Die Erfindung betrifft einen Stator für einen Elektromotor, insbesondere für einen Außenläufermotor. Außerdem betrifft die Erfindung einen Elektromotor, insbesondere einen Außenläufermotor, umfassend einen solchen Stator.

Elektromotoren, die als Außenläufer-Gleichstrommotoren ausgebildet sind, weisen radial abstehende Anker auf. Aufgrund dieser Bauweise derartiger Gleichstrommotoren als Außenläufer können im Betrieb des Elektromotors Schwingungen im Stator auftreten, die in hörbare hohe Frequenzen resultieren.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, derartige Statoren zu vergießen, um das Schwingen der Anker zu reduzieren. Diese Methode stellt hohe Anforderungen an die Prozesssicherheit, ist kostenintensiv und, je nach Ausbildung des Elektromotors, gar nicht durchführbar. Zudem lässt sich der Elektromotor nach dem Vergießen nicht mehr demontieren, beispielsweise für eventuelle Instandhaltungsmaßnahmen, insbesondere Reparaturen.

Aus der EP 1 298 772 B1 ist ein Außenläufermotor mit einem Stator und einem den Stator umschließenden Rotor bekannt. Mit einem zentrisch angeordneten Grundkörper des Stators ist ein Lagertragrohr zur Befestigung eines Motorflansches verbunden, das in seinem Inneren eine Welle des Rotors aufnimmt. Der zentrische Grundkörper des Stators und das Lagertragrohr sind einstückig ausgebildet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Stator für einen Elektromotor, insbesondere für einen Außenläufermotor, weiterzuentwickeln, insbesondere eine Schwingungsanfälligkeit von Ankern des Stators zu reduzieren. Die Aufgabe wird gelöst durch einen Stator mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie durch einen Elektromotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren. Ein erfindungsgemäßer Stator für einen Elektromotor, insbesondere für einen Außenläufermotor, umfasst eine Statoreinheit, aufweisend ein wenigstens teilweise von einem Isolator ummanteltes Blechpaket, sowie einen Statorträger, wobei der Isolator einen Grundkörper aufweist, von dem im Wesentlichen radial nach außen gerichtete Wicklungsträger ausgehen, wobei an wenigstens einem der Wicklungsträger ein keilförmiges Verbindungselement angeformt ist, das im montierten Zustand des Stators in eine am Statorträger angeformte, komplementär zum Verbindungselement ausgebildete, keilförmige Aussparung eingreift, so dass zwischen dem jeweiligen Verbindungselement und dem Statorträger ein Presssitz vorliegt. Mit anderen Worten wird, wenn die Statoreinheit am Statorträger montiert ist, bezogen auf eine Längsachse des Stators bzw. eine Rotationsachse des Elektromotors ein Reibschluss zwischen dem Isolator und dem Statorträger erzeugt, der die Statoreinheit axial am Statorträger sichert. Gleichzeitig wird ein Formschluss zwischen dem Isolator und dem Statorträger erzeugt, der die Statoreinheit in Umfangsrichtung, also in rotatorischer bzw. tangentialer Richtung, am Statorträger sichert. Durch das jeweilige elastisch vorgespannte, komprimierbare Verbindungselement wird außerdem eine Dämpfung der auftretenden Schwingungen der Wicklungsträger erzielt.

Die Statoreinheit ist derart aufgebaut, dass das Blechpaket von dem Material des Isolators ummantelt ist. Bevorzugt ist der Isolator aus Kunststoff ausgebildet, sodass das Blechpaket beispielsweise umspritzt sein kann. Um den Isolator, insbesondere um die Wicklungsträger des Isolators, sind die Windungen einer Wicklung gewickelt, die mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden ist. Unter einem Wicklungsträger ist ein Anker des Stators bzw. der Statoreinheit zu verstehen, der von einem hülsenförmigen Abschnitt der Statoreinheit, insbesondere vom Isolator und vom Blechpaket, im Wesentlichen in radialer Richtung absteht.

Der Statorträger umfasst neben dem radialen Abschnitt einen einteilig damit verbunden axialen Abschnitt, auf den die Statoreinheit bei der Montage aufgefädelt wird. Während der Montage wird die Statoreinheit auf den axialen Abschnitt des Statorträgers aufgeschoben, und, je nach Anforderung, verpresst, verschraubt und/oder anderweitig daran fixiert. Gleichzeitig wird das jeweilige Verbindungselement in die dazugehörige Aussparung axial eingepresst, wobei die Form und Abmessungen des Verbindungselements und der Aussparung derart gewählt sind, dass ein fester Presssitz zwischen dem Isolator und dem Statorträger erzeugt wird.

Durch den Reibschluss zwischen dem jeweiligen Verbindungselement und dem Statorträger wird der jeweilige Wicklungsträger am Statorträger vorgespannt und gedämpft. Mithin wird durch zusätzliche Kopplung bzw. Abstützung der Wicklungsträger am Statorträger ein Schwingen und damit einhergehende störende Geräusche verhindert. Zudem wird eine weitere Verbindungsstelle zum Statorträger hergestellt, ohne die Bauweise und das Herstellungsverfahren des Elektromotors bzw. der elektrischen Maschine zu beeinflussen.

Das jeweilige keilförmige Verbindungselement ist komprimierbar bzw. elastisch verformbar ausgebildet, um ein Einpressen in die dazugehörige Aussparung zur Erzeugung des Presssitzes mit damit einhergehender Verformung des Verbindungselements zu ermöglichen.

Das jeweilige Verbindungselement weist ausgehend vom Isolator spitz zusammenlaufende Schenkel auf. Vorzugsweise besteht das jeweilige Verbindungselement aus zwei Schenkeln, die sich ausgehend vom Wicklungsträger des Isolators separat erstrecken und derart aufeinander zu erstrecken, dass sie sich an der Spitze des jeweiligen Verbindungselements treffen. Anders gesagt ist das jeweilige Verbindungselement als spitz zulaufender Keil ausgebildet. Bedingt durch den Werkstoff des Isolators, vorzugsweise Kunststoff, ist das jeweilige Verbindungselement gezielt in seiner Komprimierbarkeit in tangentialer Richtung auf die auftretenden Kräfte und/oder Vibrationen abstimmbar.

Das jeweilige Verbindungselement weist in der Draufsicht eine im Wesentlichen Dreiecksform auf, wobei zwischen den Schenkeln ein Freiraum ausgebildet ist, um die Verformung des jeweiligen Verbindungselements bei der Herstellung des Presssitzes zu ermöglichen. In diesem Sinn sind die Schenkel des jeweiligen Verbindungselements in tangentialer Richtung der Statoreinheit elastisch verformbar. Bei der Montage des Stators wird die Statoreinheit mit einer definierten axialen Kraft in Richtung des Statorträgers geschoben, wobei das jeweilige Verbindungselement durch Einpressen in die dazugehörige Aussparung in tangentialer Richtung komprimiert, indem die Schenkel des jeweiligen Verbindungselements elastisch verformt werden und sich dabei aufeinander zu gedrückt werden. Mit anderen Worten weist die Aussparung in Umfangsrichtung des Stators eine geringere Breite auf als das jeweilige Verbindungselement in dessen Ausgangszustand, sodass das Verbindungselement während des Fügens in die genannte Verformung gezwungen wird.

Nach einem Ausführungsbeispiel ist die jeweilige keilförmige Aussparung an einem axialen Vorsprung an einem radialen Abschnitt des Statorträgers ausgebildet.

Dadurch weist der Statorträger, insbesondere der radiale Abschnitt des Statorträgers, weiterhin die nötige Stabilität auf bzw. wird im Umkehrschluss nicht punktuell geschwächt. Der Vorsprung weist mit der keilförmigen Aussparung in der Ansicht eine V-Form auf. Bei einer entsprechenden Größe des Statorträgers oder wenn nicht genügend Bauraum zur Verfügung steht, ist es alternativ möglich, die jeweilige keilförmige Aussparung direkt am radialen Abschnitt auszubilden. Die jeweilige Aussparung kann bei der Herstellung des Statorträgers durch Druckguss direkt mit entformt werden und benötigt vorteilhafterweise keine spanende Nachbearbeitung, was kostenneutral für die Herstellung des Elektromotors ist.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Statoreinheit im montierten Zustand des Stators axial an einem Endanschlag des Statorträgers zur Anlage kommt. Bei der Montage des Stators wird die Statoreinheit mit einer definierten axialen Kraft gegen den Endanschlag am Statorträger geschoben, wodurch bevorzugt ein erster Presssitz erzeugt wird. Gleichzeitig schiebt sich das jeweilige komprimierbare Verbindungselement in die dazugehörige keilförmige Aussparung und komprimiert sich in tangentialer Richtung.

Ein Vorteil des jeweiligen Verbindungselements ist ferner, dass es den Isolator nicht wesentlich vergrößert, sodass die Wicklung des Stators in Serienfertigung unbeeinflusst stattfinden kann, was sich kostenneutral auf die Fertigung des Elektromotors auswirkt. Zudem sind keine neuartigen Maschinen oder Anpassungen an bereits vor- handenen oder bekannten Maschinen erforderlich, um die einzelnen Bauteile zu fertigen. Die Komplexität der Werkzeuge zur Herstellung, insbesondere zum Entformen des Isolators, bleibt unverändert.

Vorzugsweise ist an mehreren, bevorzugt allen Wicklungsträgern des Isolators jeweils ein keilförmiges Verbindungselement angeformt, das im montierten Zustand des Stators in eine dazugehörige keilförmige Aussparung am Statorträger eingreift. Je höher die Anzahl der Presssitze zwischen Isolator und Statorträger, desto genauer können die Dämpfungseigenschaften eingestellt werden und desto gleichmäßiger ist die Abstützung und Vorspannung der Statoreinheit am Statorträger, und umgekehrt.

Je ein Verbindungselement und eine dazugehörige Aussparung bilden eine Keilpaarung. Die Anzahl und Platzierung der Keilpaarungen können je nach Anwendung variiert werden. Dies ermöglicht ein besseres Abstimmen an die Auftretenden Kräfte als auch die Flexibilität, weiteren Komponenten wie z.B. Hall-Sensoren Platz zu gewähren.

Der erfindungsgemäße Stator eignet sich zum Einsatz in einem Elektromotor bzw. einer elektrischen Maschine. In diesem Sinn umfasst ein erfindungsgemäßer Elektromotor einen Stator gemäß den vorherigen Ausführungen, wobei der Stator gehäusefest und räumlich innerhalb eines drehbar dazu angeordneten Rotors angeordnet ist.

Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stators gelten sinngemäß ebenfalls für den erfindungsgemäßen Elektromotor, und umgekehrt.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine stark schematische Teillängsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Elektromotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, Fig. 2 eine schematische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Stators des erfindungsgemäßen Elektromotors nach Fig. 1 , insbesondere zur Veranschaulichung einer Montagereihenfolge,

Fig. 3 eine schematische Explosionsdarstellung einer Statoreinheit des erfindungsgemäßen Stators nach Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Perspektivdarstellung eines Isolators der Statoreinheit nach Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Teilperspektivdarstellung des Isolators nach Fig. 4,

Fig. 6 eine schematische Perspektivdarstellung eines Statorträgers des erfindungsgemäßen Stators nach Fig. 1 und Fig. 2, und

Fig. 7 eine schematische Teilperspektivdarstellung des Statorträgers nach Fig. 6.

Fig. 1 zeigt stark schematisch einen erfindungsgemäßen Elektromotor 2 als Außenläufermotor, umfassend einen Rotor 5, der räumlich außerhalb eines erfindungsgemäßen Stators 1 um eine Längsachse L herum drehbar angeordnet ist. Der Stator 1 ist - in hier nicht gezeigter Weise - gehäusefest und damit drehfest angeordnet.

Der Aufbau des Stators 1 wird anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Der Stator 1 umfasst, wie insbesondere in Fig. 2 gezeigt ist, eine Statoreinheit 3 und einen Statorträger 4. Gemäß Fig. 2 soll ein Verfahren zur Montage des Stators 1 veranschaulicht werden. Die Statoreinheit 3 wird auf einen axialen Abschnitt 4b des Statorträgers 4 aufgepresst, wobei zwischen der Statoreinheit 3 und dem axialen Abschnitt 4b des Statorträgers 4 bereits ein Formschluss erzielt wird. Dabei kommt die Statoreinheit 3 im montierten Zustand des Stators 1 axial an einem Endanschlag 10 des Statorträgers 4 zur Anlage. Der Endanschlag 10 ist am axialen Abschnitt 4b des Statorträgers 4 ausgebildet. Die Statoreinheit 3 ist aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt, wobei Fig. 2 die Statoreinheit 3 im montierten Zustand zeigt. Gemäß Fig. 3 weist die Statoreinheit 3 ein teilweise von einem aus Kunststoff ausgebildeten Isolator 6 ummanteltes Blechpaket 7 auf, wobei der Isolator 6 einen hülsenförmigen Grundkörper 6a und davon sich im Wesentlichen radial nach außen erstreckende Wicklungsträger 6b umfasst. Insbesondere die Wicklungsträger 6b sind von einer Wicklung 11 umwickelt, die separiert auf der linken Seite der Fig. 3 zu sehen ist. Vorliegend weist die Statoreinheit 3 zwölf Wicklungsträger 6b auf.

Fig. 4 zeigt den Isolator 6 von einer im Gegensatz zu Fig. 3 anderen Perspektive, wobei deutlich zu sehen ist, dass radial außen an acht benachbarten Wicklungsträgern 6b jeweils ein keilförmiges Verbindungselement 8 angeformt ist, das dazu ausgebildet ist, im montierten Zustand des Stators 1 in eine am Statorträger 4 angeformte, komplementär zum Verbindungselement 8 ausgebildete, keilförmige Aussparung 9 einzugreifen, um die Statoreinheit 3 sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung zu sichern. Demnach weisen die verbleibenden vier benachbarten Wicklungsträger 6b kein Verbindungselement 8 auf. Mithin wird ein Presssitz zwischen dem jeweiligen Verbindungselement 8 und dem Statorträger 4 erzeugt. Die axiale Sicherung wird durch einen Reibschluss zwischen dem am jeweiligen Wicklungsträger 6b angeformten Verbindungselement 8 und dem Statorträger 4, an dem die Aussparung 9 ausgebildet ist, erzielt, während die tangentiale Sicherung einen Formschluss zwischen dem jeweiligen Verbindungselement 8 und dem Statorträger 4 erzielt wird, so dass jeder Wicklungsträger 6b im Betrieb des Elektromotors 2 vor ungewollten Schwingungen geschützt ist.

In Fig. 5 ist eines der Verbindungselemente 8 exemplarisch gezeigt, wobei alle Verbindungselemente 8 identisch ausgebildet und einteilig mit dem jeweiligen Wicklungsträger 6b des Isolators 6 verbunden sind. Anders gesagt ist der Isolator 6 zusammen mit den Verbindungselementen 8 in einem Schritt hergestellt, insbesondere gegossen, bevorzugt spritzgegossen. Das Verbindungselement 8 weist ausgehend vom jeweiligen Wicklungsträger 6b des Isolators 6 spitz zusammenlaufende Schenkel 8a, 8b auf, die sich an der Spitze des Verbindungselements 8 treffen. Die Spitze kann beliebig ausgebildet sein. Vorliegend ist die Spitze abgerundet dargestellt. Die Schenkel 8a, 8b des jeweiligen Verbindungselements 8 sind derart ausgebildet, dass sie in tangentialer Richtung der Statoreinheit 3 elastisch verformbar sind. Mit anderen Worten verformen die Schenkel 8a, 8b während des Fügens derart, dass sie sich aufgrund der Abmessungen der dazugehörigen Aussparung 9, wie sie in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigt sind, in Umfangsrichtung der Statoreinheit 3 aufeinander zu bewegen.

Der Statorträger 4 mit den daran angeformten keilförmigen Aussparungen 9 ist beispielhaft in Fig. 6 gezeigt. Vorliegend sind die Aussparungen 9 an einem axialen Vorsprung 12 an einer der Statoreinheit 3 zugewandten Stirnseite des radialen Abschnitts 4a des Statorträgers 4 ausgebildet. Die Aussparungen 9 sind derart beab- standet am radialen Abschnitt 4a des Statorträgers 4 angeordnet, dass je eine Aussparung 9 einem Verbindungselement 8 am Isolator 6 zugeordnet ist. Die Aussparungen 9 sind ebenfalls identisch ausgebildet sowie einteilig mit dem Statorträger 4 verbunden. Die Form der Aussparungen 9 ist an die Form der Verbindungselemente 8 angepasst. Vorliegend sind die Aussparungen 9 in V-Form ausgebildet, wie in Fig. 7 gezeigt ist, wohingegen die Verbindungselemente 8 korrespondierend dazu in Pfeilform ausgebildet sind, vgl. Fig. 5.

Die Aussparungen 9 sind zudem derart ausgebildet, dass sie ebenfalls einen Endanschlag für die Statoreinheit 3 bilden. Wenn die Statoreinheit 3 bei dessen Montage am Statorträger 4 am Endanschlag 10 zur Anlage komme, erreichen auch die Verbindungselemente 8 die gewünschte axiale Position in den Aussparungen 9, in der der gewünschte Presssitz vorliegt.

Die Anzahl Kopplungspaare, jeweils bestehend aus einem Verbindungselement und einer dazugehörigen Aussparung 9, ist unter anderem davon abhängig, inwieweit der vorhandene Bauraum noch von anderen - hier nicht gezeigten - Bauteilen des Elektromotors genutzt werden muss, beispielsweise von Sensoren oder dergleichen. Je nach Ausbildung des Materials des Isolators 6 sowie der Anbindung sowie der Ausbildung und Ausformung der miteinander zusammenwirkenden Teile können die Dämpfungseigenschaften der Statoreinheit 3 gezielt eingestellt werden. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Beschreibung und der Patentansprüche. Denkbar ist beispielsweise, dass Kopplungspaare vollumfänglich ausgebildet bzw. angeordnet sind, um jeden Wicklungsträger 6b vor Schwingungen zu schützen. Denkbar ist auch, dass die Aussparungen 9 am radialen Abschnitt 4a des Statorträgers 4 integriert sind, also dass sie als Vertiefungen am Statorträger 4 ausgebildet sind.

Bezugszeichen

1 Stator

2 Elektromotor

3 Statoreinheit

4 Statorträger

4a radialer Abschnitt des Statorträgers

4b axialer Abschnitt des Statorträgers

5 Rotor

6 Isolator

6a Grundkörper

6b Wicklungsträger

7 Blechpaket

8 Verbindungselement

8a Erster Schenkel des Verbindungselements

8b Zweiter Schenkel des Verbindungselements

9 Aussparung

10 Endanschlag des Statorträgers

11 Wicklung

12 Vorsprung

L Längsachse