Stator für einen Elektromotor sowie Elektromotor

Die Erfindung betrifft einen Stator für einen Elektromotor, mit einer Anzahl von in einem sternförmigen Blechpaket gestapelten Statorblechen mit radial verlaufenden und einen zentralen zylinderförmigen Polschuh bildenden Statorzähnen, und mit einem aus gestapelten Ringblechen gebildeten zylinderförmigen Statorjochpaket, in welches das sternförmige Blechpaket eingesetzt ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Elektromotor, insbesondere eines Lenkungsantriebs eines Kraftfahrzeugs, mit einem solchen Stator.

Ein derartiger Elektromotor, insbesondere ein sogenannter Innenläufermotor, um- fasst einen Stator mit einem Statorjoch und radial nach innen ragende Statorzähne sowie einen vom Stator umgebenen Rotor, dem die Freienden der Statorzähne unter Bildung des sogenannten Polschuhs zugewandt sind. Auf die Statorzähne sind Wicklungen aufgebracht, die im elektromotorischen Betrieb ein Magnetfeld erzeugen.

Aus der DE 10 2009 023 231 A1 und aus der WO 2011/066878 A1 ist es bekannt, den Stator aus einzelnen, gestanzten Statorblechen zu fertigen, indem diese zu einem sternförmigen Blechstapel in einem mechanisch stabilen Verbund paketiert werden. Der sternförmige Stator ist in ein zumindest annähernd zylindrisches Statorjoch eingesetzt und mit diesem gefügt, wobei das Statorjoch ebenfalls als Jochpaket aus gestapelten Einzelblechen gefertigt ist.

Aus der DE 10 2009 027 872 A1 ist es zudem bekannt, zur akustischen Entkopplung an den Stirnseiten des Stators eines Elektromotors konzentrisch zur Motorwelle angeordnete, im Wesentlichen zylinderförmige Entkopplungsringe vorzusehen, die an ihren Umfangsflächen Aussparungen aufweisen. Die Entkopplungsringe sind gegen die Innenwandung des Motorgehäuses geführt. Die Anbindung oder Fixierung der Entkopplungsringe an das Motorgehäuse kann auch lediglich über einen Teilbereich des jeweiligen Entkopplungsrings erfolgen, wozu dessen Au-

BESTÄTIGUNGSKOPIE ßendurchmesser in diesem Teilbereich größer als der Außendurchmesser des Stators und kleiner als der Außendurchmesser eines zweiten Teilbereichs des Entkopplungsrings ist. Dieser liegt dann mit dessen Teilbereich vergleichsweise großen Außendurchmessers vollflächig an der Innenwandung des Motorgehäuses an. An den Entkopplungsringen können zudem an deren dem Stator zugewandten Ringkanten zapfenförmige Federn angeformt sein, die in außenumfangsseitig des Stators vorgesehene korrespondierende Nuten eingreift, um eine Zentrierung des Entkopplungsrings mit dem Stator zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stator für einen Elektromotor anzugeben, dessen akustisches Verhalten im Sinne einer möglichst weitgehenden Geräuschreduzierung des Elektromotors verbessert ist. Des Weiteren soll ein entsprechend geräuscharmer Elektromotor angegeben werden.

Bezüglich des Stators wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich des Elektromotors wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 9. Vorteilhafte Varianten, Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen rückbezogenen Unteransprüche.

Hierzu weist der Stator zusätzlich zu einer Anzahl von in einem sternförmigen Blechpaket gestapelten Statorblechen mit radial verlaufenden Statorzähnen ein zylinderförmiges Statorjochpaket auf, in welches das sternförmige Blechpaket eingesetzt ist, wobei Ringbleche, aus denen das Statorjochpaket gestapelt ist, um- fangsseitig lokal geöffnet sind.

Vorzugsweise weist jedes Ringblech des Statorjochpakets umfangsseitig einen Trennschlitz auf, der geeigneterweise radial verläuft. Auch können lediglich einige der Ringbleche des Statorjochpakets geöffnet sein bzw. einen solchen Trennschlitz aufweisen. Weisen die die Ringbleche des Statorjochpakets an deren Außenumfang Fügenuten auf, so befindet sich die Umfangsöffnung bzw. der Trennschlitz zweckmäßigerweise innerhalb einer solchen Fügenut. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass aufgrund der geschlossenen Geometrie des Statorjochpaketes, welches das sternförmige Blechpaket fixiert und dadurch den magnetischen Kreis schließt, ähnlich einem Klangkörper wirkt und somit zu akustischen Auffälligkeiten führt. Um das Verhalten des Statorjochpaketes als Klangkörper zu stören oder zu unterbinden, wäre es zweckmäßig, das Resonanzverhalten des durch das Statorjochpaket gebildeten Klangkörpers derart zu ändern, dass sich die Resonanz verschiebt und die entsprechenden Frequenzbereiche des Elektromotors nicht mehr durch das vom Klangkörper gebildete Resonanzband durchlaufen oder zumindest in Drehzahl- oder Frequenzbereiche verschoben werden, die hinsichtlich der Akustik irrelevant sind. Dies könnte durch ein Verstimmen des Statorjochpaketes erreicht werden, um den Akustikwert des Elektromotors zu reduzieren. Eine Verstimmung wiederum kann erkanntermaßen durch ein singuläres, lokales Öffnen der Ringbleche, vorzugsweise in Form eines radialen Durchgangsschlitzes, erfolgen. Durch das anschließende Stapeln bzw. Paketieren dieser geöffneten Ringbleche zum gesamten Statorjochpaket wird die Struktur des Klangkörpers derart beeinflusst, dass dieser ein geändertes Resonanzverhalten zeigt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung sind die Ringbleche im

Statorjochpaket gegeneinander um einen Verdrehwinkel gedreht gestapelt. Der Verdrehwinkel der Ringbleche innerhalb des Statorjochpakets ist geeigneterweise ein geradzahliger Bruchteil des Umfangs des Statorjochpakets und dabei insbesondere kleiner als 180° ist. Bevorzugt beträgt der Verdrehwinkel der einzelnen, umfangsseitig schlitzartig geöffneten Ringbleche 60°. Somit befinden sich die Öffnungen bzw. Trennschlitze in Axialrichtung des Statorjoch paketes, insbesondere von Ringblechlage zu Ringblechlage, an unterschiedlichen Umfangsstellen. Dies ist insbesondere im Hinblick auf den Zweck des Statorjochpaketes, den magnetischen Kreis zu schließen und einen geschlossenen magnetischen Fluss zu erreichen, besonders vorteilhaft. Zudem ist hierdurch erreicht, dass im Zuge des Stapeins (Paketierens) der Ringbleche und in Folge des Verdrehens der einzelnen Ringbleche die hierdurch gebildete Statoröffnung umlaufend verläuft. Die Ringbleche des Statorjochpakets weisen an deren Außenumfang eine Anzahl von in Umfangsrichtung, vorzugsweise gleichmäßig, verteilt angeordneten Fügenuten mit stufenförmigem Nutboden auf. Die Anzahl der Fügenuten entspricht zweckmäßigerweise dem Verhältnis aus Umfang (360°) und Verdrehwinkel der Ringbleche im Statorjochpaket. Bei einem bevorzugt zweistufigen Nutboden befindet sich die Öffnung bzw. der Trennschlitz der Ringbleche des Statorjochpakets innerhalb einer der Fügenuten vorzugsweise am Übergang deren radial innen liegenden zu deren radial außenliegenden Nutbodenstufe.

Das sternförmige Blechpaket umfasst in Umfangsrichtung geschlossene Statorbleche mit über Pohlschuhstege miteinander verbundenen Einzelzähnen. Zusätzlich sind innerhalb des Blechpakets in Umfangsrichtung offene Statorbleche mit unter Bildung einer polschuhseitigen Lücke zueinander beabstandeten Einzelzähnen oder Zahngruppen mit mindestens zwei miteinander verbundenen Einzelzähnen vorgesehen. Die unterschiedlichen Statorbleche sind in einer insbesondere auch hinsichtlich der vorgegebenen Stapelhöhe bestimmten Anzahl und geeigneten Abfolge im Blechpaket gestapelt.

Der Elektromotor weist ein zumindest innenwandseitig zylindrisches (zylinderförmiges) Motorgehäuse auf. Stirnseitig und vorzugsweise beidseitig des Stators ist ein zylinderförmiger Entkopplungsring angeordnet, der mit umfangsseitig vorgesehenen lokalen Anlagestellen an die Innenwandung des Motorgehäuses angebunden ist. Die Anlagestellen sind vorzugsweise durch erhabene Sickenkonturen gebildet, die im Zuge der Herstellung des Entkopplungsrings in diesen durch einen entsprechenden Stanzvorgang eingebracht sind. Wesentlich hierbei ist, dass mittels der lokalen Anlagestellen an exponierten Umfangsstellen eine partielle, eher punktförmige Anlage des Entkopplungsrings am Motorgehäuse hergestellt ist. Dies hat sich insbesondere in akustischer Hinsicht als besonders vorteilhaft herausgestellt. Der Entkopplungsring ist für eine akustische Entkopplung des Stators von übrigen Motorteilen des Elektromotors in an sich bekannter Weise umfangs- bzw. mantelseitig mit Ausnehmungen versehen. Zur Fertigstellung des Stators wird das sternförmige Blechpaket in das zylinderförmige Statorjoch eingesetzt, das mit dem Blechpaket, insbesondere in einem Impulsfügeprozess, form- und/oder kraftschlüssig verpresst bzw. gefügt wird. Die Statorbleche können während der Herstellung des sternförmigen Blechpaketes blechlagenweise geprägt werden. Hierdurch wird in einfacher und zuverlässiger Art und Weise eine radiale und axiale Verschieblichkeit der einzelnen Statorbleche gegeneinander und damit eine Verformung und Verungleichmäßigung des Blechpaketverbundes zusätzlich unterbunden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch lokales Öffnen der Ringbleche des Statorjochpakets eines ansonsten bevorzugt ein inneres sternförmiges Blechpaket aufweisenden Stators dessen Klangkörpereigenschaften im Sinne verbesserter Akustikeigenschaften ändert und im Motorbetrieb ein Verstimmen der Resonanzen oder ein Verschieben der Resonanzfrequenzen erfolgt, wodurch die akustischen Eigenschaften eines mit diesem Stator versehenen Elektromotors im Sinne einer Geräuschverminderung oder - Vermeidung verbessert sind. Die in dieser Hinsicht verbesserte akustische Klangcharakteristik des Stators wird in Richtung zunehmender Geräuschreduzierung besonders ausgeprägt, indem die oder einzelne geöffnete (radial geschlitzte) Ringbleche innerhalb des gestapelten Statorblechpakets gegeneinander in einem bestimmten Winkelraster, das vorzugsweise 60° beträgt, verdreht sind.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in Draufsicht einen Stator mit in ein Statorjochpaket eingesetztem sternförmigen Blechpaket,

Fig. 2 eine einzelnes, umfangsseitig lokal geöffnetes Ringblech des

Statorjochpakets,

Fig. 3 das Statorjochpaket in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 4 perspektivisch einen Elektromotor mit an den Stirnseiten des Stators angeordneten Entkopplungsringen ohne Motorgehäuse, Fig. 5 einen einzelnen Entkopplungsring in einer perspektivischen Ansicht, und

Fig. 6 perspektivisch den Elektromotor gemäß Fig. 4 mit Motorgehäuse.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen Stator 1 eines in den Fig. 4 und 6 näher dargestellten Elektromotors 2, mit einem in ein Statorjoch 3 eingesetztem sternförmigen Blechpaket 4 aus in Lagen übereinander gestapelten Statorblechen 5 im Montagezustand. Die Statorbleche 5 des zentralen sternförmigen Blechpakets 4 sind unter Bildung einer zentralen, zylindrischen Öffnung 6 in Stapelrichtung 7 (Fig. 3) aufeinander geschichtet und beispielsweise miteinander verprägt.

Das sternförmige Blechpaket 4 umfasst radial verlaufende Statorzähne 8, die an der radial zur Mitte gelegenen Innenseite einen zylinderförmigen Polschuh 9 bilden. Der Polschuh 9, der dem nicht dargestellten Rotor des Elektromotors 2 zugewandt ist, ist in Stapelrichtung 7 unter Bildung von polschuhseitigen Lücken (nicht sichtbar) nur teilweise umfangsseitig geschlossen, um einen magnetischen Kurzschluss zu verringern. Hierzu umfasst das sternförmige Blechpaket 4 in nicht näher dargestellter Art und Weise in Umfangsrichtung geschlossene Statorbleche 5 mit über Pohlschuhstege 10 unter Bildung eines die zentrale zylindrischen Öffnung 6 umgebenden Polschuhs 9 miteinander verbundenen Statorzähnen 8 und in Umfangsrichtung offene Statorbleche 5 mit unter Bildung einer polschuhseitigen Lücke (nicht sichtbar) zueinander beabstandeten Statorzähnen 8 oder Zahngruppen mit mindestens zwei miteinander verbundenen Statorzähnen 8.

Im Montagezustand umgibt der Stator 1 den auf einer Motorwelle 11 (Fig. 4 und 6) sitzenden Rotor des Elektromotors 2 konzentrisch. Auf den Statorzähne 8 des sternförmigen Blechstapels 4 sind im Montagezustand wiederum nicht sichtbare Spulen einer Feldwicklung angeordnet. Im elektromotorischen Betrieb erzeugen die bestromten Wicklungen das statorseitige Magnetfeld, das in Wechselwirkung mit Permanentmagneten des um die zentrale Stator- oder Motorachse 11 rotierenden Rotors des bürstenlosen Elektromotors 2 tritt.

Das Statorjoch 3 des aus diesem und dem sternförmigen Blechpaket 4 gefügten Stators 1 ist aus aufeinander gestapelten, nachfolgend als Ringbleche bezeichneten Rückschlussringblechen 12 zu einem Statorjochpaket gefertigt. Entlang dem Außenumfang ist das Statorjochpaket 3 mit Fügenuten 13 versehen. Die Fügenuten 13 verlaufen entlang der Stapelrichtung 7 und dienen zum Verpressen des Statorjochpakets 3 mit dem sternförmigen Blechpaket 4. Während des Fügeverfahrens dringen die dem Polschuh 9 radial gegenüberliegenden keilförmigen Zahnspitzen 14 der Statorzähne 8 in das Statormaterial formschlüssig ein.

Fig. 2 zeigt ein einzelnes Ringblech 12 des Statorjochpaketes 3. Das Ringblech 12 ist umfangsseitig an einer Stelle geöffnet bzw. aufgetrennt, wozu in das Ringblech 12 ein radialer Trennschlitz (Radialschlitz) 15 eingebracht ist. Der Trennschlitz 15 durchdringt das Ringblech 12 an dieser Stelle vollständig, so dass das Ringblech 2 umfangsseitig nicht geschlossen ist. Der Trennschlitz 15 befindet sich vorzugsweise im Bereich einer der Fügenuten 13. Diese Fügenut 13 sowie die weiteren am Umfang des Ringblechs 12 äquidistant verteilt angeordneten Fügenuten

13 sind unter Bildung einer radial äußeren Nutbodenstufe 13a und einer radial inneren Nutbodenstufe 13b stufig ausgeführt. Der Trennschlitz 15 befindet sich hier zweckmäßigerweise am Übergang der beiden Nutbodenstufen 13a und 13b. Der Winkel α zwischen zwei benachbarten Fügenuten beträgt bevorzugt α = 60°.

Fig. 3 zeigt das zylinderförmige Statorjochpaket 3 mit in Stapelrichtung 7 - und damit bezogen auf den in Fig. 4 dargestellten Elektromotor 2 in Richtung (Axialrichtung) der Motorachse 16 - axial übereinander gestapelten Ringblechen 12. Innerhalb des Stapels des Statorjochpaketes 3 sind die oder einzelne Ringbleche 12 um den Winkel α (Verdrehwinkel), d.h. mit 60° um die Motorlängsachse 16, zu der die Motorwelle 11 koaxial verläuft, gegeneinander verdreht.

Während Fig. 6 den Elektromotor 2 inklusive Motorgehäuse 17 zeigt, ist in Fig. 4 der Elektromotor 2 ohne Motorgehäuse 17 dargestellt. Erkennbar durchsetzt die Motorwelle 11 , auf der der nicht sichtbare Rotor sitzt, den Stator 1 , von dem das Statorblechpaket 3 außenumfangsseitig sichtbar ist. Erkennbar sind dort auch einige der Fügenuten 13.

An beiden Stirnseiten des Stators 1 sind Entkopplungsringe 18 angeordnet. Diese weisen an deren dem Stator 1 bzw. dessen Statorjoch 3 zugewandten inneren Ringkanten 18a mindestens ein, vorzugsweise mehrere Fügelaschen 19 auf, die sich in Axialrichtung 16 erstrecken und in die Fügenuten 13 des Statorjochs 3 vorzugsweise form- und/oder kraftschlüssig eingreifen. Auf diese Weise ist eine Verdrehsicherung, Positionierung und/oder Zentrierung des jeweiligen Entkopplungsrings 18 am Stator 1 bzw. an dessen Statorjoch 3 erreicht.

Die Fügelaschen 19 sind geeigneterweise L-förmig, wobei die jeweilige Fügelasche 19 mit deren vergleichsweise kurzen L-Schenkel an den Entkopplungsring 18 vorzugsweise einstückig angeformt ist, während sich der lange L-Schenkel 19b für dessen Eingriff in eine korrespondierende Fügenut 13 des Statorjochs 3 in Axialrichtung 16 erstreckt (Fig. 5).

Unter Bezugnahme auch auf die Fig. 5 weist der Entkopplungsring 18 eine Anzahl von umfangsseitig verteilt vorgesehenen Ausnehmungen 20 auf, die im Ausführungsbeispiel oval ausgeführt sind. Des Weiteren ist der Entkopplungsring 18 mit einer Anzahl von umfangsseitig verteilt angeordneten Sickenkonturen 21 versehen. Diese derartig erhabenen Sickenkonturen 21 überragen den Entkopplungsring 18 außen umfangsseitig in Radialrichtung 22 (Fig. 4). Die etwa quadratischen oder rechteckförmigen Sickenkonturen 21 sind beispielsweise im Zuge eines Stanz- oder Tiefziehprozesses in den Entkopplungsring 18 eingebracht.

Die Sickenkonturen 21 befinden sich in der Nähe des der inneren Ringkante 18a mit dort angeformten Fügelaschen 19 gegenüberliegenden äußeren Ringkante 18b des Entkopplungsrings 18, sind also zu dieser äußeren Ringkante 18b geringer beabstandet als zu der gegenüberliegenden inneren Ringkante 18. Mit diesen Sickenkonturen 21 liegt der jeweilige Entkopplungsring 18 an der Innenwandung des Motorgehäuses 17 im Montagezustand an. Auf diese Weise sind singuläre, lokale und insbesondere quasi punktförmige Anlagestellen der Entkopplungsring 18 am Motorgehäuse 17 gebildet.

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 beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Insbesondere wird die Ausgestaltung des Entkopplungsrings 18 mit den lokalen Sickenkonturen 21 als eigenständige Erfindung angesehen, unabhängig von den geöffneten bzw. geschlitzten Ringblechen 12 des Statorjochs 3. Auch stellt die stufenförmige Ausgestaltung der Nutböden 13a, 13b der Fügenuten 13 in Verbindung mit den L-förmigen Fügelaschen 19 des Entkopplungsrings 18 eine eigenständige Erfindung dar.

Bezugszeichenliste

1 Stator

2 Elektromotor

3 StatorjocfWpaket

4 sternförmiges Blechpaket

5 Statorblech

6 Öffnung

7 Stapelrichtung

8 Statorzahn

9 Polschuh

10 Polschuhsteg

1 1 Motorwelle

12 Ringblech

13 Fügenut

13a,b Nutbodenstufe

14 Zahnspitze

15 Öffnung/Trennschlitz

16 Axialrichtung

17 Motorgehäuse

18 Entkopplungsblech 18a innere Ringkante

18b äußere Ringkante

19 Fügelasche

19a kurzer L-Schenkel

19b langer L-Schenkel

20 Ausnehmung

21 Sickenkontur

22 Radialrichtung α Verdrehwinkel