WO2014095551A2

WO2014095551A2 - Stator für eine elektrische maschine

Info

Publication number: WO2014095551A2
Application number: PCT/EP2013/076320
Authority: WO
Inventors: Christian Aumann; Andrew Pierson
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2015-06-21
Also published as: CN104871405B; CN104871405A; WO2014095551A3; DE202012012647U1; DE102013213449A1

Abstract

Ein Stator für eine elektrische Maschine weist ein Lamellenpaket und an der Stirnseite des Lamellenpakets eine Isolierlamelle auf, die mit einer Verschaltscheibe verbunden ist. In die Verschaltscheibe ist eine erste Montageaussparung und in die Isolierlamelle eine zweite Montageaussparung eingebracht, die miteinander fluchten.

Description

Beschreibung Titel

Stator für eine elektrische Maschine

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stator für eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 .

Stand der Technik

Statoren für elektrische Maschinen weisen ein Lamellenpaket auf, welches aus einer Mehrzahl aufeinanderliegender Statorlamellen aus einem Blechmaterial gebildet ist. Das Lamellenpaket ist an beiden gegenüberliegenden Stirnseiten von jeweils einer End- bzw. Decklamelle begrenzt, an die sich eine Isolierlamelle aus elektrisch isolierendem Material anschließt. Auf der dem Lamellenpaket abgewandten Seite ist eine der Isolierlamellen mit einer Verschaltscheibe verbunden, über die Spulenwicklungen, welche im Lamellenpaket im Stator aufgenommen sind, an die Stromversorgung angeschlossen werden.

Bei der Montage des Stators wird nach dem Bewicklungsvorgang das

Lamellenpaket einschließlich der Isolierlamellen und der Verschaltscheibe in ein Statorgehäuse eingesetzt. Das hierfür verwendete Werkzeug schiebt das Lamellenpaket einschließlich Isolierlamellen und Verschaltscheibe mit einer axialen Presskraft in das Statorgehäuse, bis die Bauteile mit Presspassung ihre axiale Position im Statorgehäuse erreicht haben. Hierbei ist darauf zu achten, dass die auftretenden Presskräfte nicht zu einer Beschädigung der Statorbauteile führen.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stator für eine elektrische Maschine mit einfachen Maßnahmen montagefreundlich auszubilden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an. Der erfindungsgemäße Stator wird in elektrischen Maschinen eingesetzt, beispielsweise in Antriebsmotoren, welche in Kraftfahrzeugen verwendet werden, zum Beispiel als Stellmotor, oder in handgeführten Werkzeugmaschinen. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich beispielsweise um einen Innenläufermotor mit außen liegendem, umgreifendem Stator und innen liegendem Rotor.

Der Stator weist ein Lamellenpaket auf, welches aus einer Mehrzahl

aufeinanderliegender, einzelner Statorlamellen aufgebaut ist, die bevorzugt aus einem Blechmaterial gefertigt sind, insbesondere aus einem Blech ausgestanzt sind. An mindestens eine stirnseitige End- bzw. Decklamelle schließt sich eine Isolierlamelle aus elektrisch isolierendem Material an; bevorzugt ist an beiden stirnseitigen Enden des Lamellenpakets jeweils eine Isolierlamelle angeordnet. Eine Isolierlamelle ist auf der dem Lamellenpaket abgewandten axialen Seite mit einer Verschaltscheibe zur Versorgung der Wicklungen mit Strom verbunden. Die Isolierlamelle kann formschlüssig mit der Verschaltscheibe verbunden sein.

In die Verschaltscheibe ist mindestens eine erste Montageaussparung und in die Isolierlamelle mindestens eine zugeordnete, zweite Montageaussparung eingebracht, wobei die erste und die zweite Montageaussparung in der

Verschaltscheibe bzw. der Isolierlamelle im montierten Zustand miteinander fluchten. Die erste und die zweite Montageaussparung erstrecken sich hierbei axial von der außenliegenden Stirnseite der Verschaltscheibe bis zur Stirnseite des Lamellenpakets. Diese Ausführung ermöglicht es, bei der Montage die verhältnismäßig hohen axialen Presskräfte, welche von einem Montage- bzw. Presswerkzeug ausgeübt werden, unmittelbar über die Montageaussparungen auf die Stirnseite des Lamellenpaketes aufzubringen und auf diese Weise das

Lamellenpaket mit Presspassung in ein aufnehmendes Statorgehäuse einzupressen. Das Montage- bzw. Presswerkzeug ragt hierbei mit einem Finger in die miteinander fluchtenden Montageaussparungen in der Isolierlamelle und der Verschaltscheibe ein und beaufschlagt die Stirnseite des Lamellenpakets, das üblicherweise aus Blechlamellen gefertigt ist und dementsprechend eine höhere Stabilität als die Isolierlamelle und die Verschaltscheibe aufweist, welche vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt sind. Bei der Montage sind somit die Isolierlamelle und die Verschaltscheibe keinen axialen Presskräften ausgesetzt, so dass die Gefahr einer Beschädigung von Isolierlamelle bzw. Verschaltscheibe während des Montageprozesses signifikant herabgesetzt ist.

Über den Umfang verteilt können mehrere erste und zweite

Montageaussparungen in die Verschaltscheibe bzw. die Isolierlamelle eingebracht sein, so dass entsprechend an mehreren Stellen des Umfangs eine axiale Presskraft über das Montage- bzw. Presswerkzeug auf die Stirnseite des Lamellenpaketes ausgeübt werden kann.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die Verschaltscheibe über den Umfang verteilt mehrere Wicklungsträgersegmente auf, welche jeweils einen Zugangsschlitz für die Wicklungen der zugeordneten Einzelzähne auf dem Lamellenpaket aufweisen. Der Zugangsschlitz ist axial zur freien Stirnseite hin offen ausgebildet und nimmt den Spulendraht auf. Der Zugangsschlitz erstreckt sich axial durch das Wicklungsträgersegment zwischen beiden Stirnseiten der Verschaltscheibe hindurch und fluchtet im montierten Zustand mit der

Montageaussparung in der Isolierlamelle, welche sich ebenfalls über die gesamte axiale Höhe der Isolierlamelle erstreckt.

Um zu gewährleisten, dass das Montage- bzw. Presswerkzeug mit einem Finger durch den Zugangsschlitz sowie die Montageaussparung in der Isolierlamelle hindurchgreift, ohne die Wandung des Zugangsschlitzes im

Wicklungsträgersegment zu beschädigen, kann in die Wandung des

Zugangsschlitzes im Wicklungsträgersegment die erste Montageaussparung eingebracht sein, wodurch sich an dieser Stelle die axiale Höhe der Wandung im Wicklungsträgersegment reduziert. Die Montageaussparung erstreckt sich hierbei bevorzugt nur über eine axiale Teillänge der axialen Höhe der

Verschaltscheibe im Bereich des Wicklungsträgersegmentes. Die

Montageaussparung erstreckt sich vorteilhafterweise bis zur axial freien, der Isolierlamelle abgewandten Stirnseite des Wicklungsträgersegmentes. Die axiale Erstreckung der Montageaussparung beträgt bevorzugt mindestens 50 % der axialen Gesamthöhe der Verschaltscheibe im Bereich des

Wicklungsträgersegmentes, wodurch sich die axiale Erstreckung eines einragenden Fingers des Montage- bzw. Presswerkzeugs entsprechend reduziert.

Gemäß bevorzugter Ausführung sind über den Umfang verteilt mehrere

Montageaussparungen in Wicklungsträgersegmenten eingebracht. Je eine

Montageaussparung befindet sich vorteilhafterweise an der radial innen liegenden Wandung des Wicklungsträgersegmentes, so dass ein entsprechender Finger des Montage- bzw. Presswerkzeugs radial von innen nach außen und mit einer entsprechenden axialen Komponente durch die Montageaussparung in der Wandung des Wicklungsträgersegmentes hindurchragt.

Jeder Montageaussparung in der Verschaltscheibe ist mindestens eine

Montageaussparung in der Isolierlamelle zugeordnet. Gegebenenfalls sind einer Montageaussparung in der Verschaltscheibe zumindest zwei

Montageaussparungen in der Isolierlamelle zugeordnet, so dass die

Isolierlamelle in zwei verschiedenen Winkellagen eingebaut werden kann und in jeder Winkellage Montageaussparungen in der Verschaltscheibe und in der Isolierlamelle miteinander fluchten. Im Falle von mehreren, über den Umfang verteilten Montageaussparungen kann es zweckmäßig sein, dass diese gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Möglich ist aber auch eine ungleichmäßige Verteilung der Montageaussparungen, insbesondere in der Verschaltscheibe, wodurch konstruktiven Einschränkungen in der Verschaltscheibe Rechnung getragen werden kann. Bei einer höheren Anzahl von Montageaussparungen in der Isolierlamelle können die dort angeordneten Aussparungen im Unterschied zur Verschaltscheibe in einem regelmäßigen Winkelabstand zueinander positioniert werden, da aufgrund der höheren Anzahl an Montageaussparungen in verschiedenen Einbauwinkellagen der Isolierlamelle eine Überdeckung von Montageaussparungen mit der

Verschaltscheibe möglich ist. Beispielsweise sind in die Verschaltscheibe drei

Montageaussparungen in einem unterschiedlichen Winkelabstand und in die Isolierlamelle sechs Montageaussparungen eingebracht, von denen jeweils zwei in geringem Winkelabstand nebeneinander liegen und die Montageaussparungs- Paare zueinander in einem regelmäßigen Winkelabstand von 120° positioniert sind. Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Stators einer elektrischen Maschine mit einem Lamellenpaket mit einer stirnseitigen Isolierlamelle, die Träger einer Verschaltscheibe ist,

Fig. 2 in Explosionsdarstellung das Lamellenpaket mit der Verschaltscheibe,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Stator, mit einem Statorgehäuse zur Aufnahme des Lamellenpakets einschließlich Isolierlamellen und Verschaltscheibe,

Fig. 4 eine Ansicht der Stirnseite des Stators,

Fig. 5 die Isolierlamelle in Draufsicht.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 , 2 und 3 ist ein Stator 1 für eine elektrische Maschine dargestellt, insbesondere für einen elektrischen Innenläufermotor. Der Stator 1 weist ein Stator- bzw. Lamellenpaket 2 auf, das aus einer Vielzahl einzelner Statorlamellen aufgebaut ist, welche aufeinandergestapelt sind. Des Weiteren ist eine

Verschaltscheibe 4 an der Stirnseite des Lamellenpakets 2 angeordnet, über die Wicklungen 5 im Lamellenpaket 2 mit Strom versorgt werden. Zwischen dem Lamellenpaket 2 und der Verschaltscheibe 4 ist eine Isolierlamelle 3 angeordnet, welche aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, insbesondere aus Kunststoff. Die Isolierlamelle 3 kann als Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgeführt sein. Eine entsprechende Isolierlamelle befindet sich außerdem an der gegenüberliegenden axialen Stirnseite des Lamellenpaketes 2.

Das Lamellenpaket 2 ist geschrägt ausgeführt und weist radial nach innen gerichtete Trägerzähne auf, um die die Wicklungen 5 gelegt sind. Aufgrund der Schrägung verlaufen die Wicklungen 5 unter einem Winkel zur Stator- Längsachse 7. Zwischen benachbarten Wicklungen 5 befindet sich jeweils ein Isolierstreifen 6, der sich über die gesamte axiale Höhe des Lamellenpakets 2 erstreckt. Auf Grund der geschrägten Ausführung des Lamellenpakets 2 weisen auch die Isolierstreifen 6 gegenüber der Längsachse 7 des Lamellenpakets einen Winkel auf. Die Länge der Isolierstreifen 6 ist so bemessen, dass beide Stirnseiten des

Lamellenpaketes 6 von den Isolierstreifen überragt werden. Die Isolierstreifen 6, welche beispielsweise als Papierstreifen ausgeführt sind, sind im Bereich ihrer jeweiligen freien Stirnabschnitte von den Isolierlamellen 3 aufgenommen und gehalten, die sich an beiden Stirnseiten des Lamellenpakets 2 befinden.

Wie den Fig. 1 , 2 und 4 zu entnehmen, weist die Verschaltscheibe 4 über den Umfang verteilt mehrere Wicklungsträgersegmente 8 auf, in die sich axial erstreckende Zugangsschlitze 9 für Wicklungsträger der Wicklungen für jeweils eine darunterliegende Spule eingebracht sind. Die Zugangsschlitze 9 in den Wicklungsträgersegmenten 8 erstrecken sich axial über die gesamte Höhe der

Verschaltscheibe 4, sie sind somit an beiden Stirnseiten offen.

Insgesamt drei der Wicklungsträgersegmente 8 weisen eine zusätzliche erste Montageaussparung 10 an der radial innen liegenden Wandung im

Wicklungsträgersegment 8 auf. Die Montageaussparung 10 erstreckt sich von der axial oben liegenden, der Isolierlamelle 3 abgewandten Stirnseite des Wicklungsträgersegmentes 8 über mehr als die Hälfte der axialen Höhe der Verschaltscheibe 4, insbesondere über etwa zwei Drittel der axialen Höhe. Insgesamt sind über den Umfang verteilt drei Wicklungsträgersegmente 8 mit einer zusätzlichen, axial sich erstreckenden Montageaussparung 10 versehen, von denen zwei Montageaussparungen 10 in Wicklungsträgersegmenten 8 angeordnet sind, die in einem 90°-Winkel zueinander versetzt sind und die dritte etwa in einem 120°-Winkel zu einer Montageaussparung bzw. einem 150°- Winkel zur anderen Montageaussparung steht.

Den drei ersten Montageaussparungen 10 in der Verschaltscheibe 4 sind insgesamt sechs zweite Montageaussparungen 1 1 in der Isolierlamelle 3 (Fig. 5) zugeordnet. Jeder einzelnen Montageaussparung 10 in der Verschaltscheibe 4 sind zwei nebeneinanderliegende Montageaussparungen 1 1 in der Isolierlamelle 3 zugeordnet, die ein Montageaussparungs-Paar bilden. Die

Montageaussparungen 1 1 in der Isolierlamelle 3 befinden sich an der radial außen liegenden Seite eines Außenrings 12, von dem aus sich Trägerzähne 13 radial nach innen erstrecken, die Träger der Wicklungen sind. Die insgesamt sechs Montageaussparungen 1 1 am Außenring 12 erstrecken sich jeweils in Achsrichtung vollständig über die axiale Höhe der Isolierlamelle 3, die

Montageaussparungs-Paare sind in Umfangsrichtung in einem 120°-Winkel versetzt zueinander angeordnet. Jeweils zwei Montageaussparungen 1 1 liegen unmittelbar benachbart, jedoch in Umfangsrichtung versetzt zu einem

Trägerzahn 13. Jeweils zwei benachbarte Montageaussparungen 1 1 an der Isolierlamelle 3 sind einer Montageaussparung 10 an der Verschaltscheibe 4 zugeordnet. An der Außenseite des Außenrings 12 der Isolierlamelle 3 sind über den Umfang gleichmäßig verteilt insgesamt drei Rastnasen 14 angeordnet, die bei der Montage in zugeordnete Ausnehmungen an der Innenwand des aufnehmenden Statorgehäuses einragen. Somit kann die Isolierlamelle 3 in insgesamt drei verschiedenen Winkelpositionen in das Statorgehäuse eingesetzt werden.

Da jeder 120°-Winkellage zwei benachbarte Montageaussparungen 1 1 in der Isolierlamelle 3 zugeordnet sind, kann eine fluchtende Anordnung der

Montageaussparung 1 1 in der Isolierlamelle 3 mit einer zugeordneten

Montageaussparung 10 in der Verschaltscheibe 4 erreicht werden, ungeachtet dessen, in welcher 120°-Winkellage die Isolierlamelle 3 in den Stator eingebaut wird. Je nach Einbaulage gelangt eine der beiden benachbarten

Montageaussparungen 1 1 in der Isolierlamelle 3 in eine fluchtende Position mit einer Montageaussparung 10 in der Verschaltscheibe 4. Hierdurch ist sichergestellt, dass in jedem Fall jede Montageaussparung 10 in der

Verschaltscheibe 4 mit einer Montageaussparung 1 1 in der Isolierlamelle 3 fluchtet, so dass im montierten Zustand ein axial durchgehender Weg im Bereich der drei Montageaussparungen 10 von der außen liegenden Stirnseite der Verschaltscheibe 4 bis zur darunterliegenden Stirnseite des Lamellenpaketes 2 gebildet ist.

Diese Ausführung ermöglicht es, das Lamellenpaket 2 mit einer axialen

Presskraft, welche von einem Montage- bzw. Presswerkzeug ausgeübt wird, in das aufnehmende Statorgehäuse 15 (Fig. 3, 4) einzupressen. Das Montagebzw. Presswerkzeug greift hierbei über die miteinander fluchtenden Montageaussparungen 10 und 1 1 in der Verschaltscheibe 4 bzw. der

Isolierlamelle 3 unmittelbar an der Stirnseite des Lamellenpaketes 2 an, welches aufgrund seiner Ausführung aus Blechlamellen ohne Weiteres hohe axiale Presskräfte aufnehmen kann. Dagegen werden die Isolierlamellen 3 und die Verschaltscheibe 4 nicht mit diesen hohen Presskräften beaufschlagt und unterliegen somit auch nicht der Gefahr einer Beschädigung während des Einpressvorgangs des Lamellenpakets in das Statorgehäuse.

Wie der Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 zu entnehmen, weist das Statorgehäuse 15 einen radial verbreiterten Absatz 15a auf, in welchem die Isolierlamelle 3 und die Verschaltscheibe 4 aufgenommen sind. Das Lamellenpaket 2 wird dagegen mit axialer Presskraft in den radial kleineren Abschnitt des Statorgehäuses 15 eingepresst.

Zusätzlich über die Montageaussparungen 10 und 1 1 in der Verschaltscheibe 4 bzw. der Isolierlamelle 3 kann das Montage- bzw. Presswerkzeug auch an der radial innen liegenden Seite der Trägerzähne 13 an der Isolierlamelle 3 angreifen und an dieser Stelle das darunterliegende Lamellenpaket 2 mit axialer Presskraft beaufschlagen.

Claims

Ansprüche

1 . Stator für eine elektrische Maschine, mit einem Lamellenpaket (2),

bestehend aus einer Mehrzahl aufeinanderliegender Lamellen, mit bestrombaren Wicklungen (5) im Lamellenpaket (2), wobei an mindestens einer Stirnseite des Lamellenpakets (2) eine Isolierlamelle (3) angeordnet ist, die auf der dem Lamellenpaket (2) abgewandten Seite mit einer

Verschaltscheibe (4) zur Versorgung der Wicklungen (5) mit Strom verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verschaltscheibe (4) eine erste Montageaussparung (10) und in die Isolierlamelle (3) eine zweite Montageaussparung (1 1 ) eingebracht ist, wobei die erste und die zweite Montageaussparung (10, 1 1 ) in der Verschaltscheibe (4) bzw. der

Isolierlamelle (3) miteinander fluchten.

2. Stator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltscheibe (4) über den Umfang verteilt mehrere Wicklungsträgersegmente (8) mit einem axial offenen Zugangsschlitz (9) für eine Wicklung aufweist und die erste Montageaussparung (10) in die Wandung eines

Wicklungsträgersegments (8) eingebracht ist.

3. Stator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang verteilt mehrere Montageaussparungen (10) in Wicklungsträgersegmente (8) eingebracht sind.

4. Stator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die

Montageaussparungen (10) in die radial innen liegende Wandung des Wicklungsträgersegments (8) eingebracht ist.

5. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass einer Montageaussparung (10) in der Verschaltscheibe (4) mindestens zwei Montageaussparungen (1 1 ) in der Isolierlamelle (3) zugeordnet sind.

6. Stator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang verteilt drei Montageaussparungen (10) in die Verschaltscheibe (4) und sechs Montageaussparungen (1 1 ) in die Isolierlamelle (3) eingebracht sind.

7. Stator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die

Montageaussparungen (10) in die Verschaltscheibe (4) ungleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind.

8. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lamellenpaket (2), die Isolierlamelle (3) und die Verschaltscheibe (4) in einem Statorgehäuse (15) aufgenommen sind.

9. Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierlamelle (3) einen größeren Außendurchmesser als das Lamellenpaket (2) aufweist und Isolierlamelle (3) und Verschaltscheibe (4) in einem radial vergrößerten Absatz (15a) des Statorgehäuses (15) aufgenommen sind.

10. Elektrische Maschine mit einem Stator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.