DE102017211019A1

DE102017211019A1 - Low-noise electric motor with a modified stator

Info

Publication number: DE102017211019A1
Application number: DE102017211019.8A
Authority: DE
Inventors: Zoltan Lambert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2019-01-03

Abstract

Offenbart ist ein Stator für einen elektrischen Motor mit einem ersten Statorelement zum teilweisen Aufnehmen von mehreren Wicklungen, mit einem axial von dem ersten Statorelement beabstandeten zweiten Statorelement zum teilweisen Aufnehmen von mehreren Wicklungen, wobei zwischen dem ersten Statorelement und dem zweiten Statorelement ein Abstandselement angeordnet ist und die Wicklungen zwischen dem ersten Statorelement und dem zweiten Statorelement aufgespannt sind, wobei das erste Statorelement und das zweite Statorelement um die Rotationsachse zueinander verdreht sind.Disclosed is a stator for an electric motor having a first stator for partially receiving a plurality of windings, with a second spaced axially from the first stator second stator for partially receiving a plurality of windings, wherein between the first stator and the second stator a spacer element is arranged and the windings are clamped between the first stator element and the second stator element, wherein the first stator element and the second stator element are rotated around one another about the axis of rotation.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für einen elektrischen Motor sowie einen elektrischen Motor mit einem den Stator umfangsseitig umgreifenden Rotor.The invention relates to a stator for an electric motor and an electric motor with a stator circumferentially encompassing the rotor.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Motoren bestehen üblicherweise aus einem Stator und einem Rotor. Je nach Bauweise und Funktionsprinzip kann auf dem Stator eine Vielzahl an elektrisch anregbaren Wicklungen angeordnet sein. Auf dem Rotor können ebenfalls elektrisch anregbare Wicklungen oder Permanentmagnete positioniert sein. Durch Erzeugen elektrischer Felder können zwischen dem Rotor und dem Stator Anziehungskräfte bzw. Abstoßungskräfte erzeugt werden. Hierdurch kann ein Rotor relativ zum Stator in Bewegung versetzt und rotiert werden. Üblicherweise ist ein Stator, an dem eine Vielzahl an Wicklungen angeordnet ist, einteilig aus einem Metall ausgeführt. Ein derartiger Stator weist verschiedene Vertiefungen und Aufnahmen zum Führen und Aufnehmen der Wicklungen auf. Die Wicklungen verlaufen hierbei parallel zu einer Rotationsachse des elektrischen Motors. Durch den parallelen Verlauf der Wicklungen zu der Rotationsachse können jedoch abhängig von der Anzahl der Wicklungen regelmäßig auftretende Belastungsspitzen entstehen. Dies kann insbesondere bei Gleichstrommotoren Schwingungen erzeugen. Die erzeugten Schwingungen verursachen einen erhöhten Geräuschpegel bei einem Betrieb des elektrischen Motors.Electric motors usually consist of a stator and a rotor. Depending on the design and operating principle can be arranged on the stator a plurality of electrically energizable windings. On the rotor can also be positioned electrically energizable windings or permanent magnets. By generating electric fields, attractive forces or repulsive forces can be generated between the rotor and the stator. As a result, a rotor can be set in motion relative to the stator and rotated. Usually, a stator, on which a plurality of windings is arranged, is made in one piece of a metal. Such a stator has various recesses and receptacles for guiding and receiving the windings. The windings in this case run parallel to a rotation axis of the electric motor. Due to the parallel course of the windings to the rotation axis, however, regularly occurring load peaks can arise depending on the number of windings. This can generate vibrations, in particular in DC motors. The generated vibrations cause an increased noise level during operation of the electric motor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, mit einem minimalen konstruktiven Aufwand in einem elektrischen Motor Vibrationen und dadurch die Geräuschentwicklung während des Betriebs des Motors zu reduzieren.The object underlying the invention can be seen to reduce vibrations and thereby the noise during operation of the engine with a minimum design effort in an electric motor.

Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.This object is achieved by means of the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of each dependent subclaims.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Stator für einen elektrischen Motor bereitgestellt. Der Stator weist ein erstes Statorelement zum teilweisen Aufnehmen von mehreren Wicklungen auf. Des Weiteren weist der Stator ein axial von dem ersten Statorelement beabstandetes zweites Statorelement zum teilweisen Aufnehmen mehrerer Wicklungen auf, wobei zwischen dem ersten Statorelement und dem zweiten Statorelement ein Abstandselement angeordnet ist und die Wicklungen zwischen dem ersten Statorelement und dem zweiten Statorelement aufgespannt sind. Erfindungsgemäß sind das erste Statorelement und das zweite Statorelement um die Rotationsachse zueinander verdreht.According to one aspect of the invention, a stator for an electric motor is provided. The stator has a first stator element for partially receiving a plurality of windings. Furthermore, the stator has an axially spaced from the first stator second stator for partially receiving a plurality of windings, wherein between the first stator and the second stator a spacer element is arranged and the windings are clamped between the first stator and the second stator. According to the invention, the first stator element and the second stator element are rotated around one another about the axis of rotation.

Durch das axiale Verdrehen des ersten Statorelementes gegenüber dem zweiten Statorelement können die Wicklungen zwischen dem ersten Statorelement und dem zweiten Statorelement derart auf den Stator angeordnet werden, dass sie nicht mehr parallel zu der Rotationsachse verlaufen. Vielmehr weisen die Wicklungen einen Winkel zu der Rotationsachse auf. Hierdurch kann ein Losdrehmoment des elektrischen Motors reduziert oder unterbunden werden. Insbesondere kann durch eine schräge Anordnung der Wicklungen gegenüber den parallel zu der Rotationsachse angeordneten Permanentmagneten des Rotors ein gleichmäßiger Lauf des elektrischen Motors realisiert werden. Durch den gleichmäßigeren Lauf können Lastspitzen und damit auch geräuschverursachende Vibrationen des elektrischen Motors beseitigt werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Stator bei seiner Herstellung verdreht zusammengesetzt wird. Insbesondere müssen das erste Statorelement und das zweite Statorelement einen axialen Winkelversatz zueinander aufweisen. Optimalerweise ist hierfür kein konstruktiver Aufwand notwendig. Je nach Ausführung des Stators kann lediglich das Abstandselement angepasst werden zum Erreichen des Winkelversatzes zwischen dem ersten Statorelement und dem zweiten Statorelement.Due to the axial rotation of the first stator element relative to the second stator element, the windings between the first stator element and the second stator element can be arranged on the stator in such a way that they no longer run parallel to the axis of rotation. Rather, the windings at an angle to the axis of rotation. As a result, a loosening torque of the electric motor can be reduced or prevented. In particular, can be realized by an oblique arrangement of the windings with respect to the parallel to the axis of rotation arranged permanent magnets of the rotor, a smooth running of the electric motor. Due to the more even running, load peaks and thus also noise-causing vibrations of the electric motor can be eliminated. This can be achieved by putting the stator twisted together during its manufacture. In particular, the first stator element and the second stator element must have an axial angular offset from each other. Optimally, no design effort is necessary for this. Depending on the design of the stator, only the spacer element can be adapted to achieve the angular offset between the first stator element and the second stator element.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein radialer Winkel zwischen dem ersten Statorelement und dem zweiten Statorelement durch das Abstandselement einstellbar. Hierdurch kann das Abstandselement beispielsweise Rastpunkte aufweisen, die in korrespondierende Ausnehmungen im zweiten Statorelement oder dem ersten Statorelement eingreifen. Hierdurch kann bei einem Montieren der Stators ein definierter Winkelversatz zwischen dem ersten Statorelement und dem zweiten Statorelement eingestellt werden.According to one embodiment of the invention, a radial angle between the first stator element and the second stator element is adjustable by the spacer element. As a result, the spacer element may for example have latching points which engage in corresponding recesses in the second stator element or the first stator element. As a result, when the stator is mounted, a defined angular offset between the first stator element and the second stator element can be set.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Abstandselement entsprechend einem eingestellten Winkel bzw. Winkelversatz Vertiefungen zum teilweisen Aufnehmen der Wicklungen auf. Hierdurch kann das Abstandselement derart konstruiert werden, dass die Wicklungen teilweise geschützt durch das Abstandselement bzw. durch entsprechende umfangseitig am Abstandselement angeordnete Ausnehmungen verlaufen können. Vorzugsweise kann das Abstandselement Ausnehmungen mit unterschiedlichen Winkeln relativ zu der Rotationsachse aufweisen. Hierdurch können unterschiedliche Winkel der Wicklungen mit einem einzigen Abstandselement realisiert werden.According to a further embodiment of the invention, the spacer element according to a set angle or angular offset recesses for partially receiving the windings. In this way, the spacer element can be constructed in such a way that the windings can run partially protected by the spacer element or by corresponding recesses arranged circumferentially on the spacer element. Preferably, the spacer may have recesses with different angles relative to the axis of rotation. As a result, different angles of the windings can be realized with a single spacer element.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind das erste Statorelement und das zweite Statorelement rotationssymmetrisch. Hierdurch kann eine gleichmäßige und rotationssymmetrische Form des Stators realisiert werden, die strömungsdynamische Einflüsse auf einen Rundlauf eines Rotors minimiert.According to a further exemplary embodiment of the invention, the first stator element and the second stator element are rotationally symmetrical. In this way, a uniform and rotationally symmetrical shape of the stator can be realized, which minimizes flow dynamic influences on a concentricity of a rotor.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektrischer Motor mit einem erfindungsgemäßen Stator bereitgestellt. Der Stator wird umfangseitig von einem Rotor umgriffen, wobei der Rotor parallel zu der Rotationsachse ausgerichtete Magnete aufweist und von den elektrisch angeregten Wicklungen der Stators antreibbar ist.According to a further aspect of the invention, an electric motor is provided with a stator according to the invention. The stator is peripherally surrounded by a rotor, wherein the rotor parallel to the axis of rotation has aligned magnets and is driven by the electrically excited windings of the stator.

Durch einen Stator mit relativ zu der Rotationsachse schräg verlaufenden Wicklungen kann der Rotor mit minimalem Losdrehmoment elektrisch angetrieben werden. Hierdurch kann ein ruhigerer gleichmäßigerer Betrieb des elektrischen Motors realisiert werden. Zudem können Lastspitzen im Betrieb verhindert und eine Geräuschentwicklung des elektrischen Motors minimiert werden. Hierzu sind lediglich minimale konstruktive Änderungen des Stators notwendig.By means of a stator with windings which run obliquely relative to the axis of rotation, the rotor can be electrically driven with a minimum loosening torque. As a result, a smoother, more even operation of the electric motor can be realized. In addition, load peaks during operation can be prevented and a noise of the electric motor can be minimized. For this purpose, only minimal structural changes of the stator are necessary.

Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen

1 einen schematischen Querschnitt eines Rotors eines elektrischen Motors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 eine Draufsicht auf einen Stator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

In the following, preferred exemplary embodiments of the invention are explained in greater detail on the basis of greatly simplified schematic representations. Show here

1 a schematic cross section of a rotor of an electric motor according to an embodiment of the invention,
2 a plan view of a stator according to an embodiment of the invention.

In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.In the figures, the same constructive elements each have the same reference numerals.

Die 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Rotors 1 eines elektrischen Motors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Rotor 1 weist eine äußere Hülle 2 auf. An eine Innenseite der Hülle 2 ist eine metallische Verstärkungsstruktur 4 angeordnet. Die metallische Verstärkungsstruktur 4 ist hohlzylinderförmig ausgeführt. Auf eine Innenseite der metallischen Verstärkungsstruktur 4 sind mehrere Permanentmagneten 6 angeordnet. Beispielsweise können die Permanentmagnet 6 mit der metallischen Verstärkungsstruktur 4 verklebt sein. Die Permanentmagneten 6 sind hierbei derart ausgerichtet, dass ihre Feldlinien zwischen ihren Polen parallel zu einer Rotationsachse R verlaufen.The 1 shows a schematic cross section of a rotor 1 an electric motor according to an embodiment of the invention. The rotor 1 has an outer shell 2 on. To an inside of the case 2 is a metallic reinforcement structure 4 arranged. The metallic reinforcement structure 4 is designed as a hollow cylinder. On an inside of the metallic reinforcing structure 4 are several permanent magnets 6 arranged. For example, the permanent magnet 6 with the metallic reinforcement structure 4 be glued. The permanent magnets 6 are aligned in such a way that their field lines between their poles parallel to a rotation axis R run.

In der 2 ist eine Draufsicht auf einen modifizierten Stator 8 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Stator 8 weist ein erstes Statorelement 10, ein zweites Statorelement 12 und ein Abstandselement 14 auf.In the 2 is a plan view of a modified stator 8th represented according to an embodiment of the invention. The stator 8th has a first stator element 10 , a second stator element 12 and a spacer 14 on.

Der Stator 8 ist rotationssymmetrisch ausgeführt. Insbesondere kann der Stator 8 in einen inneren Bereich des Rotors 1 eingesetzt werden und den Rotor 1 durch elektrische Anregungen von Wicklungen 16 antreiben. Der Rotor 1 und der Stator 8 bilden gemeinsam einen elektrischen Motor. Eine nicht dargestellte Welle kann den Rotor 1 und den Stator 8 konzentrisch und rotationsymmetrisch zueinander ausrichten. The stator 8th is designed rotationally symmetrical. In particular, the stator 8th in an inner region of the rotor 1 be used and the rotor 1 by electrical excitations of windings 16 drive. The rotor 1 and the stator 8th together form an electric motor. A shaft, not shown, the rotor 1 and the stator 8th align concentrically and rotationally symmetric to each other.

Das erste Statorelement 10 und das zweite Statorelement 12 weisen eine Vielzahl an Haken 18 zum teilweisen Aufnehmen der Wicklungen 16 auf. Hierbei werden bei der Herstellung des Stators die Wicklungen 16 zwischen den jeweils entgegengesetzt gerichteten Haken 18 des ersten Statorelementes 10 und des zweiten Statorelement 12 gespannt. Das erste Statorelement 10 und das zweite Statorelement 12 sind axial durch ein Abstandselement 14 beanstandet. Das erste Statorelement 10 und das zweite Statorelement 12 sind hierbei derart durch das Abstandselement 14 beanstandet, dass sie einen axialen Winkelversatz zueinander aufweisen. Hierdurch verlaufen die Wicklungen 16 im Bereich des Abstandselementes 14 nicht parallel zu der Rotationsachse R, sondern weisen einen Winkel zu der Rotationsachse R auf. Hierdurch kann ein gleichmäßigerer Betrieb des elektrischen Motors ermöglicht werden, der eine geringere Geräuschemissionen zufolge hat.The first stator element 10 and the second stator element 12 have a variety of hooks 18 for partially receiving the windings 16 on. In this case, in the manufacture of the stator, the windings 16 between the oppositely directed hooks 18 of the first stator element 10 and the second stator element 12 curious; excited. The first stator element 10 and the second stator element 12 are axially by a spacer element 14 objected. The first stator element 10 and the second stator element 12 are in this case by the spacer 14 complains that they have an axial angular offset from one another. As a result, the windings run 16 in the area of the spacer element 14 not parallel to the axis of rotation R but have an angle to the axis of rotation R on. As a result, a more uniform operation of the electric motor can be made possible, which has a lower noise emissions.

Das erste Statorelement 10 und das zweite Statorelement 14 können beispielsweise aus einem Metall bestehen. Das Abstandselement 14 besteht beispielsweise aus einem Kunststoff. Das Abstandselement 14 weist hierbei Ausnehmung bzw. Vertiefungen auf, die Platz für einen Verlauf der Wicklungen 16 bieten. Hierdurch können die Wicklungen 16 durch das Abstandselement 14 geschützt geführt werden. Die Wicklungen sind vorzugsweise elektrisch leitfähige Drähte. Die Drähte weisen jeweils eine elektrische Isolierung auf.The first stator element 10 and the second stator element 14 may for example consist of a metal. The spacer element 14 For example, it is made of a plastic. The spacer element 14 has in this case recess or recesses, the place for a course of the windings 16 Offer. This allows the windings 16 through the spacer element 14 protected. The windings are preferably electrically conductive wires. The wires each have an electrical insulation.

Claims

A stator (8) for an electric motor having a first stator element (10) for partially receiving a plurality of windings (16) with a second stator element (12) spaced axially from the first stator element (10) for partially receiving a plurality of windings (16). wherein a spacer element (14) is arranged between the first stator element (10) and the second stator element (12) and the windings (16) are clamped between the first stator element (10) and the second stator element (12), characterized in that the first stator element (10) and the second stator element (12) are rotated around one another about the axis of rotation (R).

Stator after Claim 1 wherein a radial angle between the first stator element (10) and the second stator element (12) is adjustable by the spacer element (14).

Stator after Claim 1 or 2 wherein the spacer element (14) has depressions for partially receiving the windings (16) in accordance with a set angle.

Stator after one of the Claims 1 to 3 wherein the first stator element (10), the second stator element (12) and the spacer element (14) are rotationally symmetrical.

Electric motor with a stator (8) after one of Claims 1 to 4 , with a stator (8) circumferentially enclosing the rotor (1), wherein the rotor (1) parallel to the axis of rotation (R) aligned magnets (6) and of the electrically excited windings (16) of the stator (8) is drivable ,