Stator für einen Elektromotor

Die Erfindung betrifft einen Stator für einen Elektromotor, insbesondere für einen elektrischen Lenkungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem sternförmig ange ordnete Statorzähne und ein Statorjoch aufweisenden Statorgrundkörper. Sie be trifft weiter einen Elektromotor mit einem solchen Stator, der in einem Motorge häuse angeordnet ist.

Ein Elektromotor als Energiewandler elektrischer Energie in mechanische Energie umfasst einen Stator, der das feststehende Motorteil bildet, und einen Rotor, der das sich bewegende Motorteil bildet. Bei einem Innenläufermotor ist der Stator üb licherweise mit einem Statorjoch versehen, an dem radial zur Mitte, d. h. stern förmig nach innen ragende Statorzähne angeordnet sind, deren dem Rotor zuge wandten Freienden den so genannten Polschuh bilden. Auf die Statorzähne sind Wicklungen oder Spulen aufgebracht, die zur Statorwicklung verschaltet sind und im elektromotorischen Betrieb ein Magnetfeld erzeugen. Zur Führung und Verstär kung des durch die bestromten Wicklungen erzeugten magnetischen Feldes ist das Statormaterial üblicherweise metallisch, beispielsweise aus weichmagneti schem Eisen.

Aus der DE 10 2013 009 407 A1 ist ein Stator für einen Elektromotor bekannt, der aus einem sternförmigen Statorblechpaket und einem aus gestapelten Ringble chen gebildeten zylinderförmigen Statorjoch gebildet ist, in welches das sternför mige Statorblechpaket eingesetzt ist, wobei eine Anzahl der Ringbleche außenum fangsseitig jeweils mindestens eine Biegelasche aufweist. Mittels sich radial er streckenden Biegelaschen ist eine Fixierung bei gleichzeitiger Zentrierung und Positionierung des Stators in einem Gehäuse ermöglicht. Dabei liegt der Stator im Fügezustand lediglich mit an exponierten Stellen vorgesehenen Anlagepunkten, die durch die Biegelaschen gebildet sind, an der Gehäuseinnenwandung an. Sind die einzelnen Ringbleche mit Klinkungen versehen, in die die Biegelaschen vor oder während des Fügeprozesses des Stators mit dem Gehäuse eingebogen wer den können, ist zudem ein Raum sparender Aufbau eines Elektromotors mit einem in dessen Gehäuse eingesetzten Stator ermöglicht.

Aus der JP 2014-018001 A1 ist es bekannt, den Stator eines Elektromotors inner halb des Motorgehäuses mittels Federlaschen in einer vorbestimmten Position zu fixieren, wobei die Fixierlaschen mit einem Ende am Gehäuse gehalten sind. Das andere Ende der Fixierlaschen, das schräg verlaufend in den Gehäuseinnenraum hineinragt, liegt in einer axialen Fügenut am Außenumfang des Stators ein.

Aus der DE 10 2007 058 072 A1 ist ein Elektromotor mit einem Stator bekannt, der aus einem Lamellenpaket aufgebaut und in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Lamellen mittels einer Federklammer zusammengehalten sind, die das Lamellenpaket axial übergreift und dieses an der Innenwand des Gehäuses radial abstützt. Die Federklammer weist einen dem Außenumfang des Lamellenpakets radial überstehenden Federrücken und an den gegenüberliegenden Schmalseiten Spannfüße auf, welche das Lamellenpaket stirnseitig übergreifen.

Insbesondere bei einem elektrischen Lenkungsmotor eines Kraftfahrzeugs kann sich der Stator in Folge betriebsbedingter elektromagnetischer Kräfte verformen, wobei derartige Verformungen beispielsweise bei einem 10-poligen Elektromotor sehr groß werden können, so dass ein hoher Körperschall an das den Stator auf- nehmende Motorgehäuse übertragen wird. Um die Übertragung des Körperschalls zu reduzieren, sollte der Stator vom Gehäuse entkoppelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Stator für einen Elektromotor anzugeben. Insbesondere soll der Stator hinsichtlich einer Entkopplung zur Reduzierung oder Vermeidung der Übertragung eines Körper schalls an ein Motorgehäuse besonders geeignet sein. Dabei soll der Stator ein fach in das Gehäuse einsetzbar bzw. montierbar und von diesem entkoppelt sein. Des Weiteren soll ein Elektromotor mit einem solchen Stator in einem Gehäuse (Motorgehäuse) angegeben werden.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Stators mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfin dungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Ge genstand der Unteransprüche.

Hierzu weist der Stator für einen Elektromotor einen Statorgrundkörper mit einem Statorjoch als magnetischen Rückschluss und mit einer Anzahl an Statorzähnen auf, die sich radial einwärts in Richtung einer zentralen Stator- oder Motorachse erstrecken und im sogenannten Polschuh enden. Der Statorgrundkörper kann als Vollkörper, im sogenannten Einzelzahndesign oder im Stern-Joch-Design ausge führt sein, bei dem in ein zylindrisches Statorjoch die Statorzähne beispielsweise als Sternkranz eingesetzt sind.

Am Außenumfang des Statorgrundkörpers ist eine Anzahl an Axialnuten vorgese hen, in welche Fügeelemente radial formschlüssig eingesetzt sind, welche dem Statorgrundkörper umfangsseitig radial überstehen.

Das Fügeelement weist vorzugsweise einen plättchen- oder streifenförmigen Grundkörper und mindestens ein radial erhabenes und aus der Axialnut in Radial richtung herausragendes Koppelelement auf. Das in der Axialnut einsitzende Fü geelement bildet vorzugsweise eine (mechanische) Schnittstelle zu einem Motor gehäuse, in welches der Stator eingesetzt ist. Diese Schnittstelle weist eine insbe sondere entkoppelnde, dämpfende, klemmende, positionierende und/oder fixie rende Wirkung (Funktion) auf.

Das vorzugsweise als Entkopplungs- oder Dämpfungselement wirkende Fügeele ment, das in die jeweilige Axialnut des Statorgrundkörpers joch- bzw. rückschluss seitig durch Einschieben in Axialrichtung eingesetzt ist, hintergreift geeigneter Weise einen in der Axialnut gebildeten Hinterschnitt. Hierzu ist die jeweilige Axial nut zweckmäßigerweise schwalbenschwanzförmig. Auch kann die Axialnut T- förmig sein. Wesentlich ist, dass die Axialnut einen radialen Hinterschnitt bereit stellt, der von dem Fügeelement bzw. von dessen Grundkörper hintergriffen wird. Es sind auch andere Formen (Querschnittsformen) der Axilanut denkbar, bei spielsweise eine Teilkreisform oder eine T-Form mit einer lokalen Erhebung oder einer lokalen Vertiefung (Sicke) im Nutboden des horizontalen T-Schenkels der Axialnut.

Unter einem„Formschluss“ oder einer„formschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden ins- besondere verstanden, dass der Zusammenhalt der miteinander verbundenen Teile zumindest in einer Richtung, hier der auf die zentrale Achse des Stators und die Drehachse des Elektromotors bezogenen Radialrichtung, durch ein unmittelba res Ineinandergreifen von Konturen der Teile selbst erfolgt. Das„Sperren“ einer gegenseitigen Bewegung in dieser Richtung, hier der Radialrichtung, erfolgt also formbedingt. Vorliegend ist das Fügeelement somit radial formschlüssig in der Axialnut des Statorzahns gehalten.

Das Fügeelement kann ein Spritzgussteil oder ein Stanz-Biegeteil sein. Der Grundkörpers überragt jeweilige Koppelelemente quer zur Axialrichtrung in Um- fangsrichtung beidseitig. Mit den azimutal überragenden Abschnitten an den in Axialrichtung verlaufenden Längsseiten hintergreift der Grundkörper die sich in Umfangsrichtung des Stators erstreckenden (azimutalen) Nutschenkel der Axial nut, wodurch der Radialformschluss zwischen dem Federelement und dem jewei ligen Statorzahn hergestellt ist.

In einer geeigneten Weiterbildung des Fügeelements ist an einer Schmalseite (Stirnseite) des Grundkörpers ein Formstück vorgesehen. Die Formstück weist geeigneter Weise eine Anlagekante auf, mittels welcher das Fügeelement an einer Stirnseite des Statorgrundkörpers, insbesondere im Bereich eines jeweiligen Statorzahns, anliegt.

In einer zweckmäßigen orteilhaften Ausgestaltung des Fügeelementes ist an einer Längsseite des Grundkörpers mindestens eine Klemmkralle vorgesehen. Die je- weilige Klemmkralle ist geeigneter Weise aus der Ebene des Grundkörpers des Fügeelements aufgebogen. Hierdurch wird eine zuverlässige Fixierung (Halterung, Befestigung) des Fügeelements in der diesem zugeordneten Axialnut des Stator grundkörpers erreicht.

Der erfindungsgemäße Elektromotor weist eine Rotorwelle und einen wellenfesten Rotor sowie einen Stator und ein Gehäuse auf, in welchem der Stator mit in au ßenumfangsseitige Axialnuten axial eingesetzten und darin radial form schlüssig gehaltenen Fügeelementen, insbesondere körperschallentkoppelt, klemmend und/oder dämpfend, angeordnet ist. Mittels des Formstücks der in die Axialnuten eingesetzten Fügeelemente stützt sich der Stator an einem Lagerschild des Elekt romotors ab, so dass auch eine Entkopplung oder Dämpfung des Stators vom bzw. gegenüber dem Lagerschild gegeben ist. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Stators eines Elektromotors, mit einer ersten Variante eines Statorgrundkörpers und radial ein wärts orientierten Statorzähnen sowie mit in umfangsseitigen Axi alnuten radial formschlüssig eingesetzten Fügeelementen,

Fig. 2 in perspektivischer Darstellung einen Stators eines Elektromotors, mit einer zweiten Variante eines Statorgrundkörpers und radial einwärts orientierten Statorzähnen (Stern-Joch-Design) sowie mit in umfangsseitigen Axialnuten radial formschlüssig eingesetzten Fügeelementen,

Fig. 3 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht den Statorgrund körper im Bereich eines Statorzahns mit in die Axialnut eingesetz tem Fügeelement, dessen radial erhabenen Koppelelemente an der Innenwand eines Gehäuses (Motorgehäuses) anliegen,

Fig. 4 das Fügeelement in perspektivischer Darstellung, Fig. 5 in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt des Statorgrund körpers mit in dessen außenumfangsseitiger Axialnut eingesetz tem Fügeelement,

Fig. 6 in einer Stirnseitenansicht den Ausschnitt aus Fig. 5 mit im Quer schnitt schwalbenschwanzförmiger Axialnut,

Fig. 7 und 8 in einer Stirnseitenansicht ausschnittsweise den Statorgrundkör pers im Jochbereich mit im Querschnitt T-förmiger Axialnut mit ge rundeter bzw. eckiger Schenkelkontor,

Fig. 9 in einer Ansicht gemäß den Figuren 7 und 8 eine etwa T-förmige

Axialnut mit einer lokalen Vertiefung im horizontalen T-Schenkel,

Fig. 10 in einer Ansicht gemäß den Figuren 7 und 8 eine teilkreisförmige

Axialnut, und

Fig. 1 1 und 12 in einer Ansicht gemäß den Figuren 7 und 8 eine etwa T-förmige

Axialnut mit einer lokalen Erhebung im horizontalen T-Schenkel.

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

Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Stator 1 , dessen Statorgrundkörper 2 eine An- zahl von im Ausführungsbeispiel zwölf Statorzähnen 3 aufweist, die sich in Radial richtung R (radial) nach innen in Richtung zur zeichnerisch dargestellten zentralen Drehachse D erstrecken. Zwischen den Statorzähnen 3 sind Freiräume 4 gebildet, in welchen in nicht näher dargestellter Art und Weise die Wicklungen von Spulen aufgenommen sind, welche in Stern- oder Dreieckschaltung unter Bildung der Sta- tor- oder Drehfeldwicklung miteinander verbunden sind.

Mit Blick auch auf die Fig. 5 und 6 weist der Statorgrundkörper 2 im Bereich jedes Statorzahns 3 einen sich in Umfangsrichtung U (Fig. 1 ) erstreckenden azimutalen Joch- oder Rückschlussabschnitt 3a und einen Radialschenkel 3b sowie einen sich wiederum in Umfangsrichtung U erstreckenden azimutalen Polschuhabschnitt 3c auf. Die Joch- oder Rückschlussabschnitt 3a bilden das Joch J des Stators 1 bzw. des Statorgrundkörpers 2, das gemäß der Variante nach Fig. 2 im sogenannten Stern- Joch-Design ein separates Teil ist, während die Radialschenkel 3b und Polschuh abschnitte 3c der Statorzähne 3 dann den sogenannten Stern S des Stators 1 bzw. des Statorgrundkörpers 2 bilden, der in das Joch J eingesetzt ist. Im nicht dargestellten Einzelzahndesign ist der Stator 1 bzw. dessen Statorgrundkörper 2 aus einzelnen Statorzähne 3 zusammengesetzt, während bei der Variante nach Fig. 1 der Stator 1 bzw. dessen Statorgrundkörper 2 als Vollkörper ausgeführt o- der als Blechpaket aus Einzelblechen aufgebaut ist.

Am Außenumfang 5 des Jochs J, das heißt außenumfangsseitig am jeweiligen Joch- oder Rückschlussabschnitt 3a des entsprechenden Statorzahns 3 sind in Axialrichtung A (Fig. 1 ) verlaufende und sich radial einwärts zur Drehachse D hin erstreckende Axialnuten 6 in den Statorgrundkörper 2 eingebracht. Die jeweilige Axialnut 6 ist in bevorzugter Ausführungsform schwalbenschwanzförmig, wie in Fig. 6 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist.

Bei bewickeltem Stator 1 tragen die Radialschenkel 3b der Statorzähne 3 die Ein zel-, Doppel- oder Mehrfachspulen der Stator- oder Drehfeldwicklung. In die jewei- lige Axialnut 6 des entsprechenden Statorzahns 3 ist ein Fügeelement 7 radial formschlüssig eingesetzt.

Mit Blick auch auf Fig. 4 weist das Fügeelement 7 einen Grundkörper 7a und eine Anzahl von im Ausführungsbeispiel zwei Koppelelemente 7b auf. Der Grundkörper 7a überragt das jeweilige Koppelelemente 7b in Axial- und Radialrichtung A bzw.

R und somit in Umfangsrichtung U beidseitig, wie dies in Fig. 5 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist. Mit diesem beidseitigen Überstand 8 (Fig. 4) hintergreift das Fügeelement 7 innerhalb der Axialnut 6 aufgrund der Schwalbenschwanzform ge bildete Nutflanken 6a der Axialnut 6. Die Nutflanken 6a bilden einen Hinterschnitt für das in die Axialnut 6 axial eingeschobene Fügeelement 7.

An den Grundkörper 7b des Fügeelements 7 sind außenseitig der Überstände 8 im Ausführungsbeispiel an beiden Seiten jeweils drei Klemmkrallen oder Klemm- zähne 9 angeformt. Diese Klemmkrallen 9 sind aus der Ebene des Grundkörpers 7b in Richtung der aufgestellten Koppelelemente 7b aufgebogen. An einer der Schmalseiten 10 des Fügeelementes 7 weist dieses ein Formstück 7c auf. Dieses weist eine Anlagekante oder Anlagefläche 11 auf oder bildet eine solche, welche sich aus der Ebene des Grundkörpers 7a auf der den Koppelelementen 7b ge genüberliegenden Seite in Radialrichtung R erstreckt. Mit dieser Anlagekante oder -fläche 11 liegt das Fügeelement 7 im in die jeweilige Axialnut 6 eingesetzten Montagezustand an einer Stirnseite 12 des jeweiligen Joch- oder Rückschlussab schnitts 3a an.

Die Fig. 7 bis 12 zeigen Varianten der Geometrie bzw. Form (Querschnittsform) der Azimutalnut 6 im jeweiligen Joch- oder Rückschlussabschnitt 3a des Stator grundkörpers 2. So zeigen die Fig. 7 und 8 T-förmige Axialnuten 6, wobei in Fig. 7 der horizontale T-Schenkel 6b im Bereich der den Hinterschnitt bildenden Nutflan- ken (Füge- oder Flinterschnittkanten) 6a zumindest annähernd kreisförmig ausge rundet ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist dieser Bereich weniger stark abgerundet oder eckig.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 weist die Axialnut 6 in deren Nutboden 6c eine radiale Vertiefung oder Sicke 13 auf.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 ist die Axialnut 6 teilkreisförmig mit einem Teilkreis über vorzugsweise (250 ± 20)°, sodass durch die Nutflanken 6a ausrei chend wirksame Hinterschnitte ausgebildet sind.

Die Ausführungsformen nach den Fig. 11 und 12 zeigen wiederum jeweils eine im Wesentlichen T-förmige Axialnut 6. Hier weist die Axialnut 6 am Nutboden 6c eine keil- oder kegelförmige (Fig. 11 ) und eine kegelstumpfförmige lokale Erhebung 14 bzw. 15 auf.

Fig. 3 zeigt in teilweise geschnittener Darstellung einen Elektromotor 16 mit in ein Gehäuse (Motorgehäuse) 17 eingesetztem Stator 1 ohne Stator- oder Drehfeld wicklung. Angedeutet ist auch ein Rotor 18, der Permanentmagnete trägt und un- ter Spaltbildung um die Drehachse D drehbar innerhalb des Stators 1 angeordnet ist. Ebenfalls angedeutet ist eine Rotor- oder Motorwelle 19, auf welcher der Rotor 18 wellenfest sitzt. Innerhalb des Gehäuses 17 liegt der Stator 1 über die radial ausgestellten und somit den Stator 1 am Außenumfang 5 in Radialrichtung R überragenden Kop pelelemente 7b der Fügeelemente 7 an der Innenwand 20 des Motorgehäuses 17 an. Auf diese Weise ist der Stator 1 vom Gehäuse (Motorgehäuse) 17 des bei spielsweise 10-poligen Elektromotors 16 entkoppelt. Zudem liegt der Stator 1 stirnseitig über das Formstück 7c der Fügeelemente 7 an einem Lagerschild 21 an und ist somit auch gegenüber diesem entkoppelt. Hierdurch wird die Übertragung des beispielsweise durch die betriebsbedingt verursachten elektromagnetischen Kräfte verursachten Körperschalls auf das Gehäuse 17 und das Legerschild 21 reduziert, in dem der Stator 1 mittels der Fügeelemente 7 vom Gehäuse 17 und ggf. vom Lagerschild 21 entkoppelt ist. Die Fügeelemente 7 können zusätzlich oder alternativ eine dämpfende, fixierende und/oder positionierende Aufgabe erfül len.

Die Fügeelemente 7 lassen sich automatisiert und in besonders einfacher Art und Weise in die Axialnuten 6 in Axialrichtung A einsetzen. Zudem sind die Fügeele mente 7 innerhalb der Axialnuten 6 radial formschlüssig und somit zuverlässig ge halten. Eine weitergehende Fixierung der Fügeelemente 7 in den Axialnuten 6 wird durch die azimutal ausgestellten und geringfügig radial aufgebogenen

Klemmkrallen 9 erzielt.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel be schränkt. Vielmehr können auch andere Punkte der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Ins besondere sind ferner im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschrie- benen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand zu verlassen. Zudem kann die beschriebene Lösung nicht nur in dem speziell dargestellten An wendungsfall zum Einsatz kommen, sondern auch in ähnlicher Ausführung bei anderen Kraftfahrzeug-Anwendungen, wie zum Beispiel bei elektrischen Brems motoren, Tür- und Heckklappensystemen, Fensterhebern, Fahrzeugschlössern, verstellbaren Sitz- und Innenraumsystemen sowie bei elektrischen Antrieben, Steuerungen, Sensoren und deren Anordnung im Fahrzeug oder bei sonstigen elektrischen Maschinen und Systemen.

Bezugszeichenliste

1 Stator

2 Statorgrundkörper

3 Statorzahn

3a Joch-/Rückschlussabschnitt

3b Radialschenkel

3c Polschuhabschnitt

4 Freiraum

5 Außenumfang

6 Axialnut

6a Nutflanke/Hinterschnitt

6b T-Schenkel

6c Nutboden

7 Fügeelement

7a Grundkörper

7b Koppelelement

7c Formstück

8 Überstand

9 Klemm kralle/-zahn

10 Schmalseite

11 Anlagekante/-fläche

12 Stirnseite

13 Vertiefung/Sicke

14 keil-/kegelförmige Erhebung

15 kegelstumpfförmige Erhebung

16 Elektromotor

17 Motor-/Gehäuse

18 Rotor

19 Rotor-/Motorwelle

20 Innenwand

21 Lagerschild A Axialrichtung

D Drehachse

J Joch

S Stern

R Radialrichtung

U Umfangsrichtung