-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere
einen Gleichstrommotor. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner
ein Verfahren zum Herstellen eines Stators einer solchen elektrischen
Maschine und eine Lenkungsantriebsvorrichtung.
-
Derartige
elektrische Maschinen sind allgemein bekannt und werden beispielsweise
in Lenkungsantrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt.
-
In 1 ist
eine allgemein bekannte elektrische Maschine nach dem Stand der
Technik schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. In einem
Stator 1 sind Spulen 4, 5, zum Beispiel
Einzelspulen, mit ihrer Längsrichtung
parallel zur Längsrichtung
des Stators 1 radial um einen Läufer (hier nicht gezeigt) angeordnet.
In 1 sind nur zwei Spulen 4, 5 gezeigt,
wobei der Stator 1 auch mehr Spulen 4, 5,
zum Beispiel sechs Spulengruppen 3, aufweisen kann. Die
beiden Spulen 4, 5 bilden eine Spulengruppe 3 und
weisen jeweils zwei Anschlussenden auf: Kontaktierenden 4k, 5k und
Verbindungsenden 4v, 5v. Die Verbindungsenden 4v und 5v sind
mittels einer Schaltverbindung 6 verbunden, wobei die Spulen 4 und 5 elektrisch
in Reihe oder parallel (gestrichelte Linien) geschaltet sind. Die
Schaltverbindung 6 ist Teil einer Schalteinrichtung 11,
welche dazu vorgesehen ist, eine Reihenschaltungsverbindung von
jeweils zwei Spulen 4, 5 zu erzeugen. Die Schalteinrichtung 11 ist
ein Bauteil, welches zum Beispiel ringförmig aus einem Kunststoff mit
eingebrachten Blechbiegestanzteilen (beispielsweise aus Kupfer) als
Verbindungen 6 ausgebildet ist. Die Verbindungsenden 4v und 5v einer
jeden Spulengruppe 3 sind mit den Schaltverbindungen 6,
zum Beispiel über Schweiß- oder
Lötverbindungen
oder auch durch Verpressungen oder dergleichen, kontaktiert. Die Kontaktierenden 4k, 5k einer
Spulengruppe 3 sind in einer Kontaktiereinrichtung 12 in ähnlicher
Weise elektronisch angeschlossen und z. B. auf geeignete Weise mit
den anderen Spulengruppen 3 des Stators 1 verbunden.
Die Kontaktiereinrichtung 12 weist zudem einen Anschluss 13 auf,
welcher zur Steuerung und Versorgung der elektrischen Maschine mit
einer entsprechenden Steuereinrichtung und Stromquelle verbunden
ist.
-
Problematisch
bei dieser Art von Statoren ist allerdings, dass bei der Schalteinrichtung 11 mit
ihren Schaltverbindungen 6 und deren Anschlüssen unerwünschte Verbindungs- und/oder Anschlussfehlern sowie
die damit verbundene Erhöhung
von Übergangswiderständen nie
ganz ausgeschlossen werden können.
Dies ist unerwünscht,
da dies bisweilen zu Ausfällen
führen
kann.
-
Die
erhöhten
Anforderungen der Einsatzbedingungen in einem Kraftfahrzeug, insbesondere
in Bezug auf ein möglichst
geringes Bauvolumen, niedriges Gewicht, geringe Zahl von Einzelteilen
und gleichzeitig hohem Wirkungsgrad resultieren in der stets vorhandenen
Forderung, eine verbesserte elektrische Maschine bereitzustellen.
-
Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe
zugrunde, eine dahingehend verbesserte elektrische Maschine anzugeben.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
7 und/oder durch eine Lenkungsantriebsvorrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 10 gelöst.
-
Demgemäß ist vorgesehen:
- – Eine
elektrische Maschine, insbesondere Gleichstrommotor, mit einem Stator,
der mehrere Zähne
und Spulen aufweist, wobei jeweils auf einem Zahn des Stators jeweils
eine Spule vorgesehen ist, wobei jeweils zumindest zwei Spulen miteinander
in einer elektrischen Reiheschaltung verbunden sind und eine Spulengruppe
ausbilden, die aus zumindest zwei zusammenhängend gewickelten Teilspulen
ausgebildet ist.
- – Ein
Verfahren zum Herstellen eines Stators einer erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine, mit den Schritten: Wickeln zumindest zweier, elektrisch
in Reihe geschalteter und zusammenhängender Teilspulen zur Erzeugung
einer Spulengruppe; Aufbringen der so erstellten Spulengruppe auf
Zähne des
Stators; und Kontaktieren von Kontaktierenden der Spulengruppe mittels
einer Kontaktiereinrichtung.
- – Eine
Lenkungsantriebsvorrichtung zum Antreiben einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges,
welche eine erfindungsgemäße elektrische
Maschine aufweist.
-
Erfindungsgemäß werden
bei dem Stator zwei Einzelspulen zusammenhängend gewickelt. Dadurch ergibt
sich der besondere Vorteil, dass eine Schaltverbindung und auch
die dazu gehörige Schalteinrichtung
entfallen können,
was zu einer Reduzierung des Bauvolumens der elektrischen Maschine
und damit einhergehend der Kosten führt.
-
Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die Teileanzahl durch den Wegfall
der Schalteinrichtung verringert wird.
-
Durch
die damit verbundene Reduzierung der Fertigungsgänge wird auch die Fertigungszeit verringert.
-
Auch
die Fertigungsmaschinen können
entsprechend einfacher gestaltet werden.
-
Durch
die zusammenhängende
Wicklung der Einzelspulen entfallen außerdem unerwünschte Übergangswiderstände und
die damit verbundene Fehleranfälligkeit.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der
Zeichnung.
-
Typischerweise
ist eine Kontaktiereinrichtung zur Kontaktierung der Spulen vorgesehen.
Die Kontaktierenden der Doppelspule werden dabei mit der Kontaktiereinrichtung
verbunden. Dadurch werden vorteilhafterweise ohnehin bereits vorhandene Teile
genutzt.
-
Die
zusammenhängende
Wicklung ermöglicht
auch, dass die zumindest zwei Teilspulen nun benachbart angeordnet
sind. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass die zumindest zwei
Teilspulen Windungen mit einem Versatz aufweisen, wobei bevorzugt
der jeweilige Versatz einer ersten Teilspule einer Windung einer
zweiten Teilspule gegenüberliegend
angeordnet ist. Dieses so genannte Reißverschlussprinzip ermöglicht es,
dass bei einem hohen Drahtquerschnitt der Spulen sehr enger Wickelraum optimal
ausnutzbar ist.
-
Die
Teilspulen der Spulengruppe werden separat vom Stator gewickelt
und dann in diesen eingebracht. Es ist in einer weiteren Ausführung vorteilhafterweise
vorgesehen, dass die zumindest zwei Teilspulen jeweils auf einem
Spulenkörper aufgebracht sind,
wodurch in bestimmten Fällen
eine Montage der Spulen im Stator erleichtert wird.
-
Die
beschriebene elektrische Maschine ist bevorzugt für eine Lenkungsantriebsvorrichtung
eines Kraftfahrzeugs geeignet. Denkbar sind aber auch andere Anwendungen
bei anderen Antriebseinrichtungen.
-
Die
obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen
sich vorzugsweise auf beliebige Art und Weise miteinander kombinieren.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen
Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigen dabei:
-
1 eine
schematische Darstellung einer allgemein bekannten elektrischen
Maschine;
-
2 eine
schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße elektrische Maschine zur
Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels;
-
3 eine
schematische Draufsicht auf eine Doppelspule;
-
4 eine
schematische, vergrößerte Darstellung
des Ausschnitts X der elektrischen Maschine aus 2.
-
In
den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente
und Merkmale – sofern
nichts Anderes ausgeführt
ist – mit
denselben Bezugszeichen versehen.
-
Der
Grundaufbau einer bekannten elektrischen Maschine ist oben bereits
mit Bezugnahme auf die 1 erläutert worden und soll daher
hier nicht nochmals wiederholt werden. 2 zeigt
nun eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße elektrische
Maschine zur Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
-
In 2 ist
ein Statur 1 ohne Läufer
gezeigt. Der Statur 1 weist Zähne 2, beispielsweise
Einzelzähne,
auf. Im gezeigten Beispiel weist der Statur 1 zwölf, jeweils
mit Spulen bestückte
Zähne 2 auf,
wobei von den Spulen jeweils eine erste Teilspule 7 und eine
zweite Teilspule 8 eine jeweilige Spulengruppe 10 in
Gestalt einer Doppelspule 10 bilden. Diese beiden Teilspulen 7, 8 sind
hier benachbart angeordnet. Sie besitzen jeweils nur ein einziges
Kontaktierende 7k und 8k. Zur Bestromung der Teilspulen 7 und 8 sind
alle Kontaktierenden 7k, 8k in einer Kontaktiereinrichtung 12 (siehe 1)
angeschlossen. Es sind somit pro Spulengruppe 10 nur zwei
Kontaktierungen 7k, 8k erforderlich.
-
Die
Teilspulen 7 und 8 einer jeweiligen Spulengruppe 10 in
der in 2 gezeigten Ausführung als Doppelspule 10 sind
untereinander elektrisch in Reihe verbunden. Diese Verbindung wird
dadurch erreicht, dass die Teilspulen 7 und 8 zusammenhängend gewickelt
werden.
-
Eine
schematische Draufsicht auf eine solche Doppelspule 10 zeigt 3.
Die Wicklung erfolgt zum Beispiel von dem Kontaktierende 7k der
ersten Teilspule 7 aus zur Bildung dieser ersten Teilspule 7. Dann
wird der Draht als Verbindung 9 weitergeführt und
als zweite Teilspule 8 gewickelt. Schließlich bildet
das Ende des Drahtes das Kontaktierende 8k der zweiten
Teilspule 8.
-
Eine
Schaltverbindung 6 zur Verbindung von Einzelspulen, wie sie
im eingangs, anhand von 1 beschriebenen Stand der Technik
durch die Schalteinrichtung 11 gebildet wird, ist hier
nicht erforderlich. Alle damit verbundenen Nachteile (z. B. Übergangswiderstände, Löt-/Schweißfehler
u. dgl.) werden durch die erfindungsgemäße Lösung vorteilhafterweise vermieden.
-
4 illustriert
eine schematische, vergrößerte Darstellung
des Bereichs X der elektrischen Maschine aus 2. Die Teilspulen 7, 8 sind
im Stator 1 auf den Zähnen 2 angeordnet
und nehmen einen bestimmten Platz in Wickelräumen 14 um den jeweiligen
Zahn 2 herum ein. Bei relativ beengtem Bauraum und hohem
Drahtquerschnitt, wie dies z. B. in dem Beispiel in 4 dargestellt
ist, und gleichzeitig benachbarten Teilspulen 7, 8 sind
deren Wicklungen 15 jeweils mit einem Versatz 16 ausgeführt. Die
Teilspule 7 besitzt in diesem Beispiel von oben angefangen
vier übereinander
liegend gewickelte Wicklungen 15. Die unten liegende fünfte Wicklung 15 bildet einen
Versatz 16 und somit Raum für die fünfte Wicklung 15 der
zweiten Teilspule 8, wobei deren vierte Wicklung 15 den
Versatz 16 aufweist. Die zweite Teilspule 8 besitzt
somit von oben angefangen drei übereinander
liegende Wicklungen 15. Durch dieses so genannte ”Reißverschlussprinzip” ist es
möglich,
den vorhandenen Wickelraum 14 optimal auszunutzen.
-
Die
erfindungsgemäße elektrische
Maschine ermöglicht
die folgenden Vorteile:
- – Einsparungen hinsichtlich
Maschineninvestment (zur Herstellung der Schaltverbindungen 6 der
Schalteinheit);
- – Einsparungen
hinsichtlich Material der Schaltverbindungen 6 und der
Schalteinheit 11 (in diesem Beispiel sechs Blechbiegestanzteile
und Kunststoffträger);
- – Einsparungen
hinsichtlich Arbeitszeit bei der Fertigung der Schalteinheit 11 und
Erstellen ihrer Verbindungen;
- – Einsparungen
hinsichtlich Bauteilezahl und deren damit verbundenen Kosten;
- – Weiterhin
werden Fehlerquellen minimiert, da Übergangswiderstände durch
schlechte Verbindungen (Schweißen,
Löten,
Quetschen, Klemmen, Schneiden, etc.) erfindungsgemäß eliminiert oder
zumindest reduziert sind.
-
Obgleich
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
erläutert
wurde, sei sie nicht darauf beschränkt, sondern lässt sich
auf beliebige Art und Weise modifizieren, ohne vom Gegenstand der
vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
Beispielsweise
kann vorgesehen sein, dass nicht nur zwei Einzelspulen als Teilspulen
zu einer Doppelspule als Spulengruppe gewickelt werden, sondern
auch mehr als zwei Einzelspulen, die entsprechend untereinander
zusammenhängend
verbunden und in Reihe geschaltet sind, zu einer Mehrfachspule gewickelt
werden. Auch ein Wickeln direkt auf die Statorpole bzw. auf deren
Spulenkörper
wäre denkbar.
-
Insbesondere
wäre auch
denkbar, wenn z. B. anstelle von Einzelspulen mit einem zusammenhängenden
Draht auch Mehrfachspulen mit mehreren zusammenhängenden Drähten gleichzeitig gewickelt werden.
-
Auch
die Anwendung der erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine für
eine Antriebsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug und hier insbesondere für eine Lenkungsantriebsvorrichtung
eines Kraftfahrzeuges sei lediglich beispielhaft zu verstehen. Die
Erfindung lässt
sich vielmehr bei beliebigen elektrischen Antrieben vorteilhaft
einsetzen.
-
Auch
die angegebenen Zahlenangaben, insbesondere die Anzahl der Zähne und
Spulen, sind lediglich beispielhaft zu verste hen und können natürlich auch
variiert werden, so dass hier auch entsprechend andere Anordnungen
des Stators noch unter das erfindungsgemäße Konzept fallen.
-
- 1
- Stator
- 2
- Zahn
- 3
- Spulengruppe
- 4
- Erste
Spule
- 5
- Zweite
Spule
- 6
- Schaltverbindung
- 7
- Erste
Teilspule
- 8
- Zweite
Teilspule
- 9
- Verbindung
- 10
- Doppelspule
- 11
- Schalteinheit
- 12
- Kontaktiereinrichtung
- 13
- Anschluss
- 14
- Wickelraum
- 15
- Wicklung
- 16
- Versatz
- a...e
- Windung
- k
- Kontaktierende
- v
- Verbindungsende