-
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, einen Stator für eine elektrische Maschine, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stators nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
-
Stand der Technik
-
Mit der
DE 10 2010 064 051 A1 ist ein Stator für eine elektrische Maschine bekannt geworden, bei dem auf Einzelzahnsegmenten des Statorgrundkörpers jeweils axial Isoliermasken aufgesetzt sind. Die Isoliermaske weist zumindest an einer axialen Seite eine axiale Wand auf, in der in Radialrichtung zwei Durchgangsschlitze ausgebildet sind. Dabei können zwei benachbarte Einzelzahnsegmente als Spulenpaar ausgebildet werden, bei dem zwei Einzelzahnspulen mittels eines Verbindungsdraht durchgewickelt sind. Bei dieser Ausführung der Zwillingsspulen sind alle Drahtanfänge und Drahtenden an der gleichen radialen Seite der Statorsegmente angeordnet, wie die Verbindungsdrähte zwischen zwei Einzelzahnspulen. Nachteilig dabei ist, dass durch dabei an den axialen Stirnseiten der Statorsegmente wenig Platz zur Krafteinleitung beim Einpressen der Statorsegmente in ein Statorgehäuse verbleibt. Außerdem besteht die Gefahr, dass der Verbindungsdraht nach der Montage der Satorsegmente das Statorgehäuse berührt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der erfindungsgemäße Stator, sowie die erfindungsgemäße elektrische Maschine beinhaltend einen solchen Stator, sowie das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eines Stators nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die Anordnung des Verbindungsdrahts zwischen zwei benachbarten Einzelzahnspulen axial gegenüberliegend zum Eingangsdraht und dem Ausgangsdraht des Spulenpaares an der Stirnfläche der Statorsegmente Pressflächen für deren Montage in das Statorgehäuse frei zugänglich bleiben. Durch die Anordnung des Verbindungsdrahtes zwischen den beiden Einzelzahnspulen radial außerhalb der unteren Isoliermasken kann der radiale Wickelraum für die Einzelzahnspulen optimal zu Maximierung des Kupferfüllfaktors genutzt werden. Dabei sind die beiden benachbarten Statorzähne durch deren Aufspreizung der Statorzahn-Achsen auf der Wickelvorrichtung für den Wickelprozess frei zugänglich. Nach dem fertigen Bewickeln der Statorzähne des Spulenpaares können die Statorzähne wieder aufeinander zu gedreht werden, wobei der radial außerhalb der Isoliermasken verlaufende Verbindungsdraht derart umgebogen wird, dass dieser radial an der Außenseite der unteren Isoliermasken anliegt. Dadurch kann wirkungsvoll verhindert werden, dass der Verbindungsdraht nach der Montage der Statorsegmente in das Statorgehäuse letzteres berührt.
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Ausbildungen möglich. Die axial unteren Isoliermasken, an deren radiale Außenwand der Verbindungsdraht verläuft, weisen eine axiale Wand auf, die sich von der Stirnfläche des Statorgrundkörpers axial von dieser weg erstreckt. Diese axiale Wand hält die Wicklungen der Einzelzahnspulen auf dem Statorzahn, wobei die axiale Wand bevorzugt axial über die Einzelzahnspulen hinaus ragt. Am Außenumfang der axialen Wand können Führungselemente für den Verbindungsdraht zwischen zwei benachbarten Einzelzahnspulen angeformt sein, die beispielsweise als tangentiale Rillen ausgebildet sind.
-
Vorteilhaft können in der axialen Wand der axial unteren Isoliermasken Durchgangsöffnungen ausgeformt sein, durch die der Verbindungsdraht von zwei benachbarten Einzelzahnspulen radial durch die axiale Wand hindurch geführt werden kann. Dadurch kann der Verbindungsdraht von der ersten Einzelzahnspule radial durch die axiale Wand der ersten Isoliermaske hindurch geführt werden, und sich an deren radialen Außenseite in Tangentialrichtung bis zur benachbarten Einzelzahnspulen erstrecken. In der axial unterer Isoliermaske ist wiederum eine Durchgangsöffnung ausgeformt, durch den der Verbindungsdraht radial hindurch zum Statorzahn geführt wird, um auf diesem dann die zweite Einzelzahnspulen auszubilden.
-
Des Weiteren sind bevorzugt auch an den oberen Isoliermasken beider benachbarter Statorsegmente radiale Durchgangsöffnungen ausgebildet, durch die der Anfangsdraht und der Ausgangsdraht des Spulenpaars geführt werden. Dabei kann die axial obere Isoliermaske identisch zu der axial unteren Isoliermaske eines Statorsegments ausgebildet sein, oder es können die Durchgangsöffnungen der unteren Isoliermasken an den konkreten Verlauf des Verbindungsdrahtes angepasst werden. Weist die obere Isoliermaske beispielsweise in der Draufsicht einen rechten, und tangential dazu beabstandeten linken Durchgangsschlitz auf, wird der Eingangsdraht in den linken Durchgangsöffnung des linken Statorsegments eingelegt. Das zweite Statorsegment des Spulenpaars liegt mit seinem Jochbereich tangential unmittelbar am ersten Statorsegment an, um zusammen eine Zwillingsspule - bzw. ein Spulenpaar - zu bilden. Wird nun der Ausgangsdraht des zweiten Statorsegments in die in Draufsicht rechten Durchgangsöffnung eingelegt, sind die beiden mittleren Durchgangsöffnungen des Spulenpaars nicht mit einem Wickeldraht belegt. Dadurch, dass hierbei nur die beiden Durchgangsöffnungen der tangential äußeren Endbereichen des Spulenpaars mit dem Wickeldraht belegt sind, entsteht tangential dazwischen ein großer Freiraum für die Anordnung und Kontaktierung eines größeren elektrischen Bauteils.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann zumindest eine Durchgangsöffnung einer Isoliermaske als tangentiale Lücke zwischen zwei benachbarten Isoliermasken ausgebildet sein. Das bedeutet, dass die Durchgangsöffnung durch eine radiale Aussparung direkt am tangentialen Ende der axialen Wand ausgeformt ist. Wird beispielsweise der Verbindungsdraht radial durch eine solche tangentiale Lücke gelegt, wird der Verbindungsdraht an einem tangentialen Ende der axialen Wand um diese herum geführt und an der radialen Außenseite dieser axialen Wand in Tangentialrichtung weiter geleitet. Dabei können auch zwei unmittelbar benachbarte tangentiale Lücken zweier benachbarter axialen Wände eine gemeinsame Durchgangsöffnung ausbilden.
-
In einer alternativen Ausführung sind die Durchgangsöffnungen als Durchgangsschlitze ausgebildet, durch die hindurch der Wickeldraht in Radialrichtung geführt ist. Dabei können beispielsweise ein linker und ein rechter Durchgangschlitz in einer axialen Wand einer Isoliermaske ausgebildet werden, durch die der Wickeldraht wahlweise gelegt werden kann. Ein solcher Durchgangsschlitz weist dann einen tangentialen Abstand zum tangentialen Ende der betreffenden axialen Wand der Isoliermaske auf. Dabei kann die tangentiale Breite des Durchgangsschlitz entsprechend auf den Wickeldraht-Durchmesser abgestimmt werden, sodass die Durchgangsschlitze als Klemm-Schlitze für den Wickeldraht ausgebildet werden können. Dabei können vorteilhaft sowohl der Anfangsdraht als auch der Ausgangsdraht oder auch der Verbindungsdraht in solch einem Durchgangsschlitz festgeklemmt werden.
-
Um die Drahtführung des Verbindungsdraht an der radialen Innenseite und/oder der radialen Außenseite der axialen Wand zu optimieren, wird die Durchgangsöffnung unter einem schrägen Winkel zur Radialrichtung ausgebildet. Dadurch verläuft auch der darin eingelegte Verbindungsdraht nicht senkrecht, sondern unter einem tangentialen Winkel zur Radialrichtung, wodurch eine radiale Ausbauchung des umgebogenen Verbindungsdrahtes minimiert wird.
-
Gemäß einer weiteren Ausführung verläuft der Verbindungsdraht zuerst im radialen Bereich der Einzelzahnspulen als Diagonalverbindung innerhalb der Statornut, und wird anschließend an der zweiten unteren Isoliermaske durch eine erste radiale Durchgangsöffnung hindurch an der radialen Außenseite der axialen Wand der zweiten unteren Isoliermaske entlang geführt. Danach wird der Verbindungsdraht durch eine zweite radiale Durchgangsöffnung wieder an die radiale Innenseite der axialen Wand der zweiten unteren Isoliermaske geführt, um dort die erste Wicklung der zweiten Einzelzahnspule auszubilden. Durch die Ausbildung des Verbindungsdraht als Diagonalverbindung können die beiden benachbarten Einzelzahnspulen vorteilhaft auch gegensinnig gewickelt werden.
-
Damit bei dieser Ausführung die erste Wicklung der zweiten Einzelzahnspule sauber an der Innenseite der axialen Wand gelegt werden kann, ist an der Innenseite der ersten und/oder zweiten Durchgangsöffnung ein radialer Freiraum ausgespart, innerhalb dessen der Verbindungsdraht radial außerhalb dem Wickelraum der zweiten Einzelzahnspule geführt werden kann. Dabei wird der Verbindungsdraht - von der ersten Einzelzahnspule kommend - als Diagonalverbindung direkt in diesen radialen Freiraum geführt, und darin radial nach außen umgebogen, wodurch er durch die erste Durchgangsöffnung zur radialen Außenseite der axialen Wand der zweiten unteren Isoliermaske geführt wird. Dadurch kann wiederum der Kupferfüllfaktor der zweiten Einzelzahnspule optimiert werden, ohne dass dabei die Drahtablage des Verbindungsdrahtes stört.
-
Gemäß einer weiteren Ausführung verläuft der Verbindungsdraht nicht in der Statornut zwischen den beiden benachbarten Statorsegmenten, sondern von einer tangentialen Außenseite des Spulenpaars radial nach außen an der radialen Außenseite der beiden benachbarten axialen Wände entlang zur gegenüberliegenden tangentialen Außenseite des Spulenpaars geführt. Dabei wird der Verbindungsdraht durch eine linke Durchgangsöffnung in der axialen Wand der ersten unteren Isoliermaske radial nach außen geführt und in einer zweiten Durchgangsöffnung in der axialen Wand der zweiten unteren Isoliermaske radial wieder nach innen geführt. Dabei können diese Durchgangsöffnungen als tangential offene tangentiale Lücken, oder als Durchgangsschlitze ausgebildet sein. Dabei können die beiden Einzelzahnspulen besonders günstig gleichsinnig gewickelt werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführung verläuft der Verbindungsdraht an der radialen Außenseite von nur einer ersten unteren Isoliermaske. Dabei wird der Verbindungsdraht durch die linke Durchgangsöffnung der ersten unteren Isoliermaske radial nach außen geführt und in einer tangentialen Lücke zwischen den beiden unteren Isoliermasken, die einer linken Durchgangsöffnung der zweiten unteren Isoliermaske entspricht, radial nach innen auf den Statorzahn des zweiten Statorsegments geführt. Bei dieser Ausführung muss der Verbindungsdraht weniger stark umgebogen werden, und es kann direkt die erste Wicklung der zweiten Einzelzahnspule in Tangentialrichtung auf den zweiten Statorzahn gewickelt werden.
-
Durch die Ausbildung der Durchgangsöffnungen als Klemmschlitze kann verhindert werden, dass der Verbindungsdraht nach dem Wickeln beim Umbiegen in die Montageposition der Statorsegmente verrutscht, und dadurch nicht mehr straff an der Außenseite der axialen Wände der Isoliermasken anliegt.
-
In einer weiteren Ausführung kann nach dem Wickeln der zweiten Einzelzahnspulen auch eine dritte oder weitere Einzelzahnspule mittels dem ununterbrochenen Wickeldraht weiter gewickelt werden. Dadurch können nicht nur Zwillings-Spulen, sondern beispielsweise auch Drillings-Spulen gewickelt werden, bei denen drei Einzelzahnspulen unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Ebenso können mit dem ununterbrochenen Wickeldraht auch zwei beabstandet angeordnete Zwillings-Spulen oder Zwillings-Spulen durchgewickelt werden, die beispielsweise radial gegenüberliegend im Statorring angeordnet werden können. Dabei ist jeweils gewährleistet, dass zwischen den unmittelbar benachbarten Einzelzahnspulen der Verbindungsdraht radial außerhalb der axialen Wand der unteren Isoliermasken verläuft, wobei der lange Verbindungsdraht zwischen den beiden Zwillings- oder Drillings- oder Mehrlings-Spulen gegebenenfalls auch im radialen Wickelraum der Einzelzahnspulen verlegt werden kann.
-
Besonders günstig ist der Statorring aus mehreren Spulenpaaren zusammengesetzt, die jeweils an ihren Jochbereichen tangential aneinander anliegen. Von den Jochbereichen erstrecken sich dann die Statorzähne radial nach innen, wobei jedes Spulenpaar bevorzugt genau zwei Statorzähne aufweist. Die einzelnen Statorsegmente werden optional miteinander verschweißt, oder über einen Formschluss im Jochbereich miteinander verbunden. Die Statorsegmente werden dann axial in ein Statorgehäuse eingefügt, insbesondere eingepresst. Axial oberhalb der ringförmig angeordneten Statorsegmente wird insbesondere eine Kontakt- oder Verschalte-Platte aufgesetzt, die mit den Drahtenten und Drahtanfängen der Spulenpaare verbunden wird. Dabei können besonders günstig die freien Drahtenden und Drahtanfänge in Axialrichtung am äußeren Umfangsrand der Verschalteplatte vorbei geführt werden, und dann in Radialrichtung nach innen umgebogen zu werden. Auf der Verschalteplatte sind hierzu Kontaktelemente ausgebildet, mit denen die freien Enden der Eingangsdrähte und Ausgangsdrähte der Spulenpaare elektrisch verbunden werden.
-
Insbesondere weist der Stator genau zwölf Statorzähne auf, auf der jeweils eine Einzelzahnspule angeordnet ist. Bei einer dreiphasigen Ausbildung der elektrischen Maschine können hierbei beispielsweise immer genau zwei Spulen ununterbrochen zu Spulenpaaren durchgewickelt werden, ohne dazwischen mit einem Kontaktelement kontaktiert zu werden. Nach dem Einfügen der Spulenpaare in das Statorgehäuse können beispielsweise jeweils zwei Spulenpaare zu einer elektrischen Phase mittels der Kontaktelemente der Verschalteplatte verbunden werden. Der erfindungsgemäße Stator wird in elektrischen Maschinen eingesetzt, beispielsweise in Aggregaten, welche in Kraftfahrzeugen Verwendung finden. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich bevorzugt um einen Innenläufermotor mit einem außen liegenden, ringförmigen Stator und einem innen liegenden Rotor, der mehrere - beispielsweise zehn - Permanentmagnete aufnimmt.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren kann ein segmentierter Stator hergestellt werden, bei dem Spulenpaare oder Mehrlings-Spulen aneinandergefügt werden können. Dabei werden die Statorsegmente mit einer axial oberen und axial unteren Isoliermaske versehen, und unter Ausbildung eines offenen Wickelwinkels zwischen den Statorzähnen auf einer Wickelvorrichtung positioniert. Der Anfangsdraht wird durch die obere Isoliermaske des ersten Statorsegments geführt und auf dessen Statorzahn eine erste Einzelzahnwicklung gewickelt. Der Wickeldraht wird dann als ununterbrochener Verbindungsdraht axial gegenüberliegend zum Eingangsdraht an der axial unteren Isoliermaske radial nach außen geführt und entlang der radialen Außenseite der ersten und/oder der zweiten unteren Isoliermaske zum zweiten Statorsegment geführt. Hier wird der ununterbrochenen Verbindungsdraht auf den Statorzahn des zweiten Statorsegments geführt, um die zweite Einzelzahnwicklung auszubilden. Nach dem fertigen Wickeln der zweiten Einzelzahnspule wird der Ausgangsdraht durch die obere Isoliermaske des zweiten Statorsegments radial nach außen geführt. Optional können mit dem ununterbrochenen Wickeldraht weitere Einzelzahnspulen auf der Wickelvorrichtung auf entsprechende Statorsegmente gewickelt werden. Nach dem Wickelprozess werden die Statorsegmente derart zueinander verdreht, dass die Statorzähne benachbarter Statorsegmente näherungsweise in Radialrichtung ausgerichtet sind. Dabei wird der Verbindungsdraht zwischen zwei benachbarten Statorsegmenten an der radialen Außenwand der unteren Isoliermaske quasi als Scharnier umgebogen, wodurch dieser radial straff an der radialen Außenseite der mindestens einen unteren Isoliermaske anliegt. Mehrere dieser Statorsegmente werden zu einem Statorring zusammengefügt, wobei die Verbindungsdrähte jeweils immer axial gegenüberliegend zu den Anfangsdrähten und Ausgangsdrähten angeordnet sind. Dabei kann der Verbindungsdraht zwischen zwei benachbarten Einzelzahnspulen entsprechend der gewählten konkreten Geometrie der Durchgangsöffnungen der axial unteren Isoliermasken entlang der radialen Außenseite von einer und/oder weiterer benachbarter axialer Wände der unteren Isoliermasken geführt werden. Nach dem Einfügen des Statorrings in ein Statorgehäuse kann eine Verschaltungsvorrichtung auf den Statorring aufgesetzt werden, an welcher die Wickeldrahtenden elektrisch kontaktiert werden.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 und 2 eine Detailansicht einer ersten Ausführung eines Fertigungsverfahrens eines erfindungsgemäßen Stators,
- 3 und 4 Detailansichten weiterer Ausführungen eines erfindungsgemäßen Stators, und
- 5 eine Draufsicht auf eine elektrische Maschine mit einem Stator gemäß einer der 1 bis 4.
-
In 1 ist ein Teilbereich eines erfindungsgemäßen Stators 10 dargestellt, wie er beispielsweise in elektrischen Maschinen 11, insbesondere einem elektrisch kommutierten Elektromotor verwendet wird. Der Stator 10 weist einen Statorring 13 mit einem ringförmigen Statorgrundkörper 14 auf, der sich aus einzelnen axial geschichteten Lamellenblechen zusammensetzt. Der Statorgrundkörper 14 ist aus einzelnen T-förmigen Statorsegmenten 16 zum Statorring 13 zusammengesetzt. Die Statorsegmente 16 weisen einen radial äußeren Jochbereich 60 auf, von dem sich radial nach innen jeweils ein Statorzahn 62 erstreckt. Die tangentialen Seiten der Jochbereiche 60 liegen in zusammengebauten Zustand aneinander an. Beispielsweise ist an einer ersten tangentialen Seite eine Verbindungsnase 63 und an der gegenüberliegenden tangentialen Seite eine korrespondierende Verbindungsnut 64 ausgebildet, die formschlüssig ineinander greifen. Auf Statorzähne 62 der Statorsegmente 16 sind Isoliermasken 40 aufgesetzt, auf die dann mittels eines Wickeldrahts 24 als elektrische Wicklung 20 jeweils eine Einzelzahnspule 22 gewickelt wird. In 1 ist ein erstes Statorsegmente 16a und ein unmittelbar benachbartes zweites Statorsegment 16b dargestellt, auf die eine erste Einzelzahnspule 22a und eine zweite Einzelzahnspule 22b gewickelt sind, die mittels eines ununterbrochenen Verbindungsdrahts 28 miteinander verbunden sind, und zusammen ein Spulenpaar 32 bilden. Die Isoliermaske 40 jedes Statorsegments 16 ist beispielsweise zweiteilig mit einer oberen Maske 40o und einer unteren Maske 40u ausgebildet, wobei die beiden Masken-Teile von unterschiedlichen Seiten axial auf den Statorzahn 62 aufgesetzt werden. Die obere Isoliermaske 40o bedeckt näherungsweise die gesamte obere axiale Stirnfläche 15 des Statorzahns 62. Die Isoliermasken 40 erstrecken sich insbesondere auch in Axialrichtung 8 entlang der Statorzähne 62. Ebenso ist die gegenüberliegende untere Stirnseite 19 mit der unteren Isoliermaske 40u abgedeckt. An dem ersten, oberen axialen Ende 15 der Statorsegmente 16 ist an den oberen Isoliermasken 40o ein Eingangsdraht 25 und ein Ausgangsdraht 26 des Spulenpaars 32 angeordnet. Die oberen Isoliermasken 40 am oberen axialen Ende 15 der Statorsegmente 16 sind insbesondere identisch ausgebildet. Die axial gegenüberliegenden unteren Isoliermasken 40u, können optional hingegen auch abweichend von den oberen Isoliermasken 40o am oberen axialen Ende 15 ausgebildet sein. Die oberen und unteren Isoliermasken 40o, 40u an der axial oberen Stirnseite 15 und an der unteren Stirnseite 19 weisen eine axiale Wand 42 auf, die sich jeweils von der axialen Stirnseite 15, 19 der Jochbereiche 60 in Axialrichtung 8 weg erstreckt. Die Einzelzahnspulen 22 sind radial innerhalb einer radialen Innenseite 41 der axialen Wand 42 angeordnet, und erstrecken sich im Wesentlichen radial bis ans innere Ende der Statorzähne 62. In der axialen Wand 42 der oberen Isoliermaske 40o ist jeweils eine linke Durchgangsöffnung 44 und eine rechte Durchgangsöffnung 44 ausgebildet, durch die der Wickeldraht 24 durchgeführt werden kann. Eine solche Isoliermaske 40o kann beispielsweise auch für Einzelspulen verwendet werden, bei denen jedes T-förmige Statorsegment einen Eingangsdraht 25 und einen Ausgangsdraht 26 aufweist. Bei der Ausbildung eines Spulenpaars 32 gemäß 1 sind jedoch nur zwei der vier vorhandenen Durchgangsöffnungen 44 belegt, wobei zwei andere Durchgangsöffnungen 44 nicht für die Führung des Wickeldrahtes 24 genutzt werden.
-
In 1 ist ein Statorzahn 62 eines erstes Statorsegments 16a unter einem Wickelwinkel 21 zu einem Statorzahn 62 eines zweiten Statorsegments 16b dargestellt. Die beiden Statorzähne 62 sind zueinander aufgespreizt, damit die Einzelzahnspulen 22a, 22b mit einem größeren Kupferfüllfaktor auf die Statorzähne 62 gewickelt werden können. Ein Anfangsdraht 25 wird beispielsweise durch eine linke Durchgangsöffnung 44 der oberen Isoliermaske 40o des ersten Statorsegments 16a radial von außen durch die axiale Wand 42 geführt. Der Wickeldraht 24 wird an der radialen Innenseite 41 der axialen Wand 42 in Umfangsrichtung 9 umgebogen und eine erste Wicklung 23 auf den Statorzahn 62 gewickelt. Nach dem fertigen Wickeln der ersten Einzelzahnspule 22a wird der Wickeldraht 24 durch eine linke Durchgangsöffnung 44 der unteren Isoliermaske 44u durch die axiale Wand 42 hindurch und als Verbindungsdraht 28 radial außerhalb der axialen Wand 42 zur unteren Isoliermaske 40u des zweiten Statorsegments 16b geführt. Der Verbindungsdraht 28 wird dann radial von außen durch eine rechte Durchgangsöffnung 44 der unteren Isoliermaske 40u hindurch geführt, um an der radialen Innenseite 41 der axialen Wand 42 die zweite Einzelzahnspulen 22b auf das zweite Statorsegment 16b zu wickeln. Nach dem fertigen Wickeln der zweiten Einzelzahnspule 22b wird der Ausgangsdraht 26 durch beispielsweise durch eine rechte Durchgangsöffnung 44 der oberen Isoliermaske 40o des zweiten Statorsegments 16b radial durch die axiale Wand 42 hindurch nach außen geführt. Somit ist der Verbindungsdraht 28 der beiden Einzelzahnspulen 22a, 22b axial gegenüberliegend zu dem Eingangsdraht 25 und dem Ausgangsdraht 26 der oberen Stirnseite 15 an der unteren Stirnseite 19 angeordnet. Die Durchgangsöffnungen 44 an den unteren Isoliermasken 40u sind hier beispielsweise als Durchgangsschlitze 46 ausgebildet, die einen tangentialen Abstand 47 zum tangentialen Ende der axialen Wand 42 aufweisen. Die Durchgangsschlitze 46 sind bevorzugt unter einem Tangentialwinkel 29 zur Radialrichtung 7 angeordnet, so dass der Verbindungsdraht 28 an der radialen Außenseite 43 der axialen Wände 42 leichter in Tangentialrichtung 9 umgebogen werden kann, um sich besser an die radialen Außenseite 43 anzuschmiegen.
-
In 2 sind die beiden Statorsegmente 16a, 16b aus ihrer Wickelposition gemäß 1 zueinander hin verdreht, so dass die Statorzähne 62 näherungsweise in Radialrichtung 7 des Stators 10 ausgerichtet sind. Dabei greift beispielsweise die Verbindungsnase 63 des ersten Statorsegments 16a formschlüssig in die Verbindungnut 64 des zweiten Statorsegmentes16b. Bei dieser Ausrichtung der Statorzähne 62 können alle Statorsegmente 16 zu dem Statorring 13 zusammengesetzt, und beispielsweise axial in ein zylindrisches Statorgehäuse 66 eingefügt werden. Beim Verkippen der Statorzähne 62 aus der Wickelposition gemäß 1 in die Montageposition gemäß 2 wird der Verbindungsdraht 28 derart umgebogen, dass er unmittelbar an der radialen Außenseite 43 der beiden axialen Wände 42 der beiden unteren Isoliermasken 40u geführt wird. Dadurch verläuft der Verbindungsdraht 28 radial innerhalb des Außendurchmessers der Jochbereiche 60, wodurch eine Berührung des Verbindungsdrahts 28 mit dem Statorgehäuse 66 vermieden wird. Dadurch, dass die beiden Durchgangsöffnungen 44 an den jeweiligen äußeren tangentialen Enden der unteren Isoliermasken 40u angeordnet sind, überspannt der Verbindungsdraht 28 die beiden Einzelzahnspulen 22a, 22b vollständig. Bei dieser Ausführung können somit die beiden Einzelzahnspulen 22a, 22b gleichsinnig - hier beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn - gewickelt werden. Der Eingangsdraht 25 ist in 2 in der linken Durchgangsöffnung 44 der oberen Isoliermaske 44o eingelegt, und der Ausgangsdraht 26 in der rechten Durchgangsöffnung 44 der benachbarten oberen Isoliermaske 44o. Dadurch weisen die beiden Drahtenden 25, 26 in Tangentialrichtung 9 einen großen Abstand 76 zueinander auf, wobei die beiden tangential inneren Durchgangsöffnung 44 unbelegt bleiben. Die Durchgangsöffnungen 44 der oberen Isoliermasken 40o können ebenfalls als Durchgangsschlitze 46 ausgebildet werden, in denen der Eingangsdraht 25 und der Ausgangsdraht 26 festgeklemmt werden können. Dese Durchgangsschlitze 46 können optional auch unter einem Tangentialwinkel 29 zur Radialrichtung 7 ausgebildet sein.
-
In 3 ist eine weitere Ausführung eines Spulenpaars 32 dargestellt, bei dem die Statorzähne 62 näherungsweise nach dem Bewickeln in die Montageposition für den Statorring 13 ausgerichtet sind. Bei dieser Ausführung wird der Wickeldraht 24 nach dem fertigen Wickeln der ersten Einzelzahnspule 22a auf das erste Statorsegment 16a durch eine Durchgangsöffnung 44 der unteren Isoliermaske 44u radial nach außen geführt wird, die als tangentiale Lücke 45 zur axialen Wand 42 der benachbarten unteren Isoliermaske 44u ausgebildet ist. Die tangentiale Lücke 45 ist dabei unmittelbar an einem tangentialen Ende der axialen Wand 42 ausgeschnitten - und weist daher insbesondere keinen tangentialen Abstand zum tangentialen Ende der axialen Wand 42 auf. Bei dieser Ausführung wird der Verbindungsdraht 28 nur um die radiale Außenseite 43 der unteren Isoliermaske 40u des ersten Statorsegments 16a geführt. Der Verbindungsdraht 28 wird dann durch die tangentiale Lücke 45 zur benachbarten unteren Isoliermaske 40u radial nach innen geführt, um an der radialen Innenseite 41 in Umfangsrichtung 9 auf den Statorzahn 62 des zweiten Statorsegments 16b gewickelt zu werden. Bei dieser Ausführung wird der Verbindungsdraht 28 zuvor in der Wickelposition, bei der die Statorzähne 62 unter einem Wickelwinkel 21 zueinander angeordnet sind, derart positioniert, dass bei einem Verdrehen der beiden Statorzähne 62 in die Montageposition der Verbindungsdraht 28 an der radialen Außenseite 43 der ersten unteren Isoliermaske 40u sauber anliegt. Bei dieser Ausführung sind die beiden Einzelzahnspulen 22a, 22b beispielsweise beide mit dem gleichen Wickelsinn ausgebildet. Bei dieser Ausführung ist insbesondere der Eingangsdraht 25 in die rechte Durchgangsöffnung 44 der oberen Isoliermaske 40o des ersten Statorsegments 16a eingelegt, wohingegen der Ausgangsdraht 26 ebenfalls in die rechte Durchgangsöffnung 44 der oberen Isoliermaske 40o des zweiten Statorsegments 16b eingelegt ist. Dadurch sind hier die Drahtenden 25, 26 über den gesamten Umfang gleichmäßig am Statorring 13 festgelegt. Dabei können die Durchgangsöffnungen 44 der oberen Isoliermasken 40o bevorzugt wieder als Klemmschlitze 46 ausgebildet sein. Der Verbindungsdraht 28 kann beispielsweise in Führungselemente - insbesondere tangentialen Rillen - geführt werden, die an der radialen Außenseite 43 der unteren Isoliermasken 40u ausgeformt sind.
-
4 zeigt eine weitere Ausführung bei der der Verbindungsdraht 28 zwischen zwei benachbarte Einzelzahnspulen 22a, 22b axial an der dem Eingangsdraht 25 und im Ausgangsdraht 26 gegenüberliegenden Seite der Statorsegmente 16 an der radialen Außenseite 43 von genau einer der beiden unteren Isoliermasken 40u verläuft. Dargestellt ist wieder eine Wickelposition der beiden Statorzähne 62, die hier unter einem Wickelwinkel 21 zueinander auf einer nicht dargestellten Wickelvorrichtung angeordnet sind. Der Eingangsdraht 25 wird wieder radial durch eine Durchgangsöffnung 44 an der oberen Isoliermaske 40o des ersten Statorsegments 16a auf den Statorzahn 62 geführt. Nach dem fertigen Wickeln der ersten Einzelzahnspulen 22a auf das erste Statorsegment 16a wird der Wickeldraht 24 als diagonaler Verbindungsdraht 28 zur axial unteren Isoliermaske 40u des zweiten Statorsegments 16b geführt. Dabei wird der Verbindungsdraht 28 an dieser zweiten unteren Isoliermaske 40u zuerst durch eine erste Durchgangsöffnung 84 radial durch die axiale Wand 42 hindurch an die radiale Außenseite 43 geführt. Dabei ist die Geometrie der ersten Durchgangsöffnung 84 derart ausgebildet, dass der Verbindungsdraht 28 vollständig radial außerhalb dem radialen Wickelbereich der zweiten Einzelzahnspule 22b gehalten wird. Dadurch ist es möglich, dass der Verbindungsdraht 28 von der radialen Außenseite 43 der unteren Isoliermaske 40u des zweiten Statorsegment 16b durch eine zweite Durchgangsöffnung 85 hindurch radial an die Innenseite 41 der axialen Wand 42 direkt zur ersten Wicklung 23 der zweiten Einzelzahnspule 22b geführt wird. Die tangentiale Position der zweiten Durchgangsöffnung 85 ist dabei vorzugsweise deckungsgleich mit der tangentialen Position des Beginns der ersten Wicklung 23 ausgebildet. Die erste Wicklung 23 kann hierbei ungestört entlang der radialen Innenseite 41 der axialen Wand 42 gelegt werden, da die Drahtablage des Verbindungsdrahts 28 in der ersten Durchgangsöffnung 84 radial außerhalb der ersten Wicklung 23 der zweiten Einzelzahnspule 22b liegt. Bei dieser Ausführung mit dem diagonalen Verbindungsdraht 28 weist die erste Einzelzahnspulen 22a einen unterschiedlichen Wickelsinn auf, als die zweite Einzelzahnspule 22b. Die erste Einzelzahnspule 22a auf dem ersten Statorsegment 16a ist beispielsweise aus der Blickrichtung von der Statormittelachse 100 entgegen dem Uhrzeigersinn gewickelt und die zweite Einzelzahnspule 22b auf dem zweiten Statorsegment 16b ist entsprechend in Uhrzeigersinn gewickelt. Bei dieser Ausführung kann daher ein Spulenpaar 32 mit gegensinnig gewickelten Einzelzahnspulen 22a, 22b hergestellt werden. Entscheidend ist hierbei, dass der Verbindungsdraht 28 in der ersten Durchgangsöffnung 84 der unteren Isoliermaske 40u des zweiten Statorsegments 16b während dem Wickeln radial außerhalb der ersten Wicklung 23 der zweiten Einzelzahnspule 22b gehalten wird. Zur Ausbildung der Montageposition der Statorsegmente 16a, 16b werden deren Statorzähne 62 in Radialrichtung 7 ausgerichtet, und die einander tangential gegenüberliegenden Seiten der Jochbereiche 60 aneinander angelegt. Dabei kann der diagonal verlaufende Verbindungsdraht 28 radial innerhalb des Wickelbereich der beiden Einzelzahnspulen 22a. 22b sich innerhalb der Statornut 12 zwischen den beiden Statorsegmenten 16a, 16b verformen. Die erste Durchgangsöffnung 84 und/oder die zweite Durchgangsöffnung 85 können als Klemmschlitze 46 ausgebildet sein, in denen der Verbindungsdraht 28 sicher fixiert wird, und dadurch ein radiales Ausbauchen des Verbindungsdrahts 28 nach außen vermieden werden.
-
In 5 ist eine elektrische Maschine 11 mit einem Stator 10 dargestellt, bei der alle Statorsegmente 16 zu einem Statorring 13 zusammengesetzt sind. Die Statorsegmente 16 sind dabei beispielsweise an ihren Jochbereichen 60 in ein Statorgehäuse 66 eingepresst. Nach dem axialen Einfügen der Statorsegmente 16 wird auf diese eine Verschaltungsvorrichtung 70 aufgesetzt, mit der die Eingangsdrähte 25 und Ausgangsdrähte 26 der einzelnen Spulenpaare 32 elektrisch kontaktiert werden. Dazu erstrecken sich die Drahtanfänge 25 und Drahtenden 26 der Spulenpaare 32 zunächst in Axialrichtung 8, so dass die ringförmige Verschaltungsvorrichtung 70 radial innerhalb der Drahtanfänge 25 und Drahtenden 26 auf den Statorring 13 aufgesetzt werden kann. Die Drahtanfänge 25 und Drahtenden 26 werden dann in Radialrichtung 7 nach innen umgebogen, so dass diese sich näherungsweise entlang der Verschaltungsvorrichtung 70 quer zur Axialrichtung 8 erstrecken. An der Verschalteplatte 70 sind Kontaktelemente 74 ausgebildet, die mit den Drahtanfängen 25 und Drahtenden 26 elektrisch verbunden werden. Beispielsweise können die Kontaktelemente 74 als Schneidklemm-Verbindung oder Schweiß-Verbindung oder als Löt-Verbindung ausgebildet werden. Die Kontaktelemente 74 sind über in die Verschaltungsvorrichtung 70 integrierte Leiterelemente 78 gemäß einer gewünschten elektrischen Verschaltung miteinander verbunden. Durch die unregelmäßigen Abstände der Drahtenden 25, 26 ist im Bereich der großen tangentialen Abständen 76 genügend Bauraum für größere elektrische Bauteile 80 vorhanden. In 5 ist im Bereich eines solchen großen Abstandes 76 beispielsweise ein Anschluss-Stecker 81 für die drei elektrische Phasen der elektrischen Wicklung 20 auf der Verschaltungsvorrichtung 70 angeordnet. Radial innerhalb des Statorrings 13 - und insbesondere auch radial innerhalb der ringförmigen Verschaltungsvorrichtung 70 - ist ein Rotor 90 auf einer Rotorwelle 94 drehbar gelagert. Auf dem Rotor 90 sind mehrere Permanentmagnete 92 angeordnet, die mit den magnetischen Polen der Einzelzahnspulen 22 zusammenwirken. Beispielsweise weist die elektrische Maschine 11 in 5 genau zwölf Statorpole und zehn Rotorpole auf. Das erzeugte Drehmoment wird dann über die Rotorwelle 94 mittels eines Abtriebselement zur Verfügung gestellt.
-
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Ausbildung, die Anordnung und Anzahl der Statorsegmente 16 und der Spulen 22, sowie die Ausbildung und Anzahl der oberen und unteren Isoliermasken 40o, 40u entsprechend variiert werden. Ebenso kann die genaue Lage und Ausbildung der Durchgangsöffnungen 44 für den Eingangsdraht 25 und den Ausgangsdraht 26, sowie für den Verbindungsdraht 28 an die Anforderungen der elektrischen Maschine 11 und den Fertigungsmöglichkeiten angepasst werden. Mittels der Verschaltungsvorrichtung 70 können unterschiedliche Verschaltungen realisiert werden, beispielsweise eine Dreiecks- oder eine Sternschaltung, wobei die Einzelzahnspulen 22 parallel oder seriell zueinander geschaltet werden können. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für den Antrieb von Pumpen oder Aggregaten im Kraftfahrzeug, beispielsweise für die elektrische Bremse oder Servolenkung oder einem Wischermotor, ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt, und kann insbesondere auch für ein eBike eingesetzt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010064051 A1 [0002]