DE102013006622A1

DE102013006622A1 - Verfahren zur Herstellung eines Stators für einen Elektromotor sowie Stator für einen Elektromotor

Info

Publication number: DE102013006622A1
Application number: DE201310006622
Authority: DE
Inventors: Ljubomir Adzic; Arne Hilgen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2014-10-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für einen Elektromotor sowie einen Stator für einen Elektromotor. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für einen Elektromotor sowie einen Stator für einen Elektromotor zur Verfügung zu stellen, die eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Stators ermöglichen. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines kreisförmigen Stators (10) für einen Elektromotor umfasst folgende Verfahrensschritte: a) Herstellung mehrerer Wicklungspakete (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b), b) Anordnung der Wicklungspakete (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) innerhalb eines Kreisringsegments (22) oder Kreisrings derart, dass zwischen den Wicklungspaketen (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) und/oder innerhalb der Wicklungspakete (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) kreissegmentförmige Freiräume (24a, 24b, 24c, 24d) gebildet sind, c) Einführen von Blechpaket-Segmenten (26a, 26b, 26c, 26d) radial von außen in die kreissegmentförmigen Freiräume (24a, 24b, 24c, 24d) derart, dass wechselweise ein oder mehrere Wicklungspakete (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) und ein oder mehrere Blechpaket-Segmente (26a, 26b, 26c, 26d) unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für einen Elektromotor sowie einen Stator für einen Elektromotor.
Aus DE 694 05 465 T2 ist ein Stator für einen Elektromotor bekannt, der mehrere, als Kernteile bezeichnete Einzelsegmente umfasst. Die Einzelsegmente sind T-förmig oder L-förmig ausgebildet und weisen auf der inneren, zur Statormitte weisenden Seite Vorsprünge auf, welche die elektromagnetischen Eigenschaften des Stators verbessern und verhindern sollen, dass sich ein auf dem Einzelsegment angeordnetes Isolierteil und eine sich an das Isolierteil anschließende Wicklung von dem Einzelsegment lösen. Diese Gestaltung ist aufwendig in der Herstellung, da die Wicklungen auf den Einzelsegmenten erstellt werden müssen.
In DE 694 33 806 T2 ist ein Elektromotor mit einem Stator beschrieben, dessen Wicklungen auf einem Statorhalter mit formgebenden Spulenwickelabschnitten angeordnet sind. In den Statorhalter sind von außen Einzelsegmente eingeschoben und fest mit diesem verbunden. Bei diesem Stator ist ein separater Statorhalter erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für einen Elektromotor sowie einen Stator für einen Elektromotor zur Verfügung zu stellen, die eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Stators ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 5.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines kreisförmigen Stators für einen Elektromotor umfasst folgende Verfahrensschritte:

a) Herstellung mehrerer Wicklungspakete,
b) Anordnung der Wicklungspakete innerhalb eines Kreisringsegments oder Kreisrings derart, dass zwischen den Wicklungspaketen und/oder innerhalb der Wicklungspakete kreissegmentförmige Freiräume gebildet sind,
c) Einführen von Blechpaket-Segmenten radial von außen in die kreissegmentförmigen Freiräume derart, dass wechselweise ein oder mehrere Wicklungspakete und ein oder mehrere Blechpaket-Segmente unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Herstellung und Anordnung von Wicklungspaketen weitestgehend unabhängig von der Herstellung und Anordnung der Blechpaket-Segmente erfolgen kann. Erst im letzten Verfahrensschritt werden die Blechpaket-Segmente von außen in durch die Wicklungspakete gebildete, kreisringsegmentförmige Freiräume eingeschoben. Dadurch ist eine im Wesentlichen unabhängige Fertigung der Wicklungspakete und Blechpaket-Segmente möglich. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung. Insbesondere kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Stator mit einer verteilten Wicklung mit Profildrähten automatisiert hergestellt werden.
Die Herstellung und/oder Anordnung von Wicklungspaketen mit einer im Querschnitt rechteckigen Grundform ist nicht nur besonders einfach maschinell durchzuführen, da die Wicklungsbewegung im Wesentlichen konstant bleibt. Eine im Querschnitt rechteckige Grundform hat den weiteren Vorteil, dass ein hoher Füllgrad in den Wicklungspaketen erzielbar ist.
Vorzugsweise werden die Wicklungspakete aus einem Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit hergestellt, insbesondere aus einem Material, das mindestens die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer aufweist. Bei Verwendung von Kupfer und einer im Querschnitt rechteckigen Grundform ergibt sich dementsprechend ein hoher sogenannter Kupferfüllgrad.
Zur Positionierung der Wicklungspakete können gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren optional in den Freiräumen Positionierelemente angeordnet werden, welche spätestens beim Einführen der Blechpaket-Segmente entfernt werden.
Die Entfernung der Positionierelemente kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Positionierelemente beim jeweiligen radialen Einführen der Blechpaket-Elemente nach innen aus den Freiräumen herausgedrückt werden.
Alternativ können die Positionierelemente auch vor dem Einführen der Blechpaket-Segmente aktiv entnommen werden (händisch oder automatisiert durch entsprechende Vorrichtungen).
Dies ist insbesondere dann zu bevorzugen, wenn die Blechpaket-Segmente sich bei einem aktiven Herausdrücken der Positionierelemente verformen könnten.
Sofern der Stator nicht bereits konstruktionsbedingt nach dem Zusammenfügen der Blechpaket-Segmente mit den Wicklungspaketen formstabil ist, werden die Blechpaket-Segmente und/oder die Wicklungspakete in einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auf geeignete Art und Weise so miteinander verbunden, dass die zusammengefügten Elemente relativ zueinander fixiert sind. Dies kann beispielsweise durch kraft-, stoff- oder formschlüssige Verbindungen der aneinander angrenzenden Blechpaket-Segmente erfolgen, so dass die Wicklungspakete außenseitig von einem durch die Blechpaket-Segmente gebildeten Kreisring umschlossen sind.
Die Erfindung betrifft auch einen Stator für einen Elektromotor umfassend eine Vielzahl von Wicklungspaketen, die innerhalb eines Kreisringsegments oder Kreisrings angeordnet sind, wobei in den Wicklungspaketen und/oder zwischen den Wicklungspaketen kreisringsegmentförmige Freiräume gebildet sind und in den in kreisringsegmentförmigen Freiräumen unmittelbar an die Wicklungspakete angrenzend Blechpaket-Segmente angeordnet sind. Auf die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile, die für den erfindungsgemäßen Stator ebenfalls gelten, wird hiermit noch einmal verwiesen.
In einer praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators sind die Blechpaket-Segmente T-förmig ausgebildet, wobei der Mittelsteg des „T” vorzugsweise von unten nach oben sich kontinuierlich oder quasikontinuierlich verbreiternd ausgebildet ist, so dass dieser Bereich im Wesentlichen der Form eines Kreissegments entspricht. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, dass sich beim radialen Einführen der Blechpaket-Segmente von außen in die vorpositionierten Wicklungspakete ein fester und sicherer Sitz ergibt, weil die Blechpakete so gestaltet und eingeschoben werden können, dass die Freiräume von dem Mittelsteg des „T” vollständig ausgefüllt werden. Es ergibt sich dann eine „dichte Packung” aus Blechpaket-Segmenten und Wicklungspaketen.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform sind die äußeren Bereiche der Blechpaket-Segmente eines erfindungsgemäßen Stators derart aneinander angrenzend angeordnet, dass diese einen Kreisring bilden, welcher die Wicklungspakete außenseitig umschließt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Wicklungspakete nach außen nicht aus den Freiräumen entweichen können. Ferner kann so verhindert werden, dass einzelne Drähte der Wicklungspakete sich zwischen die Blechpaket-Segmente schieben. Der geschlossene Kreisring bildet somit eine vollständige außenseitige Begrenzung der Freiräume.
Auf den zur Statormitte weisenden Seiten der Blechpaket-Segmente kann optional ein kreisringförmiges Zusatzelement derart angeordnet werden, dass die Freiräume auch zur Statormitte hin abgeschlossen sind. Die Wicklungspakete können in diesen Fall auch nach innen nicht mehr entnommen werden und sind von den Blechpaket-Segmenten und dem Zusatzelement vollständig eingeschlossen.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators während der Herstellung,
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators während der Herstellung und
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators während der Herstellung.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators 10 in einer schematischen Darstellung während der Herstellung. Gezeigt sind Wicklungspakete 12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b die jeweils eine rechteckige Grundform aufweisen. Mit „Grundform” ist die in 1 erkennbare Außenkontur gemeint. Es versteht sich jedoch, dass die Wicklungspakete dreidimensional ausgebildet sind und die rechteckige Grundform lediglich symbolisch für eine zylindrische oder annähernd quaderförmige Geometrie steht. Alle in diesem Dokument erwähnten zweidimensionalen Formen sollen entsprechend verstanden werden, soweit für den Fachmann ersichtlich ist, dass es sich um dreidimensionale Gegenstände handelt oder handeln kann.
Wie in 1 erkennbar ist, sind die Wicklungspakete 12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b in Zweiergruppen 12a–12b, 14a–14b, 16a–16b, 18a–18b, 20a–20b angeordnet, wobei die Wicklungspakete der Zweiergruppen zusammen ebenfalls eine rechteckige Grundform ergeben. Die Zweiergruppen 12a–12b, 14a–14b, 16a–16b, 18a–18b, 20a–20b sind in 1 innerhalb eines gestrichelt dargestellten Kreisringsegments 22 derart angeordnet, dass zwischen den Zweiergruppen 12a–12b, 14a–14b, 16a–16b, 18a–18b, 20a–20b kreissegmentförmige Freiräume 24a, 24b, 24c, 24d gebildet sind.
Von den Freiräumen 24a–d aus nach außen versetzt sind Blechpaket-Segmente 26a, 26b, 26c, 26d angeordnet. Die Blechpaket-Segmente 26a–d sind T-förmig ausgebildet und umfassen jeweils einen kreissegmentförmigen Mittelsteg 28a, 28b, 28c, 28d. Die Form der Mittelstege 28a–d ist an die Form der Freiräume 24a–d angepasst. Sie ermöglicht es, die Blechpaket-Segmente 26a–d gemäß der Pfeile 30a, 30b, 30c, 30d von außen radial in die Freiräume 24a–d einzuführen.
Die 2 und 3 zeigen eine zweite und eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators. Für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente werden im Folgenden die gleichen Bezugszeichen verwendet.
2 zeigt exemplarisch ein Blechpaket-Segment 26a, das die gleiche Form aufweist wie das Blechpaket 26a der ersten Ausführungsform in 1. Auch der Freiraum 24a weist entsprechend die gleiche Form auf wie der Freiraum 24a der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist bei der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform der Freiraum 24a nur von zwei Wicklungspaketen 12a, 12b gebildet. Der Freiraum 24a ist durch zwei innerhalb der Wicklungspakete 12a, 12b ausgebildeten Teil-Freiräume 32a, 32b gebildet. Im Übrigen erfolgt die Herstellung der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform so wie die Herstellung der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform.
Bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform und der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform sind die Wicklungspakete 12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b (1) bzw. 12a, 12b (2) formstabil ausgebildet. Sie werden von nicht dargestellten Positioniervorrichtungen in der gezeigten Ausrichtung gehalten, bis die Blechpaket-Segmente 26a–d (1) bzw. 26a (2) von außen radial in die Freiräume 24a–d (1) bzw. den Freiraum 24a (2) eingeführt sind und die Positionierung somit sicherstellen.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht. Bei der dritten Ausführungsform sind in den Freiräumen 24a–d Positionierelemente 34a, 34b, 34c, 34d angeordnet. Diese Positionierelemente 34a–d werden beim radialen Einführen der Blechpaket-Segmente 26a–d von außen nach innen aus den Freiräumen 24a–d herausgedrückt.
Die Wicklungen der Wicklungspakete aller Ausführungsformen sind vorzugsweise mäanderförmig ausgebildet.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Stator
12a, 12b: Wicklungspaket
14a, 14b: Wicklungspaket
16a, 16b: Wicklungspaket
18a, 18b: Wicklungspaket
20a, 20b: Wicklungspaket
22: Kreisringsegment
24a–d: Freiraum
26a–d: Blechpaket-Segment
28a–d: Mittelsteg
30a–d: Pfeil
32a, 32b: Teil-Freiraum
34a–d: Positionierelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69405465 T2 [0002]
DE 69433806 T2 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines kreisförmigen Stators (10) für einen Elektromotor, umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Herstellung mehrerer Wicklungspakete (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b), b) Anordnung der Wicklungspakete (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) innerhalb eines Kreisringsegments (22) oder Kreisrings derart, dass zwischen den Wicklungspaketen (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) und/oder innerhalb der Wicklungspakete (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) kreissegmentförmige Freiräume (24a, 24b, 24c, 24d) gebildet sind, c) Einführen von Blechpaket-Segmenten (26a, 26b, 26c, 26d) radial von außen in die kreissegmentförmigen Freiräume (24a, 24b, 24c, 24d) derart, dass wechselweise ein oder mehrere Wicklungspakete (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) und ein oder mehrere Blechpaket-Segmente (26a, 26b, 26c, 26d) unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungspakete (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) in einer rechteckigen Grundform hergestellt und/oder angeordnet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Positionierung der Wicklungspakete (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) Positionierelemente (34a, 34b, 34c, 34d) in den Freiräumen (24a, 24b, 24c, 24d) angeordnet werden, die spätestens beim Einführen der Blechpaket-Segmente (26a, 26b, 26c, 26d) entfernt werden.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierelemente (34a, 34b, 34c, 34d) beim Einführen der Blechpaket-Segmente (26a, 26b, 26c, 26d) von diesen nach innen aus den Freiräumen (24a, 24b, 24c, 24d) herausgedrückt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechpaket-Segmente (26a, 26b, 26c, 26d) und/oder die Wicklungspakete (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) derart miteinander verbunden werden, dass sie anschließend formstabil zueinander fixiert sind.
Stator für einen Elektromotor umfassend eine Vielzahl von Wicklungspaketen (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b), die innerhalb eines Kreisringsegments (22) oder Kreisrings angeordnet sind, wobei in den Wicklungspaketen (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) und/oder zwischen den Wicklungspaketen (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) kreisringsegmentförmige Freiräume (24a, 24b, 24c, 24d) gebildet sind und in den kreisringsegmentförmigen Freiräumen (24a, 24b, 24c, 24d) unmittelbar an die Wicklungspakete (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) angrenzend Blechpaket-Segmente (26a, 26b, 26c, 26d) angeordnet sind.
Stator nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechpaket-Segmente (26a, 26b, 26c, 26d) T-förmig ausgebildet sind.
Stator nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungspakete (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) aus Kupfer hergestellt sind.
Stator nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Bereiche der Blechpaket-Segmente (26a, 26b, 26c, 26d) derart aneinander angrenzend angeordnet sind, dass diese einen Kreisring bilden, welcher die Wicklungspakete (12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b, 20a, 20b) außenseitig umschließt.
Stator nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den zur Statormitte weisenden Seiten der Blechpaket-Segmente (26a, 26b, 26c, 26d) ein kreisringförmiges Zusatzelement derart angeordnet ist, dass die Freiräume (24a, 24b, 24c, 24d) zur Statormitte hin abgeschlossen sind.