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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft elektrische Maschinen, insbesondere Maßnahmen zum Isolieren, Halten und Verdrahten von Einzelzahnwicklungen auf Wicklungszähnen in elektrischen Maschinen.
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Stand der Technik
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Elektronisch kommutierte elektrische Maschine weisen in der Regel einen Stator mit Statorzähnen auf. Im Fall von Innenläufermaschinen sind die Statoren in der Regel kreisförmig ausgebildet und einstückig oder aus Einzelsegmenten zusammengesetzt. Im letzteren Fall weisen die Einzelsegmente in der Regel eine Statorzahnstruktur auf, die zunächst bewickelt wird, wonach die bewickelten Einzelsegmente zu dem kreisförmigen Stator zusammengesetzt werden. Die Statorzahnstruktur der Einzelsegmente wird üblicherweise mit einem lackisolierten Kupferdraht bewickelt, um die Statorspule auf den Statorzahn aufzubringen.
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Zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen zwischen dem Wicklungsdraht und dem Eisenblech des betreffenden Einzelsegments werden Isolationselemente in Form von Wicklungsträgern eingesetzt, die beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet sein können. Die Wicklungsträger werden üblicherweise als eigenständiges Bauteil, beispielsweise aus thermoplastischem Kunststoff durch Umspritzen der Statorzahnstruktur bzw. des gesamten Einzelsegments, hergestellt.
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Derartige Wicklungsträger werden häufig zweiteilig ausgeführt und vor dem Bewickeln des betreffenden Statorzahns von beiden Seiten, d. h. in zueinander entgegengesetzter axialer Richtung, auf die Statorzahnstruktur aufgesetzt, so dass die Statorzahnstruktur im besten Fall in der Wicklungsebene vollständig von den beiden Teilen des Wicklungsträgers umschlossen ist.
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Ein derartiger Wicklungsträger ist beispielsweise aus der
US 2006 002 25 49 A1 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, einen isolierenden Wicklungsträger auf Statorzähne aufzusetzen, wobei der Wicklungsträger Rillen aufweist, um beim Bewickeln der Statorzähne den Ort der Windungen der Statorspule festzulegen. Die Rillen können den Statorzahn umschließen oder nur an den umwickelten Kanten der Statorzahnstruktur vorgesehen sein.
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Aus der Druckschrift
JP 2004 140 964 A ist ein Wicklungsträger mit Führungsrillen bekannt, der als separates Bauteil auf einen Statorzahn aufgesetzt sein kann.
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Insbesondere bei elektrischen Maschinen mit einer größeren Anzahl von Statorzähnen ist es unter Umständen je nach Wicklungsschema notwendig, benachbarte Statorspulen elektrisch miteinander zu verbinden. In der Regel wird dies durch ein aufeinander folgendes Bewickeln der betreffenden Statorzähne durchgeführt, wobei zunächst ein erster der Statorzähne bewickelt und dann der Wicklungsdraht auf der von einem Rotor der elektrischen Maschine entfernten Ende des Statorzahns geführt wird, um anschließend den benachbarten zweiten Statorzahn zu bewickeln. Dadurch vermeidet man das Herausführen der Anschlussdrähte für die betreffenden Statorspulen und das anschließende elektrische Verbinden, was einerseits einen erhöhten Montageaufwand und andererseits eine reduzierte Zuverlässigkeit zur Folge hat. Problematisch ist, dass sich bei einem derartigen Bewicklungsvorgang Anschlussdrähte der einzelnen Statorspulen überkreuzen und unter Umständen miteinander in Kontakt geraten können, wodurch bei Beschädigung der Wicklungsdrahtisolation ein Kurzschluss entstehen kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wicklungsträgerteil zum Aufbau eines Wicklungsträgers zur Verfügung zu stellen, der die Probleme beim elektrischen Verbinden der Wicklungen auf zwei benachbart angeordneten Statorzähnen und insbesondere das Risiko von Kurzschlüssen im Bereich der Anschlüsse der bewickelten Statorspulen vermeidet.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch das Wicklungsträgerteil gemäß Anspruch 1, durch den Wicklungsträger sowie durch die elektrische Maschine gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Wicklungsträgerteil, insbesondere eine Wicklungsträgerhälfte, zum Aufbau eines Wicklungsträgers zum Aufsetzen auf eine Zahnstruktur einer elektrischen Maschine vorgesehen. Das Wicklungsträgerteil umfasst:
- – ein Basisteil, dessen Querschnitt insbesondere U-förmig ausgebildet ist;
- – einen Wicklungsträgerkragen, der an einem Ende des Basisteils angeordnet ist;
- – an dem Wicklungsträgerkragen angeordnete Positionierstrukturen zum Halten von Anschlussabschnitten des Wicklungsdrahts; und
- – ein Führungselement zum Führen mindestens eines der Anschlussabschnitte des Wicklungsdrahts.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Wicklungsträgerteil mit einem Führungselement zu versehen, durch das der zu dem benachbarten Statorzahn geführte Anschlussabschnitt des Wicklungsdrahts geführt wird, um zu vermeiden, dass dieser in Kontakt mit einem der weiteren Anschlussabschnitte gelangt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da sich derartige Führungselemente in einfacher Weise an einem derartigen Wicklungsträgerteil anbringen lassen und insbesondere integriert mit diesem ausgeführt sein können. Es wird also durch Führung der Anschlussabschnitte auf besonders einfache Weise erreicht, dass keine Kurzschlüsse zwischen den Anschlussabschnitten der einzelnen Statorspulen auftreten können.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Führungselement ausgebildet ist, um den mindestens einen Anschlussabschnitt formschlüssig zu halten.
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Gemäß einer Ausführungsform kann eine der Positionierstrukturen auf der dem Basisteil gegenüberliegenden Seite des Wicklungsträgerkragens hervorstehend ausgebildet sein, so dass die Anschlussabschnitte durch verschiedene Seiten des hervorstehenden Teils der Positionierstruktur führbar sind.
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Ferner kann der hervorstehende Teil der Positionierstruktur U-förmig oder hülsenförmig von der dem Basisteil gegenüberliegenden Seite des Wicklungsträgerkragens hervorstehen, wobei einer der Anschlussabschnitte durch das Innere der Positionierstruktur führbar und ein weiterer der Anschlussabschnitte durch eine Außenfläche des hervorstehenden Teils führbar ist.
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Insbesondere kann eine Seitenfläche des hervorstehenden Teils der Positionierstruktur eine Führungsnut aufweisen, die im wesentlichen parallel zu einer Hauptfläche des Wicklungsträgerkragens verläuft, so dass in der Führungsnut ein Anschlussabschnitt führbar ist.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass mindestens eine der Positionierstrukturen mit einer Rasteinrichtung versehen ist, um einen darin geführten Anschlussabschnitt des Wicklungsdrahtes gegen Zug zu fixieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das U-förmige Basisteil entlang der Außenseiten mit Nutkonturen versehen sein, um eine axiale Richtung einer aufgebrachten Wicklung zu definieren.
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Weiterhin kann das U-förmige Basisteil Ausnehmungen an den Seitenflächen aufweisen, in denen zumindest keine Nutkonturen vorgesehen sind.
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Eine Außenfläche des U-förmigen Basisteils kann Kanten aufweisen, die über mindestens eine der Außenflächen hervorstehen und an denen Nutkonturen vorgesehen sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Wicklungsträger mit mehreren, insbesondere zwei, Wicklungsträgerteilen vorgesehen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine elektrische Maschine mit einem oder mehreren Statorzähnen vorgesehen, die jeweils von einem der obigen Wicklungsträger umgeben sind.
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Weiterhin können die Wicklungsträger an benachbarten Statorzähnen angeordnet und mit einem Wicklungsdraht bewickelt sein, um Statorspulen auszubilden, wobei jede der Statorspulen mindestens zwei Anschlussabschnitte aufweist, wobei einer der Anschlussabschnitte von einer ersten der Statorspulen zu einer zweiten der Statorspulen geführt wird, so dass dieser an dem Führungselement so anliegt, dass der Anschlussabschnitt von einem weiteren Anschlussabschnitt beabstandet gehalten wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1a bis 1d verschiedene Ansichten einer Wicklungsträgerhälfte gemäß einer Ausführungsform;
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2 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Wicklungsträgerhälfte;
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3 einen Ausschnitt aus einer Statoranordnung für eine elektrische Maschine mit aufgebrachten Statorspulen; und
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4 eine Querschnittsdarstellung eines mit den Wicklungsträgerhälften aufgebauten, bewickelten Statorzahns.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Zum Isolieren der Wicklungsdrähte einer Statorzahnstruktur werden in der Regel Wicklungsträger vorgesehen, die häufig zweiteilig ausgebildet sind. Die beiden Wicklungsträgerteile werden von verschiedenen Seiten auf die Statorzahnstruktur aufgesetzt, die in der Regel aus einem Blechstapel ausgebildet ist und einen Teil des Stators darstellt.
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In den 1a bis 1d sind verschiedene Ansichten einer Ausführungsform für eine Hälfte eines Wicklungsträgers dargestellt. Derartige Wicklungsträgerteile 1 werden vorzugsweise beidseitig in axialer Richtung auf die zu bewickelnde Statorzahnstruktur aufgesetzt, so dass das magnetische Material der Statorzahnstruktur vollständig von dem Wicklungsträger umschlossen ist. Die Wicklungsträgerteile 1 sind vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material wie z. B. Kunststoff, insbesondere aus Thermoplast, ausgebildet. Auch Duroplast oder andere elektrische Isolationswerkstoffe können verwendet werden.
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Die Wicklungsträger oder die Wicklungsträgerteile 1 können als eigenständige Bauelemente gefertigt sein. Alternativ können die Statorzahnstrukturen auch entsprechend unter Anwendung eines Spritzgußverfahrens mit einem Kunststoff umspritzt sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Wicklungsträger auch durch Sinterprozesse hergestellt werden.
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Die Wicklungsträgerteile 1 zum Aufbau des Wicklungsträgers weisen jeweils ein Basisteil 7 auf, das ganz oder teilweise umlaufende Nutkonturen 3 umfasst, um die Drahtlagen des Wicklungsdrahts festzulegen. Die Nutkonturen 3 können an den Stirn- und/oder Längsseiten vorgesehen werden und sind insbesondere an den Kanten ausgeprägt. Insbesondere können die Nutkonturen 3 an den Kanten der Wicklungsträgerteile 1 gegenüber einer angrenzenden Seitenfläche der Wicklungsträgerteile 1 erhöht ausgebildet sein. Die Breite und Tiefe der Nutkonturen 3 sind vorzugsweise an die Drahtdurchmesser des Wicklungsdrahts angepasst, so dass der Wicklungsdraht zuverlässig gegen ein seitliches Verrutschen gehalten ist. Die Nutkonturen 3 definieren die Wicklungsebene der Statorwicklung und stellen die laminare Ausbildung der parallelen Wicklungsdrähte sicher, indem diese beim Bewickeln der einzelnen Windungen durch die Nutkonturen 3 geführt werden, so dass eine gleichmäßige laminare Wicklung entsteht.
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Der aus den Wicklungsträgerteilen 1 zusammengesetzte Wicklungsträger weist eine zylindrische bzw. halbzylindrische Innenstruktur auf, die an seinen Stirnseiten mit Abschlusskrägen 4 versehen ist. Ein Innenraum des zylindrischen Innenteils ist zur Aufnahme einer Statorzahnstruktur ausgebildet.
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An dem Wicklungsträger bzw. der Wicklungsträgerhälfte 1, insbesondere an einem ihrer Abschlusskrägen 4, sind Positionierstrukturen 5 vorgesehen, um Anschlussabschnitte des Wicklungsdrahts aufzunehmen. Diese sind vorzugsweise als Schlitz ausgebildet, in den Anschlussabschnitte eingeschoben werden. Beim Bewickeln wird zunächst der Wicklungsdraht mit einem ersten der Anschlussabschnitte in eine erste der Positionierstrukturen 5 eingesetzt, dann die Statorzahnstruktur entsprechend bewickelt und anschließend das freie Ende des Wicklungsdrahts als zweiter Anschlussabschnitt in eine zweite der Positionierstrukturen 5 eingesetzt, so dass die Wicklung auf dem Wicklungsträger fixiert ist.
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Wie insbesondere aus der 1d ersichtlich ist, weisen die Positionierstrukturen 5 jeweils eine Klemmgeometrie mit einer oder mehreren Klemmnasen 6 auf, in die die Anschlussabschnitte des Wicklungsdrahts seitlich eingeschoben werden, wodurch der Anschlussabschnitt des Wicklungsdrahts durch die jeweilige Klemmnase 6 kraftschlüssig, so wie von einer Schneidklemme, gehalten wird. Dadurch können die Anschlussabschnitte zuverlässig positioniert werden, so dass diese sich bei einem nachfolgenden Wicklungsprozess nicht lösen. Die Positionierstrukturen 5 sind vorzugsweise so an dem Wicklungsträgerteil 1 angebracht, dass sie im montierten Zustand an einem von einem Rotor der damit herzustellenden elektrischen Maschine beabstandeten Ende des Statorzahns in axialer Richtung von dem Wicklungsträger abstehend angeordnet sind.
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Die Positionierstrukturen 5 sind an einem an dem Wicklungsträgerkragen 4 angeordneten Wicklungsdrahtträger 8 angeordnet, an dem weiterhin ein Führungselement 9 an der dem Innenteil des Wicklungsträgers gegenüberliegenden Seite des Wicklungsträgerkragens 4 vorgesehen ist. Das Führungselement 9 dient dazu, Anschlussabschnitte des Wicklungsdrahtes, die durch die Positionierstrukturen 5 gehalten werden, außerhalb des Bereichs der Statorwicklung so voneinander beabstandet zu führen, dass diese nicht miteinander in elektrischen Kontakt gelangen können. Im Falle der Ausführungsform der 1 kann dies beispielsweise durch eine Verlängerung der ersten Positionierstruktur 5 in Achsrichtung des Wicklungsträgers vorgenommen sein, so dass das Führungselement 9 im Wesentlichen U-förmig über den Wicklungsdrahtträger 8 an der der Statorwicklung gegenüberliegenden Seite des Wicklungsträgerkragens 4 hervorsteht. Die Außenseite des hervorstehenden U-förmigen Führungselements 9 dient dabei zur Führung des Anschlussabschnitts des Wicklungsdrahts, insbesondere zu einer Statorspule eines benachbarten Statorzahns.
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Zur besseren Fixierung des Anschlussabschnitts des Wicklungsdrahts, der durch das Führungselement 9 geführt werden soll, kann das Basisteil des U-förmigen Führungselements 9 an seiner Außenseite gekerbt oder mit einer Führungsnut 15 versehen sein, so dass der dort geführte Anschlussabschnitt, der durch die zweite Positionierstruktur 5 gehalten ist, aufgenommen und formschlüssig in Position gehalten wird, um nicht in Kontakt mit dem durch den Schlitz der ersten Positionierstruktur 5 geführten ersten Anschlussabschnitt des Wicklungsdrahts zu gelangen.
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An den Stirnseiten des mit den Nutkonturen 3 versehenen Innenteils kann vorgesehen sein, die Nutkontur 3 bereichsweise auszusparen und stattdessen eine Vertiefung in dem Wicklungsträgerteil 1 vorzusehen, um der Wicklung Raum für Ausdehnung zu geben. Insbesondere kann an den Stirnseiten die Seitenwand des Innenteils ganz oder teilweise entfernt sein, so dass sich die aufgebrachten Statorspulen sowohl nach außen als auch nach innen hin aufwölben können.
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In 2 ist eine weitere Ausführungsform des Wicklungsdrahtträgers 8, der Positionierstrukturen 5 sowie des Führungselements 9 dargestellt. In der Ausführungsform der 2 werden die Anschlussabschnitte des Wicklungsdrahts nicht über Schneidnasen kraftschlüssig fixiert, sondern durch einen im Wesentlichen S-förmigen Führungskanal, der durch den Wicklungsdrahtträger 8 hindurch verläuft, gehalten. Das Führungselement 9 ist auf der dem zu bewickelnden Innenteil gegenüberliegenden Seite des Wicklungsdrahtträgers 8 angeordnet und als einfache Nase ausgebildet. Die Nase kann eine Rillen- oder Nutstruktur aufweisen, um den darin eingelegten Anschlussabschnitt gegen Verrutschen zu sichern.
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In 3 ist eine Teildarstellung eines Stators für einen Innenläufermotor gezeigt, bei dem zwei benachbarte Statorzähne mit miteinander verschalteten Statorspulen 12, 13 bewickelt sind. Man erkennt, dass ein Anschlussabschnitt 11 einer ersten der Statorspulen 12 durch das Führungselement 9 an dem Wicklungsdrahtträger 8 verläuft und unmittelbar zur zweiten Statorspule 13 geführt wird. Der Anschlussabschnitt 11 wird so von weiteren Anschlussabschnitten 14 beabstandet geführt. Das Führungselement 9 kann auch zum formschlüssigen Halten des Anschlussabschnittes vorgesehen sein, indem dieses so ausgebildet ist, dass der betreffende Anschlussabschnitt 11 in das Führungselement 9 eingerastet wird.
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Die jeweils weiteren Anschlussabschnitte 14 des Wicklungsdrahts der Statorspulen 12, 13 werden dagegen durch den Wicklungsdrahtträger 8 aus der Statorspule 12, 13 heraus geführt und dann in axialer Richtung zur äußeren Kontaktierung bereitgestellt.
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In 4 ist ein Querschnitt durch einen Statorzahn mit einem Wicklungsträger und einer darauf aufgebrachten Wicklung dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20060022549 A1 [0005]
- JP 2004140964 A [0006]
