DE2360820B2 - Verfahren zur Herstellung eines Ständers für einen Elektromotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines aus paketierten Blechen bestehenden Ständers für einen Elektromotor, bei welchem die axial gerichteten Bleche fmnelförmig gewölbt und gruppenweise unter Bildung dichtgeschichteter Joche und *o beiderseits daran anschließender aufgefächerter Polhälften innerhalb einer Form zusammengesetzt und mit einer aushärtbaren Gießmasse vergossen werden.

Elektromotoren mit einem derartigen Ständeraufbau werden vor allem in kleineren Größen bei hohen Drehzahlen eingesetzt wie beispielsweise in Gebläsen, Lüftern, Staubsaugern und dgl. Gegenüber den sonst üblichen Elektromotoren, deren Ständer aus radial gerichteten und axial aufeinander geschichteten Profilblechen bestehen, haben sie den Vorteil kleinerer so Abmessungen und eines geringeren Gewichts sowie weitgehende Vermeidung von Abfällen beim Stanzen der Ständerbleche, die im Gegensatz zu den komplizierten Querschnitten radialer Ständerbleche einfachen Rechteck- oder Parallelogrammquerschnitt aufweisen.

Eine wesentliche Forderung bei allen Elektromotoren besteht darin, daß der Luftspalt zwischen Ständer und Läufer überall gleich und möglichst gering ist. Dieser Luftspalt wird bestimmt durch die Genauigkeit der einander umschließenden Umfangsflächon von Ständer «> und Läufer und durch die Lagerung des letzteren. Ein herkömmlicher Läufer läßt sich verhältnismäßig einfach, z. B. durch Abdrehen seines Blechpakets, genau zylindrisch herstellen. Die Herstellung der Ständerbohrung macht jedoch bei Elektromotoren der von der Erfindung betroffenen Art Schwierigkeiten. Beim Ausdrehen der Bohrung würde der Drehmeißel intermittierend auf die Blechkanten stoßen und außerdem bei Verwendung von kiesel- oder gashaltigen Gießmassen rasch abstumpfen. Die äußere Form des Ständers eignet sich auch nicht gut zum Spannen in einer Drehmaschine, so daß das Herstellen einer genauen Ständerbohrung auf diesem Wege mit hohen Kosten verbunden wäre.

Bei einem bekannten Motor der von der Erfindung betroffenen Art (DE-OS 19 08 323) sind deshalb die Längskanten der Ständerbleche zur Schaffung einer möglichst zylindrischen »Ständerbohrung« in Umfangsrichtung umgebogen und stützen sich auf diesem Wege gegeneinander ab, wobei die Zwischenräume zwischen den Blechen mit Kunstharz ausgefüllt sind. Im übrigen sind mit Rücksicht auf die Herstellung die Bleche, die jeweils nur einen einzigen sich axial erstreckenden Wicklungsstrang umschließen, in Gestalt einer Verzahnung zweiteilig ausgeführt, wobei jeweils die eine Hälfte dieser Bleche erst nach dem Einsetzen der Wicklung montiert wird. Die geteilte Ausführung der Bleche führt in unerwünschter Weise zu einem weiteren Luftspalt, und die besondere Art der Montage erfordert entsprechende Befestigungsmitte! zum nachträglichen Zusammenfügen der einen gemeinsamen Pol bildenden beiden Blechgruppen.

Bei einem anderen bekannten Elektromotor mit axial gerichteten und tunnelförmig gewölbten Blechen (DE-OS 19 03 635) sind die Bleche auch im Bereich der Pole dichtgescHichtet und nur in ihrer Gesamtheit von einer aushärtbaren Gießmasse umschlossen, so daß die gewünschte Genauigkeit der Ständerbohrung nur durch das bereits erwähnte nachträgliche Ausdrehen oder Ausschleifen mit den dabei vorhandenen Nachteilen möglich ist

Bei einem weiteren bekannten Elektromotor mit axial gerichteten, tunnelförmig gewölbten Ständerblechen (GB-PS 7 6 701) ist vorgesehen, daß die Bleche im Bereich der Pole nach dem Anbringen der Wicklung auf den Polen zur Sicherung derselben und gleichzeitigen endgültigen Formung der Ständerbohrung in Umfangsrichtung auseinandergespreizt werden, wobei die inneren Bleche eines jeden Blechpakets mit Bezug auf die Tunnelfonn weiter einwärts und die äußeren Bleche weiter nach auswärts gebogen werden, während die mittleren Bleche eine solche Biegung entweder gar nicht oder allenfalls in schwächerem Ausmaß erfahren. Dies bedeutet, daß die inneren und äußeren Bleche zunächst weiter in die Ständerbohrung vorstehen, und es bedarf großer Sorgfalt und damit eines großen Fertigungsaufwandes, beim Spreizen oder Auffächern die Bleche so zu biegen, daß sich zum Schluß die gewünschte Ständerbohrung ergibt, wobei insbesondere auch zu berücksichtigen ist, daß die Bleche materialbedingt eine Eigenfederung besitzen. Eine Sicherung der Bleche durch Ausfüllung der Zwischenräume mit einer aushärtbaren Gießmasse ist zudem nicht vorgesehen, so daß nachträgliche Veränderungen aufgrund thermischer oder mechanischer Einflüsse nicht ausgeschlossen sind und derartigen Veränderungen durch entsprechende Bemessung des Luftspaltes zwischen Ständer und Läufer von vornherein Rechnung getragen werden muß.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei einem Ständer aus paketierten Blechen für einen Elektromotor, bei welchem die axial gerichteten Bleche tunnelförmig gewölbt und gruppenweise unter Bildung dicht geschichteter Joche und beiderseits daran anschließender aufgefächerter Polhälften innerhalb einer Form zusammengesetzt und mit einer aushärtbaren Gießmasse vereossen sind, ein

Größtmaß an Formgenauigkeit der von den Längskanten der Siänderbleche gebildeten Ständerbohrung zu schaffen und dadurch den effektiven Luftspalt so klein wie möglich mit Rücksicht auf die freie Drehbarkeit des Läufers halten zu können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bleche derart vorgewölbt werden, daß ihre Längskanten innerhalb der Form eine Bohrung von kleinerem Durchmesser als dem So'ldurchmesser umschließen, und daß die Bohrung während des Einfüllens und Aushärtens der Gießmasse auf den Solldurchmesser aufgeweitet wird.

Die Erfindung führt, wie sich in der Praxis bei Motoren für Haushaltsgeräte inzwischen in großem Umfang gezeigt hat, zu einem durc'H die angestrebte '? Genauigkeit erzielbaren außerordentlichen hohen Wirkungsgrad der Motoren bei gleichzeitig äußerst kostengünstiger Fertigung. Durch die Aufweitung der von den Längskanten der Bleche umschlossenen Bohrung auf den Solldurchmesser werden die Bleche gezwungen, sich während des Vergießens und Aushärtens der Vergußmasse unter Eigenspannung gegen den Dorn anzulegen, wodurch sichergestellt wird, daß die Längskanten der Bleche unmittelbar die Ständerbohrung begrenzen und dadurch auf einen radialen Kleinstabstand gegenüber dem Läufer zu liegen kommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Ständern mit Anordnung von Wicklungen auf den Jochen und läßt iich hierzu besonders vorteilhaft dadurch weiter ausgestalten, daß die Wicklungen vor dem Vergießen auf die Joche aufgebracht werden. Auf diesem Wege wird eine besonders für Kleinmotoren geeignete selbsttragende Ständereinheit geschaffen, deren Wicklungen auf dem Blechpaket bleibend fixiert sind und dennoch infolge ihrer Anordnung auf den Jochen von einem durch die Maschine geleiteten Luftstrom wirksam gekühlt werden können.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich grundsätzlich ein einfacher zylindrischer Dorn verwenden, der die genaue Größe der angestrebten Ständerbohrung aufweist. Um Fertigungsstreuungen bei den Umfangsabständen der aufgefächerten Blechkanten zu vermeiden, zeichnet sich ein besonders ^⁵ zweckmäßiger Aufweitdorn zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch dadurch aus, daß er auf seiner Umfangsfläche mit achsparallen Nuten zur Aufnahme und Abstützung der Längskanten der Bleche versehen ist Die Blechkanten werden somit beim w Aufweiten von den Nuten geführt und genau auf dem gewünschten Umfangsabsiand zu den Nachbarblechen gehalten, der längs dem Hohlumfang auch von Blech zu Blech verschieden sein kann, um dadurch eine Anpassung an die Verteilung des magnetischen Feldes im Luftspalt zu erhalten.

Zur Vermeidung einer vollständigen Ausfüllung des Ständerbereiches zwischen den Polen mit Gießmasse bei vor dem Vergießen auf die Joche aufgebrachter Wicklungen ist der Dorn ferner zweckmäßig so ·>" geformt, daß er im Bereich der Joche gegen die Wicklungen drückt. Dadurch werden die Bleche beim Vergießen nicht nur besonders gut erfaßt, sondern es werden auch die Innenseiten der Wicklungen 7·"· Ständerbohrung hin vor Crie8masse freijrehalfe" ι·"'¹ ^ die Voraussetzungen für eine besonders gute Kühlung der Wicklungen geschaffen.

Die Erfindung *vir<. nachstehend in Verbindung mi' der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in der oberen Hälfte die Stimarisicht und in der unteren Hälfte den Ständerquerschnitt eines nach der Erfindung hergestellten Elektromotors,

F i g. 2 in größerem Maßstab einen Ausschnitt aus F i g. 1 im dortigen Querschnittbereich des Ständers,

Fig.3 in noch weiterer Vergrößerung einen Quer schnitt durch einen Teil der inneren Enden von Ständerblechen in Anlage an einen zylindrischen Aufweitdorn, während der Zwischenraum zwischen den Blechen mit Gießmasse ausgefüllt wird,

F ι g. 4 einen Querschnitt ähnlich F i g. 3 mit einem mit achsparallelen Nuten versehenen Aufweitdorn und

Fig.5 ausschnittsweise einen Querschnitt durch einen Ständer mit Anordnung von Wicklungen auf den Jochen beim Vergießen unter Verwendung eines besonders gestalteten Aufweitdorns.

Der in F i g. 1 dargestellte Elektromotor hat zwei ausgeprägte Pole 11 und 12, die untereinander durch Joche 13, 14 verbunden sind. Die Pole 11, 12 sind von Wicklungen 15 bzw. 16 umschloss α. Jedes Joch 13 bzw. t4 besteht aus einer Anzahl dünner bleche 17, die zu einem Paket vereinigt sind. Die Ständerbleche 17 erstrecken sich im Bereich der Joche in achsparallelen Ebenen mit Bezug auf die Hauptachse des Motors. An den Enden der Joche 13, 14 sind die Bleche 17 tunnelförmig nach einwärts abgebogen und gehen in die Pole It und 12 über, in denen die Bleche derart aufgefächert sind, daß sie dem Verlauf imaginärer magnetischer Kraftlinien 18 bis 24 folgen. Die Zwischenräume 25 zwischen den aufgefächerten Abschnitten der Bleche 17 sind mit einer aushärtbaren Gießmasse ausgefüllt, welche die Bleche in ihrer gegenseitigen Lage hält und den Polen 11,12 eine solche Umfangserstreckung gibt, daß für einen Rotor 27 die bestmögliche Kraftlinienverteilung entsteht

F i g. 2 zeigt in größerem Maßstab einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit dem geschnittenen Joch 13, dem Pol 11, der Wicklung 15 und einem Formwerkzeug, bestehend aus einer äußeren Hohlform 33 und einem zentralen Dorn 34. Das Joch 13 besteht im vorliegenden Fall aus hieben Blechen 17, die — wie bereits erwähnt — so gebogen sind, daß sie den imaginären Kraftlinien 18 bis 24 nach F i g. 1 folgen.

Die Herstellung des vorbeschriebenen Ständers geschieht wie folgt:

Zunächst werden die Bleche in der erforderlichen unterschiedlichen Größe aus einer Tafel ausgestanzt oder ausgeschnitten, tunnelförmig gebogen und gruppenweise ineinandergeschichtet Dann wird die Ständerwicklung 15 angebracht, und das mit der Ständerwicklung versehene Paket wird in die Hohlform

33 eingesetzt Dort liegen die Endkanten 36 der Bleche et'"? auf einem Kreisumfang mit einem Durchmesser D\, der etwas kleiner ist als der angestrebte Durchmesser Di der Ständorbohrung. Wenn dann eif in F i g. 2 mit

34 angedeuteter Dorn in die die Bleche enthaltende Hohlform 33 eingeführt wird, dessen Durchmesser D> beträgt, werden die Endkanten 36 der Bleche radial nach außen au, den Durchmesser D₂ gedrückt und dadurch die von den Längskanten gebildete Ständerbohn.inj? auf dieses Maß aufgeweitet. In dieser Stellung wenden die Bleche dann durch eine aushärtbare Gießmasse 37. welche in die Zwischenräume 25 (F i g. 11 gefüllt wird, gehalten. Das Aiiswärtsbiegen der dünnen B'eche entgegen deren Eigenfederung gewährleistet eine Berührung sämtlicher innerer Längskanten der Bleche mit dem Aufweitdorn 34, wodurch eine sehr enge

Toleranz für die Ständerbohruing mit einfachen Mitteln erzielt wird.

F i g. 3 zeigt noch einmal diie Einbettung der Bleche 17 in der Gießharzmasse 37 irn Bereich der Ständerbohrung, die von den Längskanten 36 der Bleche begrenzt wird. Wie ersichtlich, liegen dieise Kanten sehr genau auf einem bestimmten Kreisumifang. Aus Kunststoff bestehende Gießharzmassen habem die Tendenz zu schrumpfen, so daß zwischen den Kanten 36 eine wellenförmige Begrenzungslinie 43 nach dem Aushärten der Gießmasse erscheint. Dadurch wird ein iin dieser Stelle durchaus erwünschter größerer Luftspalt zu der an der Übertragung des magnetischen Flusses nicht aktiv teilnehmenden Gießmasse erhalten und gewährleistet, daß auch im warmgelaufenen Zustand die Gießmasse infolge thermischer Ausdehnung nicht zwischen den Blechkanten 36 in die Ständerbohrung vorsteht.

Es leuchtet ein. daß bei Verwendung eines Aufweitdorns mit rein zylindrischer Oberfläche, wie er in F i g. 3 F i g. 4 der Aufweitdorn 50 mit Nuten 52 versehen sein, die von Schultern 53 begrenzt sind, gegen welche sich die Bleche 17 mit ihren Längskanten 36 beim Aufweiten abstützen. Auch hier liegen die Blechkanten am Ende auf einem sehr genauen Kreisumfang, und die Gießmasse 37 tritt im Vergleich zu F i g. 3 zwischen den Blechkanten noch weiter radial zurück.

F i g. 5 zeigt ausschnittsweise einen Ständer, bei dem die Wicklungen auf den Jochen wie in diesem Fall die

ίο Wicklung 62 auf dem Joch 63 sitzt. Ein Aufweitdorn 61 drückt bei der Herstellung gegen die Wicklung, wie durch Pfeile angedeutet ist. Da die Enden der Bleche hierbei nach auswärts gebogen werden, ergibt sich im Joch 63 eine Spannung, die ebenfalls dazu beiträgt, die

ü Wicklung gegen den Dorn zu pressen. Durch diese Anordnung wird das Eindringen der flüssigen Gießmasse von den aufzufüllenden Hohlräumen 64 aus in die Wicklung erschwert oder sogar unmöglich gemacht. Auf diese Weise wird die Wicklung von Gießmasse

in fr^^chsUen und sⁿBter im Betrieb sowohl su? der

Aufweiten eine Bewegung in Umfangsrichtung ausführen, die infolge von Fertigungs- und Federungstoleranzen der Bleche von Ständer zu Ständer unterschiedlich sein kann. Um diese Unterschiede zu vermeiden und eine gleichbleibende Lage der Bleche bei der Serienherstellung der Ständer zu gcwiihrleisten, kann gemäß Außenseite als auch auf der zum Läufer zugewandten Seite wirksam gekühlt, indem zwischen dem Läufer und den Wicklungen ein verhältnismäßig großer Luftraum freibleibt. Diese Maßnahme hat große Bedeutung für den Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit des Motors.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines aus paketierten Blechen bestehenden Ständers für einen Elektromotor, bei welchem die axial gerichteten Bleche tunnelförmig gewölbt und gruppenweise unter Bildung dichigeschichteter Joche und beiderseits daran anschließender aufgefächerter Polhälften innerhalb einer Form zusammengesetzt und mit einer aushärtbaren Gießmasse vergossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche derart vorgewölbt werden, daß ihre Längskanten innerhalb der Form eine Bohrung von kleinerem Durchmesser als dem Solldurchmesser umschließen, und daß die Bohrung während des Einfüllens und Aushärtens der Gießmasse auf den Solldurchmesser aufgeweitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 jnir Herstellung eines Ständers mit Anordnung von Wicklungen auf den Jochen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen vor dem Vergießen auf die Joche aufgebracht werden.

3. Aufweitdorn zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er auf seiner Umfangsfläche mit achsparallelen Nuten (52) zur Aufnahme und Abstützung der Längskanten der Bleche (36) versehen ist

4. Aufweitdorn zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (61) so geformt ist, daß er im Bereich der Joche (63) gegen die Wicklungen (62) drückt