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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Stators
in einem Innenläufer-Elektromotor, insbesondere in einem
Stellmotor in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Stand der Technik
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Aus
der Druckschrift
US
2006/0091759 A1 ist ein permanenterregter Innenläufer-Gleichstrommotor
bekannt, der in einem Stator eine rotierend gelagerte Ankerwelle
mit einem darauf angeordneten Permanentmagneten umfasst. Der Stator
besteht aus einer Mehrzahl über den Umfang gleichmäßig verteilter
und sich in Radialrichtung erstreckender Trägerzähne,
die an der Innenseite eines umgreifenden Stützringes angeordnet
sind und auf die zur Erzeugung eines Magnetfeldes bestrombare Spulenwicklungen
aufgesetzt sind. Der Stützring ist als Stanzteil ausgebildet
und besteht aus Stahl, wobei zur Herstellung des Stators die einzelnen
Trägerzähne zunächst auf einem Haltewerkzeug
kreisförmig angeordnet und mit radialer Ausrichtung positioniert werden,
woraufhin der Statorring auf die Trägerzähne aufgeschoben
und mit den Stirnseiten der Trägerzähne verbunden
wird. Zur besseren Verbindung sind in die Innenwand des Statorrings
axial verlaufende, nutförmige Ausnehmungen eingebracht,
in die kopfförmige Erweiterungen an den freien Stirnseiten der
Trägerzähne axial eingeschoben werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zu Grunde, einen Stator in einem Innenläufer-Elektromotor
zu schaffen, der sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau und
eine einfache Herstellbarkeit auszeichnet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruches 1 und bei einem Stator mit den
Merkmalen des Anspruches 8 gelöst. Die Unteransprüche
geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Herstellung
eines Stators in einem Innenläufer-Elektromotor, insbesondere
für einen Stellmotor in Kraftfahrzeugen, wobei der Stator
einen radial außen liegenden Statorring aufweist und mehrere, über
den Umfang verteilte und sich radial von dem Statorring ausgehend
nach innen erstreckende Trägerzähne, die Polschuhe
zur Aufnahme bestrombarer Spulen bilden. Zur Herstellung des Stators
werden in einem ersten Schritt die Trägerzähne
mithilfe eines Haltewerkzeugs kreisförmig angeordnet und
mit radialer Ausrichtung fixiert. In einem nächsten Schritt
werden die Spulen auf die Trägerzähne aufgeschoben
bzw. ggf. aufgepresst oder es werden die Trägerzähne
mit Spulendraht umwickelt. Daran anschließend wird der Statorring
auf die außen liegenden, axial freien Stirnseiten der Trägerzähne
aufgebracht, wobei der Statorring als ein biegsames Metallband ausgeführt
ist, das um die Trägerzähne gewickelt wird.
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Der
Wicklungsvorgang soll hierbei in der Weise verstanden werden, dass
gemäß bevorzugter Ausführung das Metallband
von einer Metallspule abgewickelt und zugleich das Haltewerkzeug,
welches Träger der Trägerzähne ist, in
Rotation versetzt wird. Dies erfolgt zweckmäßigerweise
in der Weise, dass das Metallband tangential auf einen Trägerzahn
aufgesetzt wird und anschließend die Haltewerkzeug mit den
Trägerzähnen in Rotation versetzt und zugleich das
Metallband in Tangentialrichtung nachgeführt wird, bis
die Trägerzähne vollständig, also über
360°, von dem Metallband umschlossen sind.
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Der
Wicklungsvorgang kann aber auch in der Weise verstanden werden,
dass das Metallband bei stillstehendem Haltewerkzeug um die Trägerzähne herum
geführt wird, bis ein geschlossener Ring erreicht ist.
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Der
Metallband-Statorring wird über 360° um den Umfang
der Haltewerkzeug gelegt, die Träger der Trägerzähne
ist. Die Stirnseiten des Statorringes stoßen aneinander
und werden zweckmäßigerweise miteinander verbunden.
Außerdem werden die Trägerzähne mit der
Innenseite des Statorringes verbunden. Als letzter Schritt wird
das Haltewerkzeug wieder entfernt, der Stator ist nun fertig gestellt
und kann in den Elektromotor eingebaut werden kann.
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Zweckmäßigerweise
ist das Haltewerkzeug zur Halterung der Trägerzähne
als Befestigungsring ausgeführt, dessen Außendurchmesser
so bemessen ist, dass die radial an der Außenseite des
Befestigungsrings überstehenden Trägerzähne
eine Position einnehmen, die der endgültigen Position im
eingebauten Zustand im Statorring entspricht.
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Das
Metallband ist vorzugsweise als Blechband ausgebildet, das auf einer
Blechspule aufgewickelt ist, von der das Band für die Herstellung
des Stators abgewickelt wird. Hierzu wird vorteilhafterweise das
Metallband tangential auf einen der Trägerzähne
aufgesetzt und mit diesem verbunden und von der Spule abgewickelt,
während zugleich das Haltewerkzeug mit den Trägerzähnen
in die Rotation versetzt wird, woraufhin das Metallband in Tangentialrichtung
fortlaufend solange nachgeführt wird, bis sämtliche
Trägerzähne von dem Metallband umwickelt sind.
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Vorteilhafterweise
wird der Wicklungsvorgang mit der Verbindung der Trägerzähne
mit der Innenseite des Metallbandes kombiniert. Dies erfolgt beispielsweise
in der Art, dass die Trägerzähne und das Metallband
formschlüssig miteinander verbunden werden, wobei ggf.
auch eine reibschlüssige Verbindung in Betracht kommt.
Konkret lässt sich dies beispielsweise dadurch realisieren,
dass die Trägerzähne an ihrer radial außen
liegenden Stirnseite, die in Kontakt mit der Innenseite des Metallbandes
gelangt, ein Formschlusselement aufweisen, dem korrespondierend
ausgebildete Formschlusselemente an der Innenseite des Metallbandes
zugeordnet sind. Mit dem Abwickeln des Metallbandes von der Spule gelangen
die Formschlusselemente an den Trägerzähnen und
an der Innenseite des Metallbandes in einen formschlüssigen
Kontakt, so dass automatisch mit dem Umwickeln der Trägerzähne
mit dem Metallband auch eine formschlüssige Verbindung
hergestellt wird. Hierbei kann es zweckmäßig sein,
das Metallband mit einer definierten radialen Presskraft gegen die
Trägerzähne anzudrücken, um die Formschlussverbindung
herzustellen.
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Die
Formschlusselemente sind beispielhaft an den Trägerzähnen
kopfförmig ausgebildet, insbesondere kugelförmig
oder teilkugelförmig, und werden in entsprechend geformte
Ausnehmungen an der Innenseite des Metallbandes eingeführt,
wobei die Ausnehmungen bevorzugt einen sich mindestens über
180° erstreckenden teilkreisförmigen Querschnitt
besitzen, so dass die kopfförmigen Formschlusselemente
an den Trägerzähnen in diese Ausnehmungen formschlüssig
eingeknöpft werden.
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In
Betracht kommt aber auch eine sonstige Verbindungsart, beispielsweise
ein Verschweißen zwischen den Stirnseiten der Trägerzähne
und der Innenseite des Metallbandes. Die Verbindung kann sowohl
während des Abrollens des Metallbandes als auch erst im
Anschluss daran erfolgen.
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Damit
die Trägerzähne in einfacher Weise mit dem Haltewerkzeug
verbunden werden können, die während des Herstellungsprozesses Träger
der Trägerzähne ist, weisen die Trägerzähne
zweckmäßigerweise an einer axialen Stirnseite
eine Nut auf, mit der die Trägerzähne auf die
Haltewerkzeug aufgesteckt werden können. Die ring- oder
walzenförmige Haltewerkzeug ist hierfür mit korrespondierenden, radial
an der Außenseite sich erstreckenden Vorsprüngen
versehen, die im verbundenen Zustand in die jeweiligen Nuten in
den Trägerzähnen einragen.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf die Trägerzähne des Stators, die
während eines ersten Montageschrittes ihrer späteren
Anordnung entsprechend auf einem Haltewerkzeug aufgesetzt sind,
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2 in
einem nächsten Montageschritt die auf das Haltewerkzeug
aufgesetzten Trägerzähne, auf die jeweils vorgefertigten
Einzelspulen aufgesteckt sind,
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3 in
einem nächsten Verfahrensschritt ein an den Trägerzähnen
angesetztes Blechband, welches bei einer Rotation des Haltewerkzeugs
mit den Trägerzähnen tangential nachgeführt
wird, wobei in die Innenseite des Blechbandes Formschlussausnehmungen
eingesetzt sind, in die kopfförmige Formschlusselemente
an den Stirnseiten der Trägerzähne eingeführt
werden,
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4 der
Stator mit vollständig hergestelltem Statorring.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In
den 1 bis 4 wird die Herstellung eines
Stators beschrieben, der Bestandteil eines EC-Innenläufer-Elektromotors
(elektronisch kommutierter Motor) ist, der insbesondere als Stellmotor
in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, beispielsweise in Lenksystemen
zur Lenkkraftunterstützung (Electric Power Steering EPS).
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In 1 ist
ein erster Montageschritt zur Herstellung des Stators dargestellt.
Zunächst werden Trägerzähne 1,
die jeweils Träger einer bestrombaren Spule sind, auf ein
Haltewerkzeug 2 provisorisch aufgesetzt, und zwar entsprechend
ihrer späteren Position innerhalb eines Statorringes, welcher
die Trägerzähne umschließt. Die Trägerzähne 1 werden radial
ausgerichtet, über den Umfang gleichmäßig verteilt
sind zwölf Trägerzähne auf dem Haltewerkzeug 2 befestigt.
Zur Befestigung weisen die Trägerzähne 1 auf
ihrer radial innen liegenden Stirnseite eine Nut 3 auf,
in die ein entsprechend geformter Vorsprung auf der Außenseite
des Haltewerkzeuges 2 einragt. Die Nut 3 ist in
der Weise ausgebildet, dass das Haltewerkzeug 2 nach Fertigstellung
des Stators axial entfernt werden kann.
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Auf
der radial außen liegenden Stirnseite sind die Trägerzähne 1 jeweils
mit einem kopfförmigen, abgerundeten Formschlusselement 5 versehen, welches
die Aufgabe hat, eine Formschlussverbindung mit dem aufzubringenden
Statorring einzugehen.
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Jeder
Trägerzahn 1 weist im Bereich seiner radial innen
liegenden Stirnseite zwei seitlich in Umfangsrichtung auskragende
Fortsätze 4 auf, wobei sich die Fortsätze 4 benachbarter
Trägerzähne 1 berühren und somit
einen durchgehenden Innenring bilden, der einen Innenraum umschließt,
welcher nach Fertigstellung des Elektromotors von der Ankerwelle eingenommen
wird. Während des Herstellungsprozesses wird der Innenraum
von dem Haltewerkzeug 2 eingenommen, dessen Außendurchmesser
dem Durchmesser der Ankerwelle entspricht.
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Im
nächsten Verfahrensschritt gemäß 2 werden
einzelne Spulen 6 auf die Trägerzähne 1 aufgesteckt,
ggf. aufgepresst. Jedem Trägerzahn 1 ist jeweils
eine Spule 6 zugeordnet. Die Spulen 6 sind zweckmäßigerweise
so ausgebildet, dass ihre radiale Außenseite eine nur von
den Formschlusselementen 5 an der Stirnseite der Trägerzähne 1 durchbrochene,
ringförmige Außenfläche 7 bilden.
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Im
nächsten Verfahrensschritt gemäß 3 wird
ein aus Blech bestehendes Metallband 8 auf die Trägerzähne 1 aufgesetzt,
wobei das Metallband 8 den Statorring bildet. Auf der Innenseite 9 des
Metallbandes 8 befinden sich Formschlussausnehmungen 10,
die bezüglich ihres Querschnittes und des Abstandes an
die Formschlusselemente 5 an den Trägerzähnen 1 sowie
den Abstand der Trägerzähne zueinander angepasst
sind.
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Das
Metallband 8 wird tangential an das Haltewerkzeug 2 mit
den Trägerzähnen 1 herangeführt und
zunächst mit einem Trägerzahn 1 verbunden,
indem die Formschlussausnehmung 10 im Metallband 8 auf
das kopfförmige Formschlusselement des betreffenden Trägerzahns 1 aufgesetzt
wird. Hierbei kann es zweckmäßig sein, das Metallband 8 mit
einer radial nach innen gerichteten Kraft in Richtung der Trägerzähne 1 zu
belasten, um eine sichere Formschlussverbindung zwischen den Formschlusselementen 5, 10 herzustellen.
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Im
weiteren Verlauf wird das Metallband 8, das bevorzugt auf
einer Spule aufgewickelt ist, wie mit den Pfeilen dargestellt, permanent
tangential an das Haltewerkzeug 2 mit den Trägerzähnen 1 herangeführt,
wobei das Haltewerkzeug 2 in Rotation versetzt wird. Die
Rotationsgeschwindigkeit des Haltewerkzeuges ist an die Zufuhrgeschwindigkeit
des Metallbandes 8 angepasst. Auf diese Weise legt sich das
Metallband 8 an den Umfang sämtlicher Trägerzähne 1 und
bildet somit den Statorring.
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Der
fertig gestellte, von dem Metallband gebildete Statorring 8 ist
in 4 dargestellt. Das Metallband erstreckt sich über
360°, die Stirnseiten des Metallbandes liegen unmittelbar
auf Kontakt aneinander und werden zweckmäßigerweise
fest miteinander verbunden, beispielsweise über Laserschweißen.
Auf Grund des Formschlusses besteht in Radialrichtung eine feste
Verbindung zwischen den Trägerzähnen 1 und
dem Statorring 8. Nach Fertigstellung kann das Haltewerkzeug 2 axial
aus dem Stator entfernt werden und der Elektromotor unter Verwendung
des Stators zusammengebaut werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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