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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stators.
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Da heutzutage elektrische Maschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit immer kleineren Baugrößen gewünscht werden, besteht auch eine Zielsetzung darin, die Statoren von derartigen Maschinen immer kleiner auszubilden. Bei solchen geringen Baugrößen besteht jedoch das Problem, die Statoren korrekt und rasch, insbesondere maschinell, zu bewickeln. Da hierfür vorzugsweise Nadelwickelmaschinen eingesetzt werden, muss ein ausreichend großer Raum zwischen den einzelnen zu bewickelnden Polzähnen zur Verfügung stehen, damit sich die Düse der Nadelwickelmaschine zwischen den Polzähnen hin und her bewegen kann, um den Wickeldraht zu verlegen. Wie erwähnt, ist jedoch bei Statoren mit geringer Baugröße der Zugang in die Wickelnut (der Bereich zwischen benachbarten Statorzähnen) so klein, dass keine einwandfreie Bewicklung der Polzähne mit einer Nadelwickelmaschine möglich ist.
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Dieses Problem tritt bei von Anfang an einstückig ausgebildeten Statoren auf. Zur Abhilfe ist man bereits so vorgegangen, dass man den Stator in einzelne getrennte Statorzähne aufgelöst hat, diese getrennten Statorzähne separat bewickelt hat und die bewickelten Zähne danach durch Aneinanderreihen zu einer Statorbaugruppe verkettet hat. Diese Vorgehensweise ist allerdings recht aufwändig.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Stators zur Verfügung zu stellen, bei dem die Statorzähne selbst bei geringer Statorbaugröße auf unproblematische Art und Weise bewickelt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
- a) Herstellen einer Außenstatoreinheit und einer Innenstatoreinheit mit jeweils der halben Statorzahnzahl wie der fertige Stator;
- b) separates Bewickeln der Statorzähne der beiden Statoreinheiten und
- c) Einsetzen und Einpressen der Innenstatoreinheit in die Außenstatoreinheit, so dass die Statorzähne der Innenstatoreinheit in die Zwischenräume zwischen den Statorzähnen der Außenstatoreinheit und die Statorzähne der Außenstatoreinheit in die Zwischenräume zwischen den Statorzähnen der Innenstatoreinheit eingreifen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit der Stator aus zwei Einheiten hergestellt, nämlich einer Außenstatoreinheit und einer Innenstatoreinheit. Beide Statoreinheiten weisen jeweils nur die Hälfte der Statorzähne des fertigen Stators über den Umfang verteilt auf und werden separat bewickelt. Durch das Fehlen eines jeden zweiten Statorzahnes ist zwischen den Statorzähnen ein ausreichend großer Abstand vorhanden, so dass der Zugang der Düse einer Nadelwickelmaschine ermöglicht wird. Die einzelnen Statorzähne können somit problemlos bewickelt werden. Danach wird die bewickelte Innenstatoreinheit in die bewickelte Außenstatoreinheit eingesetzt, und zwar in einem relativ zur Außenstatoreinheit verdrehten Zustand, so dass die Statorzähne der Innenstatoreinheit in die Zwischenräume zwischen den Statorzähnen der Außenstatoreinheit und die Statorzähne der Außenstatoreinheit in die Zwischenräume zwischen den Statorzähnen der Innenstatoreinheit eingreifen. Beide Einheiten werden miteinander verpresst und zu einem Stator mit doppelter Zähnezahl komplettiert.
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In Weiterbildung der Erfindung wird die Innenstatoreinheit derart in die Außenstatoreinheit eingepresst, dass die Statorzähne der Innenstatoreinheit die Außenstatoreinheit kontaktieren. Bei dieser Ausführungsform kontaktieren daher im fertigen Zustand des Stators nicht nur die Statorzähne der Außenstatoreinheit die Innenstatoreinheit, sondern auch die Statorzähne der Inneneinheit die Außenstatoreinheit. Durch das gegenseitige Abstützen der Statorzähne ergibt sich ein robustes Gesamtgebilde.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere durch die folgenden Schritte aus:
- a) Fertigen einer Außenstatoreinheit mit einer ringförmigen Außenwand und einer Vielzahl von von dieser radial nach innen vorstehenden Statorzähnen, die in gleichen Umfangsabständen voneinander angeordnet sind und deren Zahl der Hälfte der Statorzähne des fertigen Stators entspricht und
- b) Fertigen einer Innenstatoreinheit mit einer ringförmigen Innenwand und einer Vielzahl von von dieser radial nach außen vorstehenden Statorzähnen, die in gleichen Umfangsabständen voneinander angeordnet sind und deren Zahl der Hälfte der Statorzähne des fertigen Stators entspricht.
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Nach dem Ineinandersetzen der beiden Statoreinheiten wird hierbei ein Stator mit einer Doppelringstruktur erhalten, bei dem die einzelnen Statorzähne entsprechende Verbindungsstege zwischen den beiden Ringen bilden.
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Um die Statorzahnenden zu fixieren, werden die Außenstatoreinheit auf der Innenseite ihrer Außenwand und/oder die Innenstatoreinheit auf der Außenseite ihrer Innenwand vorzugsweise mit Fixiereinrichtungen für die Statorzahnenden der anderen Einheit versehen. Bei diesen Fixiereinrichtungen kann es sich beispielsweise um radial nach innen oder nach außen vorstehende Vorsprünge handeln, welche zwischen sich die Statorzahnenden aufnehmen. Derartige Vorsprünge können von entsprechenden vorstehenden Abschnitten der Außenwand bzw. Innenwand der Statoreinheiten gebildet werden.
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Besonders bevorzugt wird eine Innenstatoreinheit gefertigt, bei der die ringförmige Innenwand geschlitzt ist und stegartige Verbindungsbrücken aufweist. Die Schlitze verlaufen hierbei insbesondere in Axialrichtung und dienen dazu, das Auftreten von magnetischen Kurzschlüssen zu vermeiden. Im Übrigen ändert sich jedoch am Herstellungsverfahren des Stators über die beiden Einheiten nichts.
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Die Art der Bewicklung spielt für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren im Wesentlichen keine Rolle. Wichtig ist nur, dass durch den verdoppelten Abstand zwischen den Statorzähnen der jeweiligen Einheit ausreichend Raum zwischen den Statorzähnen zur Verfügung steht, sodass ein Verfahren der Düse einer Nadelwickelmaschine zwischen den Zähnen möglich ist, um den Wickeldraht zu verlegen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch die Herstellung eines Stators aus einer Außenstatoreinheit und einer Innenstatoreinheit.
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In der Figur ist in der linken Abbildung eine Außenstatoreinheit 1 im Querschnitt dargestellt. Die Außenstatoreinheit 1 ist zylindrisch ausgebildet und besitzt eine ringförmige Außenwand 2, von der aus eine Vielzahl von Statorzähnen 3 radial nach innen vorsteht. Die Statorzähne 3 sind in gleichen Abständen voneinander angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind sechs Statorzähne 3 vorgesehen.
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Nach dem Bereitstellen einer derartigen Außenstatoreinheit werden die einzelnen Statorzähne 3 bewickelt, wie bei 4 dargestellt. Das Bewickeln wird mit der Düse einer Nadelwickelmaschine (nicht gezeigt) durchgeführt, die zwischen den Zähnen 3 verfahren wird, um den Wickelvorgang durchzuführen. In der Figur ist ein bestimmtes Wickelschema dargestellt, das jedoch letztendlich für das spezielle erfindungsgemäße Herstellverfahren des Stators keine Rolle spielt. Wichtig ist, dass jeder Statorzahn separat bewickelt wird und dass aufgrund des großen Abstandes bis zum nächsten Statorzahn der Wickelvorgang unproblematisch durchgeführt werden kann.
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Die Außenstatoreinheit 1 besitzt ferner auf der Innenseite ihrer ringförmigen Außenwand 2 nach innen vorstehende Fixierungsabschnitte 5 für Statorzahnenden. Die Funktion dieser Abschnitte wird später erläutert.
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Ferner wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Innenstatoreinheit 10 bereitgestellt, die ebenfalls zylindrisch ausgebildet ist. Die Innenstatoreinheit 10 weist eine ringförmige Innenwand 11 und eine Vielzahl von hiervon radial nach außen vorstehenden Statorzähnen 12 auf. Der Durchmesser der Innenstatoreinheit 10 ist kleiner als der Durchmesser der Außenstatoreinheit 1, so dass die Innenstatoreinheit 10 in die Außenstatoreinheit 1 einsetzbar ist. Die Innenstatoreinheit 10 weist sechs radial nach außen vorstehende Statorzähne 12 auf, die in gleichen Abständen um den Umfang der Innenstatoreinheit 10 angeordnet sind.
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Um das Entstehen von magnetischen Kurzschlüssen zu vermeiden, ist die ringförmige Innenwand 11 der Innenstatoreinheit 10 nicht vollflächig ausgebildet, sondern weist in Abständen in Axialrichtung verlaufende Schlitze 15 auf. Diese Schlitze 15 reichen bis zu Stegen, die die Verbindung der Innenwand 11 bilden.
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Nach dem Bereitstellen der Innenstatoreinheit 10 werden deren Statorzähne 12 mit Hilfe der Düse einer Nadelwickelmaschine separat bewickelt, wie bei 13 gezeigt. Auch hier steht ein ausreichender Raum zwischen benachbarten Statorzähnen 12 zur Verfügung, so dass die Nadelwickelmaschine ohne Behinderung durch den benachbarten Polzahn betätigt werden kann.
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Auf der Außenseite der Innenwand 11 der Innenstatoreinheit 10 sind nach außen vorstehende Fixierabschnitte 14 vorgesehen, die zur Fixierung von Statorzahnenden dienen, wie später erläutert.
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Nach dem Bewickeln beider Statoreinheiten werden diese zu einem Stator zusammengesetzt. Hierzu wird die bewickelte Innenstatoreinheit 10 in die bewickelte Außenstatoreinheit 1 eingesetzt und eingepresst. Die Figur zeigt in der Mitte exakt die Stellung, der Innenstatoreinheit 10, in der diese eingesetzt ist. In dieser Stellung befinden sich die Statorzähne 13 der Innenstatoreinheit exakt mittig zwischen den Statorzähnen 3 der Außenstatoreinheit 1. Die rechte Abbildung der Figur zeigt den Endzustand des hergestellten Stators, in dem die Statorzähne jeweils die Innenwand oder Außenwand der benachbarten Einheiten kontaktieren, und zwar zwischen den jeweiligen Fixierabschnitten 5 und 14. Der gebildete Stator besitzt eine Doppelringstruktur mit den zwischen den beiden Ringen als Stege wirkenden Statorzähnen. Die Anzahl der Statorzähne des fertigen Stators ist doppelt so groß wie die der Außenstatoreinheit oder der Innenstatoreinheit, und die Abstände zwischen den einzelnen Statorzähnen des fertigen Stators sind halb so groß wie die Abstände der Statorzähne der jeweiligen Einheiten. Auf diese Weise lässt sich ein Stator mit einer relativ geringen Baugröße herstellen, ohne auf ein maschinelles Bewickeln verzichten zu müssen.
