkragen 22 angeordnet sind. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Abstandselemente 18 im Wesentlichen als einstückig angeformte, radiale verlaufende Fortsätze 34 des Flanschkragens 22 ausgebildet.
Nachfolgend sind anhand der 4 bis 7 unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Abstandselemente 18 anhand schematischer Darstellungen näher erläutert.
In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Abstandselemente 16 jeweils durch eine etwa zylindrische Gummileiste 36 gebildet, welche in einer jeweiligen, nutenartigen, Aufnahme 38 des Flanschkragens 22 aufgenommen ist. Die Gummileiste 36 ist aus einem Elastomermaterial gefertigt und entlang ihrer Leistenlängsrichtung entlang des Statorumfangs (Azimuthalrichtung) orientiert. Wie in der Schnittdarstellung der 4 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, ist der Durchmesser der Gummileiste 36 hierbei derart dimensioniert, dass die Gummileiste 36 den Ringspalt 30 übergreift und an der Innenwand 28 des Motorgehäuses 4 zumindest abschnittsweise anliegt. Aufgrund der Elastizität der Gummileiste 36 ist hierbei eine zusätzliche Dämpfung von auftretenden Vibrationen und/oder Schwingungen des Stators 8 in Richtung des Motorgehäuses 4 realisiert. Dadurch ist ein besonders geräuscharmer Betrieb des Elektromotors 2 gewährleistet.
In dem Ausführungsbeispiel der 5 sind die Abstandselemente 18 als halbkugel- oder domartige, radiale, Erhebungen in Form von Anlagenocken 40 ausgebildet. Die Anlagenocken 40 sind hierbei einstückig, also einteilig oder monolithisch, an den Flanschkragen 22 angeformt. Die Anlagenocken 40 sind insbesondere für einen Pressverband mit dem Motorgehäuse 4 eingerichtet, sodass eine besonders sichere Aufhängung oder Lagerung des Stators 8 im Motorgehäuse 4 realisiert ist.
In den 6 und 7 ist ein Ausführungsbeispiel der Abstandselemente 18 in Form von biegeelastisch verformbaren laschen- oder rippenartigen Federelementen 42 dargestellt. Die Federelemente 42 weisen hierbei ein am Flanschkragen 22 festgelegtes Festende 44 und ein abstehendes Freiende 46 auf. Die Freienden 46 der Federelemente 42 liegen hierbei angefedert an der Gehäuseinnenwand 28 des Motorgehäuses 4 an. Dadurch ist einerseits eine dämpfende beziehungsweise schwingungsentkoppelnde Lagerung des Stators 8 im Motorgehäuse 4 realisiert. Des Weiteren überträgt sich die biegeelastische Ausgestaltung vorteilhaft auf eine Reduzierung der radialen Toleranzanforderungen des Stators 8 und/oder des Motorgehäuses 4, wodurch die Montagekosten des Elektromotors 2 reduziert werden.
In der in 6 gezeigten Ausführung sind die Federelemente 42 längs zur Axialrichtung A des Stators 8 beziehungsweise des Elektromotors 2 orientiert. Die Freienden 46 der Federelemente 42 sind hierbei jeweils vom Statorblechpaket 10 weg orientiert. Dadurch wird die Montage des Stators 8 im Motorgehäuse 4 vereinfacht.
Das Ausführungsbeispiel der 7 zeigt eine quer beziehungsweise azimutal gerichtete Anordnung der Federelemente 42. Mit anderen Worten ist die jeweilige Längsrichtung zwischen dem Festende 44 und dem Freiende 46 der Federelemente 42 entlang der Umfangsrichtung des Statorblechpakets 25 orientiert.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Elektromotor
4: Motorgehäuse
6: Motorwelle
8: Stator
10: Statorblechpaket
12: Statorzahn
14: Statorjoch
16: Spulenkörper
18: Abstandselement
20,22: Flanschkragen
24: Wickelbereich
26: Außenumfang/Mantelfläche
28: Innenwand/Gehäuseinnenwand/Innenumfang
30: Ringspalt
32: Statornut
34: Fortsatz
36: Gummileiste
38: Aufnahme
40: Anlagenocke
42: Federelement
44: Festende
46: Freiende
A: Axialrichtung
R: Radialrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009027872 A1 [0007]
DE 102015001447 A1 [0009]

Claims

Stator (8) eines Elektromotors (2) mit einem Statorjoch (14), welches eine Anzahl von radial gerichteten Statorzähnen (12) aufweist und mit einer auf den Statorzähnen (12) angeordneten, mehrere Phasen umfassenden Drehfeldwicklung versehen ist, - wobei jede Phase mindestens eine Spule umfasst, die auf einen isolierenden Spulenkörper (16) aufgebracht und mit diesem auf einen Statorzahn (12) aufgesetzt ist, - wobei der oder jeder Spulenkörper (16) mindestens ein radial erhabenes Abstandselement (18, 34, 36, 40, 42) aufweist, welches dem Außenumfang (26) des Statorjochs (14) radial übersteht.
Stator (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Abstandselement (18, 34, 36, 40, 42) an einem radial außenseitigen Flanschkragen (22) des Spulenkörpers (16) angeordnet ist.
Stator (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Abstandselement (18, 34, 36, 40, 42) dem Außenumfang (26) des Statorjochs (14) im Bereich eines jeweiligen Wickelkopfs der Spule radial übersteht.
Stator (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Abstandselement (18, 36) aus einem Elastomermaterial gefertigt ist und in einer nutenartigen Aufnahme (38) des Spulenkörpers (16), insbesondere des radial außenseitigen Flanschkragens (22), angeordnet ist.
Stator (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Abstandselement (18, 34, 40, 42) einstückig an den Spulenkörper (16), insbesondere an den radial außenseitigen Flanschkragen (22), angeformt ist.
Stator (8) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Abstandselement (18) als halbkugelartige Anlagenocke (40) ausgebildet ist, welche für eine Presspassung mit einem Motorgehäuse (4) eingerichtet ist.
Stator (8) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Abstandselement (18) als ein biegeelastisch verformbares laschen- oder rippenartiges Federelement (42) ausgebildet ist.
Stator (8) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (42) quer zu einer Axialrichtung (A) orientiert ist.
Elektromotor (2), insbesondere für einen Lenkungsantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Motorgehäuse (4) und mit einem darin angeordneten Stator (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Elektromotor (2) nach Anspruch 9, wobei das oder jedes Abstandselement (18, 34, 36, 40, 42) unter Bildung eines Ringspaltes (30) zwischen einem Statorjoch (14) und dem Motorgehäuse (4) an dessen Innenwand (28) anliegt.