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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Stator einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Es ist schon ein Stator einer elektrischen Maschine aus der
EP3138184 B1 bekannt, der einen Statorkörper mit einer Statorachse und eine elektrische Statorwicklung aufweist, wobei an dem Statorkörper Statorzähne und zwischen den Statorzähnen Statornuten ausgebildet sind, wobei der Statorkörper Statorscheiben zur Bildung eines Blechpakets umfasst, wobei die Statorwicklung eine Vielzahl von miteinander verbundenen Leiterelementen aufweist, wobei in den Statornuten Paare von Leiterenden mehrerer Leiterelemente an einer Kontaktstelle in der jeweiligen Statornut zur Bildung von Kontaktverbindungen elektrisch kontaktiert sind, indem jeweils Kontaktflächen der Paare von Leiterenden mittels von Kontaktkräften in Kontakt gebracht sind. Die Kontaktkräfte werden erzeugt, indem die Leiterenden der jeweiligen Leiterelemente in den Statornuten verkeilt werden. Aufgrund von sich aufsummierenden Toleranzen pro Kontaktverbindung ist es schwierig, qualitativ gute Kontaktverbindungen reproduzierbar herzustellen.
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Vorteile der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Stator einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Herstellung der Statorwicklung verbessert und/oder vereinfacht wird, indem die Kontaktverbindungen, insbesondere die Kontaktkräfte zur Bildung der Kontaktverbindungen, durch Verdrehen von zumindest einer der Statorscheiben des Statorkörpers, insbesondere von einzelnen Statorscheiben oder von einer oder mehreren Gruppen von Statorscheiben, erzeugt sind. Die erfindungsgemäße Statorwicklung kann auf diese Weise ohne stoffschlüssiges Fügen, beispielsweise ohne Schweißen der Leiterelemente hergestellt werden. Außerdem kann die Statorwicklung aus vorgeformten Leiterelementen gebildet und zusammengesteckt sein, so dass ein Verschränken der Leiterelemente bei der Herstellung der Statorwicklung entfallen kann.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Stators einer elektrischen Maschine möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn die verdrehten Statorscheiben im axialen Bereich der jeweiligen Kontaktstelle liegen und mit Zahnflanken in Umfangsrichtung zumindest mittelbar auf die Kontaktflächen drücken zur gegenseitigen Kontaktierung der Kontaktflächen der jeweiligen Kontaktverbindung. Auf diese Weise erzeugen die Statorscheiben klemmende Kontaktkräfte zur Herstellung der Kontaktverbindungen.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Leiterenden zumindest einer der Kontaktverbindungen formschlüssig zusammengesteckt sind. Auf diese Weise können ausreichend große Kontaktflächen für die Kontaktverbindungen gebildet werden.
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Sehr vorteilhaft ist es, wenn nach einem ersten Ausführungsbeispiel eines der beiden Leiterenden der jeweiligen Kontaktverbindung eine Ausnehmung, insbesondere Ausklinkung, und das andere Leiterende der Kontaktverbindung einen in die Ausnehmung des einen Leiterendes vorstehenden Vorsprung, insbesondere einen eckigen Zapfen, aufweist, wobei Ausnehmung und Vorsprung der jeweiligen Kontaktverbindung korrespondierende Kontaktflächen haben. Auf diese Weise wird eine sehr einfache und leicht zu montierende Steckverbindung als Kontaktverbindung erreicht. Der eckige Vorsprung des jeweiligen Leiterendes des jeweiligen Leiterpaars kann dabei parallele oder schräge Kontaktflächen aufweisen.
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Auch vorteilhaft ist, wenn die Ausnehmung des einen Leiterendes der jeweiligen Kontaktverbindung in axialer Richtung bezüglich der Statorachse jeweils länger ausgebildet ist als der Vorsprung des anderen Leiterendes der jeweiligen Kontaktverbindung, wodurch jeweils ein Ausgleichsspalt gebildet ist. Auf diese Weise können Toleranzen ausgeglichen werden, die einen Einfluss auf die jeweilige Kontaktverbindung haben, beispielsweise eine Breite der Statornut, eine Breite des Leiterquerschnitts des Leiterelementes, eine Dicke einer Lackisolation der Leiterelemente.
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Desweiteren vorteilhaft ist, wenn nach einem zweiten Ausführungsbeispiel beide Leiterenden der jeweiligen Kontaktverbindung jeweils einen Vorsprung oder jeweils eine Ausnehmung aufweisen und dass ein zusätzliches Verbindungselement als dritter Kontaktpartner der jeweiligen Kontaktverbindung vorgesehen ist, das die beiden Leiterenden der jeweiligen Kontaktverbindung miteinander verbindet, insbesondere durch Umschließen der beiden Vorsprünge bzw. durch Anordnen in den beiden Ausnehmungen der beiden Leiterenden, und das insbesondere hülsenförmig bzw. stift- oder zapfenförmig ausgebildet ist. Auf diese Weise können große Kontaktflächen erreicht werden. Außerdem kann bei der Herstellung der Kontaktverbindungen jeweils eine plastische Verformung der drei Kontaktpartner erzeugt werden, wodurch die durch die Statorscheiben aufzubringenden klemmenden Kontaktkräfte niedriger ausgeführt werden können.
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Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn zwischen den Kontaktpartnern der jeweiligen Kontaktverbindung, insbesondere im Ausgleichsspalt oder am zusätzlichen Verbindungselement, ein stoffschlüssiges Fügemittel, insbesondere ein Weichlot oder eine Beschichtung umfassend Silber und/oder Nickel, vorgesehen ist. Auf diese Weise kann zusätzlich zum Form- und Kraftschluss ein Stoffschluss zwischen den Leiterenden der jeweiligen Kontaktverbindung erreicht werden, wodurch der Kontaktübergangswiderstand zwischen den Leiterenden verringert bzw. die elektrische Leitung zwischen den Leiterenden verbessert werden kann. Der Stoffschluss bildet sich, indem der Stator bei der Herstellung auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Fügemittels gebracht wird.
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Vorteilhaft ist, wenn die Kontaktflächen der jeweiligen Kontaktverbindung parallel oder quasi-parallel zu Zahnflanken der jeweiligen Statornut ausgebildet sind. Auf diese Weise kann die Kontaktverbindung als Steckverbindung ausgeführt sein. Die Kontaktflächen der jeweiligen Kontaktverbindungen werden nach dem axialen Zusammenstecken der Paare von Leiterenden mittels der verdrehten Statorscheiben gegeneinander gedrückt.
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Außerdem vorteilhaft ist, wenn in der jeweiligen Statornut ein Zusatzelement zur Erzeugung einer zusätzlichen Kontaktkraft vorgesehen ist, das insbesondere ein Federelement oder ein Crimpelement ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Kontaktkräfte der jeweiligen Kontaktverbindung in Summe dauerhaft und in ausreichender Höhe über die Lebensdauer des Stators aufrechterhalten bleiben.
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Weiter vorteilhaft ist, wenn im Bereich der Kontaktstellen zwischen der jeweiligen Statornut und den in der Statornut liegenden Leiterelementen jeweils eine Nutisolation vorgesehen ist, die insbesondere hülsenförmig oder manschettenförmig ist. Auf diese Weise wird vermieden, dass die zur Bildung der Kontaktverbindung verdrehten Statorscheiben durch die von ihnen ausgeübten Kontaktkräfte eine Isolierung der Leiterelemente beschädigen. Somit wird sichergestellt, dass der Statorkörper gegenüber der Statorwicklung elektrisch isoliert bleibt.
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In vorteilhafter Weise sind die Leiterelemente der Statorwicklung aus Flach- bzw. Rechteckdraht gebildet sind und haben jeweils einen rechteckförmigen Leiterquerschnitt.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die verdrehten Statorscheiben, insbesondere Blechlamellen, im Statorkörper fixiert sind, insbesondere durch Verschweißen der verdrehten Statorscheiben mit benachbarten Statorscheiben oder durch eine Presspassung zwischen dem Statorkörper und einem Statorgehäuse, das den Stator beispielsweise umschließt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Kontaktkräfte dauerhaft aufrechterhalten werden können.
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Nach einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass die Statorwicklung in axialer Richtung bezüglich der Statorachse in zumindest zwei Wicklungsteile geteilt ist, wobei jeder Wicklungsteil aus einer Vielzahl von Leiterelementen gebildet ist, wobei Leiterenden des einen Wicklungsteils jeweils unter Bildung einer der Kontaktverbindungen mit einem der Leiterenden eines anderen Wicklungsteils kontaktiert sind, insbesondere kraftschlüssig durch Verdrehen der bestimmten Statorscheiben. Durch das erfindungsgemäße Verdrehen der Statorscheiben werden also innerhalb der Statornuten viele Kontaktverbindungen in einem Zuge hergestellt. Die Wicklungsteile der Statorwicklung können auf diese Weise in axialer Richtung zusammengesteckt und durch das erfindungsgemäße Verdrehen der Statorscheiben zu der Statorwicklung elektrisch verbunden werden, unter Bildung einer Vielzahl der erfindungsgemäßen Kontaktverbindungen. Dies kann insbesondere ohne stoffschlüssiges Fügen, beispielsweise ohne Verschweißen, der Leiterelemente der Wicklungsteile erfolgen.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt einen Stator einer elektrischen Maschine mit erfindungsgemäß verdrehten Statorscheiben zur kraftschlüssigen elektrischen Kontaktierung von Paaren von Leiterenden innerhalb der Statornuten des Stators,
- 2 eine Schnittansicht einer einzelnen Statornut des Stators nach 1,
- 3 eine Ansicht eines Details X nach 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 4 eine Ansicht des Details X nach 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 5 eine Ansicht des Details X nach 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
- 6 ein erfindungsgemäßes Paar von Leiterenden zur Bildung einer der Kontaktverbindungen gemäß einer ersten Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels,
- 7 ein erfindungsgemäßes Paar von Leiterenden zur Bildung einer der Kontaktverbindungen gemäß einer zweiten Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels,
- 8 ein erfindungsgemäßes Paar von Leiterenden zur Bildung einer der Kontaktverbindungen gemäß einer dritten Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels und
- 9 ein erfindungsgemäßes Paar von Leiterenden mit einem Zusatzelement zur Erzeugung einer zusätzlichen Kontaktkraft.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine Teilansicht eines Stators einer elektrischen Maschine mit erfindungsgemäß verdrehten Statorscheiben zur kraftschlüssigen elektrischen Kontaktierung von Paaren von Leiterenden innerhalb der Statornuten des Stators.
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Der erfindungsgemäße Stator 1 einer elektrischen Maschine 2 weist einen Statorkörper 3 und eine elektrische Statorwicklung 4 auf. Am Statorkörper 3 sind Statorzähne 5 und zwischen den Statorzähnen 5 Statornuten 6 ausgebildet. Der Statorkörper 3 umfasst Statorscheiben 7, insbesondere Blechlamellen aus Elektroblech zur Bildung eines Blechpakets und/oder andere Scheiben, beispielsweise Deckscheiben.
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Die in 1 und 2 dargestellten Statorscheiben 7 sind aus Darstellungsgründen vergleichsweise dick dargestellt und können jeweils auch eine Gruppe von Statorscheiben, insbesondere Blechlamellen, umfassen.
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Die Statorwicklung 4 umfasst eine Vielzahl von miteinander verbundenen Leiterelementen 8.
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In den Statornuten 6 sind Paare 9 von Leiterenden 82 mehrerer Leiterelemente 8 an einer Kontaktstelle 10 in der jeweiligen Statornut 6 zur Bildung von Kontaktverbindungen 11 elektrisch kontaktiert, indem jeweils Kontaktflächen 12 der Paare 9 von Leiterenden 8e mittels von Kontaktkräften in Kontakt gebracht sind. Nach der Bildung der Kontaktverbindungen 11 kann in den Statornuten 6 jeweils entweder ein einziger elektrischer Leiter pro Statornut 6 oder ein mehrere elektrische Leiter umfassendes Leiterbündel vorliegen. Die Leiter des Leiterbündels liegen wie in 1 dargestellt in radialer Richtung bezüglich einer Statorachse 3.1 übereinander.
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Die Leiterelemente 8 der Statorwicklung 4 sind beispielsweise aus Flach- bzw. Rechteckdraht gebildet und haben jeweils einen rechteckförmigen Leiterquerschnitt. Weiterhin können die Leiterelemente 8 der Statorwicklung 4 beispielsweise jeweils eine Lackisolation 8i aufweisen.
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Zur Veranschaulichung der Erfindung ist in 1 die Statorwicklung 4 nur in einer der Statornuten 5 dargestellt. Die Statorwicklung 4 bildet an den beiden Stirnseiten des Statorkörpers 3 jeweils einen Wickelkopf 4.1 aus.
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2 zeigt eine Schnittansicht einer einzelnen Statornut 6 des Stators 1 nach 1.
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3 zeigt eine Ansicht eines Details X nach 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kontaktverbindungen 11, insbesondere die Kontaktkräfte zur Bildung der Kontaktverbindungen 11, durch Verdrehen von zumindest einer der Statorscheiben 7 des Statorkörpers 3, insbesondere von einzelnen Statorscheiben 7 oder von einer oder mehreren Gruppen von Statorscheiben 7, erzeugt sind. Die Kontaktverbindungen 11 können, wie in 3 bis 5 gezeigt, durch entgegengesetztes Verdrehen von Statorscheiben 7 oder Gruppen 14 von Statorscheiben 7 erzeugt sein. Die Verdrehung der Statorscheiben 7 erfolgt jeweils um einen Verdrehwinkel ϕ um die Statorachse 3.1.
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Die verdrehten Statorscheiben 7 sind im Statorkörper 3 fixiert, insbesondere durch Verschweißen der verdrehten Statorscheiben 7 mit benachbarten Statorscheiben 7 oder durch eine Presspassung zwischen dem Statorkörper 3 und einem den Statorkörper 3 umgebenden Statorgehäuse.
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Die Statorwicklung 4 kann in axialer Richtung bezüglich der Statorachse 3.1 in nicht dargestellter Weise in zumindest zwei Wicklungsteile geteilt sein, wobei jeder Wicklungsteil aus einer Vielzahl von Leiterelementen 8 gebildet ist. Dabei können erfindungsgemäß die Leiterenden 8e des einen Wicklungsteils jeweils unter Bildung einer der Kontaktverbindungen 11 mit einem der Leiterenden 8e eines anderen Wicklungsteils kontaktiert sein, insbesondere kraftschlüssig durch Verdrehen der bestimmten Statorscheiben 7.
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Die verdrehten Statorscheiben 7 liegen bezüglich der Statorachse 3.1 im axialen Bereich der jeweiligen Kontaktstelle 10 und drücken mit Zahnflanken 7.1 in Umfangsrichtung bezüglich der Statorachse 3.1 zumindest mittelbar auf die Kontaktflächen 12 zur gegenseitigen Kontaktierung der Kontaktflächen 12 der jeweiligen Kontaktverbindung 11.
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Die Kontaktstellen 10 der in derselben Statornut 6 liegenden Paare von Leiterenden 8e sowie deren Kontaktverbindungen 11 können in der jeweiligen Statornut 6 an derselben oder an unterschiedlichen axialen Positionen liegen.
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Die Leiterenden 8e zumindest einer der Kontaktverbindungen 11 sind paarweise formschlüssig zusammengesteckt.
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Die Kontaktflächen 12 der jeweiligen Kontaktverbindung 11 sind parallel oder quasi-parallel zu Zahnflanken 4.1 der jeweiligen Statornut 4 ausgebildet. Die Kontaktflächen 12 der jeweiligen Kontaktverbindungen 11 werden nach dem axialen Zusammenstecken der Paare von Leiterenden 8e mittels der verdrehten Statorscheiben 7 gegeneinander gedrückt.
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Eines der beiden Leiterenden 8e der jeweiligen Kontaktverbindung 11 weist nach dem ersten Ausführungsbeispiel eine Ausnehmung 16, insbesondere Ausklinkung, und das andere Leiterende 8e der Kontaktverbindung 11 einen in die Ausnehmung 16 des einen Leiterendes 8e vorstehenden Vorsprung 17, insbesondere einen eckigen Zapfen, auf. Die Ausnehmung 16 und der Vorsprung 17 der jeweiligen Kontaktverbindung 11 haben korrespondierende Kontaktflächen 12. Dabei kann die Ausnehmung 16 des einen Leiterendes 8e der jeweiligen Kontaktverbindung 11 in axialer Richtung bezüglich der Statorachse 3.1 jeweils länger ausgebildet sein als der Vorsprung 17 des anderen Leiterendes 8e der jeweiligen Kontaktverbindung 11, wodurch jeweils ein Ausgleichsspalt 18 gebildet ist.
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Im Bereich der Kontaktstellen 10 kann zwischen der jeweiligen Statornut 6 und den in der jeweiligen Statornut 6 liegenden Leiterelementen 8 jeweils eine Nutisolation 21 vorgesehen sein, die insbesondere hülsenförmig oder manschettenförmig ist.
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4 zeigt eine Ansicht des Details X nach 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel haben beide Leiterenden 8e der jeweiligen Kontaktverbindung 11 jeweils einen Vorsprung 17. Außerdem ist ein zusätzliches Verbindungselement 19 als dritter Kontaktpartner der jeweiligen Kontaktverbindung 11 vorgesehen, das die beiden Leiterenden 8e der jeweiligen Kontaktverbindung 11 miteinander verbindet, insbesondere durch hülsenförmiges Umschließen der beiden Vorsprünge 17.
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5 zeigt eine Ansicht des Details X nach 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Nach dem dritten Ausführungsbeispiel haben beide Leiterenden 8e der jeweiligen Kontaktverbindung 11 jeweils eine Ausnehmung 16. Außerdem ist ein zusätzliches Verbindungselement 19 als dritter Kontaktpartner der jeweiligen Kontaktverbindung 11 vorgesehen, das die beiden Leiterenden 8e der jeweiligen Kontaktverbindung 11 miteinander verbindet, insbesondere durch Anordnen bzw. Hineinragen des Verbindungselementes 19 in den bzw. in die beiden Ausnehmungen 16 der beiden Leiterenden 8e. Das zusätzliches Verbindungselement 19 ist nach dem dritten Ausführungsbeispiel stift- oder zapfenförmig ausgebildet.
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Zwischen den Kontaktpartnern 8e,19 der jeweiligen Kontaktverbindung 11, insbesondere im Ausgleichsspalt 18 oder am zusätzlichen Verbindungselement 19, kann ein stoffschlüssiges Fügemittel, insbesondere ein Weichlot oder eine Beschichtung umfassend Silber und/oder Nickel, vorgesehen sein, um zusätzlich zum erfindungsgemäßen Form- und Kraftschluss eine stoffschlüssige Verbindung herstellen zu können.
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6 zeigt ein erfindungsgemäßes Paar von Leiterenden zur Bildung einer der Kontaktverbindungen gemäß einer ersten Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels.
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Nach der ersten Ausführung ist der als eckiger, abgesetzter Zapfen ausgeführte Vorsprung 17 des einen Leiterendes 8e nach dem Einstecken in die Ausnehmung 16 des anderen Leiterendes 8e vollständig von dem anderen Leiterende 8e umschlossen und somit nicht mehr sichtbar.
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7 zeigt ein erfindungsgemäßes Paar von Leiterenden zur Bildung einer der Kontaktverbindungen gemäß einer zweiten Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels.
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Nach der zweiten Ausführung ist die Ausnehmung 16 des einen Leiterendes 8e als Ausklinkung ausgeführt, die in Richtung einer Höhe oder Breite des Leiterendes 8e durchgängig ausgebildet ist. Beispielsweise bildet die Ausnehmung 16 ein gabelförmiges Leiterende 8e. Der als eckiger Zapfen ausgeführte Vorsprung 17 des anderen Leiterendes 8e wird zur Herstellung einer zapfenstoß-förmigen oder scherzapfen-förmigen (begrifflich in Anlehnung an Holzverbindungen bzw. Holzbalkenverbindungen) Kontaktverbindung 11 zwischen die Zinken 15 des gabelförmigen Leiterendes 8e gesteckt. Die Ausklinkung 16 und der Zapfen 17 können korrespondierend keilförmig ausgebildet sein, damit die Kontaktverbindung 11 nach dem Erzeugen der Kontaktkräfte durch das Verdrehen der Statorscheiben 7 eine axiale Ausziehkraft gegen ungewünschtes Trennen der Kontaktverbindung 11 aufnehmen kann.
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Alternativ zum Zapfenstoß bzw. Scherzapfen können die Leiterenden des jeweiligen Paars von Leiterenden auch ein sogenanntes gerades Blatt bilden, begrifflich in Anlehnung an Holzverbindungen bzw. Holzbalkenverbindungen.
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8 zeigt ein erfindungsgemäßes Paar von Leiterenden zur Bildung einer der Kontaktverbindungen gemäß einer dritten Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels
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Nach der zweiten Ausführung ist die Kontaktverbindung zapfenblattstoß-förmig ausgeführt.
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9 zeigt ein erfindungsgemäßes Paar von Leiterenden mit einem Zusatzelement zur Erzeugung einer zusätzlichen Kontaktkraft.
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In den Statornuten 6 kann im Bereich der Kontaktstellen 10 jeweils ein Zusatzelement 20 zur Erzeugung einer zusätzlichen, die Kontaktflächen 12 aneinanderdrückenden Kontaktkraft vorgesehen sein, das insbesondere ein Federelement oder ein Crimpelement ist und beispielsweise hülsenförmig oder klammerförmig ausgeführt ist. Das Zusatzelement 20 kann sich beispielsweise mit Spitzen 20.1 in das Material der Leiterenden 8e hineinbeißen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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