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Die Erfindung betrifft einen Stator für einen Elektromotor mit mehreren Phasen und besonders kompakt ausgebildeten Wickelkörpern, welche im stirnseitigen Bereich des Stators angeordnet sind.
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Ein Wicklungssystem eines Elektromotors besteht in der Regel aus mehreren Teilwicklungen, wobei die einzelnen Wicklungen in den Nuten des Statorblechs angeordnet werden und stirnseitig zwischen zwei Nuten, beziehungsweise Nutstirnöffnungen, umgelenkt, beziehungsweise geführt werden. Hierfür werden im Stand der Technik Wickelkörper, beziehungsweise Wickelköpfe vorgeschlagen, welche stirnseitig am Statorblech angeordnet sind.
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In der
DE 43 7 870 C2 wird beispielsweise ein Statorpaket einer elektrischen Maschine beschrieben, das Statornuten zur Aufnahme eines elektrischen Leiters aufweist und stirnseitig zur Verlegung des Wickeldrahts entlang des Umfangs des Statorpakets jeweils eine Endscheibe mit einem Wickeldrahtaufnahmeraum angeordnet ist.
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In der
CH 493 137 A wird ein Wickelhilfskörper zum Wickeln von Statoren und Rotoren beschrieben, welcher als Ring aus elektrisch isolierendem Material mit einseitig senkrecht zum Ring abstehenden Trennwänden für die Wicklungsschlaufen ausgebildet ist.
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Aus der
DE 10 2005 037 373 B4 ist eine elektrische Maschine bekannt, wobei an den beiden Stirnseiten des Stators jeweils eine Endscheibe mit axial vorstehenden Trennelementen angeordnet ist und zur Führung der elektrischen Leiter einer ersten Teilwicklung des Wicklungssystems ein zusätzliches Führungselement angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stator mit einem möglichst kompakten Wickelkörpersystem sowie ein Verfahren zum Bewickeln des Stators mit einem elektrischen Leiter vorzuschlagen, wobei der Stator einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Stator für einen Elektromotor mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Der erfindungsgemäße Stator für einen Elektromotor mit mehreren Phasen, vorzugsweise drei Phasen, weist ein Statorblech mit mehreren Statorzähnen und jeweils zwischen zwei Statorzähnen eine Nut zur Aufnahme eines elektrischen Leiters einer Spule auf. Dabei besteht jede einzelne Phase aus mehreren parallel miteinander verschalteten Spulen. Der Stator kann sowohl in Innenläufer- sowie auch in Außenläufer-Bauform ausgebildet sein. Das Statorblech ist zylinderförmig und vollumfänglich geschlossen ausgebildet und weist zwei Stirnseiten auf. Die Nuten sind längs gerichtet und parallel zueinander über die gesamte Länge des Statorblechs, somit von einer ersten Stirnseite zur zweiten Stirnseite des Statorblechs, angeordnet. Des Weiteren sind die Nuten zum Ein- und Herausführen des elektrischen Leiters zumindest teilweise stirnseitig offen ausgebildet. Innerhalb der Nuten kann eine Isolation, eine sogenannte Nutenisolation angeordnet sein.
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Des Weiteren weist der erfindungsgemäße Stator mindestens drei separate Wickelkörper auf, welche im Bereich der ersten Stirnseite des Statorblechs angeordnet sind. Vorzugsweise sind derartige drei Wickelkörper auch im Bereich der zweiten Stirnseite des Statorblechs angeordnet. Dabei dient der erste Wickelkörper zur Führung des elektrischen Leiters einer ersten Phase. Der zweite Wickelkörper dient zur Führung des elektrischen Leiters einer zweiten Phase und der dritte Wickelkörper dient zur Führung des elektrischen Leiters einer dritten Phase. Somit werden jeweils alle Spulen einer einzelnen Phase über einen Wickelkörper gewickelt. Ein gemeinsamer Wickelkörper für mehrere Phasen ist nicht vorgesehen.
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Des Weiteren weisen die drei Wickelkörper des erfindungsgemäßen Stators jeweils mehrere Führungselemente zur Führung des elektrischen Leiters zwischen zwei Nuten auf. Jeder der drei Wickelkörper ist mit den jeweiligen Führungselementen jeweils einstückig ausgebildet. Die Wickelkörper können aus jedem geeigneten Material bestehen. Vorzugsweise bestehen die Wickelkörper aus Kunststoff, z. B. Polyamid oder Polyphenylensulfid (PPS).
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Des Weiteren ist bevorzugt, dass jeder der drei Wickelkörper einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist und somit ringförmig sowie vollumfänglich geschlossen ausgebildet ist. Vorzugsweise weist dabei der erste Wickelkörper einen maximalen äußeren Durchmesser auf, welcher im Wesentlichen dem äußeren Durchmesser des zylinderförmigen Statorblechs entspricht. Die einzelnen Führungselemente eines Wickelkörpers sind bevorzugterweise umfänglich gleichmäßig verteilt angeordnet und weisen dieselbe Grundform auf. Dabei können die Führungselemente unterschiedlicher Wickelkörper unterschiedliche Grundformen aufweisen. Beispielsweise besteht der erste Wickelkörper aus zehn umfänglich gleichmäßig verteilt angeordneten Führungselementen, wobei alle zehn Führungselemente dieselbe Grundform aufweisen. Der zweite Wickelkörper besteht beispielsweise ebenfalls aus zehn umfänglich gleichmäßig verteilt angeordneten Führungselementen, wobei alle zehn Führungselemente wiederum dieselbe Grundform, jedoch eine unterschiedliche Grundform zu den zehn Führungselementen des ersten Wickelkörpers aufweisen. Der dritte Wickelkörper kann wiederum aus zehn umfänglich gleichmäßig verteilt angeordnet Führungselementen mit identischer Grundform bestehen, wobei sich diese Grundform sowohl von der Grundform der Führungselemente des ersten Wickelkörpers und der Grundform der Führungselemente des zweiten Wickelkörpers unterscheidet.
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Jeder der drei Wickelkörper dient zur Aufnahme einer einzelnen Phase des Stators, wobei jedes Führungselement eines Wickelkörpers zur Aufnahme einer Spule, einer sogenannten Teilspule, der jeweiligen Phase dient. Zwei benachbarte Führungselemente eines Wickelkörpers dienen somit zur Aufnahme einer sogenannten Doppelspule. Bevorzugterweise ist jeweils ein erster Wickelkörper identischer Grundform an beiden Stirnseiten des Statorblechs angeordnet. Ferner ist bevorzugterweise jeweils ein zweiter Wickelkörper mit identischer Grundform an beiden Stirnseiten des Statorblechs angeordnet. Des Weiteren ist bevorzugterweise jeweils ein dritter Wickelkörper mit identischer Grundform an beiden Stirnseiten des Statorblechs angeordnet.
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Durch das Vorsehen separater Wickelkörper für jede einzelne Phase kann die Bewicklung der Wickelkörper einzeln erfolgen. Dies bedeutet, dass beispielsweise mittels einer Drahtführungsdüse basierend auf der Nadelwickeltechnik, jede einzelne Phase separat gewickelt werden kann. Somit wird der zweite Wickelkörper erst dann aufgesetzt, wenn die erste Phase und somit der erste Wickelkörper vollständig bewickelt wurde. Im Anschluss an die Bewicklung des ersten Wickelkörpers mit der ersten Phase wird nach Aufsetzen des zweiten Wickelkörpers dieser mit der zweiten Phase bewickelt. Im Anschluss daran wird nach Aufsetzen des dritten Wickelkörpers dieser mit der dritten Phase bewickelt. Dies erlaubt somit die Verwendung eines einfachen sowie kostengünstigen Wickelverfahrens, beispielsweise basierend auf der sogenannten Nadelwickeltechnik. Dadurch, dass jeder einzelne Wickelkörper mit allen Führungselementen zur Führung des elektrischen Leiters zwischen den Nuten einstückig ausgebildet ist, kann eine besonders kompakte Ausgestaltung erreicht werden. Ferner kann hierdurch das Herstellungsverfahren vereinfacht werden, da pro Phase jeweils an jeder Stirnseite nur ein Wickelkörper aufgesetzt werden muss. Das Anordnen von Endscheiben und zusätzlichen Führungselementen ist somit nicht notwendig.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, dass jedes Führungselement eines Wickelkörpers einen ersten Abschnitt mit einer Bodenfläche und einer ersten Wandfläche aufweist, wobei die Bodenfläche und die erste Wandfläche mit dem jeweiligen Führungselement und dem ersten Wickelkörper einstückig ausgebildet sind. Der erste Abschnitt der Führungselemente dient zur Führung des elektrischen Leiters in paralleler Richtung zur Stirnseite des Statorblechs. Hierfür ist die Bodenfläche des ersten Abschnitts eines Führungselements bevorzugterweise im Wesentlichen parallel zur Stirnseite des Statorblechs angeordnet. Die erste Wandfläche des ersten Abschnitts eines Führungselements ist bevorzugterweise im Wesentlichen senkrecht zur Bodenfläche angeordnet. Des Weiteren können mehrere Wandflächen, beispielsweise zwei Wandflächen vorgesehen sein, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind. Insbesondere ist dabei bevorzugt, dass zwei Wandflächen an zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten der Bodenfläche angeordnet sind. Dadurch ist der erste Abschnitt eines Führungselements als zur Stirnseite des Statorblechs parallel angeordnete Führungsnut für den elektrischen Leiter ausgebildet. Ferner ist bevorzugt, dass die mindestens erste Wandfläche oder die erste und zweite Wandfläche derart an der Bodenfläche angeordnet ist, dass diese vom Statorblech weggerichtet von der Bodenfläche abstehen.
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Des Weiteren ist bevorzugt, dass jedes Führungselement eines Wickelkörpers zusätzlich zum ersten Abschnitt einen zweiten und einen dritten Abschnitt aufweist. Der zweite Abschnitt jedes Führungselements ist dabei mit einem axial zum Stator angeordneten ersten Schenkel ausgebildet. Der dritte Abschnitt jedes Führungselements ist mit einem axial zum Stator angeordneten zweiten Schenkel ausgebildet. Somit weist jedes Führungselement zusätzlich zu einem im Wesentlichen parallel zur Stirnseite des Statorblechs ausgerichteten ersten Abschnitt zwei axial zum Stator angeordnete zweite und dritte Abschnitte auf. Der Stator, beziehungsweise das Statorblech ist bevorzugterweise zylinderförmig ausgebildet. Somit sind sowohl der zweite Abschnitt sowie auch der dritte Abschnitt jedes Führungselements, beziehungsweise der erste Schenkel sowie der zweite Schenkel, im Wesentlichen senkrecht zum ersten Abschnitt des Führungselements und somit senkrecht zur Bodenfläche des ersten Abschnitts jedes Führungselements angeordnet.
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Der zweite und der dritte Abschnitt jedes Führungselements dienen der Führung des elektrischen Leiters in axialer Richtung aus einer Nut heraus oder in eine Nut hinein. Währenddessen dient der erste Abschnitt zur Führung des elektrischen Leiters in paralleler Richtung zur Stirnseite des Statorblechs von einer Nutöffnung zur anderen Nutöffnung. Bevorzugterweise sind sowohl der erste Schenkel, sowie auch der zweite Schenkel jedes Führungselements einstückig mit der Bodenfläche, der Wandfläche und dem gesamten Führungselement sowie auch des zugehörigen Wickelkörpers ausgebildet.
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Bevorzugterweise sind sowohl der erste Schenkel sowie auch der zweite Schenkel jedes Führungselements von der Wandfläche des ersten Abschnitts jedes Führungselements aus betrachtet zur Statorinnenseite hingerichtet. Des Weiteren ist bevorzugt, dass sowohl der erste Schenkel sowie auch der zweite Schenkel jedes Führungselements derart am Wickelkörper angeordnet sind, dass beide Schenkel zumindest bereichsweise in die Nuten des Statorblechs hineinragen und/oder im Bereich der Stirnseite des Statorblechs auf die Statorzähne aufgesetzt sind, beziehungsweise mit der Stirnseite der Statorzähne in direktem Kontakt stehen. Somit ist im Gegensatz zum Stand der Technik zwischen den axial angeordneten Schenkeln jedes Führungselements und den Statorzähnen oder dem Statorblech, keine Endscheibe angeordnet.
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Der erste Schenkel eines jeden Führungselements ist dabei vorzugsweise mit einer ersten Seite der Bodenfläche und/oder Wandfläche des ersten Abschnitts des jeweiligen Führungselements verbunden. Der zweite Schenkel eines jeden Führungselements ist vorzugsweise mit einer zweiten Seite der Bodenfläche und/oder der Wandfläche des ersten Abschnitts des jeweiligen Führungselements verbunden. Dabei ist die erste Seite der Bodenfläche und/oder der Wandfläche gegenüberliegend zur zweiten Seite der Bodenfläche und/oder der Wandfläche angeordnet. Somit ist beispielsweise vorgesehen, dass die beiden Schenkel an den beiden kürzeren Kanten, also quer zur Umfangsrichtung des Statorblechs, der Wandfläche des jeweiligen Führungselements angeordnet und von der Wandfläche aus betrachtet zur Innenseite des Stators hingerichtet angeordnet sind. Des Weiteren ist beispielsweise vorgesehen, dass die beiden Schenkel an den jeweiligen Endbereichen der Bodenfläche des zugehörigen Führungselements derart angeordnet sind, derart dass diese senkrecht von der Bodenfläche aus betrachtet in Richtung des Statorblechs, beziehungsweise der Stirnseite des Statorblechs hingerichtet angeordnet sind. Somit können die Schenkel beispielsweise als Abstandhalter dienen, oder zum Einstecken in die Nuten vorgesehen sein.
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Vorzugsweise sind sämtliche Bodenflächen der Führungselemente des ersten Wickelkörpers miteinander verbunden und/oder durch eine einzige, ringförmig ausgebildete Bodenfläche ausgebildet. Eine derartige Ausbildung kann auch der zweite und/oder dritte Wickelkörper aufweisen. Beispielsweise kann ein umfänglich geschlossener Ring vorgesehen sein, durch welchen alle Bodenflächen der Führungselemente eines Wickelkörpers gebildet werden. Die einzelnen Wandflächen der Führungselemente jedes Wickelkörpers sind dann bevorzugterweise umfänglich gleichmäßig verteilt vom Ring abstehend und vom Statorblech weggerichtet angeordnet. Die Schenkel jedes Führungselements eines Wickelkörpers sind von der Wandfläche abstehend zur Statorinnenseite hingerichtet angeordnet oder von der gemeinsamen Bodenfläche, insbesondere dem Ring, zur Stirnseite des Statorblechs hingerichtet. Des Weiteren können die einzelnen Bodenflächen der Führungselemente eines jeden Wickelkörpers über Verbindungsglieder miteinander verbunden sein. Bei den Verbindungsgliedern kann es sich um separate und zusätzliche Abschnitte des Wickelkörpers handeln. Des Weiteren könnten die Verbindungsglieder durch die Schenkel der Führungselemente gebildet sein. Beispielsweise könnte die Bodenfläche eines Führungselements über den ersten Schenkel dieses Führungselements und den zweiten Schenkel eines weiteren Führungselements mit der Bodenfläche dieses weiteren Führungselements verbunden sein.
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Des Weiteren ist bevorzugt, dass alle drei Wickelkörper zueinander versetzt angeordnet sind. Dies bedeutet, dass alle drei Wickelkörper im Bereich der ersten Stirnseite des Statorblechs umfänglich betrachtet (bezogen auf den zylinderförmigen Stator) derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass die jeweiligen Führungselemente versetzt zueinanderstehen. Dies bedeutet insbesondere, dass die jeweiligen Schenkel der Führungselemente des ersten Wickelkörpers umfänglich betrachtet versetzt zu den Schenkeln der Führungselemente des zweiten Wickelkörpers sowie auch versetzt zu den Schenkeln der Führungselemente des dritten Wickelkörpers angeordnet sind. Ferner sind auch die beiden Schenkel der Führungselemente des zweiten Wickelkörpers versetzt zu den Schenkeln der Führungselemente des dritten Wickelkörpers angeordnet. Dabei ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass alle Schenkel der Führungselemente des ersten Wickelkörpers, des zweiten Wickelkörpers und des dritten Wickelkörpers in die Nuten des Statorblechs eingeführt, beziehungsweise eingesetzt, sind und/oder auf die Statorzähne stirnseitig aufgesetzt sind.
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Bevorzugterweise weist der erste Wickelkörper einen maximalen äußeren Umfang auf, welcher größer oder gleich dem maximalen äußeren Umfang des zweiten Wickelkörpers ist. Des Weiteren ist bevorzugt, dass der maximale äußere Umfang des dritten Wickelkörpers kleiner oder gleich dem maximalen äußeren Umfang des ersten Wickelkörpers und/oder des zweiten Wickelkörpers ist. Beispielsweise könnte der erste Wickelkörpers einen maximalen äußeren Umfang aufweisen, welcher größer ist als der maximale äußere Umfang des zweiten und des dritten Wickelkörpers. Des Weiteren könnte der maximale äußere Umfang des dritten Wickelkörpers kleiner als der maximale äußere Umfang des ersten Wickelkörpers und des zweiten Wickelkörpers ausgebildet sein, wobei der maximale äußere Umfang des ersten Wickelkörpers und des zweiten Wickelkörpers im Wesentlichen gleich sind.
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Des Weiteren ist bevorzugt, dass alle drei Wickelkörper einen Umfang im Kopfbereich, das bedeutet im Bereich der obersten Kanten der Wandflächen der einzelnen Führungselemente, aufweisen. Dabei ist bevorzugt, dass der Umfang des ersten Wickelkörpers im Kopfbereich größer ist als der Umfang des zweiten Wickelkörpers im Kopfbereich und größer ist als der Umfang des dritten Wickelkörpers im Kopfbereich. Ferner ist bevorzugt, dass der Umfang des zweiten Wickelkörpers im Kopfbereich größer ausgebildet als der Umfang des dritten Wickelkörpers im Kopfbereich. Durch eine derartige Abstufung des äußeren Umfangs, beziehungsweise Ausgestaltung der Kopfbereiche, kann eine besonders kompakte und platzsparende Anordnung der drei Wickelkörper erreicht werden. Somit ist der Kopfbereich des dritten Wickelkörpers weiter zur Statorinnenseite hingerichtet als der Kopfbereich des zweiten Wickelkörpers. Ferner ist der Kopfbereich des zweiten Wickelkörpers weiter zur Statorinnenseite hingerichtet als der Kopfbereich des ersten Wickelkörpers.
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Der erste Wickelkörper und der zweite Wickelkörper sind bevorzugterweise im Wesentlichen übereinander und/oder zur Statorinnenseite hingerichtet hintereinander angeordnet. Ferner ist bevorzugt, dass der zweite Wickelkörper und der dritte Wickelkörper im Wesentlichen übereinander und/oder zur Statorinnenseite hingerichtet hintereinander angeordnet sind. Dies bedeutet, dass insbesondere die ersten Abschnitte der Führungselemente der jeweiligen Wickelkörper derart zueinander angeordnet sind. Somit sind beispielsweise die ersten Abschnitte der Führungselemente des ersten Wickelkörpers und somit die parallel zur Stirnseite des Statorblechs angeordnete Bodenfläche sowie die senkrecht zur Bodenfläche angeordnete Wandfläche der Führungselemente des ersten Wickelkörpers unterhalb der ersten Abschnitte der Führungselemente des zweiten Wickelkörpers, das heißt, näher zum Statorblech hin angeordnet, oder von der Statorinnenseite aus betrachtet, hinter den ersten Abschnitten des zweiten Wickelkörpers angeordnet. Des Weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass die ersten Abschnitte des dritten Wickelkörpers im Vergleich zu den ersten Abschnitten des zweiten Wickelkörpers und den ersten Abschnitten des ersten Wickelkörpers weiter zur Statorinnenseite hingerichtet angeordnet sind. Somit können beispielsweise alle ersten Abschnitte sämtlicher Wickelkörper im Wesentlichen denselben Abstand zur Stirnseite des Statorblechs aufweisen. Unter Abstand zur Stirnseite des Statorblechs ist hierunter der axiale Abstand zum Statorblech zu verstehen. Ferner könnten beispielsweise die ersten Abschnitte des ersten Wickelkörpers und des zweiten Wickelkörpers derart übereinander angeordnet sein, dass die ersten Abschnitte des ersten Wickelkörpers einen kleineren axialen Abstand zur Stirnseite des Statorblechs aufweisen, als die ersten Abschnitte des zweiten Wickelkörpers. Ferner können die ersten Abschnitte des dritten Wickelkörpers auf gleicher Höhe wie die ersten Abschnitte des zweiten Wickelkörpers oder über diesen angeordnet sein. Das bedeutet, die ersten Abschnitte des dritten Wickelkörpers können den gleichen oder einen größeren axialen Abstand zur Stirnseite des Statorblechs aufweisen.
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Des Weiteren ist bevorzugterweise im Bereich der ersten Stirnseite und/oder der zweiten Stirnseite des Statorblechs jeweils eine erste Sammelschiene, eine zweite Sammelschiene sowie eine dritte Sammelschiene angeordnet. Bevorzugterweise weisen die drei Sammelschienen jeweils die Form eines Kontaktrings auf. Die erste Sammelschiene dient zur Kontaktierung der Kontaktpunkte der Spulen der ersten Phase, wobei die zweite Sammelschiene zur Kontaktierung der Kontaktpunkte der Spulen der zweiten Phase und die dritte Sammelschiene der Kontaktierung der Kontaktpunkte der Spulen der dritten Phase dient. Die Sammelschienen in Form von Kontaktringen können identische oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Beispielsweise können die Kontaktringe im Wesentlichen die Durchmesser des jeweiligen Wickelkörpers aufweisen und auf dem jeweiligen Wickelkörper angeordnet sein oder es könnten alle drei Sammelschienen übereinander auf den gestapelten drei Wickelkörpern angeordnet sein.
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Des Weiteren ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Einsetzen eines elektrischen Leiters in einen zylinderförmigen Stator vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist:
- a) Aufsetzen eines ersten Wickelkörpers (14) auf die erste Stirnseite (17) eines Statorblechs (10),
- b) Aufsetzen eines weiteren ersten Wickelkörpers (14) auf die zweite Stirnseite (18) des Statorblechs (10),
- c) Einführen einer Drahtführungsdüse (29) in die Statorinnenseite,
- d) Einsetzen des elektrischen Leiters (13) in Nuten (12) und Bewickeln der beiden stirnseitig angeordneten ersten Wickelkörper (14) mittels der Drahtführungsdüse (29),
- e) Aufsetzen eines zweiten Wickelkörpers (15) auf die erste Stirnseite (17) des Statorblechs (10) oder auf den ersten Wickelkörper (14), wobei der zweite Wickelkörper (15) in Umfangrichtung des Stators (100) versetzt zum ersten Wickelkörper (14) angeordnet wird,
- f) Aufsetzen eines weiteren zweiten Wickelkörpers (15) auf die zweite Stirnseite (18) des Statorblechs (10) oder auf den ersten Wickelkörper (14) im Bereich der zweiten Stirnseite (18), wobei der weitere zweite Wickelkörper (15) in Umfangrichtung des Stators (100) versetzt zum ersten Wickelkörper (14) im Bereich der zweiten Stirnseite (18) angeordnet wird,
- g) Einsetzen des elektrischen Leiters (13) in Nuten (12) und Bewickeln der beiden stirnseitig angeordneten zweiten Wickelkörper (15) mittels der Drahtführungsdüse (29),
- h) Aufsetzen eines dritten Wickelkörpers (16) auf die erste Stirnseite (17) des Statorblechs (10), wobei der dritte Wickelkörper (16) in Umfangrichtung des Stators (100) versetzt zum ersten Wickelkörper (14) und versetzt zum zweiten Wickelkörper (15) angeordnet wird,
- i) Aufsetzen eines weiteren dritten Wickelkörpers (16) auf die zweite Stirnseite (18) des Statorblechs (10), wobei der weitere dritte Wickelkörper (16) in Umfangrichtung des Stators (100) versetzt zum ersten Wickelkörper (14) und versetzt zum zweiten Wickelkörper (15) im Bereich der zweiten Stirnseite (18) angeordnet wird,
- j) Einsetzen des elektrischen Leiters (13) in Nuten (12) und Bewickeln der beiden stirnseitig angeordneten dritten Wickelkörper (16) mittels der Drahtführungsdüse (29).
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Hierbei ist bevorzugt, dass die Schritte d), g) und j) mittels Nadelwickeltechnik durchgeführt werden. Somit erfolgt die Bewicklung der Wickelkörper separat. Ferner ist bevorzugt, dass die Drahtführungsdüse zum Bewickeln innerhalb der Statorinnenseite, beziehungsweise des zylinderförmigen Stators, in Längsrichtung entlang der Nuten von der ersten Stirnseite zur zweiten Stirnseite des Statorblechs, anschließend parallel zur zweiten Stirnseite entlang des ersten Abschnitts eines Führungselements des entsprechenden Wickelkörpers und daran anschließend längs entlang der nächsten Nut von der zweiten Stirnseite zur ersten Stirnseite des Statorblechs und abschließend parallel zur ersten Stirnseite des Statorblechs entlang des ersten Abschnitts eines Führungselements des jeweiligen Wickelkörpers geführt wird, um eine Teilspule zu wickeln, beziehungsweise in den Stator einzusetzen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Stirnseite eines Stators mit drei Wickelkörpern,
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2 eine weitere perspektivische Ansicht einer Stirnseite eines Stators mit drei Wickelkörpern,
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3 eine perspektivische Ansicht einer Stirnseite eines Stators mit aufgesetztem ersten Wickelkörper,
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4 eine perspektivische Ansicht einer Stirnseite eines Stators mit aufgesetztem Wickelkörper und im Inneren des Stators angeordneter Drahtführungsdüse,
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5 eine perspektivische Ansicht einer Stirnseite eines Stators mit aufgesetztem ersten Wickelkörper und zweiten Wickelkörper,
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6 eine perspektivische Ansicht einer Stirnseite eines Stators mit aufgesetztem ersten, zweiten und dritten Wickelkörper,
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7 eine perspektivische Ansicht einer Stirnseite eines Stators mit aufgesetzten drei Wickelkörpern und Anschlusspunkten der einzelnen drei Phasen, und
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8 eine perspektivische Ansicht einer Stirnseite eines Stators mit auf den drei Wickelkörpern angeordneten Sammelschienen.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Stirnseite 17 eines Stators 100 mit einem zylinderförmig ausgestalteten Statorblech 10 und im Inneren angeordneten Statorzähnen 11 sowie zwischen den Statorzähnen 11 angeordneten Nuten 12. Auf die erste Stirnseite 17 des Statorblechs 10 ist ein erster Wickelkörper 14 aufgesetzt. Der erste Wickelkörper 14 weist im Wesentlichen die Grundform eines Ringes auf und ist somit vollumfänglich geschlossen ausgebildet und weist im Wesentlichen denselben Durchmesser wie der Außendurchmesser des zylinderförmigen Statorblechs 10 auf. Ferner sind ein zweiter Wickelkörper 15 und ein dritter Wickelkörper 16 gezeigt, welche nacheinander auf die erste Stirnseite 17 des Statorblechs 10 aufgesetzt werden.
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Der erste Wickelkörper 14 weist zehn Führungselemente 19 mit jeweils gleicher Grundform auf. Jedes der Führungselemente 19 weist einen ersten Abschnitt 20 mit parallel zur ersten Stirnseite 17 des Statorblechs 10 angeordneten Bodenfläche 23 und einer im Wesentlichen senkrecht zur Bodenfläche 23 angeordneten ersten Wandfläche 24 auf. Die Bodenflächen 23 der zehn Führungselemente 19 des ersten Wickelkörpers 14 werden dabei durch einen geschlossenen einzigen Ring des ersten Wickelkörpers 14 gebildet. Die Wandflächen 24 der Führungselemente 19 des ersten Wickelkörpers 14 sind umfänglich in gleichen Abständen verteilt und leicht bogenförmig angeordnet. Des Weiteren weist jedes Führungselement 19 des ersten Wickelkörpers 14 einen zweiten Abschnitt 21 und einen dritten Abschnitt 22 auf. Der zweite Abschnitt 21 eines jeden Führungselements 19 weist dabei einen ersten Schenkel 26a auf, welcher an einer ersten Seite 27a des ersten Abschnitts 20 mit der ersten Wandfläche 24 des zugehörigen Führungselements 19 verbunden ist und von diesem zur Statorinnenseite 28 hin absteht. Der dritte Abschnitt 22 weist einen zweiten Schenkel 26b auf, welcher an der zweiten Seite 27b des ersten Abschnitts 20 von der ersten Wandfläche 24 des zugehörigen Führungselements 19 zur Statorinnenseite 28 hin absteht. Zwischen dem ersten Schenkel 26a eines Führungselements 19 und dem zweiten Schenkel 26b des nächsten, benachbarten, Führungselements 19 ist ferner eine axial zum Stator angeordnete Trennwand 38 vorgesehen. Der Zwischenbereich zwischen dieser Trennwand 38 und den Schenkeln 26a, 26b eines Führungselements 19 dient der Führung eines elektrischen Leiters 13 in axialer Richtung, nämlich aus einer Nut 12 heraus oder in eine Nut 12 hinein.
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Die Führungselemente 19 des zweiten Wickelkörpers 15 weisen im Wesentlichen die gleiche Grundform auf wie die Führungselemente 19 des ersten Wickelkörpers 14. Dabei sind jedoch insbesondere die Schenkel 26a, 26b zur ersten Stirnseite 17 des Statorblechs 10 länger ausgestaltet als die Schenkel 26a, 26b des ersten Wickelkörpers 14. Die Schenkel 26a, 26b des zweiten Wickelkörpers 15 sind deshalb länger als die Schenkel 26a, 26b des ersten Wickelkörpers 14 ausgebildet, da gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 der erste Wickelkörper 14 und der zweite Wickelkörper 15 übereinander angeordnet sind und im Wesentlichen denselben Durchmesser aufweisen. Dadurch, dass die beiden Schenkel 26a, 26b des zweiten Wickelkörpers 15, welcher im aufgesetzten Zustand über dem ersten Wickelkörper 14 angeordnet ist, länger ausgebildet sind, stehen die Schenkel 26a, 26b des zweiten Wickelkörpers 15 trotzdem mit den stirnseitigen Flächen der Statorzähne 11 in Kontakt.
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Der dritte Wickelkörper 16 weist wie auch der erste Wickelkörper 14 und der zweite Wickelkörper 15, zehn gleich geformte Führungselemente 19 auf. Im Gegensatz zu dem ersten Wickelkörper 14 und dem zweiten Wickelkörper 15 weist der dritte Wickelkörper 16 keine gemeinsame Bodenfläche der ersten Abschnitte 20 auf. Die einzelnen Bodenflächen 23 der ersten Abschnitte 20 der Führungselemente 19 des dritten Wickelkörpers 16 sind durch die ersten Schenkel 26a und zweiten Schenkel 26b der jeweiligen Führungselemente 19 miteinander verbunden. Als weiteren Unterschied weisen die Führungselemente 19 des dritten Wickelkörpers 16 eine erste Wandfläche 24 sowie eine zweite Wandfläche 25 im Wesentlichen senkrecht zur Bodenfläche 23 des jeweiligen Führungselements 19 auf. Somit sind der erste Abschnitt 20, der zweite Abschnitt 21 und der dritte Abschnitt 22 eines jeden Führungselements 19 des dritten Wickelkörpers 16 als nutenförmige Führungsabschnitte ausgebildet.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Stirnseite 17 eines Stators 100 mit einem ersten Wickelkörper 14, einem zweiten Wickelkörper 15 und einem dritten Wickelkörper 16. Wie in 1 sind alle drei Wickelkörper 14, 15, 16 vollständig einstückig ausgebildet. Das bedeutet, dass jeder Wickelkörper mit seinen zehn Führungselementen 19, den zugehörigen Bodenflächen 23, Wandflächen 24, 25 und Schenkeln 26a, 26b einteilig ausgebildet ist. Wie auch in 1 sind die drei Wickelkörper 14, 15, 16 im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet. Im Unterschied zu den Wickelkörpern 14, 15, 16 nach 1 weisen die Wickelkörper 14, 15, 16 in 2 eine geschwungene, beziehungsweise filigrane, Form auf. Dabei sind die Wickelkörper 14, 15, 16, beziehungsweise die jeweiligen Führungselemente 19, derart ausgestaltet, dass alle drei Wickelkörper 14, 15, 16 zur Statorinnenseite 28 hin hintereinander und umfänglich versetzt zueinander angeordnet sind. Somit sind der erste Wickelkörper 14 und der zweite Wickelkörper 15 im Gegensatz zur Ausführungsform nach 1 nicht übereinander angeordnet.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators 100 mit einem ersten aufgesetzten Wickelkörper 14 mit identischer Grundform wie bereits in 1 gezeigt.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators 100 mit aufgesetztem erstem Wickelkörper 14 mit identischer Grundform wie bereits in 1 und 3 gezeigt. Auf der Statorinnenseite 28 ist eine Drahtführungsdüse 29 angeordnet, welche den Stator 100 mit einer ersten Phase 30a bewickelt. Die Wicklung für eine Teilspule 32 besteht aus zweimal Nutlänge und zweimal Kopflänge. Die Nutlänge entspricht der Drahtlänge innerhalb der Nut 12, wobei die Kopflänge der Drahtlänge des Überbrückungsbereichs, beziehungsweise des Führungselements für eine Spule 32 im Bereich der ersten Stirnseite 17 des Statorblechs 10 entspricht. Somit entspricht die Kopflänge der Spule 32 der Führungslänge des Drahts entlang des ersten Abschnitts 20 plus des zweiten Abschnitts 21 plus des dritten Abschnitts 22 eines Führungselements 19. Eine Doppelspule 33 besteht aus zwei Teilspulen 32.
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In 5 und 6 sind jeweils perspektivische Ansichten eines Stators 100 gezeigt, wobei hieraus die einzelnen Verfahrensschritte, das Aufsetzen eines zweiten Wickelkörpers 15 auf den ersten Wickelkörper 14 nach Bewicklung mit der ersten Phase 30a sowie das Aufsetzen eines dritten Wickelkörpers 16 nach Bewicklung mit der zweiten Phase 30b gezeigt sind.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators 100 mit allen drei aufgesetzten Wickelkörpern 14, 15, 16 gemäß den Grundformen des Ausführungsbeispiels nach 1. Ferner sind alle drei Phasen 30a, 30b, 30c bewickelt. Der erste Wickelkörper 14 und der zweite Wickelkörper 15 weisen im Wesentlichen denselben Durchmesser auf und sind umfänglich versetzt zueinander und übereinander angeordnet. Der dritte Wickelkörper 16 weist einen kleineren Durchmesser als der erste Wickelkörper 14 und der zweite Wickelkörper 15 auf. Der dritte Wickelkörper 16 ist ebenfalls umfänglich betrachtet versetzt zum ersten Wickelkörper 14 und zum zweiten Wickelkörper 15 angeordnet. Des Weiteren ist der dritte Wickelkörper 16 in Bezug auf den ersten Wickelkörper 14 und den zweiten Wickelkörper 15 zur Statorinnenseite 28 hin nach innen versetzt angeordnet. Somit kann eine kompaktere Bauform erreicht werden, da die Gesamtlänge des Stators 100 reduziert werden kann. Ferner können die Drahtlängen der einzelnen Spulen 32 der unterschiedlichen Phasen 30a, 30b, 30c mit einem gewissen Toleranzbereich im Wesentlichen gleichlang gehalten werden, damit der Wirkungsgrad möglichst optimiert ist.
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Bei Verwendung der Wickelkörper 14, 15, 16 gemäß der Grundformen nach 2 kann eine übereinanderliegende Anordnung der Wickelkörper 14, 15, 16 vermieden werden. Bei dieser Anordnung sind die Wicklungslängen der einzelnen Teilspulen 32 für alle drei Wickelkörper 14, 15, 16 identisch.
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7 zeigt ferner nach vollständig bewickeltem Stator 100 mit allen drei Phasen 30a, 30b, 30c die Kontaktierungspunkte 37.
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Die einzelnen Kontaktierungspunkte 37 einer jeden Phase 30a, 30b, 30c werden jeweils mittels einer Sammelschiene 31a, 31b, 31c miteinander verbunden. Bei einer Verwendung von Wickelkörpern 14, 15, 16 mit jeweils zehn Führungselementen 19, wobei jedes Führungselement 19 der Aufnahme einer Teilspule 32 dient, besteht eine Phase 30a, 30b, 30c aus insgesamt fünf Doppelspulen 33. Jede der fünf Doppelspulen 33 weist nach Bewicklung sowohl an der ersten Stirnseite 17 des Statorblechs 10 sowie auch an der zweiten Stirnseite 18 des Statorblechs 10 einen Kontaktpunkt 37 auf. Somit werden durch eine Sammelschiene 31a, 31b, 31c jeweils fünf Kontaktpunkte der Doppelspulen 33 einer Phase 30a, 30b, 30c auf jeder der beiden Stirnseiten 17, 18 des Statorblechs 10 miteinander verbunden.
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Die in 8 gezeigten Sammelschienen 31a, 31b, 31c weisen die Form eines geschlossenen Ringes auf und dienen somit als Kontaktring. Die drei Kontaktringe können, wie in 8 gezeigt, übereinander auf den fertig bewickelten Wickelkörpern 14, 15, 16 angeordnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Stator
- 10
- Statorblech
- 11
- Statorzähne
- 12
- Nut
- 13
- elektrischer Leiter
- 14
- erster Wickelkörper
- 15
- zweiter Wickelkörper
- 16
- dritter Wickelkörper
- 17
- erste Stirnseite des Statorblechs
- 18
- zweite Stirnseite des Statorblechs
- 19
- Führungselement
- 20
- erster Abschnitt des Führungselements
- 21
- zweiter Abschnitt des Führungselements
- 22
- dritter Abschnitt des Führungselements
- 23
- Bodenfläche des ersten Abschnitts
- 24
- erste Wandfläche des ersten Abschnitts
- 25
- zweite Wandfläche des ersten Abschnitts
- 26a
- erster Schenkel
- 26b
- zweiter Schenkel
- 27a
- erste Seite des ersten Abschnitts
- 27b
- zweite Seite des ersten Abschnitts
- 28
- Statorinnenseite
- 29
- Drahtführungsdüse
- 30a
- erste Phase
- 30b
- zweite Phase
- 30c
- dritte Phase
- 31a, 31b, 31c
- Sammelschienen
- 32
- Teilspule
- 33
- Doppelspule
- 34
- Kopflänge
- 35
- Nutlänge
- 36
- Länge einer Teilspule
- 37
- Kontaktierungspunkte
- 38
- Trennwand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 437870 C2 [0003]
- CH 493137 A [0004]
- DE 102005037373 B4 [0005]