WO2009013043A2 - Stator in einem innenläufer-elektromotor - Google Patents

Stator in einem innenläufer-elektromotor Download PDF

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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores

Definitions

  • the invention relates to a stator in one
  • Internal rotor DC motor which comprises a rotor armature rotatably mounted thereon with a permanent magnet in a stator.
  • the stator consists of a plurality of circumferentially uniformly distributed and extending in the radial direction of the carrier teeth, which are held on an outer support ring.
  • On the carrier teeth are wound up to generate a magnetic field energizable coil windings.
  • the carrier teeth For the production of the stator, the carrier teeth must be inserted into recesses, which are introduced on the inside of the stator ring, and are connected to the stator ring.
  • this can be accomplished only with a relatively high cost, since the coils must already be placed on the carrier teeth before the connection with the stator ring and only a relatively small space for the arrangement of the total 12 carrier teeth is available.
  • Task underlying a stator in an internal rotor electric motor specify, which is characterized by a simple structural design and ease of manufacture.
  • the stator according to the invention in an internal rotor electric motor which is used in particular as a servomotor in motor vehicles, has a radially outer stator ring and a plurality of circumferentially distributed and radially inwardly extending support teeth forming pole pieces for receiving energizable coils.
  • the stator ring is composed of a plurality of individual return segments, which in the assembled state form the continuous stator ring. Furthermore, it is provided that the support teeth arranged on the radial inner side of the stator ring have rectilinear side walls in the region of their radially outer end face, which are formed without lateral protrusions.
  • the prefabricated and wound stator is pressed into a motor steel pot, then the usually composed of laminated cores stator is permanently clamped and fixed.
  • Return segments recesses for receiving the carrier teeth introduced. These recesses can completely penetrate the return segments in the radial direction, wherein possibly only a partial penetration in the manner of a blind hole in
  • the recesses simplify the placement of the return segments on the provisionally held support teeth, also a safer and more durable connection between the support teeth and the return segments is achieved, which is also able to absorb higher forces.
  • one recoil segment is assigned at least two carrier teeth. From an ergonomic point of view, fewer assembly steps are required than with a smaller denomination of the return segments. In addition, the stability of the stator is improved by the larger return segments.
  • both opposite circumferential end portions each have a radially recessed - A -
  • the support teeth in the region of their radially inner end face have at least one, but advantageously two projecting in opposite circumferential directions projections that secure the attached coils against slipping radially inward.
  • the radial projections of adjacent carrier teeth can touch one another, so that a continuous, the armature shaft enclosing inner ring is formed.
  • constructive stops may be provided which limit the radial insertion of the return segments on the carrier teeth to reach the final mounting position.
  • Fig. 1 is a plan view of a stator in one
  • Internal rotor electric motor comprising a plurality of radially arranged carrier teeth for receiving a coil and a carrier teeth holding, radially outer stator ring, which is composed of individual return segments, 2 is a view of the stator with a flat development of the return segments and a side view of the same,
  • FIG. 3 shows the carrier teeth of the stator, which are placed on a holding tool according to their later arrangement during a first assembly step
  • FIG. 4 is a side view of another assembly step in which a return segment is approximated radially to the support teeth on the holding tool
  • Fig. 5 is a representation corresponding to Fig. 4, but with the return segment in its final position, in which protrude the frontal portions of the support teeth in corresponding recesses in the return segment.
  • the stator 1 shown in FIG. 1 is part of an EC internal rotor electric motor (electronically commutated motor), which is used in particular as a servomotor in motor vehicles, for example in steering power steering systems (Electric Power Steering EPS).
  • the stator has an outer stator ring 2 and inner, extending in the radial direction of the carrier teeth 3, which are each carrier of a current-supply coil 4.
  • the carrier teeth 3 are fixedly connected to the stator ring 2 and are held by this.
  • Each support tooth 3 has in the region of its radially inner end face two laterally projecting in the circumferential direction projections 5, wherein the extensions 5 adjacent support teeth touch and thus form an inner ring which encloses the armature shaft receiving the interior.
  • the stator ring 2 is constructed from individual part-circular return segments 6, which are assembled to form the continuous, uninterrupted ring.
  • two carrier teeth 3 is associated with a return segment 6.
  • recesses 7 are introduced into the return segments 7, which serve to receive the radially outer, front-side sections 3a of the support teeth 3.
  • Such recesses 7 are located in the middle - in
  • the return segments 6 each have a plurality of recesses 7, in each of which an associated frontal section 3a of a support tooth 3 projects.
  • the carrier teeth 3 are held on a base body 8, which is formed integrally with the carrier teeth and over which the frontal portions 3a of the carrier teeth rise.
  • a step 9 can be formed on the return segment 6, which limits the radial insertion of the return segment onto the carrier tooth.
  • the axially standing in a row support teeth 3 including the associated base body 8 may each be formed as individual sheets, which are combined to form a laminated stator core.
  • FIGS. 3 to 5 show various assembly steps for producing the stator.
  • the carrier teeth 3 are initially provisionally applied to a holding tool 10 placed, according to their later position within the stator ring.
  • the holding tool 10 has for this purpose the same inner diameter as the later stator for receiving the armature shaft.
  • each support tooth 3 is formed smooth and straight, which facilitates the placement of the coils on the support tooth. If necessary, it may be sufficient to provide a slight lateral projection in the region of the free end face of each carrier tooth in order to achieve a provisional securing of the attached coils. Optionally, however, it is also expedient that the carrier teeth taper radially from the inside to the outside in cross-section, whereby an even easier plugging of the coils is achieved.
  • the individual return segments 6 are placed radially from outside to inside on the support teeth 3 after placing the coils on the respective associated carrier tooth 3, such that the radially outer, front-side portion 3a in engagement the respective associated recess 7 in the return segment 6 passes.
  • the final position of a return segment 6 is shown in FIG.

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Abstract

Ein Stator in einem Innenläufer-Elektromotor weist einen radial außen liegenden Statorring und mehrere über den Umfang verteilte und sich radial nach innen erstreckende Trägerzähne zur Aufnahme bestrombarer Spulen auf. Der Statorring ist aus einer Mehrzahl einzelner Rückschlusssegmente zusammengesetzt, die im zusammengesetzten Zustand den durchgehenden Statorring bilden.

Description

Beschreibung
Titel
Stator in einem Innenläufer-Elektromotor
Die Erfindung bezieht sich auf einen Stator in einem
Innenläufer-Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der US 2006/0091759 Al wird ein permanenterregter
Innenläufer-Gleichstrommotor beschrieben, der eine rotierend gelagerte Ankerwelle mit einem darauf angeordneten Permanentmagneten in einem Stator umfasst. Der Stator besteht aus einer Mehrzahl über den Umfang gleichmäßig verteilter und sich in Radialrichtung erstreckender Trägerzähne, die an einem außen liegenden Stützring gehalten sind. Auf die Trägerzähne sind zur Erzeugung eines Magnetfeldes bestrombare Spulenwicklungen aufgesetzt. Zur Fertigung des Stators müssen die Trägerzähne in Ausnehmungen eingesetzt werden, die an der Innenseite des Statorringes eingebracht sind, und mit dem Statorring verbunden werden. Dies ist jedoch nur mit einem verhältnismäßig hohen Aufwand zu bewerkstelligen, da die Spulen vor der Verbindung mit dem Statorring bereits auf die Trägerzähne aufgesetzt sein müssen und nur ein verhältnismäßig geringer Bauraum für die Anordnung der insgesamt 12 Trägerzähne zur Verfügung steht.
Offenbarung der Erfindung
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, einen Stator in einem Innenläufer-Elektromotor anzugeben, der sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau und einfache Herstellbarkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Der erfindungsgemäße Stator in einem Innenläufer-Elektromotor, der insbesondere als Stellmotor in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, weist einen radial außen liegenden Statorring auf und mehrere über den Umfang verteilte und sich radial nach innen erstreckende Trägerzähne, die Polschuhe zur Aufnahme bestrombarer Spulen bilden. Der Statorring ist aus einer Mehrzahl einzelner Rückschlusssegmente zusammengesetzt, die im zusammengesetzten Zustand den durchgehenden Statorring bilden. Des Weiteren ist vorgesehen, dass die auf der radialen Innenseite des Statorringes angeordneten Trägerzähne im Bereich ihrer radial außen liegenden Stirnseite geradlinige Seitenwandungen aufweisen, die ohne seitliche Auskragungen ausgebildet sind.
Diese einfache konstruktive Ausführung vereinfacht die Montage des Stators erheblich. So ist es insbesondere möglich, bei der Montage die Trägerzähne in einem ersten Schritt zunächst ihrer späteren Anordnung im Stator entsprechend auf ein Haltewerkzeug aufzusetzen, die Spulen auf die Trägerzähne aufzuschieben und anschließend die einzelnen Rückschlusssegmente radial von außen nach innen auf die Trägerzähne aufzuschieben und mit diesen zu verbinden. Das Aufschieben der Spulen auf die Trägerzähne erfolgt vorteilhafterweise radial von außen nach innen, was durch geradlinige Wandungen der Trägerzähne oder durch eine sich radial von innen nach außen verjüngende Querschnittsform unterstützt wird. Nach dem Aufsetzen der Rückschlusssegmente sind die Spulen gesichert und befinden sich in ihrer endgültigen Position im Stator. Die Segmentierung des Stators ermöglicht das Aufsetzen der einzelnen Rückschlusssegmente auf die provisorisch in ihrer Montageposition gehaltenen Trägerzähne einschließlich der darauf angeordneten Spulen.
Zur Qualitätsverbesserung kann es vorteilhaft sein, die Außenseite des Stators nach dem Aufsetzen auf die Trägerzähne zu walzen, wodurch eine exakte Rundform des Statorringes erreicht wird und außerdem Spannungen gelöst werden. Gegebenenfalls werden am Außendurchmesser zur weiteren Sicherung der Verbindungen zwischen den Trägerzähnen und den Rückschlusssegmenten auch Laserschweißpunkte gesetzt.
Anschließend wird der vorgefertigte und bewickelte Stator in einen Motor-Stahltopf eingepresst, daraufhin ist der üblicherweise aus Blechpaketen zusammengesetzte Stator dauerhaft verspannt und fixiert.
Gemäß vorteilhafter Weiterbildung sind in die
Rückschlusssegmente Ausnehmungen zur Aufnahme der Trägerzähne eingebracht. Diese Ausnehmungen können die Rückschlusssegmente in Radialrichtung vollständig durchdringen, wobei ggf. auch nur ein teilweises Durchdringen nach Art einer Sacklochbohrung in
Betracht kommt. Die Ausnehmungen vereinfachen das Aufsetzen der Rückschlusssegmente auf die provisorisch gehaltenen Trägerzähne, außerdem wird eine sicherere und dauerhaftere Verbindung zwischen den Trägerzähnen und den Rückschlusssegmenten erreicht, die auch in der Lage ist, höhere Kräfte aufzunehmen.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn jeweils ein Rückschusssegment mindestens zwei Trägerzähnen zugeordnet ist. Unter ergonomischen Gesichtspunkten sind hierbei weniger Montageschritte erforderlich als bei einer kleineren Stückelung der Rückschlusssegmente. Außerdem wird durch die größeren Rückschlusssegmente die Stabilität des Stators verbessert.
In weiterer vorteilhafter Ausführung ist vorgesehen, dass mindestens ein umfangsseitiger Endabschnitt der
Rückschlusssegmente, zweckmäßig aber beide gegenüberliegenden umfangsseitigen Endabschnitte jeweils eine radial zurückgesetzte - A -
Stufe aufweisen, so dass das Rückschlusssegment im Zwischenraum zwischen benachbarten Trägerzähnen eine größere Dicke aufweist.
Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass die Trägerzähne im Bereich ihrer radial innen liegenden Stirnseite mindestens einen, vorteilhafterweise aber zwei in entgegengesetzte Umfangsrichtungen auskragende Fortsätze aufweisen, die die aufgesetzten Spulen gegen ein Abrutschen radial nach innen sichern. Die radialen Auskragungen benachbarter Trägerzähne können einander berühren, so dass ein durchgehender, die Ankerwelle umschließender Innenring gebildet ist.
Um die Montage zu erleichtern, kann es zweckmäßig sein, korrespondierende Rastglieder an den Trägerzähnen und den Rückschlusssegmenten vorzusehen, die beim Aufschieben der
Rückschlusssegmente auf die Trägerzähne ineinander verrasten. Des Weiteren können konstruktive Anschläge vorgesehen sein, die das radiale Einschieben der Rückschlusssegmente auf die Trägerzähne zum Erreichen der endgültigen Montageposition begrenzen.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung ist neben der vereinfachten Montage in der kompakten Bauweise zu sehen. Es können vorgefertigte Einzelspulen auf Trägerzähne aufgesteckt werden, wodurch ein sehr hoher Kupferfüllfaktor erzielt werden kann .
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Stator in einem
Innenläufer-Elektromotor, bestehend aus einer Mehrzahl radial angeordneter Trägerzähne zur Aufnahme einer Spule und einem die Trägerzähne haltenden, radial außen liegenden Statorring, der aus einzelnen Rückschlusssegmenten zusammengesetzt ist, Fig. 2 eine Ansicht des Stators mit ebener Abwicklung der Rückschlusssegmente und einer Seitenansicht derselben,
Fig. 3 die Trägerzähne des Stators, die während eines ersten Montageschrittes ihrer späteren Anordnung entsprechend auf einem Haltewerkzeug aufgesetzt sind,
Fig. 4 in Seitenansicht ein weiterer Montageschritt, bei dem ein Rückschlusssegment radial an die Trägerzähne auf dem Haltewerkzeug angenähert wird,
Fig. 5 eine Fig. 4 entsprechende Darstellung, jedoch mit dem Rückschlusssegment in seiner endgültigen Position, in der die stirnseitigen Abschnitte der Trägerzähne in korrespondierende Ausnehmungen im Rückschlusssegment einragen .
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen .
Der in Fig. 1 dargestellte Stator 1 ist Bestandteil eines EC- Innenläufer-Elektromotors (elektronisch kommutierter Motor) , der insbesondere als Stellmotor in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, beispielsweise in Lenksystemen zur Lenkkraftunterstützung (Electric Power Steering EPS) . Der Stator weist einen außen liegenden Statorring 2 sowie innen liegende, sich in Radialrichtung erstreckende Trägerzähne 3 auf, die jeweils Träger einer bestrombaren Spule 4 sind. Die Trägerzähne 3 sind fest mit dem Statorring 2 verbunden und werden von diesem gehalten. Jeder Trägerzahn 3 weist im Bereich seiner radial innen liegenden Stirnseite zwei seitlich in Umfangsrichtung auskragende Fortsätze 5 auf, wobei sich die Fortsätze 5 benachbarter Trägerzähne berühren und somit einen Innenring bilden, der den die Ankerwelle aufnehmenden Innenraum umschließt . Wie Fig. 1 und insbesondere Fig. 2 zu entnehmen, ist der Statorring 2 aus einzelnen teilkreisförmigen Rückschlusssegmenten 6 aufgebaut, die zu dem durchgehenden, unterbrechungsfreien Ring zusammengesetzt werden. Jeweils zwei Trägerzähnen 3 ist ein Rückschlusssegment 6 zugeordnet. Zur Verbindung sind Ausnehmungen 7 in die Rückschlusssegmente 7 eingebracht, die zur Aufnahme der radial außen liegenden, stirnseitigen Abschnitte 3a der Trägerzähne 3 dienen. Derartige Ausnehmungen 7 befinden sich jeweils in der Mitte - in
Umfangsrichtung gesehen - jedes Rückschlusssegmentes 6 sowie an den beiden gegenüberliegenden Endseiten des
Rückschlusssegmentes, wobei die Ausnehmungen 7 an den Endseiten jeweils nur zur Hälfte ausgebildet sind und im zusammengesetzten Zustand mit den korrespondierenden Ausnehmungen des benachbarten Rückschlusssegmentes zu einer kompletten Ausnehmung zusammengesetzt werden.
In Achsrichtung gesehen weisen die Rückschlusssegmente 6 jeweils mehrere Ausnehmungen 7 auf, in die jeweils ein zugeordneter stirnseitiger Abschnitt 3a eines Trägerzahnes 3 einragt. Die Trägerzähne 3 sind hierfür an einem Basiskörper 8 gehalten, der einteilig mit den Trägerzähnen ausgebildet ist und über den sich die stirnseitigen Abschnitte 3a der Trägerzähne erheben.
Im Bereich jeder Ausnehmung 7 kann jeweils eine Stufe 9 am Rückschlusssegment 6 ausgebildet sein, die den radialen Einschub des Rückschlusssegments auf den Trägerzahn begrenzt.
Die axial in einer Reihe stehenden Trägerzähne 3 einschließlich des zugehörigen Basiskörpers 8 können jeweils als Einzelbleche ausgebildet sein, die zu einem Statorblechpaket zusammengefasst sind.
In den Figuren 3 bis 5 sind verschiedene Montageschritte zur Herstellung des Stators dargestellt. Gemäß Fig. 3 werden die Trägerzähne 3 zunächst auf ein Haltewerkzeug 10 provisorisch aufgesetzt, und zwar entsprechend ihrer späteren Position innerhalb des Statorringes. Das Haltewerkzeug 10 weist zu diesem Zweck den gleichen Innendurchmesser auf wie der spätere Stator zur Aufnahme der Ankerwelle.
Wie Fig. 3 weiter zu entnehmen, sind die Seitenwandungen 11 und 12 jedes Trägerzahnes 3 glatt und geradlinig gebildet, was das Aufsetzen der Spulen auf den Trägerzahn erleichtert. Es kann ggf. ausreichend sein, im Bereich der freien Stirnseite jedes Trägerzahnes eine geringfügige seitliche Auskragung vorzusehen, um eine vorläufige Sicherung der aufgesetzten Spulen zu erreichen. Gegebenenfalls ist es aber auch zweckmäßig, dass sich die Trägerzähne radial von innen nach außen im Querschnitt verjüngen, wodurch ein noch einfacheres Aufstecken der Spulen erreicht wird.
Wie den Figuren 4 und 5 zu entnehmen, werden nach dem Aufsetzen der Spulen auf den jeweils zugeordneten Trägerzahn 3 die einzelnen Rückschlusssegmente 6 radial von außen nach innen auf die Trägerzähne 3 aufgesetzt, derart, dass der radial außen liegende, stirnseitige Abschnitt 3a in Eingriff mit der jeweils zugeordneten Ausnehmung 7 im Rückschlusssegment 6 gelangt. Die endgültige Position eines Rückschlusssegments 6 ist in Fig. 5 dargestellt. Zur Vereinfachung der Montage kann es hierbei zweckmäßig sein, an den Trägerzähnen und dem Rückschlusssegment miteinander korrespondierende Rastglieder vorzusehen, die in eine Raststellung gelangen, wenn das Rückschlusssegment 6 an die Trägerzähne 3 angenähert wird.

Claims

Ansprüche
1. Stator in einem Innenläufer-Elektromotor, insbesondere in einem Stellmotor in Kraftfahrzeugen, mit einem radial außenliegenden Statorring (2) und mehreren über den Umfang verteilten und sich radial nach innen erstreckenden Trägerzähnen (3) zur Aufnahme bestrombarer Spulen (4) , dadurch gekennzeichnet, dass der Statorring (2) aus einer Mehrzahl einzelner Rückschlusssegmente (6) zusammengesetzt ist, die im zusammengesetzten Zustand den durchgehenden Statorring (2) bilden.
2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerzähne (3) im Bereich ihrer radial außenliegenden Stirnseite Seitenwandungen (11, 12) ohne seitliche Auskragungen aufweisen.
3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rückschlusssegmente (6) Ausnehmungen (7) zur Aufnahme des stirnseitigen Abschnitts (3a) der Trägerzähne (3) eingebracht sind.
4. Stator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (7) in Radialrichtung die Rückschlusssegmente (6) vollständig durchdringen .
5. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein umfangsseitiger Endabschnitt der Rückschlusssegmente (6) eine radial zurückgesetzte Stufe (9) aufweist.
6. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Rückschlusssegment (6) zwei Trägerzähnen (3) zugeordnet ist.
7. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerzähne (3) im Bereich ihrer radial innenliegenden Stirnseite mindestens einen in Umfangsrichtung auskragenden Fortsatz (5) aufweisen.
8. Stator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die auskragenden Fortsätze (5) in Kontakt mit den benachbarten Trägerzähnen (3) stehen.
9. Stator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerzähne (3) jeweils zwei in entgegengesetzte Richtungen auskragende Fortsätze (5) aufweisen.
10. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass korrespondierende Rastglieder an den Trägerzähnen (3) und den Rückschlusssegmenten (6) vorgesehen sind.
11. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerzähne (3) aus einem Statorblechpaket gebildet sind.
12. Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerzähne (3) ihrer späteren Anordnung im Stator (1) entsprechend auf ein Haltewerkzeug (10) aufgesetzt werden, anschließend die einzelnen Rückschlusssegmente (6) radial von außen nach innen auf die Trägerzähne (3) aufgeschoben und mit diesen verbunden werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite des Stators (1) nach dem Aufsetzen auf die Trägerzähne (3) gewalzt wird.
14. Innenläufer-Elektromotor zur Lenkkraftunterstützung in Lenksystemen in Kraftfahrzeugen mit einem Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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