DE102016226264A1

DE102016226264A1 - Stator einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102016226264A1
Application number: DE102016226264.5A
Authority: DE
Inventors: Dariusz Suarez-Seminario; Uwe Velte; Michael Huber; Benjamin Heyne
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-06-28
Also published as: CN108258827A; CN108258827B

Abstract

Ein Stator einer elektrischen Maschine weist mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Wicklungen auf, wobei die Wicklungsdrähte der Wicklungen an Anschlusskontakte einer Verschaltscheibe anschließbar sind. Die Wicklungsdrahtenden einer Wicklung verlaufen gegenüber einer Lamellenebene schräg.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stator einer elektrischen Maschine mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Wicklungen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der DE 10 2012 224 153 A1 wird ein Stator einer elektrischen Maschine beschrieben, der ein Lamellenpaket mit einer Vielzahl aufeinander liegender Statorlamellen aufweist, wobei an einer Stirnseite des Lamellenpakets eine Isolierlamelle angeordnet ist. Im Stator sind über den Umfang verteilt mehrere Wicklungen angeordnet, die über eine Verschaltscheibe bestromt werden. In der Verschaltscheibe erfolgt die Kontaktierung der Wicklungsdrahtenden und die Stromversorgung der Wicklungen mit Phasenströmen. Bei der Verschaltung der Wicklungsdrähte mit den Kontakten zur Verschaltscheibe sowie der Stromverbindung zwischen benachbarten Spulen ist darauf zu achten, dass die verschiedenen Wicklungsdrähte elektrisch voneinander isoliert sind.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Stator wird in elektrischen Maschinen eingesetzt, beispielsweise als Hilfs- oder Unterstützungsmotor in einem Brems- oder Lenksystem in einem Fahrzeug. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich vorzugsweise um einen Innenläufermotor mit außen liegendem, umgreifendem Stator und innen liegendem Rotor.
Der Stator weist vorteilhafterweise ein Lamellenpaket mit einer Vielzahl aufeinander liegender, einzelner Statorlamellen auf, die vorzugsweise aus einem Blechmaterial gefertigt sind. Über den Umfang verteilt sind am Stator mehrere Wicklungen angeordnet, die um Zähne gewickelt sind, welche am Stator ausgebildet sind, insbesondere an der Statorinnenseite. Die Wicklungsdrähte der Wicklungen sind an Anschlusskontakte einer Verschaltscheibe anschließbar, die in der elektrischen Maschine an der Stirnseite des Stators angeordnet ist und zur Stromversorgung der Wicklungen im Stator dient. Ein Wicklungsdrahtende, das von einem Anschlusskontakt zu einer Wicklung hinführt, sowie ein weiteres Wicklungsdrahtende, das von der gleichen Wicklung wegführt, verlaufen in Bezug auf eine Lamellenebene, die senkrecht zur Statorlängsachse liegt, beide schräg und sind kreuzungsfrei zueinander angeordnet.
Diese Ausführung hat den Vorteil, dass aufgrund der kreuzungsfreien Anordnung der Wicklungsdrahtenden in einfacher konstruktiver Weise die Stromseparierung der Wicklungsdrähte gewährleistet ist. Erreicht wird dies über die Schrägstellung der Wicklungsdrahtenden, die zu einer Wicklung hin bzw. von dieser wegführen. Zugleich ist eine kompakte Ausführung gewährleistet.
Die Führung der Wicklungsdrahtenden verläuft unter einem Winkel gegenüber der Lamellenebene, die ihrerseits senkrecht zur Statorlängsachse liegt. Der Winkel gegenüber der Lamellenebene liegt beispielsweise in einem Winkelbereich zwischen 10° und 45°, vorzugsweise zwischen 15° und 30°. Dies erlaubt es, axiale Höhendifferenzen insbesondere des Wicklungsdrahtendes, das vom Anschlusskontakt zur Wicklung führt, zu überbrücken. Die Anschlusskontakte sind als Teil der Verschaltscheibe, die sich an der axialen Stirnseite des Stators befindet, den Wicklungen axial vorgelagert. Die Schrägstellung der Wicklungsdrahtenden ermöglicht die Überbrückung der axialen Distanz bei gleichzeitiger Kreuzungsfreiheit mit dem anderen Wicklungsdrahtende.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung verlaufen die Wicklungsdrahtenden zumindest einer Wicklung parallel zueinander. Somit besitzen die Wicklungsdrahtenden zumindest abschnittsweise den gleichen Winkel gegenüber der Lamellenebene.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist eine Stirnseite des Stators von einer Isolierlamelle gebildet, die sich insbesondere an der Stirnseite des Lamellenpaketes befindet, welches aus einer Vielzahl aufeinander gestapelter Einzellamellen besteht. Die Isolierlamelle ist aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt und besteht beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial. In die Isolierlamelle sind Führungsnuten eingebracht, in die die Wicklungsdrahtenden eingesetzt sind. Die Führungsnuten gewährleisten eine sichere, präzise und dauerhafte Führung der Wicklungsdrahtenden und verlaufen gegenüber der Lamellenebene zumindest abschnittsweise schräg. Die Führungsnuten weisen eine Querschnittsform auf, die an die Querschnittsform der Wicklungsdrahtenden angepasst ist, welche insbesondere eine runde Querschnittsform besitzen. Die Wicklungsdrahtenden ragen mit ihrer Querschnittsform in die Führungsnuten ein, wobei ein Teil der Querschnittsform der Wicklungsdrahtenden über die Führungsnuten hinausragt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind die Führungsnuten in einen Führungsdom eingebracht, der einteilig mit der Isolierlamelle ausgebildet ist. Der Führungsdom erstreckt sich in Achsrichtung - bezogen auf die Statorlängsachse - und ragt über die Stirnseite der Isolierlamelle hinaus. Der Führungsdom weist an seiner radialen Außenseite die Führungsnuten für die Wicklungsdrahtenden auf, die sich an der radialen Außenseite in Umfangsrichtung und zusätzlich mit einer Komponente in Achsrichtung erstrecken. Gegebenenfalls ist in den Führungsdom auch ein radial verlaufender Abschnitt einer Führungsnut für ein Wicklungsdrahtende eingebracht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist der Führungsdom mit einer Treppenstufe ausgebildet und weist zwei Treppenplateaus mit unterschiedlicher axialer Höhe auf, wobei im Übergang zwischen unterem und oberem Treppenplateau der Treppenstufe ein radialer Nutabschnitt verläuft. Dieser Nutabschnitt ist insbesondere Teil der oberen Führungsnut, die axial weiter vom Lamellenpaket beabstandet ist als die untere Führungsnut und in die ein Wicklungsdrahtende eingesetzt ist. Das weitere Wicklungsdrahtende verläuft in der unteren Führungsnut, die axial unterhalb der oberen Führungsnut verläuft und näher am Lamellenpaket liegt. Das untere Treppenplateau bildet eine axiale Auflagefläche für ein Wicklungsdrahtende, insbesondere desjenigen Wicklungsdrahtendes, das zwei benachbarte Wicklungen miteinander verbindet. Das andere Wicklungsdrahtende verläuft demgegenüber mit axialem Abstand und unterhalb des ersten Wicklungsdrahtendes.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung erstreckt sich der schräg verlaufende Nutabschnitt der oberen Führungsnut entlang des oberen Treppenplateaus und die schräg verlaufende untere Führungsnut entlang des unteren und des oberen Treppenplateaus und somit entlang des gesamten Führungsdoms. Dementsprechend ist der schräg verlaufende Nutabschnitt der oberen Führungsnut kürzer ausgebildet als die schräg verlaufende untere Führungsnut. Vorteilhafterweise ist dasjenige Wicklungsdrahtende, das vom Anschlusskontakt zu der Wicklung geführt ist, in der unteren Führungsnut geführt und liegt somit unterhalb des anderen Wicklungsdrahtendes der gleichen Wicklung. Zweckmäßigerweise ist die Höhendifferenz zwischen den beiden Treppenplateaus mindestens so groß wie der Durchmesser des Wicklungsdrahtes.
Zumindest die Wicklungsdrahtenden einer Wicklung im Stator verlaufen gegenüber der Lamellenebene schräg und zueinander kreuzungsfrei. Vorteilhafterweise sind die Wicklungsdrahtenden mehrerer Wicklungen im Stator, gegebenenfalls sämtlicher Wicklungen, in der vorbeschriebenen Weise schräg verlaufend und zueinander kreuzungsfrei angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführung sind die Wicklungsdrahtenden nur einer Wicklung oder eines Teils der Wicklungen im Stator schräg verlaufend und zueinander kreuzungsfrei angeordnet. Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, dass die Wicklungsdrahtenden der weiteren Wicklungen zumindest kreuzungsfrei angeordnet sind, wobei ein Wicklungsdrahtende einer Wicklung schräg und das zweite Wicklungsdrahtende dieser Wicklung parallel zur Lamellenebene verlaufen kann. Auch in dieser Ausführung wird Kreuzungsfreiheit erreicht.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine elektrische Maschine, die einen vorbeschriebenen Stator aufweist sowie darüber hinaus einen Rotor und eine Verschaltplatte an der Stirnseite des Stators zum Bestromen der Statorwicklungen.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

1 in perspektivischer Ansicht ein Stator mit einem Lamellenpaket mit einer Isolierlamelle und einer stirnseitig aufgesetzten Verschaltscheibe,
2 eine Ausschnittsvergrößerung aus dem Bereich der Isolierlamelle mit den Anschlusskontakten zum Anschluss an die Verschaltscheibe.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In den Figuren ist ein Stator 1 einer elektrischen Maschine dargestellt, die als Innenläufermotor ausgeführt ist. Der Stator 1 weist ein Lamellenpaket 2 auf, das aus einer Vielzahl einzelner Statorlamellen aufgebaut ist, welche aufeinander gestapelt und vorzugsweise aus Blech gefertigt sind. An einer Stirnseite des Lamellenpaketes 2 befindet sich eine Isolierlamelle 3, die aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, insbesondere aus Kunststoff. Die Isolierlamelle 3 kann gegebenenfalls als Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgeführt sein. Vorteilhafterweise befindet sich auch an der axial gegenüberliegenden Stirnseite des Lamellenpaketes eine entsprechende Isolierlamelle.
In einer Verschaltevorrichtung 4 befinden sich drei elektrisch voneinander isolierte Stromschienen 6, die mit jeweils einer Phase eines Stroms beaufschlagt werden und an denen über den Umfang verteilt Anschlusskontakte 7 anliegen, über die die Wicklungen 5 elektrisch kontaktiert werden. Über den Umfang verteilt sind mehrere Anschlusskontakte 7 in der Verschaltevorrichtung 4 angeordnet, die hier in einer Ebene quer zur Statorlängsachse 13 als Verschaltscheibe 4 ausgebildet ist. An jedem Anschlusskontakt 7 liegt ein Wicklungsdrahtende 5a an. Hierzu ist das Wicklungsdrahtende 5a in eine U-förmige Aufnahme im Anschlusskontakt 7 eingesetzt. Bei der Montage erfolgt eine Warmverprägung, wodurch die Isolierung an den Wicklungsdrahtenden abgebrannt wird und die elektrische Verbindung zwischen dem Wicklungsdrahtende 5a und dem Anschlusskontakt 7 erfolgt.
Einteilig mit der Isolierlamelle 3 sind Führungsdome 8 ausgebildet, die sich über den Umfang verteilt am Außenrand der Isolierlamelle erstrecken und radial außerhalb der Zähne angeordnet sind, die die Wicklungen 5 aufnehmen. Die Führungsdome 8 überragen die Oberseite der Wicklungen 5 in Achsrichtung. Die Führungsdome 8 dienen zur sicheren und kreuzungsfreien Führung der Wicklungsdrahtenden 5a, 5b. Hierfür sind in die Außenseite der Führungsdome 8 Führungsnuten 9, 10 eingebracht (2), in die die Wicklungsdrahtenden 5a, 5b der Wicklung 5 einragen. Die Führungsnuten 9, 10 befinden sich an der radial außen liegenden Außenseite des Führungsdoms 8. Zusätzlich weist die Führungsnut 10 einen in Radialrichtung sich erstreckenden Abschnitt auf, der sich an den radial außen liegenden Abschnitt anschließt und im Übergang zwischen einem unteren Treppenplateau 11 und einem oberen Treppenplateau 12 des Führungsdoms 8 erstreckt. Das obere Treppenplateau 12 bildet die axial außen liegende Stirnseite des Führungsdoms 8. Die Höhendifferenz zwischen den beiden Treppenplateaus 11 und 12 ist mindestens so groß wie der Durchmesser des Wicklungsdrahtes.
Das erste Wicklungsdrahtende 5a ist an einen Anschlusskontakt 7 angeschlossen und führt vom Anschlusskontakt 7 in Umfangsrichtung zu dem Führungsdom 8 und ist an der Außenseite des Führungsdoms 8 in die Führungsnut 9 eingesetzt. Dieses erste Wicklungsdrahtende 5a verläuft, bezogen auf die Lamellenebene, welche senkrecht zur Längsachse 13 des Stators liegt, schräg und nimmt somit mit der Lamellenebene einen Winkel ein, der vorzugsweise in einem Winkelbereich zwischen 10° und 30° liegt.
Das erste Wicklungsdrahtende 5a bildet den Wicklungseingang für die Spule 5, das zweite Wicklungsdrahtende 5b den Wicklungsausgang dieser Spule. Das zweite Wicklungsdrahtende 5b verläuft ebenfalls schräg geneigt gegenüber der Lamellenebene senkrecht zur Statorlängsachse 13. Die Wicklungsdrahtenden 5a und 5b sind zueinander parallel, dementsprechend verlaufen auch die Führungsnuten 9 und 10 auf der radial außen liegenden Außenseite des Führungsdoms 8 zueinander parallel. Das erste Wicklungsdrahtende 5a, welches von dem Anschlusskontakt 7 herkommt, verläuft im Führungsdom 8 unterhalb des zweiten Wicklungsdrahtendes 5b.
Auch im Bereich der weiteren Führungsdome 8 erfolgt eine Führung der Wicklungsdrahtenden in Führungsnuten an der radial außen liegenden Außenseite der Führungsdome. Die Führungsnuten und die darin liegenden Wicklungsdrähte verlaufen entweder parallel zur Lamellenebene oder schräg zur Lamellenebene, wobei in jedem Fall Kreuzungsfreiheit zwischen den verschiedenen Wicklungsdrahtenden gegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012224153 A1 [0002]

Claims

Stator einer elektrischen Maschine, mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Wicklungen (5), wobei die Wicklungsdrähte der Wicklungen (5) an Anschlusskontakte (7) einer Verschaltevorrichtung (4) anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Wicklungsdrahtende (5a), das von einem Anschlusskontakt (7) zu einer Wicklung (5) hinführt, und das weitere Wicklungsdrahtende (5b), das von der gleichen Wicklung (5) wegführt, gegenüber einer Lamellenebene, die senkrecht zur Statorlängsachse (13) liegt, schräg verlaufen und zueinander kreuzungsfrei angeordnet sind.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsdrahtenden (5a, 5b) zumindest einer Wicklung (5) parallel zueinander verlaufen.
Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsdrahtenden (5a, 5b) in Führungsnuten (9, 10) einer Isolierlamelle (3) geführt sind, die an der Stirnseite des Stators (1) angeordnet ist.
Stator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnuten (9, 10) für die Wicklungsdrahtenden (5a, 5b) in einen radial an der Außenseite der Wicklung (5) angeordneten Führungsdom (8) eingebracht sind, der einteilig mit der Isolierlamelle (3) ausgebildet ist.
Stator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsdom (8) oberhalb einer unteren Führungsnut (9, 10) für ein erstes Wicklungsdrahtende (5a, 5b) eine Treppenstufe aufweist, wobei im Übergang zwischen unterem und oberem Treppenplateau (11, 12) der Treppenstufe ein radialer Nutabschnitt einer oberen Führungsnut (10) für das zweite Wicklungsdrahtende (5b) verläuft.
Stator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Führungsnut (10) auf der außen liegenden Seite des Führungsdoms (8) einen weiteren, schräg verlaufenden Nutabschnitt aufweist, der sich an den radialen Nutabschnitt anschließt, wobei der schräg verlaufende Nutabschnitt der oberen Führungsnut (10) parallel zur unteren Führungsnut (9) verläuft.
Stator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der schräg verlaufenden Nutabschnitt der oberen Führungsnut (10) sich in Umfangsrichtung entlang des oberen Treppenplateaus (12) und die schräg verlaufende untere Führungsnut (9) sich in Umfangsrichtung entlang des gesamten Führungsdoms (8) erstrecken.
Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Anschlusskontakt (7) zu der Wicklung (5) geführte Wicklungsdrahtende (5a) unterhalb des zweiten Wicklungsdrahtendes (5b) der gleichen Wicklung (5) angeordnet ist.
Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Wicklung (5) wegführende Wicklungsdrahtende (5b) den Wicklungsanfang einer benachbarten Wicklung (5) bildet.
Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskontakt (7) axial in einen Führungsdom (8) einer benachbarten Wicklung eingesteckt ist und elektrisch mit Stromschienen (6) der Verschaltevorrichtung (4) verbunden ist.
Elektrische Maschine mit einem Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und mit einer Verschaltevorrichtung (4) zum Bestromen der Wicklungen (5) des Stators (1).