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DE102023203987A1 - stator for an electric machine - Google Patents

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DE102023203987A1
DE102023203987A1 DE102023203987.7A DE102023203987A DE102023203987A1 DE 102023203987 A1 DE102023203987 A1 DE 102023203987A1 DE 102023203987 A DE102023203987 A DE 102023203987A DE 102023203987 A1 DE102023203987 A1 DE 102023203987A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
stator
conductor elements
section
cross
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102023203987.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Paul Mamuschkin
Wolfram Schock
Kristof Nerer
Gunter Flinspach
Alexander Shendi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102023203987.7A priority Critical patent/DE102023203987A1/en
Publication of DE102023203987A1 publication Critical patent/DE102023203987A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (10) für eine Elektromaschine (100), mit einem Statorkörper (12), der in gleichmäßigen Winkelabständen um eine Längsachse (16) angeordnete Statorzähne (30) aufweist, mit zwischen den Statorzähnen (30) ausgebildeten Statornuten (36), in denen Leiterelemente (20) zur Ausbildung einer eine elektrische Spule bildenden Steckwicklung (22) angeordnet sind, wobei jeweils zwei Leiterelemente (20) im Bereich eines an einer Stirnseite des Statorkörpers (12) angeordneten Wickelkopfes (40) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung in einem Kontaktbereich (50) miteinander verbunden sind, wobei die Leiterelemente (20) innerhalb der Statornuten (36) einen ersten Querschnitt (A1) aufweisen, und wobei die ersten Querschnitte (A1) der Leiterelemente (20) in einer Längsachse (16) des Statorkörpers (12) verlaufenden Richtung in Anlagekontakt zueinander angeordnet sind.The invention relates to a stator (10) for an electric machine (100), with a stator body (12) which has stator teeth (30) arranged at uniform angular intervals around a longitudinal axis (16), with stator slots (36) formed between the stator teeth (30), in which conductor elements (20) are arranged to form a plug-in winding (22) forming an electrical coil, wherein two conductor elements (20) are connected to one another in the region of a winding head (40) arranged on an end face of the stator body (12) by means of a material connection in a contact region (50), wherein the conductor elements (20) have a first cross section (A1) within the stator slots (36), and wherein the first cross sections (A1) of the conductor elements (20) are arranged in abutting contact with one another in a direction running along a longitudinal axis (16) of the stator body (12).

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine Elektromaschine, der sich durch eine besonders vorteilhafte Fertigung des Stators im Zusammenhang mit dem Ausbilden von stoffschlüssigen Verbindungen zwischen Leiterelementen einer Steckwicklung auszeichnet, die eine elektrische Spule ausbilden. Ferner betrifft die Erfindung eine Elektromaschine, insbesondere einen Elektromotor für ein Pedelec, mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Stator.The invention relates to a stator for an electric machine, which is characterized by a particularly advantageous manufacture of the stator in connection with the formation of material-locking connections between conductor elements of a plug-in winding, which form an electrical coil. The invention further relates to an electric machine, in particular an electric motor for a pedelec, with a stator designed according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Ein Stator für eine Elektromaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2019 206 107 A1 der Anmelderin bekannt. Bei dem bekannten Stator weist dessen Statorkörper im Bereich zwischen Statorzähnen Statornuten auf, die der Aufnahme von Leiterelementen einer Steckwicklung dienen. Die Leiterelemente werden im Bereich eines sogenannten Wickelkopfes miteinander durch eine stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden, um eine elektrische Spule auszubilden. Die in der genannten Schrift offenbarten Leiterelemente können beispielsweise auch einen runden Querschnitt aufweisen.A stator for an electric machine with the features of the preamble of claim 1 is known from DE 10 2019 206 107 A1 known to the applicant. In the known stator, the stator body has stator slots in the area between stator teeth, which serve to accommodate conductor elements of a plug-in winding. The conductor elements are connected to one another in the area of a so-called winding head by a material connection in order to form an electrical coil. The conductor elements disclosed in the cited document can, for example, also have a round cross-section.

Problematisch beim Verbinden der Leiterelemente im Bereich des Wickelkopfes insbesondere mittels Lötverbindungen kann es sein, wenn zur Erzielung eines möglichst hohen Füllfaktors der Querschnitt der Statornuten derart mit den Leiterelementen ausgefüllt ist, dass diese zueinander in einer Längsachse des Statorkörpers verlaufenden Richtung in Anlagekontakt zueinander angeordnet sind. Dies trifft dann auch typischerweise auf den Bereich der Wickelköpfe zu, so dass die Gefahr besteht, dass beim Ausbilden der Lötverbindung zwischen zwei Leiterelementen im Kontaktbereich Lötmittel in Kontakt mit einem unmittelbar benachbarten Leiterelement gelangt und dort zu einer Vor- oder Beschädigung einer elektrischen Isolationsschicht des als Lackdraht ausgebildeten Leiterelements führt, was beim Betrieb der Elektromaschine zu einem Kurzschluss der elektrischen Spule führen kann bzw. dazu, dass die elektrische Spule nicht (mehr) die gewünschten elektrischen Eigenschaften aufweist.It can be problematic when connecting the conductor elements in the area of the winding head, particularly by means of soldered connections, if, in order to achieve the highest possible fill factor, the cross-section of the stator slots is filled with the conductor elements in such a way that they are arranged in contact with one another in a direction running along the longitudinal axis of the stator body. This then typically also applies to the area of the winding heads, so that there is a risk that when the soldered connection is formed between two conductor elements in the contact area, solder comes into contact with an immediately adjacent conductor element and leads to pre- or damage to an electrical insulation layer of the conductor element designed as a varnished wire, which can lead to a short circuit in the electrical coil when the electrical machine is operating or to the electrical coil no longer having the desired electrical properties.

Offenbarung der Erfindungdisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Stator für eine Elektromaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die spezielle geometrische Ausgestaltung der Leiterelemente im Kontaktbereich die Gefahr einer Beschädigung eines benachbarten Leiterelements beim Ausbilden der stoffschlüssigen Verbindung bzw. der Lötverbindung zumindest deutlich reduziert, typischerweise jedoch vollständig vermieden wird. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, durch eine Verformung der Leiterelemente dafür zu sorgen, dass im Kontaktbereich zwischen zwei Leiterelementen das Lot den Querschnitt der Leiterelemente nicht überragt und somit auch nicht die Gefahr einer direkten Kontaktierung von Lot mit einem benachbarten Leiterelement besteht.The stator according to the invention for an electric machine with the features of claim 1 has the advantage that the special geometric design of the conductor elements in the contact area at least significantly reduces the risk of damage to an adjacent conductor element when forming the material connection or the soldered connection, but is typically completely avoided. The invention is based on the idea of ensuring, by deforming the conductor elements, that in the contact area between two conductor elements the solder does not protrude beyond the cross-section of the conductor elements and thus there is no risk of solder coming into direct contact with an adjacent conductor element.

Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei einem erfindungsgemäßen Stator für eine Elektromaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen, dass die Leiterelemente zumindest im Kontaktbereich einen von dem ersten Querschnitt unterschiedlichen zweiten Querschnitt aufweisen, wobei der zweite Querschnitt in Radialrichtung eine geringere Erstreckung aufweist als der erste Querschnitt, sodass im Bereich des Wickelkopfes zwischen in Radialrichtung unmittelbar benachbarten Leiterelementen im Kontaktbereich ein Abstand bzw. Spalt ausgebildet ist.Against the background of the above explanations, it is therefore provided in a stator according to the invention for an electric machine with the features of claim 1 that the conductor elements have a second cross section different from the first cross section at least in the contact area, wherein the second cross section has a smaller extension in the radial direction than the first cross section, so that in the region of the winding head a distance or gap is formed between conductor elements immediately adjacent in the radial direction in the contact area.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Stators für eine Elektromaschine sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous further developments of the stator according to the invention for an electric machine are listed in the subclaims.

Bevorzugt ist die Verwendung von Leiterelementen, die in einem unverformten Zustand aus einem einen runden Querschnitt aufweisenden Draht ausgebildet sind.Preference is given to the use of conductor elements which, in an undeformed state, are formed from a wire having a round cross-section.

In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Leiterelemente bei Verwendung von runden Drähten ist es vorgesehen, dass die Leiterelemente in den in den Statornuten angeordneten Nutabschnitten ovalförmig verformt sind, und dass die Leiterelemente im Bereich der zweiten Querschnitte rund ausgebildet sind.In a first preferred embodiment of the conductor elements when using round wires, it is provided that the conductor elements are deformed oval-shaped in the slot sections arranged in the stator slots, and that the conductor elements are round in the region of the second cross sections.

Alternativ hierzu kann es vorgesehen sein, dass die Leiterelemente in den in den Statornuten angeordneten Nutabschnitten unverformt ausgebildet sind, und dass die Leiterelemente im Bereich der zweiten Querschnitte zumindest im Kontaktbereich spanlos verformt ausgebildet sind. Dies kann beispielsweise durch Strecken erfolgen.Alternatively, it can be provided that the conductor elements are designed to be undeformed in the slot sections arranged in the stator slots, and that the conductor elements in the region of the second cross sections are designed to be deformed without cutting, at least in the contact region. This can be done, for example, by stretching.

In wiederum alternativer Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Leiterelemente in den in den Statornuten angeordneten Nutabschnitten unverformt ausgebildet sind, und dass die Leiterelemente im Bereich der zweiten Querschnitte zumindest im Kontaktbereich spanend mit reduziertem Querschnitt bearbeitet ausgebildet sind. Diese Bearbeitung erfolgt beispielsweise durch einen Fräsvorgang, der beim Abtrennen von Leiterelementen von einem endlosen Draht mit dem Abtrennvorgang mittels ein und desselben Werkzeugs realisiert werden kann. Die beiden letztgenannten Ausbildungen erfordern es somit nicht, die in den Statornuten angeordneten Nutabschnitte der Leiterelemente zu verformen.In yet another alternative embodiment, it can be provided that the conductor elements in the slot sections arranged in the stator slots are designed to be undeformed, and that the conductor elements in the region of the second cross sections are machined with a reduced cross section, at least in the contact area. This machining is carried out, for example, by a milling process, which can be carried out when separating conductor elements from an endless wire with the separation process using one and the same tool. The last two embodiments therefore do not require the conductor elements arranged in the stator slots to be machined with a reduced cross section. to deform the groove sections of the conductor elements.

Um die Anzahl von Biegevorgängen an den Leiterelementen zu reduzieren, kann es vorgesehen sein, dass im Kontaktbereich die Längsachsen der beiden miteinander zu verbindenden Leiterelemente rechtwinklig zueinander angeordnet sind.In order to reduce the number of bending operations on the conductor elements, it can be provided that the longitudinal axes of the two conductor elements to be connected to each other are arranged at right angles to each other in the contact area.

Zur Vergrößerung der zur Verfügung stehenden Lötfläche im Kontaktbereich ist es von Vorteil, wenn im Kontaktbereich die Stirnflächen der beiden miteinander zu verbindenden Leiterelemente abgeschrägt sind, sodass diese parallel zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Leiterelemente dabei im Kontaktbereich um 45° in Bezug zu deren Längsachse abgeschrägt.To increase the available soldering area in the contact area, it is advantageous if the end faces of the two conductor elements to be connected are bevelled in the contact area so that they are arranged parallel to one another. The conductor elements are preferably bevelled by 45° in relation to their longitudinal axis in the contact area.

Besonders bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn die Leiterelemente L- oder U-förmig ausgebildet sind, mit einem in der Statornut angeordneten Nutabschnitt und einem außerhalb der Statornut angeordneten Wickelkopfabschnitt, und wenn die Leiterelemente im Übergangsbereich zwischen dem Nutabschnitt und dem Wickelkopfabschnitt auf der dem Statorzahn abgewandten Seite stufenfrei bzw. eben ausgebildet sind. Dadurch wird ein besonders hoher Füllfaktor erzielt, da zwei in Umfangsrichtung um die Längsachse betrachtet nebeneinander angeordnete Leiterelemente unmittelbar bzw. über ihre gesamte Länge betrachtet innerhalb einer Statornut in unmittelbaren Anlagekontakt zueinander angeordnet sein können, insbesondere dann, wenn der Wickelkopfabschnitt den Nutabschnitt auf der dem Statorzahn abgewandten Seite in Umfangsrichtung um die Längsachse betrachtet nicht überragt.It is also particularly preferred if the conductor elements are L-shaped or U-shaped, with a groove section arranged in the stator slot and a winding head section arranged outside the stator slot, and if the conductor elements in the transition area between the groove section and the winding head section are designed to be step-free or flat on the side facing away from the stator tooth. This achieves a particularly high fill factor, since two conductor elements arranged next to one another in the circumferential direction around the longitudinal axis can be arranged in direct contact with one another within a stator slot, directly or over their entire length, in particular if the winding head section does not protrude beyond the groove section on the side facing away from the stator tooth in the circumferential direction around the longitudinal axis.

Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Elektromaschine, insbesondere einen Elektromotor für ein Pedelec, mit einem soweit beschriebenen erfindungsgemäß ausgebildeten Stator.Furthermore, the invention also relates to an electric machine, in particular an electric motor for a pedelec, with a stator designed according to the invention as described so far.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention and from the drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

  • 1 zeigt einen Querschnitt durch eine als Elektromotor ausgebildete Elektromaschine, 1 shows a cross-section through an electric machine designed as an electric motor,
  • 2 den Bereich von Wickelköpfen eines Stators gemäß der 1 in einer perspektivischen Ansicht, 2 the area of winding heads of a stator according to the 1 in a perspective view,
  • 3 einen Schnitt durch den Stator gemäß der 2, 3 a section through the stator according to the 2 ,
  • 3a einen Schnitt in der Ebene Illa-Illa der 3, 3a a section in the Illa-Illa plain of the 3 ,
  • 3b einen Schnitt in der Ebene Illb-Illb der 3 und 3b a section in the plane Illb-Illb of the 3 and
  • 4 eine Schnittdarstellung eines Werkzeugs zum Prägen von Drahtabschnitten zur Ausbildung von Leiterelementen. 4 a sectional view of a tool for embossing wire sections to form conductor elements.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments of the invention

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.Identical elements or elements with the same function are provided with the same reference numbers in the figures.

In der 1 ist ein Teil einer Elektromaschine 100, bestehend aus einem Stator 10 mit einem ringförmigen Statorkörper 12 sowie einem Läufer 14 dargestellt. Die Elektromaschine 100 ist insbesondere als Elektromotor ausgebildet und dient dem Antrieb eines nicht dargestellten Pedelecs.In the 1 is a part of an electric machine 100, consisting of a stator 10 with an annular stator body 12 and a rotor 14. The electric machine 100 is designed in particular as an electric motor and serves to drive a pedelec (not shown).

Sowohl der Stator 10 als auch der Läufer 14 sind konzentrisch zu einer senkrecht zur Zeichenebene (Radialebene) der 1 in Axialrichtung verlaufenden Längsachse 16 des Stators 10 angeordnet. Der mittels nicht dargestellter Lagereinrichtungen drehbar um die Längsachse 16 angeordnete Läufer 14 weist in bekannter Art und Weise an seinem Außenumfang streifenförmige (Permanent-) Magnetelemente 18 auf, die mit dem Stator 10 zusammenwirken, um bei einer Bestromung von in dem Statorkörper 12 angeordneten Leiterelementen 20, die eine elektrische Spule ausbilden, im Falle der Verwendung als Elektromotor ein Antriebsdrehmoment bereitzustellen.Both the stator 10 and the rotor 14 are concentric with a perpendicular to the plane of the drawing (radial plane) of the 1 arranged in the axial direction longitudinal axis 16 of the stator 10. The rotor 14, which is arranged so as to be rotatable about the longitudinal axis 16 by means of bearing devices (not shown), has strip-shaped (permanent) magnet elements 18 on its outer circumference in a known manner, which interact with the stator 10 in order to provide a drive torque when current is supplied to conductor elements 20 arranged in the stator body 12, which form an electrical coil, in the case of use as an electric motor.

Die Leiterelemente 20 sind in Form sogenannter Steckwicklungen 22 ausgebildet und bestehen aus L- oder U-förmig ausgebildeten, miteinander verbundenen Drahtabschnitten 24.The conductor elements 20 are designed in the form of so-called plug-in windings 22 and consist of L- or U-shaped, interconnected wire sections 24.

Der Statorkörper 12 besteht aus einer Vielzahl von senkrecht zur Zeichenebene der 1 übereinander gestapelten Statorblechen, wie dies aus dem Stand der Technik an sich bekannt ist. Die Statorbleche sind durch Ausstanzen aus einem Blechteil hergestellt und beispielsweise durch Verprägen oder auf sonstige, aus dem Stand der Technik an sich bekannte Art und Weise miteinander verbunden.The stator body 12 consists of a plurality of perpendicular to the plane of the 1 stator laminations stacked on top of one another, as is known per se from the prior art. The stator laminations are produced by punching out a sheet metal part and are connected to one another, for example by stamping or in another manner known per se from the prior art.

Der Statorkörper 12 weist eine Ausnehmung 26 mit einem Innendurchmesser auf, der so gewählt ist, dass der Läufer 14 mit möglichst geringem radialen Spiel zum Statorkörper 12 in der Ausnehmung 26 aufgenommen ist. Weiterhin weist der Statorkörper 12 eine Vielzahl von in gleichmäßigen Winkelabständen um die Längsachse 16 angeordneten Statorzähnen 30 auf. Vorzugsweise weist der Statorkörper 12 wenigstens zwölf Statorzähne 30, bevorzugt achtzehn Statorzähne 30, ganz besonders bevorzugt vierundzwanzig Statorzähne 30 auf. Der Querschnitt der Statorzähne 30 ist in Bezug zu einer Symmetrieebene 32 eines Statorzahns 30 trapezförmig ausgebildet. Auf der der Ausnehmung 26 zugewandten Seite weist jeder Statorzahn 30 einen Zahnkopfbereich 34 auf. In Umfangsrichtung um die Längsachse 16 betrachtet sind zwischen den Statorzähnen 30 Statornuten 36 zur Aufnahme der Leiterelemente 20 ausgebildet, wobei der Querschnitt der Statornuten 36 zumindest näherungsweise rechteckförmig ausgebildet ist. Innerhalb einer Statornut 36 sind in radialer Richtung in Bezug zur Längsachse jeweils bevorzugt zwischen vier und acht Leiterelemente 20, im dargestellten Ausführungsbeispiel fünf Leiterelemente 20, und in Umfangsrichtung in Bezug zur Längsachse 16 betrachtet zwei zueinander in radialer Richtung versetzte Reihen von Leiterelementen 20 nebeneinander angeordnet, wobei die Leiterelemente 20 innerhalb einer Statornut 36 in Anlagekontakt zueinander angeordnet sind.The stator body 12 has a recess 26 with an inner diameter which is selected such that the rotor 14 is accommodated in the recess 26 with as little radial play as possible relative to the stator body 12. Furthermore, the stator body 12 has a plurality of stator teeth 30 arranged at equal angular intervals around the longitudinal axis 16. Preferably, the stator body 12 has at least twelve stator teeth 30, preferably eighteen stator teeth 30, very particularly preferably twenty-four stator teeth 30. The cross section the stator teeth 30 are trapezoidal in relation to a plane of symmetry 32 of a stator tooth 30. On the side facing the recess 26, each stator tooth 30 has a tooth tip region 34. Viewed in the circumferential direction around the longitudinal axis 16, stator slots 36 for receiving the conductor elements 20 are formed between the stator teeth 30, wherein the cross section of the stator slots 36 is at least approximately rectangular. Within a stator slot 36, in the radial direction with respect to the longitudinal axis, preferably between four and eight conductor elements 20, in the illustrated embodiment five conductor elements 20, and viewed in the circumferential direction with respect to the longitudinal axis 16, two rows of conductor elements 20 offset from one another in the radial direction are arranged next to one another, wherein the conductor elements 20 are arranged in abutting contact with one another within a stator slot 36.

Die im Ausführungsbeispiel U-förmigen Leiterelemente 20 weisen jeweils zwei parallel zueinander angeordnete Nutabschnitte 38 (4) auf, die senkrecht zur Zeichenebene der 1 in den Statornuten 36 verlaufen. Entsprechend der Darstellung der 4 bilden die Leiterelemente 20 darüber hinaus an den beiden senkrecht zur Zeichenebene der 1 verlaufenden Stirnseiten des Statorkörpers 12 einen ersten Wickelkopf 40 sowie einen zweiten Wickelkopf 42 aus (3).The U-shaped conductor elements 20 in the embodiment each have two groove sections 38 arranged parallel to one another ( 4 ) perpendicular to the plane of the 1 in the stator slots 36. According to the illustration of the 4 The conductor elements 20 also form the two perpendicular to the plane of the 1 extending end faces of the stator body 12, a first winding head 40 and a second winding head 42 ( 3 ).

Im Fall von U-förmig ausgebildeten Leiterelementen 20 weisen diese außerhalb des Statorkörpers 12 in Verlängerung der Nutabschnitte 38 zwei Wickelkopfabschnitte 44, 45 auf. Der erste Wickelkopfabschnitt 44 verläuft in (geradliniger) Verlängerung des einen Nutabschnitts 38 bis in Höhe beispielsweise des ersten Wickelkopfs 40 und weist eine abgeschrägt ausgebildete erste Stirnfläche 46 auf, die vorzugsweise in einem 45°- Winkel zu seiner Längsachse 47 verläuft. Der zweite Wickelkopfabschnitt 45 ist gegenüber dem ersten Wickelkopfabschnitt 44 verkürzt ausgebildet. Zum Verbinden eines ersten Wickelkopfabschnitts 44 eines ersten Leiterelements 20 mit einem in Richtung der Längsachse 16 unmittelbar benachbarten zweiten Wickelkopfabschnitt 45 eines zweiten Leiterelements 20 ist der erste Wickelkopfabschnitt 44 entsprechend der 2 in Umfangsrichtung um die Längsachse 16 betrachtet umgebogen und in einem Kontaktbereich 50 mit dem zweiten Wickelkopfabschnitt 45 durch eine stoffschlüssige Verbindung in Form einer Lötverbindung 52 verbunden. Dabei ist die dem ersten Wickelkopfabschnitt 44 zugewandte Stirnfläche 54 des zweiten Wickelkopfabschnitts 45 ebenfalls um einem 45°-Winkel zu seiner Längsachse 56 abgeschrägt ausgebildet, so dass die beiden Längsachsen 47, 56 rechtwinklig zueinander verlaufen und die beiden Stirnflächen 46, 54 parallel zueinander angeordnet sind.In the case of U-shaped conductor elements 20, these have two winding head sections 44, 45 outside the stator body 12 in extension of the groove sections 38. The first winding head section 44 runs in (straight) extension of the one groove section 38 up to the height of, for example, the first winding head 40 and has a beveled first end face 46, which preferably runs at a 45° angle to its longitudinal axis 47. The second winding head section 45 is shortened compared to the first winding head section 44. In order to connect a first winding head section 44 of a first conductor element 20 to a second winding head section 45 of a second conductor element 20 that is immediately adjacent in the direction of the longitudinal axis 16, the first winding head section 44 is designed in accordance with the 2 bent around the longitudinal axis 16 as viewed in the circumferential direction and connected in a contact area 50 to the second winding head section 45 by a material connection in the form of a soldered connection 52. The end face 54 of the second winding head section 45 facing the first winding head section 44 is also beveled at a 45° angle to its longitudinal axis 56, so that the two longitudinal axes 47, 56 run at right angles to one another and the two end faces 46, 54 are arranged parallel to one another.

Auf der den beiden Wickelkopfabschnitten 44, 45 abgewandten Seite sind die beiden Nutabschnitte 38 des Leiterelements 20 mittels eines rechtwinklig zu den Nutabschnitten 38 verlaufenden Verbindungsabschnitts 58 im Bereich des zweiten Wickelkopfes 42 miteinander verbunden.On the side facing away from the two winding head sections 44, 45, the two groove sections 38 of the conductor element 20 are connected to one another by means of a connecting section 58 running at right angles to the groove sections 38 in the region of the second winding head 42.

Die Leiterelemente 20 sind aus einem endlosen Draht 60 mit rundem Querschnitt durch Abtrennen entsprechend langer Abschnitte gebildet und von einer Isolationsschicht in Form einer Lackschicht, wie dies aus dem Stand der Technik an sich bekannt ist, umgeben.The conductor elements 20 are formed from an endless wire 60 with a round cross-section by cutting off correspondingly long sections and are surrounded by an insulating layer in the form of a lacquer layer, as is known per se from the prior art.

Im Bereich der Nutabschnitte 38 weisen die Leiterelemente 20 einen ersten Querschnitt A1, und im Bereich der den beiden Wickelkopfabschnitten 44, 45, zumindest jedoch im Kontaktbereich 50 zwischen zwei Wickelkopfabschnitten 44, 45, einen zweiten Querschnitt A2 auf, wobei sich die beiden Querschnitte A1, A2 unterscheiden.In the region of the groove sections 38, the conductor elements 20 have a first cross section A 1 , and in the region of the two winding head sections 44, 45, but at least in the contact region 50 between two winding head sections 44, 45, a second cross section A 2 , wherein the two cross sections A 1 , A 2 differ.

In einer ersten Ausführungsform weisen die beiden Nutabschnitte 38 gemäß der 3b einen gegenüber dem runden Querschnitt des Drahts 60 gemäß der 3a verformten ersten Querschnitt A1 und die Wickelkopfabschnitte 44, 45 einen entsprechend dem Querschnitt des Drahts 60 unveränderten, runden zweiten Querschnitt A2 auf, wobei die Größe bzw. Fläche der beiden Querschnitte A1 und A2 gleich groß ist. Wesentlich dabei ist, dass die (spanlose) Verformung der Leiterelemente 20 im Bereich der beiden Nutabschnitte 38 derart ist, dass sich deren Querschnitt in Radialrichtung derart vergrößert, dass deren Hauptachse a1 größer ist als der Durchmesser d der Wickelkopfabschnitte 44, 45 zumindest im Kontaktbereich 50. Vorzugsweise ist der erste Querschnitt A1 der beiden Nutabschnitte 38 ovalförmig. Eine derartige Ausbildung unterschiedlicher Querschnitte A1, A2 der Leiterelemente 20 hat zur Folge, dass entsprechend der 2 und 3 zwischen zwei in Radialrichtung unmittelbar nebeneinander angeordneten Leiterelementen 20 im Kontaktbereich 50 ein Spalt 62 bzw. Abstand ausgebildet ist, der verhindert, dass beim Ausbilden der Lötverbindung 52 Lot in Kontakt mit dem in Radialrichtung benachbarten Leiterelement 20 gelangt.In a first embodiment, the two groove sections 38 according to the 3b a cross-section smaller than the round cross-section of the wire 60 according to 3a deformed first cross section A 1 and the winding head sections 44, 45 have a rounded second cross section A 2 which is unchanged according to the cross section of the wire 60, the size or area of the two cross sections A 1 and A 2 being the same. It is important that the (chipless) deformation of the conductor elements 20 in the area of the two groove sections 38 is such that their cross section increases in the radial direction such that their main axis a 1 is larger than the diameter d of the winding head sections 44, 45 at least in the contact area 50. Preferably, the first cross section A 1 of the two groove sections 38 is oval-shaped. Such a formation of different cross sections A 1 , A 2 of the conductor elements 20 has the consequence that according to the 2 and 3 between two conductor elements 20 arranged directly next to one another in the radial direction, a gap 62 or distance is formed in the contact region 50, which prevents solder from coming into contact with the conductor element 20 adjacent in the radial direction when the solder connection 52 is formed.

Zur Verformung der Nutabschnitte 38 eines Leiterelements 20 kann beispielhaft ein entsprechend der Darstellung der 4 vorgesehenes mehrteilig ausgebildetes Werkzeug 1000 verwendet werden. Das Werkzeug 1000 weist einen Werkzeugkern 1001 und zwei entsprechend der Richtung der Pfeile 64, 66 gegeneinander bewegbare Werkzeugschalen 1002, 1003 auf, zwischen denen zumindest die Nutabschnitte 38 aufgenommen sind. Durch eine entsprechende Formgebung des Werkzeugkerns 1001 sowie der beiden Werkzeugschalen 1002, 1003 findet eine plastische Verformung der beiden Nutabschnitte 38 derart statt, das diese aus ihrem ursprünglich runden Querschnitt ovalförmig verformt werden. Dabei verläuft die Hauptachse a1 des Querschnitts A1 senkrecht zur Zeichenebene der 4. Die Nutabschnitte 38 werden dann gemäß 3 in der Statornut 36 derart angeordnet, dass sich die längere Hauptachse a1 in Radialrichtung erstreckt, wodurch die Verbindungsabschnitte 58 einen Spalt 62 in Radialrichtung zueinander ausbilden.For deformation of the groove sections 38 of a conductor element 20, for example, a 4 The tool 1000 has a tool core 1001 and two tool shells 1002, 1003 that can be moved relative to one another in the direction of the arrows 64, 66, between which at least the groove sections 38 are accommodated. By appropriately shaping the tool core 1001 and the two tool shells 1002, 1003, a plastic deformation of the two The groove sections 38 are deformed from their original round cross-section into an oval shape. The main axis a 1 of the cross-section A 1 runs perpendicular to the plane of the 4 The groove sections 38 are then 3 arranged in the stator slot 36 such that the longer main axis a1 extends in the radial direction, whereby the connecting sections 58 form a gap 62 in the radial direction to one another.

Anhand der 4 ist darüber hinaus erkennbar, dass in der Zeichenebene der 4 nach dem Verformen des Leiterelements 20 die beiden Nutabschnitte 38 eine geringere Breite b aufweisen als die Breite B im Bereich des Verbindungsabschnitts 58 sowie der beiden Wickelkopfabschnitte 44, 45 - wobei sich die Breiten b, B insbesondere quer zur Radialrichtung erstrecken. Weiterhin ist erkennbar, dass zwischen den beiden Nutabschnitten 38 auf der dem Werkzeugkern 1001 und somit auch einem Statorzahn 30 abgewandten Seite und dem Verbindungsabschnitt 58 keine Stufen o.ä. Erhöhungen ausgebildet sind. Vielmehr fluchten die beiden Nutabschnitte 38 auf der dem Werkzeugkern 1001 bzw. dem Statorzahn 30 abgewandten Seite im Übergangsbereich 68 zum Verbindungsabschnitt 58 mit dem Verbindungsabschnitt 58 sowie den Wickelkopfabschnitten 44, 45.Based on the 4 It is also clear that in the drawing plane of the 4 after the conductor element 20 has been deformed, the two groove sections 38 have a smaller width b than the width B in the area of the connecting section 58 and the two winding head sections 44, 45 - the widths b, B extending in particular transversely to the radial direction. It can also be seen that no steps or similar elevations are formed between the two groove sections 38 on the side facing away from the tool core 1001 and thus also from a stator tooth 30 and the connecting section 58. Rather, the two groove sections 38 on the side facing away from the tool core 1001 or the stator tooth 30 in the transition area 68 to the connecting section 58 are aligned with the connecting section 58 and the winding head sections 44, 45.

Der soweit beschriebene Stator 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.The stator 10 described so far can be modified or altered in many different ways without deviating from the inventive concept.

So ist es insbesondere in Abänderung des beschriebenen Ausführungsbeispiels denkbar, den ersten Querschnitt A1 der Nutabschnitt 38 unverändert (rund) zu belassen, und stattdessen die beiden Wickelkopfabschnitte 44, 45 zumindest im Kontaktbereich 50 mit einem zweiten Querschnitt A2 auszubilden, bei der die Erstreckung des zweiten Querschnitts A2 in Richtung der Längsachse 16 betrachtet im Vergleich zum ersten Querschnitt A1 der Nutabschnitte 38 verringert ist. Die Änderung des zweiten Querschnitts A2 kann entweder wiederum mittels eines entsprechende ausgebildeten Prägewerkzeugs insbesondere durch Strecken, oder aber spanend, insbesondere durch Fräsen bei Abtrennen der Leiterelemente 20 vom Draht 60 erfolgen.Thus, in particular in modification of the described embodiment, it is conceivable to leave the first cross section A 1 of the groove section 38 unchanged (round) and instead to form the two winding head sections 44, 45 at least in the contact area 50 with a second cross section A 2 , in which the extension of the second cross section A 2 viewed in the direction of the longitudinal axis 16 is reduced in comparison to the first cross section A 1 of the groove sections 38. The change in the second cross section A 2 can either be carried out again by means of a correspondingly designed embossing tool, in particular by stretching, or by machining, in particular by milling when separating the conductor elements 20 from the wire 60.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102019206107 A1 [0002]DE 102019206107 A1 [0002]

Claims (10)

Stator (10) für eine Elektromaschine (100), mit einem Statorkörper (12), der in gleichmäßigen Winkelabständen um eine in Axialrichtung verlaufende Längsachse (16) angeordnete Statorzähne (30) aufweist, mit zwischen den Statorzähnen (30) ausgebildeten Statornuten (36), in denen Leiterelemente (20) zur Ausbildung einer eine elektrische Spule bildenden Steckwicklung (22) angeordnet sind, wobei jeweils zwei Leiterelemente (20) im Bereich eines an einer Stirnseite des Statorkörpers (12) angeordneten Wickelkopfes (40) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung in einem Kontaktbereich (50) miteinander verbunden sind, wobei die Leiterelemente (20) innerhalb der Statornuten (36) einen ersten Querschnitt (A1) aufweisen, und wobei die ersten Querschnitte (A1) der Leiterelemente (20) entlang der Axialrichtung in Anlagekontakt zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente (20) zumindest im Kontaktbereich (50) einen von dem ersten Querschnitt (A1) unterschiedlichen zweiten Querschnitt (A2) aufweisen, wobei der zweite Querschnitt (A2) in Radialrichtung eine geringere Erstreckung (d) aufweist als der erste Querschnitt (A1), sodass im Bereich des Wickelkopfes (40) zwischen in Radialrichtung unmittelbar benachbarten Leiterelementen (20) im Kontaktbereich (50) ein Abstand bzw. Spalt (62) ausgebildet ist.Stator (10) for an electric machine (100), with a stator body (12) which has stator teeth (30) arranged at regular angular intervals around a longitudinal axis (16) running in the axial direction, with stator slots (36) formed between the stator teeth (30), in which conductor elements (20) are arranged to form a plug-in winding (22) forming an electrical coil, wherein two conductor elements (20) are connected to one another in the region of a winding head (40) arranged on an end face of the stator body (12) by means of a material connection in a contact region (50), wherein the conductor elements (20) have a first cross section (A 1 ) within the stator slots (36), and wherein the first cross sections (A 1 ) of the conductor elements (20) are arranged in contact with one another along the axial direction, characterized in that the conductor elements (20) have a cross section which differs from the first cross section at least in the contact region (50). (A 1 ) have a different second cross-section (A 2 ), wherein the second cross-section (A 2 ) has a smaller extension (d) in the radial direction than the first cross-section (A 1 ), so that in the region of the winding head (40) between conductor elements (20) immediately adjacent in the radial direction in the contact region (50) a distance or gap (62) is formed. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente (20) aus einem in einem unverformten Zustand einen runden Querschnitt aufweisenden Draht (60) ausgebildet sind.stator after claim 1 , characterized in that the conductor elements (20) are formed from a wire (60) having a round cross-section in an undeformed state. Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente (20) in den in den Statornuten (36) angeordneten Nutabschnitten (38) ovalförmig verformt sind, und dass die Leiterelemente (20) im Bereich der zweiten Querschnitte (A2) rund ausgebildet sind.stator after claim 2 , characterized in that the conductor elements (20) are oval-shaped in the slot sections (38) arranged in the stator slots (36), and that the conductor elements (20) are round in the region of the second cross sections (A 2 ). Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente (20) in den in den Statornuten (36) angeordneten Nutabschnitten (38) unverformt ausgebildet sind, und dass die Leiterelemente (20) im Bereich der zweiten Querschnitte (A2) zumindest im Kontaktbereich (50) spanlos verformt ausgebildet sind.stator after claim 2 , characterized in that the conductor elements (20) are designed to be undeformed in the slot sections (38) arranged in the stator slots (36), and that the conductor elements (20) in the region of the second cross sections (A 2 ) are designed to be deformed without cutting at least in the contact region (50). Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente (20) in den in den Statornuten (36) angeordneten Nutabschnitten (38) unverformt ausgebildet sind, und dass die Leiterelemente (20) im Bereich der zweiten Querschnitte (A2) zumindest im Kontaktbereich (50) spanend mit gegenüber dem ersten Querschnitt (A1) reduziertem Querschnitt bearbeitet ausgebildet sind.stator after claim 2 , characterized in that the conductor elements (20) are designed to be undeformed in the slot sections (38) arranged in the stator slots (36), and that the conductor elements (20) in the region of the second cross sections (A 2 ) are machined at least in the contact region (50) with a cross section that is reduced compared to the first cross section (A 1 ). Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Kontaktbereich (50) die Längsachsen (47, 56) der beiden miteinander zu verbindenden Leiterelemente (20) rechtwinklig zueinander angeordnet sind.Stator according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that in the contact region (50) the longitudinal axes (47, 56) of the two conductor elements (20) to be connected to one another are arranged at right angles to one another. Stator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Kontaktbereich (50) die Stirnflächen (46, 54) der beiden miteinander zu verbindenden Leiterelemente (20) abgeschrägt sind, sodass die Stirnflächen (46, 54) parallel zueinander angeordnet sind.stator after claim 6 , characterized in that in the contact region (50) the end faces (46, 54) of the two conductor elements (20) to be connected to one another are bevelled, so that the end faces (46, 54) are arranged parallel to one another. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente (20) L- oder U-förmig ausgebildet sind, mit einem in der Statornut (36) angeordneten Nutabschnitt (38) und einem außerhalb der Statornut (36) angeordneten Wickelkopfabschnitt (44, 45), und dass die Leiterelemente (20) im Übergangsbereich (68) zwischen dem Nutabschnitt (38) und dem Wickelkopfabschnitt (44, 45) auf der dem Statorzahn (30) abgewandten Seite stufenfrei oder eben ausgebildet sind.Stator according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the conductor elements (20) are L-shaped or U-shaped, with a groove section (38) arranged in the stator groove (36) and a winding head section (44, 45) arranged outside the stator groove (36), and that the conductor elements (20) in the transition region (68) between the groove section (38) and the winding head section (44, 45) on the side facing away from the stator tooth (30) are designed to be step-free or flat. Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkopfabschnitt (44, 45) den Nutabschnitt (38) auf der dem Statorzahn (30) abgewandten Seite in Umfangsrichtung betrachtet nicht überragt.stator after claim 8 , characterized in that the winding head section (44, 45) does not project beyond the groove section (38) on the side facing away from the stator tooth (30) when viewed in the circumferential direction. Elektromaschine (100), insbesondere Elektromotor für ein Pedelec, mit einem Stator (10), der nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.Electric machine (100), in particular electric motor for a pedelec, with a stator (10) which is arranged according to one of the Claims 1 until 9 trained.
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