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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Stator ist aus der
US 2015/0076953 A1 bekannt. Bei dem Stator sind Verbindungsdrähte als sogenannte Hairpins ausgeführt. Die Verbindung der Verbindungsdrähte ist komplex ausgeführt. Insbesondere ist es erforderlich, dass die Verbindungsdrähte auf einer Verdrehseite als Sonderpins ausgeführt sind, um eine geordnete Kontaktierung ermöglichen zu können. Um eine ausreichende Kontaktierung der Verbindungsdrähte miteinander gewährleisten zu können, müssten mehrere Lagen von Verbindungsdrähten übereinander angeordnet sein. Der erforderliche Bauraum für den Stator ist groß.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Aufbau des Stators, insbesondere die Ausführung der Verbindungsdrähte sowie deren Verbindung, zu vereinfachen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der Aufbau eines Stators dadurch vereinfacht werden kann, dass Enden von Verbindungsdrähten, die in Nuten eines Blechpakets des Stators angeordnet sind, an einer Kontaktierseite des Blechpakets miteinander verbunden sind, wobei an der Kontaktierseite ein Leistungsanschluss zum elektrischen Anschließen des Stators vorgesehen ist. An einer der Kontaktierseite gegenüberliegenden Gegenkontaktierseite sind die Verbindungsdrähte geschlossen. Die Wickelkopfhöhe für den Stator ist reduziert. Der Bauraum für den Stator ist reduziert. Insbesondere sind die Verbindungsdrähte benachbarter Nuten gleicher Phase an Kontaktierbereichen paarweise miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Stators ist, dass der Leistungsanschluss und die Kontaktierbereiche auf einer Statorseite, der Kontaktierseite, angeordnet sind. Für den Stator sind keine zusätzlichen Verbindungen, sogenannte Brücken, für den Grundaufbau notwendig. Die Verbindung einzelner Nuten ist durch eine Neigung der Verbindungsdrähte gegenüber der Umfangsrichtung um die Längsachse des Blechpakets möglich. Die Verbindungsdrähte sind gegenüber der tangentialen Richtung im Bereich der Nuten verschoben, so dass sich die Kontaktierbereiche verschieben. Die beiden Enden eines Verbindungsdrahts weisen einen unterschiedlichen Radialabstand bezüglich der Längsachse auf. Der unterschiedliche Radialabstand ist insbesondere derart festgelegt, dass er der Differenz einer Lage eines Verbindungsdrahts in der Nut entspricht. Der Verdreh-Winkel ist verändert. Dadurch, dass keine Verschachtelung der Verbindungsdrähte notwendig ist, können die Kontaktierbereiche im Wesentlichen innerhalb einer Ebene angeordnet sein, wobei die Ebene insbesondere senkrecht zur Längsachse des Blechpakets orientiert ist. Die Kontaktierbereiche sind sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung bezüglich der Längsachse des Blechpakets gleichmäßig angeordnet. Der Stator weist einen kompakten Aufbau auf. Der Stator ist kleinbauend ausgeführt. Insbesondere ist eine Verschachtelung der Verbindungsdrähte entbehrlich. Dadurch kann ein reduzierter Wickelschritt realisiert werden. Als Wickelschritt ist der Abstand benachbarter Nuten bezeichnet, die von den Enden eines Verbindungsdrahts umfasst werden. Insbesondere kann bei einer Lochzahl von zwei der Wickelschritt von sechs gemäß der
US 2015/0076953 A1 auf fünf gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert werden. Als Lochzahl wird die Anzahl nebeneinander liegender Nuten gleicher Phase bezeichnet. Insbesondere ist auch ein erweiterter Wickelschritt von sechs gemäß der
US 2015/0076953 A1 auf sieben gemäß der vorliegenden Erfindung möglich.
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Die beiden Leiterbeine eines Verbindungsdrahtes, der als Hairpin bezeichnet wird, sind unmittelbar miteinander verbunden. In radialer Richtung bezogen auf die Längsachse weisen die Leiterbeine einen Abstand auf, der einer Lagendicke entspricht. In Umfangsrichtung um die Längsachse beträgt der Abstand zwischen den Leiterbeinen den Wickelschritt. Der Wickelschritt ergibt sich allgemein als Produkt aus der Phasenanzahl und der Lochzahl. Im vorliegenden Fall sind drei Phasen bei einer Lochzahl von zwei gegeben. Der Wickelschritt beträgt entsprechend sechs. Die Lochzahl kann auch drei oder vier betragen.
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Durch Kontaktieren der Verbindungsdrähte auf der Kontaktierseite wird ein geschlossener Kreis gebildet. Die Anzahl der geschlossenen Kreise entspricht der Lochzahl der jeweiligen Phase. Die geschlossenen Kreise werden unter Bildung eines Kranzes miteinander verbunden.
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Um die Lagen der Nuten, insbesondere vollständig, zu füllen, ist ein zweiter Kranz vorgesehen, der identisch zu dem ersten Kranz aufgebaut ist. Der zweite Kranz ist mechanisch um einen Winkel verdreht gegenüber dem ersten Kranz eingebaut, der elektrisch einem Pol entspricht. Durch den zweiten Kranz werden Lücken in den Nuten des ersten Kranzes aufgefüllt. Jeder Kranz weist einen Eingang und einen Ausgang auf. Die Anzahl der Kränze kann beliebig erweitert werden, wobei jeder Kranz aus zwei Lagen besteht. Die Kränze werden elektrisch in Reihe geschaltet. Die Anzahl der Teilstränge pro Phase ist jeweils zwei, unabhängig davon, wie viele Kränze in Reihe geschalten sind. Werden alle Kränze jeder Phasenmontierung kontaktiert, so sind alle Nuten vollständig gefüllt.
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Die Nuten erstrecken sich jeweils entlang einer Längsachse des ringförmigen Blechpakets. Insbesondere sind 72 Nuten vorgesehen, die entlang einer Kreislinie um die Längsachse des Blechpakets angeordnet sind. Der Stator umfasst insbesondere genau sechs Teilstränge. Vorteilhaft ist eine Anzahl von sechs Lagen der Verbindungsdrähte. Der erfindungsgemäße Aufbau des Stators ermöglicht eine größere Anzahl von Kränzen, die insbesondere geradzahlig beliebig skalierbar ist und wobei jeder Kranz aus 2 Lagen besteht. Der Leistungsanschluss kann insbesondere entweder über einen Kabelbaum an den Drahtenden, als aufsteckbares Powerboard oder über Verbindungselemente als Anbauteil ausgeführt sein.
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Ein Stator, bei dem die Teilstränge jeweils parallel oder in Reihe zueinander geschaltet sind, ermöglicht eine vorteilhafte Schaltung der zwei Teilstränge der jeweiligen Phasen. Dadurch, dass die einzelnen Teilstränge einen elektrisch-symmetrischen Aufbau aufweisen, treten keine oder nur geringe Kreisströme innerhalb der jeweiligen Phase in der elektrischen Maschine auf.
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Die Verschaltung der Phasen als Sternschaltung oder als Dreieckschaltung ermöglicht eine vorteilhafte Anbindung des Stators über den Leistungsanschluss mittels eines vorkonfektionierten Anbauteils.
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Eine Ausführung des Stators, bei dem jeder Teilstrang mindestens zwei Kränze umfasst, ermöglicht eine kompakte, kleinbauende Ausführung. Beispielsweise kann jeder Teilstrang drei, vier oder noch mehr Kränze umfassen.
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Das ringförmige Statorblechpaket kann eine Anordnung von einzelnen Blechlamellen umfassen und insbesondere als ein einteiliger Ring ausgeführt sein. Ein solches Stator-Blechpaket weist den Vorteil auf, dass Wirbelströme verhindert werden können und dadurch der Wirkungsgrad des Stators erhöht ist. Um bei der Bildung des Blechpakets Kurzschlüsse zu vermeiden, können die einzelnen Bleche mit einem Isolationsmaterial beschichtet werden. Vorteilhaft ist die Verwendung von siliziumhaltigem Stahl für das Blech, das verbesserte magnetische Eigenschaften aufweist. Typischerweise erfolgt die Fertigung der Blechpakete schrittweise durch Ausschneiden der Bleche, Stapeln, dauerhaftes Fügen, insbesondere Kleben oder Schweißen, sowie eine ggf. erforderliche Nacharbeit. Das Nacharbeiten kann ein spannungsarm Glühen, ein außen Runddrehen, ein Entgraten und ein Nachlackieren umfassen. Es ist denkbar, für die Verbindung der Bleche zu Paketen einen Backlack zu verwenden. Die einzeln ausgeschnittenen, insbesondere gestanzten, Bleche werden mit Backlack beschichtet, aufeinander gestapelt und anschließend in einem Ofen gebacken. Die einzelnen Bleche werden dadurch miteinander verbunden und isoliert.
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Die Fertigung eines Stators, bei dem das Blechpaket ein paketiertes Elektroblech aufweist, das durch mehrere, insbesondere drei entlang der Längsachse orientierte Schweißnähte verbunden ist, ist automatisierbar. Insbesondere sind die Schweißnähte außenliegend angeordnet. Ein so hergestelltes Blechpaket ist robust.
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Ein Stator mit einer, insbesondere jeweils an der Innenseite angeordneten Isolierschicht der Nuten, weist verbesserte elektrische Isolationseigenschaften auf. Spannungsüberschläge zwischen dem Blechpaket und den Windungen der Spulen können vermieden werden. Zusätzlich kann der Verbindungsdraht mit einer isolierenden Lackschicht überzogen sein.
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Ein Stator, bei dem die Isolierschicht durch einen Flächenisolierstoff, insbesondere ein Isolierpapier, Laminat oder Folie ausgeführt ist, ermöglicht eine besonders unkomplizierte Ausführung der elektrischen Isolierung innerhalb der Nut. Insbesondere ist es möglich, die Nut flächig zu isolieren.
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Ein Stator, bei dem alle Verbindungsdrähte im Wesentlichen identisch ausgeführt sind, ermöglicht eine unkomplizierte und vorteilhafte Herstellung der Verbindungsdrähte. Insbesondere sind die Verbindungsdrähte in einer Standardform ausgeführt. Zur Umformung der Verbindungsdrähte kann ein und dasselbe Werkzeug verwendet werden. Die Verbindungsdrähte können im Nutbereich unterschiedlich ausgeführt sein, indem die Leiterbeine der Verbindungsdrähte unterschiedliche Längen aufweisen. Speziell geformte, individualisierte Verbindungsdrähte sind entbehrlich. Der Herstellungsaufwand der Verbindungsdrähte und damit des Stators insgesamt ist reduziert.
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Ein Stator mit Verbindungsdrähten, die aus Flachdraht ausgeführt sind, ermöglicht eine kompakte Anordnung der Verbindungsdrähte in den Nuten. Der Flachdraht weist insbesondere Kupfer und/oder Aluminium auf. Der Verbindungsdraht weist verbesserte elektrische und/oder magnetische Eigenschaften auf. Der Verbindungsdraht weist insbesondere verbesserte thermische Eigenschaften auf.
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Eine Anordnung der Lagen im Stator entlang der Längsachse nebeneinander ermöglicht eine kleinbauende Ausführung mit reduzierter Wickelkopfhöhe.
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Die symmetrische Anordnung paralleler Phasen bei einem Stator, bei dem zwei parallele Teilstränge einer Phase symmetrisch angeordnet sind, ermöglicht eine Reduktion von Kreisströmen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Gesamtansicht auf eine Kontaktierseite eines erfindungsgemäßen Stators,
- 2 eine perspektivische Ansicht einer Gegenkontaktierseite des Stators in 1,
- 3, 4 verschiedene Seitenansichten des Stators gemäß 1,
- 5 eine vergrößerte Detaildarstellung eines Verbindungsdrahts in Form eines Hairpins gemäß einem Fertigungsabschnitt, die die Montageform des Hairpins zeigt,
- 6 eine 5 entsprechende Detaildarstellung des Verbindungsdrahts in einem Folge-Fertigungsschritt, der die Form des Hairpins im Endzustand zeigt,
- 7 und 8 Anordnungen mehrerer Verbindungsdrähte Stator,
- 9 bis 12 verschiedene Fertigungsstadien des Stators zur Erläuterung des stufenweisen Aufbaus eines Teilstrangs für eine der elektrischen Phasen,
- 13 eine perspektivische Darstellung des Stators zur Erläuterung des Verschaltungskonzepts,
- 14a, 14b eine schematische Darstellung des Schaltschemas des ersten Teilstrangs einer Phase von außen nach innen,
- 15a, 15b eine 14 entsprechende Darstellung für den zweiten Teilstrang einer Phase von innen nach außen,
- 16, 17 schematische Darstellungen des elektrischen Aufbaus des Stators,
- 18 bis 21 schematische Darstellungen von Formungen eines Isolierpapiers in einer Nut des Blechpakets.
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Ein in 1 bis 4 dargestellter Stator 1 dient für eine nicht näher dargestellte elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor. Der Stator 1 trägt eine mehrphasige Wicklung, gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine dreiphasige Wicklung mit den Phasen U, V und W. Der Aufbau und die Verschaltung der Phasen wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Auf die Ausführung der elektrischen Maschine kommt es dabei nicht an. Das konkrete Ausführungsbeispiel zeigt den Stator 1 für einen elektrischen Innenläufer, wobei auch andere Ausführungen möglich sind.
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Der Stator 1 umfasst ein Blechpaket 2, das bezüglich seiner Längsachse 3 eine ringförmige Querschnittsfläche aufweist. Das Blechpaket 2 weist mehrere, insbesondere 72, sich jeweils entlang der Längsachse 3 erstreckende Nuten 4 auf. In den Nuten 4 sind jeweils Verbindungsdrähte 5 angeordnet, die jeweils zu einem Kranz 20, 21 oder 22 in Umfangsrichtung 25 um die Längsachse 3 angeordnet sind. Die Nuten 4 erstrecken sich entlang der gesamten Länge des Blechpakets 2 entlang der Längsachse 3. Die Nuten 4 sind Durchgangsnuten. In einer radialen Richtung zur Längsachse 3 weisen die Nuten 4 eine Radiallänge auf, die derart ausgebildet ist, dass die Verbindungsdrähte 5 in sechs Lagen in radialer Richtung nebeneinander angeordnet sein können. Die Nuten 4 können auch derart ausgeführt, dass mehr als sechs, beispielsweise acht, zehn oder mehr Lagen von Verbindungsdrähten 5 in der Nut 4 angeordnet sein können. Die Verbindungsdrähte 5 sind im Wesentlichen U-förmig ausgeführt, wobei deren freie Enden, die als Kontaktierbereiche 6 bezeichnet werden, zum Kontaktieren mit einem anderen Verbindungsdraht zur Bildung des Kranzes 20 ausgeführt sind.
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Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Blechpaket 2 in Umfangsrichtung als einteiliges Blechpaket mit drei Anschraubpunkten 7 ausgeführt. Das Blechpaket 2 ist insbesondere ein paketiertes Elektroblech mit außenliegenden Schweißnähten 31 in axialer Richtung der Längsachse 3.
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Die Verbindungsdrähte 5 sind gleichartig orientiert in dem Blechpaket 2 angeordnet. Sämtliche Kontaktierbereiche 6 der Verbindungsdrähte 5 sind an einem Stirnseitenbereich 32 des Blechpakets 2 angeordnet. Diese Stirnseite 27 des Stators 1 wird als Kontaktierseite 8 oder Schaltringseite bezeichnet.
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Der Stator 1 weist die drei elektrischen Phasen U, V, W auf, die jeweils einem Strang 12 entsprechen. Jeder der drei Stränge weist zwei Teilstränge 13 auf, die gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel über den Sternpunkt 10 als Sternschaltung gemäß 16 ausgeführt sind. Alternativ können die Phasen U, V, W mit den jeweils zwei Teilsträngen 13 aufweisenden Strängen 12 als Dreieckschaltung ausgeführt sein, wie in 17 dargestellt ist. Die Teilstränge 13 sind parallel geschaltet. Die Teilstränge 13 können auch in Reihe geschaltet sein.
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Jeder Teilstrang 13 wird durch drei kranzförmige Leitungen im Stator 1 gebildet, wobei jeder Kranz 20, 21, 22 mehrere Verbindungsdrähte 5 umfasst, die in zwei benachbarten Lagen in den Nuten 4 des Blechpakets 2 angeordnet sind. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst ein erster Kranz 20, 21, 22 die Verbindungsdrähte 5 in den Lagen 1 und 2, ein zweiter Kranz die Verbindungsdrähte 5 in den Lagen 3 und 4 und ein dritter Kranz die Verbindungsdrähte 5 der Lagen 5 und 6, wobei die Zählreihenfolge der Lagen in radialer Richtung bezogen auf die Längsachse 3 von außen nach innen erfolgt.
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An der Kontaktierseite 8 erfolgt neben der Kontaktierung der benachbarten Verbindungsdrähte 5 an den Kontaktierbereichen 6 auch die Kontaktierung an die Phasenanschlüsse 9U, 9V, 9W. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Phasenanschlüsse 9U, 9V, 9W für einen zweiten Teilstrang 13 dargestellt. Jede der drei elektrischen Phasen U, V, W weist jeweils zwei Teilstränge auf, die jeweils mehrere Kränze umfassen. Im Bereich der Phasenanschlüsse 9 ist auch ein Sternpunkt 10 für die sternförmige Verschaltung der Phasen U, V, W des zweiten Teilstrangs dargestellt.
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Der Kontaktierseite 8 gegenüberliegend ist die Gegenkontaktierseite, die auch als Kronenseite 11 des Stators 1 bezeichnet wird. Im Bereich der Kronenseite 11 sind die Verbindungsdrähte 5 einteilig geschlossen. Ein Kontaktieren an der Kronenseite 11 ist nicht erforderlich.
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Nachfolgend wird anhand der 5 und 6 die Herstellung und Anbringung des Verbindungsdrahts 5 in dem Blechpaket 2 näher erläutert. Ausgehend von einer schmalen U-Form wird der Verbindungsdraht 5 in der in 5 gezeigten, aufgeweiteten U-Form auseinandergezogen. In der aufgeweiteten Form kann der Verbindungsdraht in das Blechpaket 2 in einer Richtung parallel zur Längsachse 3 eingeführt werden. Die parallelen Längsstege 14 werden dadurch voneinander entfernt. Die parallelen Längsstege 14 werden auch als Leiterbeine bezeichnet. Gemäß 5 hat der Verbindungsdraht 5 eine breite U-Form. Der Verbindungsdraht 5 ist als Kupferflachdraht ausgeführt. In der breiten U-Form weist der Verbindungsdraht 5 zwei parallele Längsstege 14 auf, die über einen Verbindungssteg 15 miteinander verbunden sind. Der Verbindungssteg 15 ist im Wesentlichen V-förmig ausgeführt und einstückig mit dem Längsstegen 14 verbunden. Im Bereich des Verbindungsstegs 15 ist der Verbindungsdraht 5 verdreht, so dass die beiden Längsstege 14 jeweils in benachbarten Lagen der Nuten 4 angeordnet sind. Beispielsweise ist einer der Längsstege 14 in der ersten und der andere Längssteg 14 in der zweiten Lage der Nuten 4 angeordnet.
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In der in 5 gezeigten Anordnung wird der Verbindungsdraht 5 entlang der Längsachse 3 in eine Nut 4 geschoben. Der Abstand zwischen den beiden Längsstegen 14 ist derart gewählt, dass ein Wickelschritt von sechs Nutenabständen gegeben ist. Alle Verbindungsdrähte 5 des Stators 1 sind in dem unteren, den freien Enden der Längsstege 14 gegenüberliegenden Bereich, insbesondere des Verbindungsstegs 15, identisch ausgeführt. Nachdem die Verbindungsdrähte 5 mit den Längsstegen 14 in die Nuten 4 eingesteckt worden sind, werden alle Längsstege 14 einer Lage in eine Richtung entlang des äußeren Umfangs um die Längsachse 3 um eine gedachte Biegeachse bzw. um einen Biegepunkt 26 abgebogen.
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Nach dem Drehen weisen die Verbindungsdrähte 5 wie in 6 dargestellt jeweils dem Verbindungssteg 15 axial gegenüberliegende Biegeabschnitte 28 auf. Die Biegeabschnitte 28 sind einstückig am Längssteg 14 angeformt. Ein Biegeabschnitt 28 verbindet einen jeweiligen Kontaktierbereich 6a bzw. 6b mit dem korrespondierenden Längssteg 14.
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Die Biegeabschnitte 28 sind einander abgewandt, sodass im Bereich der Kontaktierbereiche 6a, 6b die Öffnung des U aufgeweitet ist. Die Biegeabschnitte 28 sind im Wesentlichen parallel zu den korrespondierenden Abschnitten des Verbindungsstegs 15 orientiert. Bezüglich einer Ebene, die durch die Biegeachse bzw. den Biegepunkt 26 am Verbindungssteg 15 verläuft, sind die Längsstege 14 mit dem einteilig angeordneten Biegeabschnitt 28 und dem Kontaktierbereich 6a bzw. 6b sowie den Abschnitten des Verbindungsstegs 15 spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Die Biegeabschnitte 28 sind in der montierten Anordnung des Verbindungsdrahts 5 freiliegend, also außerhalb der Nuten 4 angeordnet. Die Längsstege 14 sind in den Nuten 4 liegend angeordnet. Der Verbindungssteg 15 ist im Bereich der Kronenseite 11 des Stators 1 angeordnet. Die Kontaktierbereiche 6a, 6b sind an der Kontaktseite 8 des Stators 1 vorstehend, also freiliegend angeordnet.
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Der Verbindungsdraht 5 ist spiegelsymmetrisch ausgeführt mit zwei im Wesentlichen S-förmigen Halb-Abschnitten, die am Biegepunkt einteilig miteinander verbunden sind. Die Kontaktierbereiche 6a, 6b weisen eine Querschnittsfläche auf, die dem Drahtquerschnitt entspricht. Bei dem Draht handelt es sich um einen Flachdraht, der im Wesentlichen eine rechteckförmige Querschnittsfläche aufweist. Es sind auch andere Ausführungen eines Drahts denkbar, insbesondere ein Runddraht. Die Kontaktierbereiche 6a, 6b erstrecken sich entlang der Drahtlängsachse entlang der Kontaktierlänge LK. Die Kontaktierbereiche 6a, 6b sind dreidimensionale Kontaktierbereiche.
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Die Verbindungsdrähte 5 können mit ein und demselben Formwerkzeug geformt werden. Nachdem der Verbindungsdraht 5 von der Kronenseite 11 her in die Nuten 4 des Blechpakets 2 eingeschoben worden ist, werden die den Verbindungssteg 15 gegenüberliegenden Enden der Längsstege 14 in Umfangsrichtung um die Längsachse 3 gebogen, wobei der Kontaktierbereiche 6 derart ausgeführt sind, dass sie sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse 3 erstrecken.
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Alternativ ist es möglich, die Verbindungsdrähte 5 mittels eines Präge- und/oder Biegewerkzeugs zu formen. Mittels eines Prägewerkzeugs wird der Biegepunkt am Verbindungssteg 15 festgelegt. Mittels eines Biegewerkzeugs werden die Biegeabschnitte 28 an den dem Verbindungssteg 15 gegenüberliegenden Enden des Verbindungsdrahts 5 gebogen.
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6 zeigt den Verbindungsdraht 5, wie er in der umgeformten Anordnung im Blechpaket 2 vorgesehen ist. Aufgrund der Verdrehung des Verbindungsdrahts 5 im Bereich des Verbindungsstegs 15 befindet sich ein erster Kontaktierbereich 6a in der ersten Lage und ein zweiter Kontaktierbereich 6b in der zweiten Lage. Mit Ausnahme einiger weniger Verbindungsdrähte 5 werden alle Verbindungsdrähte 5 gleichmäßig in Umfangsrichtung gebogen. Dieser Biegevorgang wird auch als Verdrehen bezeichnet. Wesentlich ist, dass die Verdrehrichtung von der Lagenanordnung abhängt. Dadurch ist es möglich, die Kontaktierbereiche 6 benachbarter Verbindungsdrähte 5 aneinanderliegend anzuordnen, wie dies in 7 dargestellt ist. Die so aneinander liegenden Kontaktierbereiche 6 werden miteinander durch Verschweißen oder andere, vergleichbare Fügeverfahren verbunden.
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9 zeigt das im Wesentlichen leere Blechpaket 2, in das zwei Verbindungsdrähte 5 eingeführt sind, die in ihrem Überlappungsbereich der Kontaktierbereiche 6 miteinander verschweißt sind. Gemäß 10 sind weitere Verbindungsdrähte vorgesehen, die alle in der ersten und zweiten Lage angeordnet sind.
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Damit der erste Kranz 20, der sich über die Lagen 1 und 2 erstreckt, mit dem zweiten Kranz 21, der sich über die Lagen 3 und 4 erstreckt, miteinander verbunden werden können, ist in dem Bereich des Übergangs von dem ersten Kranz 20 auf den zweiten Kranz 21 ein veränderter Drehwinkel für den Verbindungsdraht 5 vorgesehen. Dies ist in 8 dargestellt. Wesentlich ist, dass an der Kontaktierseite 8 ein Lagensprung innerhalb eines Kranzes, also von der Lage 2 auf 1 über die unmittelbare Kontaktierung, also das Verschweißen der Kontaktierbereiche 6 erfolgt. Auf der gegenüberliegenden Kronenseite 11 erfolgt ein Lagensprung in dem Verbindungsdraht 5 selbst über den Verbindungssteg 15 von der Lage 1 auf die Lage 2. Dies wird für die nachfolgenden Kränze beispielsweise der Lagen 5 und 6 entsprechend wiederholt.
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Die Verbindung der Kränze erfolgt über die Kranz-Kontaktierstellen 16a, 16b, wie in 11 dargestellt. Im Bereich der ersten Kranz-Kontaktierstellen 16a wird das Ende des ersten Kranzes 20 mit der Lage 1 und 2 mit dem Anfang des zweiten Kranzes 21 mit der Lage 3 und 4 verbunden. Entsprechend wird das Ende der Lagen 3 und 4 des zweiten Kranzes 21 mit dem Anfang der Lagen 5 und 6 des dritten Kranzes 22 an der zweiten Kranz-Kontaktierstelle 16b verbunden. Entsprechend bildet der Anfang des ersten Kranzes 20 mit den Lagen 1 und 2 den Anfang des ersten Teilstrangs 13. Das Ende des ersten Teilstrangs 13 bildet das Ende der Lagen 5 und 6 des dritten Kranzes 22. Der Anfang des ersten Teilstrangs 13 ist in 12 mit dem Bezugszeichen 17 dargestellt. Das entsprechende Ende 18 des ersten Teilstrangs 13 ist entsprechend dargestellt. Die Übergangsverbindungen 19 zwischen dem ersten und dem zweiten bzw. dem zweiten und dem dritten Kranz sind entsprechend dargestellt.
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Das zugehörige Verschaltungsschema für den ersten Teilstrang 13 ist in 14a und 14b gezeigt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist 14 entlang der Umfangsrichtung 25 aufgeteilt in 14a und 14b. Der erste Kranz 20 umfasst die Lagen 1 und 2, der zweite Kranz 21 umfasst die Lagen 3 und 4 und der dritte Kranz 22 umfasst die Lagen 5 und 6. Das Verschaltungsschema zeigt schematisch eine Abwicklung des Stators 1 in Umfangsrichtung 25. Es ist die Verschaltung der ersten Phase U dargestellt. In dem unteren Bildbereich sind die Lagen 1 bis 6 zeilenförmig übereinander dargestellt. Die Lagen 1 bis 6 symbolisieren die Anordnung der Verbindungsdrähte 5 in den Nuten 4. Die Lage 1 ist entlang des Außendurchmessers des Stators 1 angeordnet. Die Lage 6 ist entsprechend am inneren Umfang des Stators 1 angeordnet.
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In dem oberen Bildbereich der 14a, 14b ist gezeigt, welche Nuten bezogen auf eine Zählweise in Umfangsrichtung 25 mit Verbindungsdrähten 5 eines Kranzes belegt sind. Daraus ist erkennbar, dass die Verbindungsdrähte 5 des ersten Kranzes 20 in den Nuten mit den Nummern 3, 4 und 9, 10 und 15, 16 und 21, 22 und 27, 28 und 33, 34 angeordnet sind. Der Wickelschritt beträgt sechs.
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In dem unteren Bildbereich ist das Verschaltungsschema mit den sechs Lagen dargestellt, wobei die Lage 1 die außenliegende Lage kennzeichnet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei in Umfangsrichtung 25 benachbarte Nuten mit einer Phase U, V, W gefüllt. Die in Umfangsrichtung 25 dazwischen liegend angeordneten vier verbleibenden Nuten werden mit den restlichen Phasen gefüllt. Es ergibt sich schematisch eine Abfolge von erster und zweiter Nut für Phase U, dritte und vierte Nut für Phase V sowie fünfte und sechste Nut für Phase W; siebte und achte Nut beginnend wieder mit Phase U. Diese Abfolge gilt in Umfangsrichtung 25 für den gesamten Stator 1. Aus dem Verschaltungsschema ist der Lagensprung innerhalb der Kränze 20, 21, 22 an der Kronenseite 11 durch die geschlossenen Verbindungsdrähte 5 gemäß 5 erkennbar. Dieser Lagensprung ist gekennzeichnet durch gestrichelte Linien 29. Ein Rücksprung in der Lage innerhalb des jeweiligen Kranzes 20, 21, 22 ist durch eine mit Rautensymbol gekennzeichnete, durchgezogene Linie 30 dargestellt. Das Rautensymbol steht für einen Kontaktierbereich 6 der Verbindungsdrähte 5. Der Kontaktierbereich 6 wird auch als Verbindungspunkt bezeichnet. Zusätzlich zu den Lagensprüngen innerhalb des Kranzes sind die Übergangsverbindungen 19 ebenfalls mit einer Linie mit Rautensymbol dargestellt.
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Die drei Kränze 20 bis 22 sind symbolisch in 14b gekennzeichnet. Der erste Teilstrang der Phase U ist von außen nach innen gelegt, also von der Lage 1 zur Lage 6. Eine Verbindung der Phase U ergibt sich an der äußeren Lage 1 durch den Anfang des Teilstrangs 17, der am Ende des Teilstrangs 18 an der inneren Lage 6 abgeführt ist.
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15a, b zeigen ein entsprechendes Schaltschema für den zweiten Teilstrang der Phase U von innen nach außen. Die beiden Schaltschemata gemäß 14 und 15 repräsentieren die beiden parallelen Teilstränge 13, die symmetrisch zueinander aufgebaut sind. Kreisströme innerhalb einer Phase werden dadurch vermieden.
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Nachfolgend wird anhand der 18 bis 20 die Ausgestaltung einer Isolierung der Nuten 4 beschrieben. Die jeweilige Nut 4 ist jeweils gestrichelt dargestellt. Die Darstellungen gemäß 18 bis 21 zeigen jeweils eine Ansicht der Nuten 4 mit der darin angeordneten Isolierschicht in Form des Isolierpapiers 23 in einer Ebene senkrecht zur Längsachse 3. Zur elektrischen Isolierung der Nuten 4 ist jeweils ein Isolierpapier 23 vorgesehen, das entsprechend geformt ist. Alternativ zu dem Isolierpapier kann eine Folie oder ein Laminat aus Folie und Papier vorgesehen werden. Ziel ist es, dass das Isolierpapier 23 entlang der äußeren Kontur der Nut gelegt werden kann, ohne dass ein Kragen übersteht.
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Dies kann beispielsweise mit einer im Wesentlichen rechteckförmigen Kontur gemäß 18 erfolgen, wobei deren Oberseite zwei nicht miteinander verbundene Endstücke 24 aufweist.
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Gemäß 19 sind die Endstücke 24 länger ausgeführt und übereinander überlappend, entlang der Nut, angelegt. Das Isolierpapier 23 weist eine im Wesentlichen geschlossene Kontur auf.
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Es ist auch denkbar, die Endstücke 24 beispielsweise in Form eines B oder S gemäß 20 oder 21 anzulegen.
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Wesentlich ist, dass ein von der Isolierschicht umgebener, isolierter Raum ausreichend Platz für die einzulegenden Verbindungsdrähte bietet. Dadurch ist die Montage des Stators zuverlässig und fehlerunanfällig möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Blechpaket
- 3
- Längsachse
- 4
- Nut
- 5
- Verbindungsdraht
- 6a
- Kontaktierbereich
- 6b
- Kontaktierbereich
- 7
- Anschraubpunkt
- 8
- Kontaktierseite
- 9U
- Phasenanschluss
- 9V
- Phasenanschluss
- 9W
- Phasenanschluss
- 10
- Sternpunkt
- 11
- Kronenseite
- 12
- Strang
- 13
- Teilstrang
- 14
- Längssteg
- 15
- Verbindungssteg
- 16
- Kranz-Kontaktierstelle
- 17
- Anfang eines Teilstrangs
- 18
- Ende eines Teilstrangs
- 19
- Übergangsverbindung
- 20
- Kranz
- 21
- Kranz
- 22
- Kranz
- 23
- Isolierpapier
- 24
- Endstück
- 25
- Umfangsrichtung
- 26
- Biegepunkt
- 27
- Stirnseite
- 28
- Biegeabschnitte
- 29
- Gestrichelte Linie
- 30
- Durchgezogene Linie
- 31
- Schweissnaht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0076953 A1 [0002, 0005]
