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Die
Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Im Besonderen betrifft die Erfindung die
Anordnung eines zu einer Verschaltungsanordnung von Stator-Einzelspulen
gehörenden
ringförmigen
Trägerelements,
von welchem elektrische Verbindungsleiter zur Verschaltung des Stators
aufgenommen werden.
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Bekannte
Statoren für
elektrische Maschinen weisen ein Statorjoch mit einer Anzahl von
Statorzähnen
auf, welche die elektrische Wicklung bspw. in Form von einzelnen,
aus einem Isolierdraht gewickelten Statorspulen tragen. Die Spulen
sind mit ihren beiden Spulenenden einzelnen Strängen zugeordnet und mittels
einer Verschaltungsanordnung untereinander in einer vorbestimmten
Weise über
gemeinsame Verbindungsleiter verschaltet. Im Fall einer Drehstrommaschine
weist der Stator drei Stränge
und damit zumindest drei Verbindungsleiter auf, die jeweils um 120° phasenversetzt
mit Strom beaufschlagt werden. Die Verbindungsleiter werden zum
Anschluss der elektrischen Maschine an eine Stromquelle einem Schaltkasten
zugeführt.
Die Verbindungsleiter können
beispielsweise in einen integral mit den Wickelkörpern ausgebildeten Aufnahmeraum
eingelegt und am Stator fixiert werden. Ein dafür geeigneter Wickelkörper ist
beispielsweise in der
DE
100 02 485 A1 dargestellt. Bei dieser Variante werden zunächst die
vorgefertigten Einzelspulen am Statorjoch angeordnet und erst danach
können
die Verbindungsleiter in deren durch alle Wickelkörper segmentweise
gebildeten Aufnahmeraum eingelegt und mit den Spulenenden verschaltet
werden.
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Es
besteht jedoch auch alternativ die Möglichkeit, die Verbindungsleiter
in einem von den Wickelkörpern
separaten Trägerelement
vorzumontieren und dieses Trägerelement
als vorgefertigte Einheit am Stator festzulegen. Dazu offenbart
die
DE 101 28 769
A1 einen Stator, wobei das Trägerelement zur Aufnahme der
elektrischen Verbindungsleiter axial benachbart zu den Statorspulen
angeordnet ist. Das Trägerelement
weist gemäß
7 der Druckschrift axial abstehende Befestigungsklauen auf,
welche in Aussparungen der Wickelkörper eingreifen, die in einen
stirnseitig, axial über
die Spulenwicklung überstehenden
Bereich eingebracht sind.
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Es
wird bei der erläuterten
Anordnung als Nachteil empfunden, dass die Wickelkörper zur
Ausbildung der Ausnehmung am Stator in axialer Richtung verlängert werden
müssen
und sich dadurch insgesamt eine unnötig axial groß bauende
elektrische Maschine ergibt.
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Ein
Stator der eingangs genannten Art ist in der
DE 198 50 818 A1 beschrieben,
bei welchem sich die Verbindungsleiter in einem radial an den Wickelkörpern der
Statorspulen angeordneten Trägerelement
befinden. Der Schrift sind jedoch keine Hinweise entnehmbar, auf
welche Weise das Trägerelement dort
festgelegt ist.
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Es
ist von dem genannten Stand der Technik ausgehend, Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Stator der vorgenannten Art vorzuschlagen, bei welchem
insbesondere ein zu dessen Verschaltungsanordnung zugehöriges ringförmiges Trägerelement zur
Führung
von elektrischen Verbindungsleitern leicht montierbar und zugleich
betriebssicher an dem Stator festgelegt ist.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit einem gattungsgemäßen Stator, welcher zusätzlich die
im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale aufweist.
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Die
Erfindung schlägt
demzufolge einen Stator für
eine elektrische Maschine vor, der ein ringförmiges Statorjoch aufweist,
an dem auf Wickelkörpern ausgeführte und
in Umfangsrichtung gleichmässig verteilte
Statorspulen angeordnet sind. Diese Statorspulen sind mittels einer
Verschaltungsanordnung elektrisch verschaltet, wobei die Verschaltungsanordnung
ein zum Zusammenbau mit dem Stator bestimmtes ringförmiges Trägerelement
zur Aufnahme von Verbindungsleitern aufweist, welches radial zu den
Wickelkörpern
angeordnet wird. Der Stator zeichnet sich dadurch aus, dass das
Trägerelement mittels
einer Rastverbindung axial verliersicher an den Wickelkörpern fixiert
ist. Durch eine Rastverbindung ist sowohl eine betriebssichere Befestigung
als auch eine schnelle Montage bzw. Demontage des Trägerelementes
möglich.
Dieses kann in einfacher Weise in axialer Richtung radial über die
Wickelkörper
oder in den durch die Wickelkörper
definierten Innenraum eingeschoben und axial und in Umfangsrichtung
an den Wickelkörpern
verrastet werden. Das Einlegen von Verbindungsleitern in das Trägerelement
und dessen Kapselung mittels Vergussmaterials kann bereits vor dessen
Montage am Stator erfolgen. Nach dem Zusammenbau von Stator und
Trägerelement
können
in bekannter Weise die elektrischen Verbindungen zwischen den Spulenenden
und den in dem Trägerelement
eingelegten Verbindungsleitern hergestellt werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung gemäß Anspruch
2 ist vorgesehen, dass an dem Trägerelement
ausgebildete Rastelemente in Zwischenräume zwischen jeweils zwei am Stator
benachbarte Wickelkörper
eingreifen. Der Wickelkörper
kann beispielsweise gemäß der
DE 100 02 485 A1 ausgeführt sein
und einen sich an einem Statorjoch radial erstreckenden Wickelträger und zwei
den Wickelbereich in axialer begrenzende und mit dem Wickelträger verbundene
Schenkel aufweisen. Die Rastelemente des Trägerelements können somit
in Umfangsrichtung beidseitig in die benachbarten radial inneren
bzw. radial äußeren Schenkel eingreifen
bzw. diese zumindest teilweise hintergreifen und mit diesen verrasten.
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Gemäß Anspruch
3 werden die Rastelemente des Trägerelements
durch erste Radialvorsprünge gebildet,
die mit jeweils zwei Gegenrastelementen benachbarter Wickelkörper zusammenwirken.
Dazu eignen sich z.B. an den Schenkeln der Wickelkörper ausgebildete
und einander zugewandte Federzungen, zwischen denen die ersten Radialvorsprünge bei
der Montage des Trägerelements
axial hindurchgeführt
werden, wobei sich die Federzungen unter Vergrößerung deren Zwischenraumes
verlagern und wobei die Federzungen nach dem Erreichen der Endlage
des Trägerelements
wieder entlastet werden. In dieser Position können die ersten Radialvorsprünge die
Wickelkörper,
genauer deren Federzungen hintergreifen und das Trägerelement
axial sichern. Das Trägerelement
liegt dabei zugleich mit einer Stirnseite an dem Statorjoch an,
so dass durch diese Ausgestaltung eine definierte Festlegung in
axialer als auch in Umfangsrichtung möglich ist.
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Es
ist gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 4 günstig, wenn
das Trägerelement
zweite Radialvorsprünge
aufweist, die in die Zwischenräume
zwischen jeweils zwei benachbarten Wickelkörpern eingreifen und sich dort
zumindest an einem der Wickelkörper
axial und ggf. auch in Umfangsrichtung abstützen. Dadurch kann das Trägerelement
unabhängig
von dessen Anlage an dem Statorjoch axial definiert festgelegt werden. Ebenso
können
nach Anspruch 5 die zweiten Radialvorsprünge des Trägerelements in dazu korrespondierende
Aussparungen an der dem Statorjoch abgewandten Stirnseite der Wickelkörper eingreifen.
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Bevorzugt
sind die ersten und zweiten Radialvorsprünge gemäß Anspruch 6 axial versetzt
an dem Trägerelement
angeordnet und weiter bevorzugt ist das Trägerelement nach Anspruch 7
aus einem Kunststoff gefertigt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden mittels der beigefügten Figur beispielhaft erläutert.
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Die
Figur zeigt in einer schematisch perspektivischen Darstellung mit
Blickrichtung von radial innen nach radial außen einen Ausschnitt eines
Stators 10 für
eine zeichnerisch nicht weiter dargestellte elektrische Maschine
mit einem ringförmigen
aus lamellierten Elektroblech bestehenden Statorjoch 2, welches
jedoch zum größten Teil
von weiteren Elementen des Stators 10, wie diese nachfolgend
erläutert
werden, verdeckt wird. Es handelt sich hierbei um einen Stator 10 einer
permanenterregten elektrischen Synchronmaschine in Innenläuferbauart,
wobei der der gezeigte Stator 10 einen zylindrischen Innenraum 5 zur
Aufnahme eines Rotors bereitstellt. Das Statorjoch 2 weist
in bekannter Weise in Umfangsrichtung eine gleichmäßig verteilte
Anzahl von radial nach innen gerichteten Zähnen 6a-d auf, welche
mit Einzelspulen 8a-d bestückt sind. Die Spulen 8a-d
sind in einem vorherigen Fertigungsschritt mit Hilfe von jeweils
zwei aus einem Isoliermaterial bestehenden Wickelkörpern 12 separat
gewickelt und anschließend über die
Zähne 6a-d
des Statorjochs 2 geschoben und dort mittels einer bekannten,
jedoch zeichnerisch nicht dargestellten Rastverbindung gegen Verrutschen
gesichert.
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Die
Wickelkörper
12 entsprechen
in deren grundlegendem Aufbau den in der
DE 100 02 485 A1 beschriebenen
Wickelkörpern
und weisen einen sich an dem Statorjoch
2 radial erstreckenden
Wickelträger
12a und
zwei den Wickelbereich in axialer begrenzende und mit dem Wickelträger
12a verbundene
Schenkel
12b und
12c auf.
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Die
Spulen 8a-d umfassen eine Wicklung eines elektrischen Leiters,
deren in der Figur nicht sichtbaren Wicklungsenden bzw. Spulenenden
in bekannter Weise mit drei oder noch mehreren elektrischen Verbindungsleitern 14 elektrisch
verbunden sind. Zur besseren Übersicht
sind zeichnerisch lediglich die Spulen 8a und 8d zeichnerisch
angedeutet.
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Die
Verbindungsleiter 14 sind als ringförmig gebogene Streifenleiter
z.B. aus Kupfer ausgeführt und
in einer vorbestimmten Weise mit den Spulenenden und Anschlüs sen für eine Stromversorgungseinrichtung
verbunden, was jedoch keinen Gegenstand der vorliegenden Erfindung
bildet.
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Die
Verbindungsleiter 14 sind innerhalb eines Aufnahmeraumes 18 eines
am Stator 10 angeordneten Trageelementes 16 angeordnet,
welches als separater, d.h. von den Wickelkörpern unabhängiger Kunststoffring mit einem,
eine einseitig offene Nut bildenden Aufnahmeraum 18 ausgeführt ist.
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Das
Trägerelement 16 ist
auf die, von den radial außen
liegenden Schenkeln 12b der Wickelkörper 12 gemeinsam
definierten Umfangsfläche
axial aufgeschoben, liegt mit dessen abgewandter Stirnseite am Statorjoch 2 an
und ist, wie nachfolgend erläutert,
mittels einer Rastverbindung axial verliersicher an den Wickelkörpern 12 fixiert.
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Das
Trägerelement 16 weist
an dessen dem Statorjoch 2 zugewandter Stirnseite als Rastelemente
wirkende erste Radialvorsprünge 20 auf,
welche in Spaltzwischenräume 22 zwischen
jeweils zwei am Stator 10 benachbarte Wickelkörper 12 eingreifen. Dazu
sind an den, das Trägerelement 16 abstützenden
Schenkeln 12b der Wickelkörper 12 beidseitig, d.h.
bezüglich
des Stators 10 in Umfangsrichtung, jeweils einander zugewandte
Federzungen 24 ausgebildet, zwischen denen die ersten Radialvorsprünge 20 bei
der Montage des Trägerelements 16 axial
hindurchgeführt
werden. Dabei werden die Federzungen 24 unter Vergrößerung der
zwischen diesen vorhandenen Spaltzwischenräume 22 zu deren Wickelkörpern 12 verlagert
und schnappen nach dem Passieren der ersten Radialvorsprünge 20 wieder
in deren Ausgangslage zurück,
wobei in dieser Position die ersten Radialvorsprünge 20 die Wickelkörper 12, genauer
deren Federzungen 24, dann hintergreifen und das Trägerelement
axial gesichert an dem Statorjoch 2 festlegen.
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Das
Trägerelement 16 weist
zusätzlich
auf der dem Statorjoch 2 abgewandten Stirnseite zu den ersten
Radialvorsprüngen 20 axial
und in Umfangsrichtung versetzte zweite Radialvorsprünge 26 auf, welche
in Aussparungen 28 an der dem Statorjoch 2 abgewandten
Stirnseite der Wickelkörper 12 eingreifen
und sich dort an den Wickelkörpern 12 axial
abstützen.
Selbstverständlich
können
die zweiten Axialvorsprünge 26 auch
zu den ersten Axialvorsprüngen 20 identische
Umfangspositionen aufweisen und ebenso in die Spaltzwischenräume 22 zwischen
jeweils zwei benachbarten Wickelkörpern 12 eingreifen und
sich zumindest an einem der dazu benachbarten Wickelkörper 12 axial
und in Umfangsrichtung abstützen.
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- 2
- Statorjoch
- 5
- Innenraum
- 6a-d
- Zahn
- 8a-d
- Spule
- 10
- Stator
- 12
- Wickelkörper
- 12a
- Wickelträger
- 12b,c
- Schenkel
- 14
- Verbindungsleiter
- 16
- Trägerelement
- 18
- Aufnahmeraum
- 20
- erste
Radialvorsprünge
- 22
- Spaltzwischenraum
- 24
- Federzunge
- 26
- zweite
Radialvorsprünge
- 28
- Aussparung
- A
- Mittelachse