DE102018125834A1

DE102018125834A1 - Stator für eine elektrische Maschine und Verfahren zum Herstellen eines derartigen Stators

Info

Publication number: DE102018125834A1
Application number: DE102018125834.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Götz; Jan Jalowietzki; Malte Jaensch; Tobias Engelhardt; Jörg Schneider; Thomas Hubert
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2020-04-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen elektrischen Motor, mit einem Statorkern, der mehrere in einer axialen Richtung verlaufende Statornuten aufweist, mit einer in den Statornuten angeordneten Stabwicklung, die aus mehreren Leitersegmenten gebildet ist, wobei die Wicklung erste Leitersegment-Enden aufweist, die an einer Stirnseite des Statorkerns zur Bildung eines Wickelkopfes aus den Statornuten hervorstehen, und mit einer Verbindungseinheit, die in einem um den Wickelkopf bestehenden Ringraum angeordnet ist und die mehrere Verbindungsschienen aufweist, die in der axialen Richtung voneinander beabstandet sind, wobei die Stabwicklung mindestens ein zweites mit der Verbindungseinheit verbundenes Leitersegment-Ende aufweist, welches derart gebogen ist, dass es einen Endabschnitt aufweist, der in einer senkrecht zu der axialen Richtung angeordneten, radialen Richtung nach außen in Richtung der Verbindungseinheit verlaufend angeordnet ist. Ferne betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Stators.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen elektrischen Motor, mit einem Statorkern, der mehrere in einer axialen Richtung verlaufende Statornuten aufweist, mit einer in den Statornuten angeordneten Stabwicklung, die aus mehreren Leitersegmenten gebildet ist, wobei die Wicklung Leitersegment-Enden aufweist, die an einer Stirnseite des Statorkerns zur Bildung eines Wickelkopfes aus den Statornuten hervorstehen, und mit einer Verbindungseinheit, die in einem um den Wickelkopf bestehenden Ringraum angeordnet ist und die mehrere Verbindungsschienen aufweist, die in der axialen Richtung voneinander beabstandet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Stators.
Ein Stator einer elektrischen Maschine mit einem Statorkern, in dessen Statornuten eine Stabwicklung angeordnet ist, ist beispielsweise aus der US 2017/0 033 630 A1 bekannt. Solche Stabwicklungen sind aus mehreren vorgefertigten Leitersegmenten gebildet, die zur Bildung der Stabwicklung in die Statornuten eingebracht und dann miteinander verbunden werden. Der Querschnitt dieser Leitersegmente ist typischerweise an den Querschnitt der in axialer Richtung verlaufenden Statornuten angepasst, so dass ein hoher Nut-Füllfaktor erreicht werden kann. An den Stirnseiten des Statorkerns sind die Statornuten quer angeschnitten. Die Leitersegmente weisen Leitersegment-Enden auf, die an diesen Stirnseiten hervorstehen und miteinander verbunden werden. Die miteinander verbundenen Leitersegment-Enden bilden einen so genannten Wickelkopf, der relativ kompakt ausgestaltet sein kann und im Wesentlichen den Bereich der Stirnseite einnimmt, in dem die Statornuten in die Stirnseite münden. Der radial außerhalb der Statornuten liegende Ringraum an der Stirnseite wird auch als Statorrücken bezeichnet und ist typischerweise nicht durch Leitersegmente der Stabwicklung ausgefüllt.
Bei dem Stator nach US 2017/0 033 630 A1 ist in dem um den Wickelkopf bestehenden Ringraum eine Verbindungseinheit angeordnet, über welche einzelne Spulen der Wicklung miteinander verschaltet sind. Die Verbindungseinheit nutzt somit den Ringraum aus. Um die Verbindungseinheit elektrisch mit der Stabwicklung zu verbinden, sind sowohl an der Stabwicklung als auch an der Verbindungseinheit Leiter vorgesehen, die in axialer Richtung hervorstehen und in axialer Richtung oberhalb des Wickelkopfes und der Verbindungseinheit jeweils über eine Schweißverbindung miteinander verbunden sind. Durch diesen Leiter und die genannten Schweißverbindungen wird ein relativ großer Bauraum in axialer Richtung eingenommen, der nicht durch magnetisch aktive Komponenten ausgefüllt ist und das maximal erreichbare Drehmoment der elektrischen Maschine begrenzt.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, einen Stator für eine elektrische Maschine bereitzustellen, mit dem ein möglichst großes Drehmoment erreichbar ist.
Bei einem Stator der eingangs genannten Art wird zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, dass die Stabwicklung mindestens ein mit der Verbindungseinheit verbundenes Leitersegment-Ende aufweist, welches derart gebogen ist, dass es einen Endabschnitt aufweist, der in einer senkrecht zu der axialen Richtung angeordneten, radialen Richtung nach außen in Richtung der Verbindungseinheit verlaufend angeordnet ist.
Über das Leitersegment-Ende mit radial nach außen gebogenem Endabschnitt kann eine Verbindung zwischen der Stabwicklung und der Verbindungseinheit hergestellt werden, welche die axiale Ausdehnung des Wickelkopfes und der Verbindungseinheit nicht vergrößert. Beispielsweise kann der Endabschnitt zwischen der Stirnseite des Statorkerns und einer Oberkante des Wickelkopfs angeordnet sein. Der Platzbedarf des Stators in axialer Richtung wird daher verringert, so dass der magnetisch nicht aktive Raum in axialer Richtung reduziert wird und eine elektrische Maschine mit vergrößertem Drehmoment ermöglicht wird.
Bevorzugt ist die Verbindungseinheit vollständig um den Wickelkopf umlaufend ausgebildet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Verbindungseinheit nur teilweise um den Wickelkopf umlaufend angeordnet ist. Die Verbindungsschienen der Verbindungseinheit können kreisringsegmentförmig oder kreisringförmig ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Leitersegment-Ende im Bereich des Endabschnitts mit der Verbindungseinheit, insbesondere mit einer Verbindungsschiene der Verbindungseinheit, verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Leitersegment-Ende und der Verbindungsschiene ist bevorzugt als Schweißverbindung. Lötverbindung oder Crimpverbindung ausgebildet.
Bevorzugt ist das mindestens ein Leitersegment-Ende mit der Verbindungseinheit auf einer Seite der Verbindungseinheit verbunden, die dem Statorkern zugewandt ist. Durch eine Anbindung des Leitersegment-Endes an die Verbindungseinheit an der dem Statorkern zugewandten Seite kann ein besonders kompakter Aufbau ermöglicht werden. Zudem kann die Verbindungseinheit bei der Montage an dem Stator in axialer Richtung auf dem Wickelkopf an der Stirnseite aufschoben werden bis die Verbindungseinheit in Anlage mit dem Leitersegment-Ende kommt. Dann kann das Leitersegment-Ende mit der Verbindungseinheit elektrisch verbunden werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Stabwicklung mehrere mit der Verbindungseinheit verbundene Leitersegment-Enden aufweist, welche derart gebogen sind, dass sie jeweils einen Endabschnitt aufweisen, der in der radialen Richtung nach außen in Richtung der Verbindungseinheit verlaufend angeordnet ist. Über die mehreren Leitersegment-Enden können einzelne Wicklungsabschnitte der Stabwicklung zu Phasen und/oder zu Strängen einer Phase verschaltet werden. Ferner ist es möglich über die Leitersegment-Enden Zuleitungen zu einem Sternpunkt der elektrischen Maschine oder zu einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine zu ermöglichen.
Bevorzugt wird die Verbindungseinheit mechanisch ausschließlich durch die Verbindungen zu der Stabwicklung gehalten. Auf eine zusätzliche mechanische Halterung kann daher verzichtet werden. Besonders bevorzugt weist die Stabwicklung mindestens drei mit der Verbindungseinheit verbundene Leitersegment-Enden auf, wobei zwei dieser mindestens drei Leitersegment-Enden einen Winkel miteinander einschließen, der in einem Bereich von 100° bis 140°, bevorzugt im Bereich zwischen 110° und 130°, liegt beispielsweise 120° ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verbindungseinheit in axialer Richtung eine Höhe über der Stirnseite auf, die kleiner oder gleich der Höhe des Wickelkopfs über der Stirnseite in axialer Richtung ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird die die axiale Länge des Stators durch die Höhe des Wickelkopfs bestimmt und nicht durch die Verbindungseinheit. Somit kann der magnetisch nicht aktive Raum in axialer Richtung weiter reduziert und eine elektrische Maschine mit nochmals vergrößertem Drehmoment ermöglicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verbindungseinheit einen gemeinsamen Träger aus einem elektrisch isolierenden Material auf, der mehrere Aufnahmenuten umfasst, in denen die Verbindungsschienen aufgenommen sind. Eine derartige Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die in dem Träger aufgenommenen Verbindungsschienen in einem gemeinsamen Herstellungsschritt an dem Stator montiert werden können. Ferner wird durch den Träger aus elektrisch isolierendem Material eine elektrische Isolation sowohl der Verbindungsschienen untereinander als auch gegenüber dem Wickelkopf und dem Statorkern ermöglicht. Das Material des Trägers ist bevorzugt ein flexibles, besonders bevorzugt ein elastisch flexibles Material, sodass der Träger zur Montage auf dem Wickelkopf aufgeweitet werden kann und in dem aufgeweiteten Zustand auf den Wickelkopf gesteckt werden kann. Der Träger kann beispielsweise aus einem Kunststoff ausgebildet sein. Die Aufnahmenuten sind bevorzugt zu einer radial nach außen gerichteten Umfangsseite des Trägers hin geöffnet, sodass die Verbindungsschienen von dieser Seite aus in die Aufnahmenuten eingebracht werden können.
In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn der gemeinsame Träger mehrere Ausnehmungen jeweils zur Aufnahme eines Endabschnitts eines zweiten Leitersegment-Endes aufweist. Die Ausnehmungen sind bevorzugt an einer dem Wickelkopf zugewandten Innenseite des gemeinsamen Trägers und münden in eine der Aufnahmenuten des Trägers, so dass die in radialer Richtung nach außen vom Wickelkopf abstehenden zweiten Leitersegment-Enden mit der jeweiligen in der Aufnahmenut angeordneten Verbindungsschiene verbunden werden können.
Eine alternativ bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Verbindungseinheit mehrere Trägerschienen aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist, die jeweils eine, insbesondere genau eine, Schienenaufnahme umfassen, in denen jeweils eine, insbesondere genau eine, Verbindungsschiene aufgenommen ist. Eine derartige Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Verbindungseinheit modular aus mehreren derartigen Trägerschienen ausgebildet werden kann. Die Trägerschienen sind bevorzugt identisch ausgebildet. Beim Zusammenbau der Verbindungseinheit können diese Trägerschienen bevorzugt mit einem Winkelversatz zueinander angeordnet werden. Die Schienenaufnahme kann als Aufnahmenut ausgebildet sein, insbesondere als Aufnahmenut, die zu der radial nach außen weisenden Umfangsseite hin geöffnet ist. Alternativ kann die Aufnahme nach Art eines geschlossenen Kanals in der Trägerschiene ausgestaltet sein, sodass das Material der Trägerschiene die Verbindungsschiene vollständig umschließt. Die Trägerschienen erstrecken sich bevorzugt um einen Winkelbereich von kleiner als 180° und weisen eine oder zwei Stirnseiten auf, an denen eine Einführöffnung zum Einbringen einer Verbindungsschiene in die Schienenaufnahme angeordnet ist.
In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn die Trägerschienen mehrere Ausnehmungen jeweils zur Aufnahme eines Endabschnitts eines Leitersegment-Endes aufweisen. Die Ausnehmungen sind bevorzugt an einer dem Wickelkopf zugewandten Innenseite der Trägerschienen angeordnet und münden in die Schienenaufnahme, sodass die in radialer Richtung nach außen vom Wickelkopf abstehenden zweiten Leitersegment-Enden mit der jeweiligen in der Schienenaufnahme angeordneten Verbindungsschiene verbunden werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stabwicklung mindestens ein drittes mit der Verbindungseinheit verbundenes Leitersegment-Ende aufweist, welches länger als das mindestens eine zweite Leitersegment-Ende ausgebildet und derart gebogen ist, dass es einen Endabschnitt aufweist, der in einer senkrecht zu der axialen Richtung angeordneten, radialen Richtung nach außen in Richtung der Verbindungseinheit verlaufend angeordnet ist. Über das dritte Leitersegment-Ende kann eine Verbindung zwischen der Verbindungseinheit und einem Leitersegment hergestellt werden, welches in radialer Richtung gesehen nicht am äußeren Rand des Wickelkopfes sondern weiter innenliegend angeordnet ist. Bevorzugt ist das dritte Leitersegment-Ende zudem derart gebogen, dass es ein oder mehrere erste Leitersegment-Enden zumindest teilweise umschließt.
Die Leitersegmente der Stabwicklung sind bevorzugt aus Kupfer oder aus Aluminium oder aus einer Kupfer-Aluminium-Legierung ausgebildet. Die Verbindungsschienen der Verbindungseinheit sind bevorzugt aus einem identischen Material wie die Leitersegmente der Stabwicklung ausgebildet. Die Verbindungsschienen weist bevorzugt einen Querschnitt auf, der größer ist als der Querschnitt der Leitersegmente, besonders bevorzugt mindestens um einen Faktor 2 oder mindestens um einen Faktor 4 größer als der Querschnitt der Leitersegmente.
Die Leitersegmente der Stabwicklung und/oder die Verbindungsschienen der Verbindungseinheit sind bevorzugt mit einer Isolierung versehen, beispielsweise mit einer isolierenden Lackbeschichtung, insbesondere einer isolierenden Lackbeschichtung, die Polyphenylsulfid (PPS) aufweist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Stators für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen elektrischen Motor, wobei ein Statorkern bereitgestellt wird, der mehrere in einer axialen Richtung verlaufende Statornuten aufweist, wobei in den Statornuten eine Stabwicklung angeordnet wird, die aus mehreren Leitersegmenten gebildet ist, wobei die Stabwicklung erste Leitersegment-Enden aufweist, die an einer Stirnseite des Statorkerns zur Bildung eines Wickelkopfes aus den Statornuten hervorstehen, wobei in einem um den Wickelkopf bestehenden Ringraum eine Verbindungseinheit angeordnet wird, welche mehrere Verbindungsschienen aufweist, die in der axialen Richtung voneinander beabstandet sind, wobei die Stabwicklung mindestens ein zweites Leitersegment-Ende aufweist, welches derart gebogen wird, dass es einen ersten Endabschnitt aufweist, der in einer senkrecht zu der axialen Richtung angeordneten, radialen Richtung nach außen in Richtung der Verbindungseinheit verlaufend angeordnet ist und das zweite Leitersegment-Ende mit der Verbindungseinheit verbunden wird.
Bei dem Verfahren können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stator beschrieben worden sind.
Vorteilhaft ist es, wenn die Verbindungseinheit zum Anordnen um den Wickelkopf her in axialer Richtung in Richtung der Stirnseite auf den Wickelkopf aufgeschoben wird.
Bevorzugt wird das mindestens eine zweite Leitersegment-Ende mit der Verbindungseinheit durch Schweißen, Crimpen oder Hartlöten verbunden.
Alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend genannten vorteilhaften Ausgestaltungen können bei dem Herstellungsverfahren auch die im Zusammenhang mit dem Stator beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Merkmale allein oder in Kombination Anwendung finden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert werden. Hierin zeigt:

1 ein Leitersegment einer Stabwicklung in einer Seitenansicht;
2 ein Schaltbild zur Veranschaulichung einer Sternschaltung einer dreiphasigen elektrischen Maschine;
3. ein Schaltbild zur Veranschaulichung einer Dreiecksschaltung einer dreiphasigen elektrischen Maschine;
4 ein Stator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung;
5 der Stator nach 4 in einer perspektivischen Darstellung aus einem anderem Blickwinkel;
6 der Stator nach 4 in einer perspektivischen Darstellung aus einem weiteren Blickwinkel;
7 die Verbindungseinheit des Stators nach 4;
8 eine perspektivische Detail-Darstellung zur Veranschaulichung der Biegung eines Leitersegment-Endes;
9 ein Stator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung;
10 der Stator nach 9 in einer perspektivischen Detail-Darstellung;
11 ein Stator gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Detail-Darstellung; und
12 ein Stator gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Detail-Darstellung.

In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Leitersegments 1 gezeigt, dass zur Bildung einer Stabwicklung verwendet werden kann. Das Leitersegment 1 weist einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und ist U-förmig ausgebildet. Aufgrund ihrer Form werden derartige Leitersegmente auch als Hairpins (engl. für Haarnadeln) bezeichnet. Das Leitersegment ist bevorzugt aus Kupfer oder Aluminium oder einer Kupfer-Aluminium-Legierung ausgebildet, wodurch gute elektrische Eigenschaften ermöglicht werden.
U-förmige Leitersegmente 1, wie das in 1 gezeigte, lassen sich bei der Herstellung eines Stators einer elektrischen Maschine von einer Stirnseite des Statorkerns in die Statornuten einschieben. Nach dem Einbringen des Leitersegments 1 in die Statornuten können die an einer Stirnseite des Statorkerns herausstehenden offenen Leitersegment-Enden 2 des Leitersegments, umgebogen werden, um diesem mit einem weiteren Leitersegment 1 zu verbinden. Durch das Verbinden einer Vielzahl derartiger Leitersegmente 1 wird eine Stabwicklung des Stators gebildet.
Gemäß einer Abwandlung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels kann das Leitersegment V-förmig ausgebildet sein. Weiter alternativ ist es möglich, dass eine Vielzahl gerader Leitersegmente verwendet wird oder eine Kombination gerader Leitersegmente mit U-förmigen und/oder V-förmigen Leitersegmenten.
Die Darstellung in 2 zeigt eine Sternschaltung einer Stabwicklung 10 einer dreiphasigen elektrischen Maschine. Diese elektrische Maschine weist je Phase jeweils sechs Stränge 13 auf, die untereinander elektrisch verschaltet werden müssen. Beim Wickeln eines Strangs 13 entstehen in den Wickelköpfen an den Stirnseiten des Stators typischerweise regelmäßige Anordnungen von Leitersegment-Enden 2, die ohne Kollisionen mit anderen Leitersegment-Enden 2 verbunden werden können. Um die einzelnen Stränge 13 jedoch parallel und/oder seriell zu verschalten oder den Sternpunkt 11 bzw. die Phasenanschlüsse 12 zu realisieren, sind jedoch Sprünge zwischen dem Anfang bzw. dem Ende der Stränge 13 erforderlich, die unregelmäßige Verbindungen an der Stirnseite erfordern.
In 3 ist eine Dreieckschaltung einer dreiphasigen elektrischen Maschine gezeigt, bei welcher je Phase ebenfalls jeweils sechs Stränge vorgesehen sind. Ein Sternpunkt ist bei dieser Dreiecksschaltung nicht vorgesehen. Jedoch ist es erforderlich, die Dreiecksverbindungen, welche gleichzeitig die Phasenanschlüsse 12 darstellen, nach außen zu führen.
Zur Realisierung der in 2 und 3 gezeigten Verschaltungen der Stabwicklung 10 elektrischer Maschinen wird bei einem erfindungsgemäßen Stator eine Verbindungseinheit 20 vorgesehen, die nachfolgend näher erläutert werden soll.
Die Darstellungen in 4, 5 und 6 zeigen denselben Stator 9 einer als Elektromotor ausgebildeten elektrischen Maschine als verschiedenen Blickwinkeln. Der Stator 9 ist für eine Innenläufermaschine geeignet und umfasst einen hohlzylindrischen Statorkern 3 mit einer Vielzahl an in axialer Richtung A verlaufenden Statornuten 4. Insofern ist die axiale Richtung A die Nutlängsrichtung und die Richtung der Nuttiefe wird als radiale Richtung R bezeichnet.
Der Statorkern 3 ist bevorzugt als Blechpaket ausgebildet. In den Statornuten 4 ist eine Wicklung vorgesehen, die als Stabwicklung 10 aus vorgefertigten Leitersegmenten ausgebildet ist. Bei dem Stator 9 gemäß dem Ausführungsbeispiel sind hierzu Leitersegmente 1 verwendet, die wie in 1 gezeigt ausgebildet sind. Die Leitersegmente 1 sind mit ihren freien Leitersegment-Enden 2.1 jeweils derart in die Statornuten 4 eingebracht, dass der die freien Leitersegment-Enden 2 verbindende geschlossene Verbindungsbereich an einer ersten Stirnseite 15 des Statorkerns 3 angeordnet ist. Dieser geschlossene Verbindungsbereich steht auf der ersten Stirnseite 15 aus den Statornuten 4 hervor und bildet einen ersten Wickelkopf 5. Auf einer der ersten Stirnseite 15 gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 16 stehen die freien Leitersegment-Enden 2.1 aus den Statornuten 4 hervor und bilden einen zweiten Wickelkopf 6. Als Stirnseite 15, 16 werden hier die Seiten des Statorkerns 3 bezeichnet, an welchen die Statornuten 4 quer angeschnitten sind.
Wie den Darstellungen in 4 bis 6 weiter entnommen werden kann, werden diese ersten Leitersegment-Enden 2.1 in Umfangsrichtung des hohlzylindrischen Statorkerns 3 umgebogen und dann in Verbindungsstellen 7 miteinander verbunden, um die durchgängige Stabwicklung 10 zu bilden, beispielsweise durch eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung oder durch Crimpen.
Die Darstellungen in 4 bis 6 zeigen ferner eine Verbindungseinheit 20, die in einem um den Wickelkopf 6 bestehenden Ringraum - dem Rücken des Statorkerns - angeordnet ist und die mehrere Verbindungsschienen 21, 22, 23 aufweist, die in einer senkrecht zu der axialen Richtung angeordneten, radialen Richtung voneinander beabstandet sind. Die Verbindungsschienen 21, 22, 23 sind gegeneinander isoliert und jeweils mit verschiedenen zweiten Leitersegment-Enden verbunden, um die jeweiligen Leitersegmente 1 miteinander zu verbinden. Bevorzugt bestehen die Verbindungsschienen 21, 22, 23 aus demselben Material wie die Leitersegmente 1, hier also Kupfer oder Aluminium oder eine Kupfer-Aluminium-Legierung. In 7 ist die Verbindungseinheit 20 ohne die restlichen Komponenten des Stators gezeigt.
Wie der Darstellung eines Bereichs des Wickelkopfes 6 and der zweiten Stirnseite 16 entnommen werden kann, sind mehrere zweite Leitersegment-Enden 2.2 derart gebogen, dass sie einen ersten Endabschnitt aufweisen, der in der radialen Richtung R nach außen in Richtung der Verbindungseinheit 20 verlaufend angeordnet ist. Die derart gebogenen, zweiten Leitersegment-Enden 2.2 sind von an die Verbindungsschienen 21, 22, 23 herangeführt und mit diesen verbunden. Die Anbindung erfolgt dabei an der Innenseite der Verbindungseinheit, welche dem Wickelkopf 6 zugewandt ist. Dabei erfolgt die Verbindung zwischen zweitem Leitersegment-Ende 2.2 und Verbindungsschiene 21, 22, 23 durch eine Schweißverbindung, Lötverbindung oder durch eine Crimpverbindung.
Den Darstellungen in 4 bis 6 kann entnommen werden, dass die Verbindungseinheit 20 in axialer Richtung A eine Höhe über der zweiten Stirnseite 16 aufweist, die kleiner oder gleich der Höhe des Wickelkopfs 6 über der zweiten Stirnseite 16 in axialer Richtung A ist. Aufgrund dieser bauraumsparenden Ausgestaltung wird die Länge des Stators 9 in axialer Richtung A durch die Abmessungen von Statorkern 3 und Wickelköpfen 5, 6, bestimmt. Die Verbindungseinheit 20 trägt nicht zur Vergrößerung der axialen Abmessung des Stators 9 bei.
Zur Herstellung des in 4 bis 6 gezeigten Stators 9 wird zunächst der Statorkern 3 bereitgestellt. Dieser ist als Blechpaket ausgestaltet und weist mehrere in axialer Richtung A verlaufende Statornuten 4 auf. In einem weiteren Schritt wird in den Statornuten 4 eine Stabwicklung 10 angeordnet, die aus mehreren Leitersegmenten 1 gebildet ist. Die Leitersegmente 1 werden auf der ersten Stirnseite 15 mit ihren freien Leitersegment-Enden 2.1 derart in die Statornuten 4 eingesteckt, dass die Leitersegment-Enden 2.1 auf der zweiten Stirnseite 16 aus des Statorkern 3 austreten und hervorstehen. Die hervorstehenden ersten Leitersegment-Enden 2.1 werden gebogen und untereinander elektrisch leitend verbunden, um die Stabwicklung 10 zu bilden. Dabei bildet der auf der zweiten Stirnseite 16 herausstehende Teil der Leitersegmente einen Wickelkopf 6. Einige Leitersegment-Enden 2.2 der Stabwicklung 10 werden derart gebogen, dass sie einen ersten Endabschnitt aufweisen, der in einer senkrecht zu der axialen Richtung angeordneten, radialen Richtung nach außen verlaufend angeordnet ist. Eine in dem Endabschnitt eventuell vorhandene Isolation wird entfernt.
In einem nachfolgenden Schritt wird dann in dem um den Wickelkopf 6 bestehenden Ringraum eine Verbindungseinheit 20 angeordnet wird, welche mehrere Verbindungsschienen 21, 22, 23 aufweist, die in einer senkrecht zu der axialen Richtung angeordneten, radialen Richtung voneinander beabstandet sind. Die Verbindungseinheit 20 wird in axialer Richtung A auf den Wickelkopf 6 aufgeschoben. Die Verbindungseinheit kann geringfügig aufgebogen werden, um diese von außen an den Wickelkopf 6 anzulegen.
Dann werden die zuvor gebogenen Leitersegment-Enden 2 mit der Verbindungseinheit 20 durch Schweißen, Crimpen oder Hartlöten verbunden.
Die Darstellungen in 9 und 10 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Stators 9 gemäß der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Verbindungseinheit 20 vorgesehen, die einen gemeinsamen Träger 23 aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist. Das elektrisch isolierende Material ist bevorzugt elastisch flexibel, sodass der Träger 25 zur Montage auf dem Wickelkopf 6 aufgeweitet werden kann und in dem aufgeweiteten Zustand auf den Wickelkopf gesteckt werden kann. Dieser Träger 23 umfasst mehrere Aufnahmenuten, in denen die Verbindungsschienen 21, 22, 23 der Verbindungseinheit aufgenommen sind. Die Aufnahmenuten sind zu einer radial nach außen gerichteten Umfangsseite des Trägers hin geöffnet, sodass die Verbindungsschienen 21, 22, 23 von dieser Seite aus in die Aufnahmenuten eingebracht werden können. An der Innenseite des Trägers 25, d.h. der Seite, die dem Wickelkopf 6 zugewandt ist, sind mehrere Ausnehmungen in dem Träger vorgesehen, in welchen jeweils ein Endabschnitt eines zweiten Leitersegment-Endes 2.2 aufgenommen ist. Die Ausnehmungen münden in eine der Aufnahmenuten des Trägers, so dass die in radialer Richtung nach außen vom Wickelkopf abstehenden zweiten Leitersegment-Enden 2.2 mit der jeweiligen in der Aufnahmenut angeordneten Verbindungsschiene verbunden werden können.
In 11 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stator gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Verbindungseinheit 20 mehrere Trägerschienen 26 aus einem elektrisch isolierenden Material auf, die jeweils genau eine Schienenaufnahme umfassen, in denen jeweils genau eine Verbindungsschiene 21, 22, 23 aufgenommen ist. Die Trägerschienen 26 sind identisch ausgebildet und mit einem Winkelversatz zueinander angeordnet. Die Schienenaufnahme der Trägerschienen 26 ist nach Art eines geschlossenen Kanals in der Trägerschiene 26 ausgestaltet, sodass das Material der Trägerschiene die Verbindungsschiene vollständig umschließt. Die Trägerschienen erstrecken sich bevorzugt um einen Winkelbereich von kleiner als 180° und weisen eine oder zwei Stirnseiten auf, an denen eine Einführöffnung zum Einbringen einer Verbindungsschiene in die Schienenaufnahme angeordnet ist. Ferner weisen die Trägerschienen 26 mehrere Ausnehmungen jeweils zur Aufnahme eines Endabschnitts eines zweiten Leitersegment-Endes 2.2 auf. Die Ausnehmungen sind an der dem Wickelkopf 6 zugewandten Innenseite der Trägerschienen 26 angeordnet und münden in die Schienenaufnahme, sodass die in radialer Richtung nach außen vom Wickelkopf abstehenden zweiten Leitersegment-Enden 2.2 mit der jeweiligen in der Schienenaufnahme angeordneten Verbindungsschiene 21, 22, 23 verbunden werden können.
In 12 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines Stator 9 gezeigt. Bei diesem Stator 9 umfasst die Stabwicklung 10 mehrere dritte mit der Verbindungseinheit verbundene Leitersegment-Enden 2.3, die länger als die zweiten Leitersegment-Enden 2.2 ausgebildet und derart gebogen sind, dass sie einen Endabschnitt aufweisen, der in einer senkrecht zu der axialen Richtung A angeordneten, radialen Richtung R nach außen in 12 nicht gezeigten Richtung der Verbindungseinheit 20 verlaufend angeordnet ist. Über das dritte Leitersegment-Ende 2. 3 wird eine Verbindung zwischen der Verbindungseinheit 20 und einem Leitersegment hergestellt, welches in radialer Richtung R gesehen nicht am äußeren Rand des Wickelkopfes 6 sondern weiter innenliegend angeordnet ist. Dabei ist das dritte Leitersegment-Ende 2.3 zudem derart gebogen, dass es ein oder mehrere erste Leitersegment-Enden 2.1 zumindest teilweise umschließt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2017/0033630 A1 [0002, 0003]

Claims

Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen elektrischen Motor, mit einem Statorkern (3), der mehrere in einer axialen Richtung (A) verlaufende Statornuten (4) aufweist, mit einer in den Statornuten (4) angeordneten Stabwicklung (10), die aus mehreren Leitersegmenten (1) gebildet ist, wobei die Wicklung erste Leitersegment-Enden (2.1) aufweist, die an einer Stirnseite (16) des Statorkerns (3) zur Bildung eines Wickelkopfes (6) aus den Statornuten (4) hervorstehen, und mit einer Verbindungseinheit (20), die in einem um den Wickelkopf (6) bestehenden Ringraum angeordnet ist und die mehrere Verbindungsschienen (21, 22, 23) aufweist, die in der axialen Richtung (A) voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabwicklung (10) mindestens ein zweites mit der Verbindungseinheit (20) verbundenes Leitersegment-Ende (2.2) aufweist, welches derart gebogen ist, dass es einen Endabschnitt aufweist, der in einer senkrecht zu der axialen Richtung (A) angeordneten, radialen Richtung (R) nach außen in Richtung der Verbindungseinheit (20) verlaufend angeordnet ist.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine zweite Leitersegment-Ende (2) im Bereich des Endabschnitts mit der Verbindungseinheit (20), insbesondere mit einer Verbindungsschiene (21, 22, 23) der Verbindungseinheit (20), verbunden ist.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine zweite Leitersegment-Ende (2.2) mit der Verbindungseinheit (20) auf einer Seite der Verbindungseinheit (20) verbunden ist, die dem Statorkern (3) zugewandt ist.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabwicklung (10) mehrere mit der Verbindungseinheit (20) verbundene zweite Leitersegment-Enden (2.2) aufweist, welche derart gebogen sind, dass sie jeweils einen Endabschnitt aufweisen, der in der radialen Richtung (R) nach außen in Richtung der Verbindungseinheit (20) verlaufend angeordnet ist.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (20) in axialer Richtung eine Höhe über der Stirnseite (16) aufweist, die kleiner oder gleich der Höhe des Wickelkopfs (6) über der Stirnseite (16) in axialer Richtung ist.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (20) einen gemeinsamen Träger (25) aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist, der mehrere Aufnahmenuten umfasst, in denen die Verbindungsschienen (21, 22, 23) aufgenommen sind.
Stator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Träger (25) mehrere Ausnehmungen jeweils zur Aufnahme eines Endabschnitts eines Leitersegment-Endes (2.2) aufweist.
Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (20) mehrere Trägerschienen (26) aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist, die jeweils eine, insbesondere genau eine, Schienenaufnahme umfassen, in denen jeweils eine, insbesondere genau eine, Verbindungsschiene (21, 22, 23) aufgenommen ist.
Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschienen mehrere Ausnehmungen jeweils zur Aufnahme eines Endabschnitts eines Leitersegment-Endes (2.2) aufweisen.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabwicklung (10) mindestens ein drittes mit der Verbindungseinheit (20) verbundenes Leitersegment-Ende (2.3) aufweist, welches länger als das mindestens eine zweite Leitersegment-Ende (2.2) ausgebildet und derart gebogen ist, dass es einen Endabschnitt aufweist, der in der radialen Richtung (R) nach außen in Richtung der Verbindungseinheit (20) verlaufend angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Stators (9) für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen elektrischen Motor, wobei ein Statorkern (3) bereitgestellt wird, der mehrere in einer axialen Richtung (A) verlaufende Statornuten (4) aufweist, wobei in den Statornuten (4) eine Stabwicklung (10) angeordnet wird, die aus mehreren Leitersegmenten (1) gebildet ist, wobei die Stabwicklung (10) erste Leitersegment-Enden (2.1) aufweist, die an einer Stirnseite (16) des Statorkerns (3) zur Bildung eines Wickelkopfes (6) aus den Statornuten (4) hervorstehen, wobei in einem um den Wickelkopf (6) bestehenden Ringraum eine Verbindungseinheit (20) angeordnet wird, welche mehrere Verbindungsschienen (21, 22, 23) aufweist, die in der axialen Richtung (A) voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabwicklung (10) mindestens ein zweites Leitersegment-Ende aufweist, welches derart gebogen wird, dass es einen ersten Endabschnitt aufweist, der in einer senkrecht zu der axialen Richtung (A) angeordneten, radialen Richtung (R) nach außen in Richtung der Verbindungseinheit (20) verlaufend angeordnet ist und das zweite Leitersegment-Ende mit der Verbindungseinheit (20) verbunden wird.