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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator, insbesondere für eine elektrische Maschine, sowie einen Elektromotor für Fahrzeugantriebsstrang.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Elektrische Maschinen, wie etwa Elektromotoren, umfassen einen fest gelagerten Stator sowie einen drehbar gelagerten Rotor. Ein Luftspalt zwischen Rotor und Stator wirkt sich negativ auf die Leistungsfähigkeit und Geräuschentwicklung der elektrischen Maschine aus und sollte daher möglichst gering gehalten werden sollte. Je geringer der Luftspalt, desto geringer allerdings auch der Toleranzbereich für eine Dezentrierung des Stators zu dem Rotor.
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Die Zentrierung des Stators zum Rotor wird üblicherweise über ein Gehäuse der elektrischen Maschine gelöst, wie dies etwa in der
DE 10 2009 010 177 A1 beschrieben ist. Für die Verwendung von Elektromotoren im Automotive-Bereich, etwa für elektronische Fensterheber, das Verstellen von Außenspiegeln, Verstellung von Fahrersitzen, und ähnliches, ist allerdings eine möglichst kompakte Ausgestaltung des Elektromotors erwünscht. Um auf ein Gehäuse für den Elektromotor verzichten zu können, werden der Stator und der Rotor des Elektromotors an anderweitigen Bauteilen des Antriebs, etwa Gehäusebauteilen, befestigt.
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Nun ist im Automotive-Bereich allerdings ebenso üblich, einzelne Bauteile von anderen Zulieferbetrieben zu beziehen und in einem späteren Arbeitsschritt in dem Fahrzeug zu verbauen. Die Voraussetzungen der industriellen Fertigung bezüglich Kosten- und Zeiteffizienz führen allerdings zu einer meist nicht zu verhindernden Ungenauigkeit bei der Fertigung der einzelnen Bauteile, zumindest im Submillimeterbereich. Zulieferbetriebe sind demnach angehalten, Befestigungssysteme vorzusehen, welche einen gewissen Spielraum für eine Nachjustierung bei der Montage der Bauteile erlauben.
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In der
DE 10 2014 007 568 A1 ist eine Lösung mit runden Schrauben und länglichen Ausnehmungen beschrieben. Diese Lösung erfordert jedoch eine manuelle Justierung der Statorzentrierung, was die mögliche Effizienz der industriellen Fertigung, im Gegensatz zu einer eventuell eher automatischen Zentrierung, einschränkt. Außerdem ist für die Lösung der
DE 10 2014 007 568 A1 ein vorstehender Abschnitt des Statorkörpers notwendig, was wiederum dem Wunsch, den Elektromotor möglichst kompakt zu gestalten nicht dienlich ist.
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Dies ist ein Zustand, den es zu verbessern gilt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde das Zentrieren eines Stators, welcher an einem weiteren Bauteil befestigt werden soll, zu erleichtern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Stator, insbesondere für eine elektrische Maschine, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch einen Elektromotor mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 gelöst.
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Demgemäß ist ein Stator, insbesondere für eine elektrische Maschine, mit einem Mantelkörper, welcher eine im Wesentlichen zylindrische Aushöhlung mit einer Achse umschließt, und mit mindestens einer an einer Stirnfläche des Mantelkörpers angebrachten Justierhilfseinrichtung, vorgesehen.
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Weiterhin vorgesehen ist ein Elektromotor, umfassend einen Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und ein weiteres Bauteil mit mindestens einem zu der mindestens einen Justierhilfseinrichtung des Stators korrespondierenden Ankoppelelement, wobei die Justierhilfseinrichtung zusammen mit dem Ankoppelelement eine Befestigungseinrichtung bildet, vorgesehen.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, für die Befestigung eines Stators an einem weiteren Bauteil einen in den Mantelkörper des Stators integrierten Mechanismus bereitzustellen, welcher zeitgleich für eine passende Zentrierung des Stators sorgt. Die Justierhilfseinrichtung ist hierbei dazu vorgesehen, eventuelle Abweichungen in den Positionen der einzelnen Elemente, welche den Stator an dem weiteren Bauteil befestigen, auszugeleichen. Dies erleichtert die Montage einer den Stator umfassenden elektrischen Maschine, da kein spezieller Fertigungsschritt für das Zentrieren an sich mehr notwendig ist. Auch das Risiko einer fehlerhaften Montage kann vorteilhafter Weise reduziert werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Stators kann die Justierhilfseinrichtung einen Vorsprung umfassen. Dieser Vorsprung kann integral mit dem Mantelkörper ausgebildet sein. Der Vorsprung kann weiterhin in einer Ebene senkrecht zu der Achse federbelastbar ausgebildet sein. Der Mantelkörper ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem Schritt mit der Justierhilfseinrichtung herstellbar. Dies erlaubt eine einfache Kontrolle, ob die Justierhilfseinrichtung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegt, bevor der Mantelkörper weiterverarbeitet wird.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann die Justierhilfseinrichtung eine Ausnehmung des Mantelkörpers umfassen. Diese Ausnehmung kann beispielsweise durch Bohrung erzeugt werden. Ein Mantelkörper ohne Vorsprünge kann kompakter geformt sein, als ein Mantelkörper mit Vorsprüngen. Dies kann etwa für den Transport einer Vielzahl von Mantelkörpern von Vorteil sein, da sich diese platzsparend anordnen lassen.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Justierhilfseinrichtung weiterhin ein Federelement umfassen. Dieses Federelement kann innerhalb der Ausnehmung des Mantelkörpers angeordnet und in einer Ebene senkrecht zu der Achse belastbar ausgebildet sein. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn vorgesehen sein soll, die Ankoppelelemente des weiteren Bauteils als starre Vorsprünge auszubilden.
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Gemäß einer alternativen Weiterbildung kann die Justierhilfseinrichtung weiterhin ein Spannelement umfassen. Dieses Spannelement kann in einer Ebene senkrecht zu der Achse federbelastbar ausgebildet sein und ist vorteilhafterweise in die Ausnehmung einsetzbar und auch wieder aus dieser entnehmbar und ragt aus der Ausnehmung heraus. In dieser Ausführungsform ist das am stärksten belastete Element der Justierhilfseinrichtung als separates Element ausgebildet. Das Spannelement kann somit vorteilhafter Weise leicht ausgetauscht werden, was Wartungsarbeiten an der elektrischen Maschine erleichtert.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Spannelement als Spannhülse ausgebildet sein. Spannhülsen sind eine besonders einfache Ausgestaltungsform eines geeigneten Spannelements. Dies erleichtert und verbessert die Produktion des Stators insgesamt.
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Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann der Stator mindestens zwei Justierhilfseinrichtungen umfassen. Insbesondere vorteilhaft können die Justierhilfseinrichtungen rotationssysmmetrisch um die Achse angeordnet sein. Hierdurch werden mehrere, bevorzugt isotrop verteilte, Freiheitsgrade für die Zentrierung des Stators geschaffen. Somit erhöht sich vorteilhafter Weise der akzeptable Toleranzbereich für die Fertigung einer einzelnen der mehreren Justiereinrichtungen.
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Gemäß eines Ausführungsbeispiels des Elektromotors kann ein zu dem Stator korrespondierender Rotor vorgesehen sein. Der Rotor kann weiterhin mittels einer Welle an dem weiteren Bauteil angeordnet sein. Die Zentrierung des Stators zu dem Rotor erfolgt bei dieser Ausgestaltung allein über das weitere Bauteil. Dies erleichtert die Fertigung des Elektromotors, da weniger Einzelschritte für die Fertigung benötigt werden.
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Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels des Elektromotors kann ein Einklemmteil vorgesehen sein. Das Einklemmteil kann vorteilhafterweise den Stator von einer dem weiteren Bauteil gegenüberliegenden Seite her gegen das weitere Bauteil pressen. Das Einklemmteil unterstützt die Befestigung des Stators an dem weiteren Bauteil. Hierdurch kann die Justierhilfseinrichtung mit einem stärkeren Fokus auf Zentrierung und weniger auf Befestigung ausgebildet werden.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1 eine schematische Schrägansicht eines Ausführungsbeispiels eines Stators;
- 2 einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Elektromotors;
- 3 eine schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Elektromotors.
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Stators 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten. Der Stator umfasst einen Mantelkörper 2, welcher eine zylindrische Aushöhlung 3 umschließt. Innerhalb der zylindrischen Aushöhlung 3 ist eine Vielzahl an Spulen 12 des Stators 1 entlang der Innenfläche des Mantelkörpers 2 angeordnet. Die Achse 4 der zylindrischen Aushöhlung 3 ist in dieser Abbildung vertikal ausgerichtet. An der unteren Stirnfläche 5 sind insgesamt vier Justierhilfseinrichtungen 6 angebracht. Die Justierhilfseinrichtungen 6 sind in jeweils zwei Paaren angeordnet. Die beiden Paare sind in Bezug auf die Achse 4 symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten der Aushöhlung 3 angeordnet. Die Justierhilfseinrichtungen 6 sind im gezeigten Beispiel als jeweils eine Ausnehmung 61 und ein Spannelement 62 umfassend vorgesehen. Jeweils eine Justierhilfseinrichtung 6 eines Paares ist mit dem Spannelement 62 in die Ausnehmung 61 eingesetzt dargestellt. Bei den übrigen Justierhilfseinrichtungen 6 ist das Spannelement 62 nicht gezeigt, um die jeweilige Ausnehmung 61 besser erkenntlich zu machen.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind die Spannelemente 62 als Spannhülsen ausgebildet. Während der Montage des Stators 1 werden die Spannelemente 62 in als korrespondierende Ausnehmungen ausgebildete Ankoppelelemente 10 eines weiteren Bauteils 8 eingesetzt. Falls geringe Abweichungen in der Positionierung der Justierhilfseinrichtungen 6 und/oder der Ankoppelelemente 10 vorhanden sind, wird durch die Ankoppelelemente 10 eine Kraft in einer Ebene senkrecht zur Achse 4 ausgeübt. Die Spannelemente 64 geben in dieser Richtung nach und verringern ihre entsprechende Ausdehnung. Hierdurch wird die Abweichung der Positionierung ausgeglichen und der Stator 1 nimmt seine gewünschte, zentrierte Position ein.
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Insbesondere ist für die vorliegende Erfindung die Abstimmung der Jusiterhilfseinrichtung auf das korrespondierende Ankoppelelement bedeutsam. Die spezifischen, hier vorgeschlagenen Ausgestaltungen der einzelnen Elemente der Justierhilfseinrichtung lassen sich mit den spezifischen Ausgestaltungen der entsprechenden Ankoppelelemente vertauschen. So können etwa auch die Justierhilfseinrichtungen 6 integral mit dem Mantelkörper 2 ausgebildete, in einer Ebene senkrecht zur Achse 4 federbelastbare Vorsprünge umfassen. In diesem Fall könnten die Ankoppelelemente 10 des weiteren Bauteils 8 als einfache, korrespondierende Bohrungen ausgebildet werden.
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2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Elektromotors 7. Der Elektromotor umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Stator 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 1 sowie ein weiteres Bauteil 8, hier in Form eines Pumpengehäuses ausgebildet. Das weitere Bauteil 8 ist in dieser Abbildung unter dem Stator 1 angeordnet. Das Bauteil 8 weist ein Gehäuse 9 auf, welches zu den Justierhilfseinrichtungen 6 korrespondierend angeordnete Ankoppelelemente 10 aufweist, welche hier als Bohrungen ausgebildet sind. In dieser Ansicht ist ebenfalls sichtbar, dass der Stator 1 an der oberen Stirnfläche 5 des Mantelkörpers ebenfalls Ausnehmungen 62 aufweist, welche auch für die Bildung von Justierhilfseinrichtungen 6 dienen können.
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Ein zentral an dem Bauteil 8 angeordneter Rotor des Elektromotors 7 ist in dieser Ansicht nicht sichtbar. Die Spannelemente 62 sind sowohl in die Ausnehmungen 61 an der unteren Stirnfläche 5 des Mantelkörpers 2 als auch in die Bohrungen des weiteren Bauteils 8 eingesetzt. Die seitlichen Außenflächen des Stators 1 und das Bauteils 8 liegen deckungsgleich aneinander an, der Stator 1 ist also perfekt zentriert.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektromotors 7 aus einer Seitenansicht. In dieser Darstellung ist die Ansicht im Gegensatz zu den Ansichten der 1 und 2 um 90° gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Der Elektromotor umfasst an seinem rechten Ende ein Bauteil 8 in Form eines Pumpengehäuses. Links des Bauteils 8 ist ein Stator 1 angeordnet, welcher weiter nach links an ein Einklemmteil 11 anliegt. Das Einklemmteil 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Elektronikgehäuse ausgebildet.
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Da der Stator 1 zwischen dem Bauteil 8 und dem Einklemmteil 11 angeordnet ist, üben diese, wenn sie ihrerseits fest montiert sind, entgegenwirkende Kräfte auf den Stator 1 aus und befestigen diesen mittels Einklemmung. Der resultierende Elektromotor 7 ist besonders kompakt geformt und ideal dazu geeignet in einem Kontext, in welchem wenig Platz zur Verfügung ist, etwa in einem Personenkraftwagen, eingebaut zu werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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So sind auch andere Ausgestaltungsformen der Justierhilfseinrichtungen 6 als die hier gezeigte denkbar. So kann vorgesehen sein, dass für die Ausnehmungen 61 korrespondierende Vorsprünge an einem weiteren Bauteil 8 als Ankoppelelemente 10 angebracht sind. Diese Vorsprünge können starr ausgebildet sein, wodurch in den Ausnehmungen 61 noch zusätzliche federnde Elemente vorgesehen sein können. Oder die Ankoppelelemente 10 können selbst als in einer Ebene senkrecht zur Achse 4 federbelastbar ausgebildet sein.
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Die Justierhilfseinrichtungen 6 können auch im Gegensatz zu der in den Figuren gezeigten, mehrteiligen Ausgestaltung, einteilig als mit dem Mantelkörper 2 integral ausgebildete Vorsrpünge ausgebildet sein.
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Auch alternative Anzahlen und Anordnungen der Justierhilfseinrichtungen 6 sind möglich. So sind etwa drei Justierhilfseinrichtungen 6, welche rotationssymmetrisch um die Achse 4, jeweils mit einem Winkel von 120°, angeordnet sind, denkbar. Prinzipiell können je nach dem für den Einbau des Stators 1 verfügbaren Platz, die Anzahl und Anordnung der Justierhilfseinrichtungen 6 individuell ausgebildet werden.
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Die Justierhilfseinrichtungen 6 und Ankoppelelemente 10 wurden hier als in der Ebene senkrecht zu der Achse 4 isotrop belastbare, insbesondere zylindrisch ausgebildete, Bestandteile dargestellt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind jedoch auch andere Formen denkbar, falls für den spezifischen Fall des Stators zweckdienlich. So können die Justierhilfseinrichtungen 6 auch eine Quaderform aufweisen und/oder in lediglich einer spezifischen Richtung federbelastbar ausgebildet sein.
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Es ist auch vorstellbar, mehrere Statoren 1 hintereinander anzuordnen und jeweils einen Stator 1 als weiteres Bauteil 8 mit entsprechenden Ankoppelelementen 10 für einen anderen Stator 1 zu verwenden.
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In der vorliegenden Beschreibung wurden die Materialien, aus denen Mantelkörper 2 und/oder Justierhilfseinrichtungen 6 gefertigt werden, nicht näher definiert. Es können sämtliche im Automotive-Bereich, insbesondere für Bestandteile von Elektromotoren, übliche Materialien, wie etwa Metalle, Metalllegierungen und Kunststoffe, verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Mantelkörper
- 3
- Aushöhlung
- 4
- Achse
- 5
- Stirnfläche
- 6
- Justierhilfseinrichtung
- 7
- Elektromotor
- 8
- Bauteil
- 9
- Gehäuse
- 10
- Ankoppelelelement
- 11
- Einklemmteil
- 12
- Spule
- 61
- Ausnehmung
- 62
- Spannelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009010177 A1 [0003]
- DE 102014007568 A1 [0005]