DE102018221636A1

DE102018221636A1 - Statoranordnung für einen Elektromotor

Info

Publication number: DE102018221636A1
Application number: DE102018221636.3A
Authority: DE
Inventors: Arash Shaghaghi
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Die Erfindung sieht eine Statoranordnung (100) für einen Elektromotor vor, aufweisend: einen zylindermantelförmigen Statorkörper (10) mit mehreren axial ausgerichteten Aufnahmenuten (11) an einer Innenseite des Statorkörpers (10), mehrere elektrisch leitfähige Stecknadeln (20), die jeweils eine Biegeseite (B) und zwei von der Biegestelle (B) abgehende Schenkel (21) aufweisen, die sich zu einer Twistseite (T) der Stecknadeln (20) öffnen, wobei die Schenkel (21) der Stecknadeln (20) in den Aufnahmenuten (11) des Statorkörpers (10) von der Biegeseite (B) zu der Twistseite (T) aufgenommen sind, wobei in den Aufnahmenuten (11) in eine radiale Richtung des Statorkörpers (10) gesehen mindestens drei Lagen (1, 2, 3) durch die Schenkel (21) der Stecknadeln (20) gebildet sind, wobei in jeder Lage (1, 2, 3) in den Aufnahmenuten (11) mindestens zwei Schenkel (21) der Stecknadeln (20) aneinander anliegend angeordnet sind, und wobei die Schenkel (21) unterschiedlicher Stecknadeln (20) an der Twistseite (T) elektrisch miteinander verschaltet sind. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der Twistseite (T) die Schenkel (21) der Stecknadeln (20) der gleichen Lage (1, 2, 3) in unterschiedliche Richtungen und die Schenkel (21) der benachbarten Stecknadeln (20) zwischen unterschiedlichen Lagen (1, 2, 3) in gleiche Richtung verdreht sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Statoranordnung für einen Elektromotor nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch, einen Elektromotor mit einer entsprechenden Statoranordnung nach dem nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch und ein Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden Statoranordnung für einen Elektromotor nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch.
Für den Betrieb der Elektrofahrzeuge werden hochvoltige Elektromotoren benötigt. Eine Art von Elektromotoren weist eine Stecknadeltechnik zum Bestücken eines Statorkörpers auf. Dabei werden mehrere Stecknadeln mit zwei Schenkeln, sog. Hairpins, jeweils mit einem Schenkel durch spezielle Aufnahmenuten an einer Innenseite des Statorkörpers geführt. Diese Schenkel weisen im Scheitelpunkt eine Biegeseite auf und öffnen sich zu einer Twistseite, an welcher die Schenkel noch einmal gebogen werden. Anschließend werden die Schenkel unterschiedlicher Stecknadeln miteinander elektrisch verbunden, bspw. durch Schweißen, um eine oder mehrere Wicklungen durch mehrere Stecknadeln bereitzustellen.
Die Elektromotoren werden zumeist mit hohen Schaltgeschwindigkeiten betrieben. Dies stellt die Wicklungen innerhalb der Elektromotoren unter schwierige Betriebsbedingungen. Zwischen den Wicklungen können sich dabei hohe Potentialdifferenzen entwickeln. Es werden daher kostenintensive Hochleistungsisolationen benötigt. Bei hohen Schallgeschwindigkeiten steigt zugleich die Teilentladung und somit das Risiko eines Windungsschlusses. Außerdem stellt sich bei solchen Elektromotoren die Problematik flexibler Windungszahlen. Dazu kommt noch, dass solche Elektromotoren strikten Bauraumbeschränkungen unterliegen, da der verfügbare Platz im Fahrzeug begrenzt ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Statoranordnung für einen Elektromotor bereitzustellen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Statoranordnung für einen Elektromotor zur Verfügung zu stellen, welche einfach und kostengünstig ausgeführt ist, welche einfach aufgebaut werden und mit reduzierten Potentialdifferenzen betrieben werden kann. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Elektromotor mit einer entsprechenden Statoranordnung und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden Statoranordnung für einen Elektromotor bereitzustellen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch eine Statoranordnung für einen Elektromotor mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil, durch einen Elektromotor mit einer entsprechenden Statoranordnung nach dem nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruch und durch ein Verfahren zum Herstellen einer Statoranordnung für einen Elektromotor mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt. Merkmale, die zu den einzelnen Erfindungsaspekten offenbart werden, können in der Weise miteinander kombiniert werden, dass bzgl. der Offenbarung zu den Erfindungsaspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Die Erfindung stellt eine Statoranordnung für einen Elektromotor bereit, aufweisend: einen zylindermantelförmigen Statorkörper mit mehreren im Wesentlichen axial ausgerichteten Aufnahmenuten an einer Innenseite des Statorkörpers, mehrere elektrisch leitfähige Stecknadeln, die jeweils eine Biegeseite und zwei von der Biegestelle abgehende Schenkel aufweisen, die sich zu einer Twistseite der Stecknadeln öffnen, wobei die Schenkel der Stecknadeln in den Aufnahmenuten des Statorkörpers von der Biegeseite zu der Twistseite aufgenommen sind, wobei in den Aufnahmenuten in eine radiale Richtung des Statorkörpers gesehen mindestens drei Lagen durch die Schenkel der Stecknadeln gebildet sind, wobei in jeder Lage in den Aufnahmenuten mindestens zwei Schenkel der Stecknadeln aneinander anliegend angeordnet sind, und wobei die Schenkel unterschiedlicher Stecknadeln an der Twistseite elektrisch miteinander verschaltet sind. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der Twistseite die Schenkel der Stecknadeln der gleichen Lage in unterschiedliche (tangentiale oder azimutale) Richtungen und die Schenkel der benachbarten Stecknadeln zwischen unterschiedlichen Lagen in gleiche (tangentiale oder azimutale) Richtung verdreht sind. Die Richtungen an der Twistseite sind als tangentiale oder azimutale Richtungen in Bezug auf die im Querschnitt kreisförmige Lage definiert, aus der die Stecknadeln aus dem Statorkörper herauskommen.
Eine Statoranordnung kann im Rahmen der Erfindung für Hochvoltanwendungen bis zu 800 V, vorzugsweise in Elektromotoren von Elektrofahrzeugen verwendet werden. Der Statorkörper im Rahmen der Erfindung dient als ein Tragkörper für einen Korb aus mehreren verwickelten und elektrisch miteinander verbundenen Stecknadeln. Die Aufnahmenuten können dabei im Wesentlichen axial ausgerichtet sein, wobei grundsätzlich auch schräg ausgeformte Aufnahmenuten denkbar sind. In den Aufnahmenuten liegen die Schenkel der Stecknadeln - vorzugsweise in drei Lagen - übereinander an und bilden Windungen von einer von vorzugsweise drei Spulen innerhalb der Statoranordnung. Jede Lage kann dabei durch zwei oder mehrere Schenkel gebildet werden. Vorteilhafterweise können drei Spulen durch die Stecknadeln gebildet werden. Somit kann die Statoranordnung mit drei Phasen betrieben werden. An den Biegestellen der Stecknadeln bildet sich ein Wickelkopf, der stirnseitig aus dem Statorkörper hervorsteht. Die Biegestellen dienen dazu, dass die Schenkel der Stecknadeln in unterschiedlichen Tiefen in den Aufnahmenuten aufgenommen werden, um eine Wicklung der Stecknadeln zu Windungen zu ermöglichen.
Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, ein derartiges Wickelschema bereitzustellen, bei dem radial gesehen weniger Drahtkreuzungen im Wickelkopf (d. h. weniger Wechsel der Biegerichtungen durch unterschiedliche Stecknadeln) vorhanden sind. Die Erfindung erkennt dabei, dass durch weniger Drahtkreuzungen im Wickelkopf sich weniger Potentialdifferenz im Wickelkopf sowie zwischen den benachbarten Schenkeln in den Aufnahmenuten ausbildet. Um dennoch ein Wickelschema, vorzugsweise in Form einer Sternverbindung, zu ermöglichen, obwohl im Wickelkopf weniger Drahtkreuzungen zur Verfügung stehen, schlägt die Erfindung vor, an der Twistseite die Schenkel der Stecknadeln der gleichen Lage in unterschiedliche Richtungen und die benachbarten Schenkel der Stecknadeln zwischen unterschiedlichen Lagen in gleiche Richtung zu verdrehen. Somit kann eine vorteilhafte Statoranordnung bereitgestellt werden, bei der die Potentialdifferenz zwischen benachbarten Schenkeln der Stecknadeln reduziert ist. Folglich kann ein sicherer Betrieb der Statoranordnung ermöglicht werden. Zugleich wird durch die erfindungsgemäße Statoranordnung ein einfaches und leicht herstellbares Wickelschema bereitgestellt. Somit kann die erfindungsgemäße Statoranordnung einfach und kostengünstig hergestellt werden.
Ferner kann die Erfindung bei einer Statoranordnung vorsehen, dass die Stecknadeln mindestens einer Lage der mindestens drei Lagen an der Biegeseite (d. h. im Wickelkopf) in gleiche Richtung (hier ist die radiale gemeint) gebogen sind. Die Biegungen erfolgen im Rahmen der Erfindung radial nach innen oder radial nach außen, sodass die Schenkel der Stecknadeln in unterschiedlichen Tiefen in den Aufnahmenuten aufgenommen werden können, um eine Wicklung der Stecknadeln zu Windungen einer Spule zu ermöglichen. Dadurch, dass die Stecknadeln mindestens einer Lage der mindestens drei Lagen an der Biegeseite in gleiche (radiale) Richtung gebogen sind, kann nicht nur die Anzahl an Biegestellen, sog. Drahtkreuzungen, im Wickelkopf reduziert werden und somit die Potentialdifferenz im Wickelkopf, sondern auch die Montage der Stecknadeln innerhalb des Statorkörpers vereinfacht werden. Somit können die Stecknadeln mindestens einer Lage zusammen gehandhabt werden, wodurch die Anzahl der Montageschritte beim Bestücken des Statorkörpers sich ebenfalls reduzieren lässt.
Weiterhin kann die Erfindung bei einer Statoranordnung vorsehen, dass die Stecknadeln einer ersten Lage an der Biegeseite in gleiche (radiale) Richtung gebogen sind und die Stecknadeln einer zweiten Lage der mindestens drei Lagen an der Biegeseite in gleiche Richtung gebogen sind. Somit kann die Montage der Stecknadeln innerhalb des Statorkörpers noch weiter vereinfacht werden.
Des Weiteren ist es denkbar, dass die Stecknadeln einer ersten Lage und einer zweiten Lage der mindestens drei Lagen an der Biegeseite zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage in unterschiedliche (radiale) Richtungen gebogen sind. Mit anderen Worten können beide Stecknadeln der ersten Lage im Wickelkopf mit den beiden Stecknadeln der zweiten Lage verwickelt werden. Auf diese Weise kann ein Herstellen von Wicklungen erleichtert werden, wobei zugleich die Anzahl der Biegestellen, sog. Drahtkreuzungen, im Wickelkopf reduziert wird. Somit können die Stecknadeln der ersten Lage und der zweiten Lage der mindestens drei Lagen ein erstes (bspw. grobes) Wickelschema innerhalb der Statoranordnung ausbilden.
Außerdem kann die Erfindung bei einer Statoranordnung vorsehen, dass die Stecknadeln mindestens einer Lage an der Biegeseite in unterschiedliche (radiale) Richtungen gebogen sind. Somit kann durch die mindestens eine, vorzugsweise dritte, Lage der mindestens drei Lagen ein zweites (bspw. feines) Wickelschema innerhalb der Statoranordnung bereitgestellt werden. Diese Lage kann vorteilhafterweise an einer Öffnungsseite der Aufnahmenuten bereitgestellt werden.
Ferner kann die Erfindung bei einer Statoranordnung vorsehen, dass die Stecknadeln einer dritten Lage der mindestens drei Lagen an der Biegeseite in unterschiedliche (radiale) Richtungen gebogen sind, und/oder dass die benachbarten Stecknadeln einer dritten Lage und einer zweiten Lage der mindestens drei Lagen an der Biegeseite in gleiche Richtung gebogen sind. Auf diese Weise kann der Vorteil erreicht werden, dass innerhalb der Statoranordnung zwei unterschiedliche Wickelschemata verwirklicht sein können.
Weiterhin kann die Erfindung bei einer Statoranordnung vorsehen, dass mindestens drei nebengeordnete Stecknadeln an der Biegeseite in gleiche (radiale) Richtung gebogen sind. Somit kann nicht nur die Anzahl der Biegestellen, sog. Drahtkreuzungen, im Wickelkopf reduziert, sondern auch ein Zusammenfügen von unterschiedlichen Wickelschemata ermöglicht werden.
Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Statoranordnung vorsehen, dass die Aufnahmenuten im Querschnitt des Statorkörpers gesehen einen im Wesentlichen u-förmigen Querschnitt aufweisen. Somit kann die Aufnahme von Stecknadeln im und die Herstellung von Spulen am Statorkörper ermöglicht werden. Vorzugsweise können die Aufnahmenuten radial ausgerichtet sein und eine Öffnungsseite aufweisen, die sich nach innen bezüglich des Statorkörpers öffnet.
Zudem kann die Erfindung bei einer Statoranordnung vorsehen, dass die Aufnahmenuten im Querschnitt des Statorkörpers gesehen einen rillenförmigen Umriss aufweisen. Innerhalb der Rillen können die Schenkel der Stecknadeln nahezu formschlüssig aufgenommen werden. Somit kann eine stabile Statoranordnung hergestellt werden. Dazu kommt noch, dass die Montage der Stecknadeln in den Aufnahmenuten intuitiv gestaltet werden kann, indem die Schenkel der Stecknadeln in vorgegebene Rillen der Aufnahmenuten eingeführt werden können. Montagefehler können dadurch erheblich reduziert werden.
Außerdem kann die Erfindung bei einer Statoranordnung vorsehen, dass die Schenkel der Stecknadeln in den Aufnahmenuten mit einem Isolationspapier umwickelt sind. Dadurch kann nicht nur die Isolation der Stecknadeln bereitgestellt werden, sondern auch eine geschützte Montage der Stecknadeln in den Aufnahmenuten ermöglicht werden, indem das Isolationspapier die Stecknadeln vor Beschädigungen beim Einführen in die Aufnahmenuten schützt.
Ferner kann die Erfindung bei einer Statoranordnung vorsehen, dass mindestens eine Lage der Schenkel mit einem Isolationspapier umwickelt ist. Somit können die Stecknadeln mindestens einer Lage separat isoliert werden. Im Falle, dass Potentialdifferenzen zwischen den Lagen entstehen, können diese gezielt abgeschirmt werden.
Weiterhin kann die Erfindung bei einer Statoranordnung vorsehen, dass ein Isolationspapier für die Stecknadeln einen Überlappungsbereich aufweist, der an einer Öffnungsseite der Aufnahmenuten, an einer Bodenseite der Aufnahmenuten oder zwischen den Schenkeln der unterschiedlichen Lagen der mindestens drei Lagen angeordnet ist. Wenn der Überlappungsbereich des Isolationspapiers an der Öffnungsseite der Aufnahmenuten vorgesehen ist, ermöglicht es eine besonders einfache Anbringung des Isolationspapiers. Wenn der Überlappungsbereich des Isolationspapiers an der Bodenseite der Aufnahmenuten vorgesehen ist, ermöglicht es eine geschützte Anbringung des Überlappungsbereiches. Wenn der Überlappungsbereich des Isolationspapiers zwischen den Schenkeln der unterschiedlichen Lagen der mindestens drei Lagen angeordnet ist, ermöglicht es eine Isolation der Lagen untereinander.
Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Statoranordnung vorsehen, dass die Stecknadeln ein Wickelschema nach Art einer Sternverbindung aufweisen. Ein solches Wickelschema ist einfach und kostengünstig in der Herstellung sowie zuverlässig im Betrieb.
Vorteilhafterweise kann mindestens eine einschenkelige Nadel vorgesehen sein, um ein (gewünschtes) Wickelschema durch die Stecknadeln zu vervollständigen. Auf diese Weise kann die Vervollständigung des Wickelschemas erleichtert werden. Im Rahmen der Erfindung ist es ferner denkbar, dass die elektrischen Anschlüsse entweder an der Kopfseite des Statorkörpers (d. h. am Wickelkopf oder an der Biegeseite der Stecknadeln) oder an der Twistseite des Statorkörpers (d. h. an der Twistseite der Stecknadeln) bereitgestellt werden.
Zudem kann die Erfindung bei einer Statoranordnung vorsehen, dass die (oder zumindest die meisten) Stecknadeln innerhalb der gleichen Lage eine gleiche Spannweite zwischen den Schenkeln aufweisen. Somit kann die Bestückung des Statorkörpers mit den Stecknadeln vereinfacht werden.
Außerdem ist es denkbar, dass die Stecknadeln innerhalb unterschiedlicher Lagen gleiche oder verschiedene Spannweiten zwischen den Schenkeln aufweisen. Auf diese Weise kann mit einfachen Mitteln ermöglicht werden, dass ein bestimmtes Wickelschema oder zwei unterschiedliche Wickelschemata innerhalb der Statoranordnung ermöglicht wird bzw. werden.
Ferner kann die Erfindung bei einer Statoranordnung vorsehen, dass mindestens eine Sondernadel vorgesehen ist, die sich zwischen unterschiedlichen Lagen erstreckt. Mithilfe von solchen Sondernadeln kann eine Verschaltung von verschiedenen Lagen ermöglicht werden.
Weiterhin kann die Erfindung bei einer Statoranordnung vorsehen, dass die Stecknadeln unterschiedlicher Lagen unterschiedlich große und/oder unterschiedlich ausgeformte Querschnitte aufweisen. Vorteilhafterweise können die Stecknadeln an der innersten Lage, die der Öffnungsseite der Aufnahmenuten am nächsten liegt, einen kleineren Durchmesser aufweisen als der Durchmesser der tieferliegenden Stecknadeln. Mit anderen Worten kann die Erfindung vorsehen, dass die Stecknadeln einer dritten Lage der mindestens drei Lagen, die der Öffnungsseite der Aufnahmenuten zugewandt ist, einen kleineren Durchmesser aufweisen als der Durchmesser der Stecknadeln der in den Aufnahmenuten tieferliegenden Lagen. Somit können Wirbelströme in der Nähe der Öffnungsseite der Aufnahmenuten reduziert werden.
Des Weiteren stellt die Erfindung einen Elektromotor mit einer Statoranordnung bereit, die wie oben beschrieben ausgeführt werden kann. Mithilfe des Elektromotors im Rahmen der Erfindung werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Statoranordnung beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
Zudem stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Statoranordnung für einen Elektromotor bereit, aufweisend folgende Schritte: Bereitstellen eines zylindermantelförmigen Statorkörpers mit mehreren im Wesentlichen axial ausgerichteten Aufnahmenuten an einer Innenseite des Statorkörpers, Bereitstellen mehrerer elektrisch leitfähiger Stecknadeln, die jeweils eine Biegeseite und zwei von der Biegestelle abgehende Schenkel aufweisen, die sich zu einer Twistseite der Stecknadeln öffnen, Aufnehmen der Schenkel der Stecknadeln in den Aufnahmenuten des Statorkörpers von der Biegeseite zu der Twistseite, wobei in den Aufnahmenuten in eine radiale Richtung des Statorkörpers gesehen mindestens drei Lagen durch die Schenkel der Stecknadeln ausgebildet werden, wobei in jeder Lage in den Aufnahmenuten mindestens zwei Schenkel der Stecknadeln aneinander anliegend angeordnet werden, und wobei die Schenkel unterschiedlicher Stecknadeln an der Twistseite elektrisch miteinander verschaltet werden. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der Twistseite die Schenkel der Stecknadeln der gleichen Lage in unterschiedliche Richtungen und die benachbarten Stecknadeln zwischen unterschiedlichen Lagen in gleiche Richtung verdreht werden. Mithilfe des Verfahrens im Rahmen der Erfindung werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Statoranordnung beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur einen beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Statoranordnung in einer Draufsicht auf eine Biegeseite der Statoranordnung,
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Statoranordnung in einer Draufsicht auf eine Twistseite der Statoranordnung,
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wickelschemas,
4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Korbs aus verwickelten und verschalteten Stecknadeln,
5 eine schematische Darstellung von elektrischen Anschlüssen an einer erfindungsgemäßen Statoranordnung in einer Draufsicht auf eine Biegeseite der Statoranordnung,
6 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Statoranordnung und
7 einen Querschnitt einer Aufnahmenut einer erfindungsgemäßen Statoranordnung.

In den verschiedenen Figuren werden die gleichen technischen Merkmale mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wobei in der Regel ein technisches Merkmal nur einmal beschrieben wird.
Die 1 bis 5 zeigen eine Statoranordnung 100 für einen Elektromotor, bspw. für ein Elektrofahrzeug. Die Statoranordnung 100 weist einen im Wesentlichen zylindermantelförmigen Statorkörper 10 mit mehreren im Wesentlichen axial ausgerichteten Aufnahmenuten 11 an einer Innenseite des Statorkörpers 10 auf. Zudem weist die Statoranordnung 100 mehrere elektrisch leitfähige Stecknadeln 20 auf, die jeweils eine Biegeseite B und zwei von der Biegestelle B abgehende Schenkel 21 aufweisen, die sich zu einer Twistseite T der Stecknadeln 20 öffnen. Die Schenkel 21 der Stecknadeln 20 sind in den Aufnahmenuten 11 des Statorkörpers 10 von der Biegeseite B zu der Twistseite T aufgenommen. In eine radiale Richtung des Statorkörpers 10 gesehen sind in den Aufnahmenuten 11 drei Lagen 1, 2, 3 durch die Schenkel 21 der Stecknadeln 20 gebildet.
Wie es aus den 1 bis 3 ersichtlich ist, sind in jeder Lage 1, 2, 3 in den Aufnahmenuten 11 zwei Schenkel 21 der Stecknadeln 20 aneinander anliegend angeordnet. Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung aber auch denkbar, dass insbesondere die tiefer liegenden Lagen 1, 2, 3, wie z. B. eine zweite Lage 2 und/oder eine dritte Lage 3, durch mehrere Schenkel 21, bspw. vier, sechs oder mehr, gebildet werden.
Wie es weiterhin die 2 und 3 zeigen, werden die Schenkel 21 unterschiedlicher Stecknadeln 20 an der Twistseite T der Stecknadeln 20 (was der Twistseite T der Statoranordnung 100 und der Kopfseite des Statorkörpers 10 entspricht) elektrisch miteinander verbunden, bspw. durch Schweißen (vgl. die 2 und 3).
Die erfindungsgemäße Statoranordnung 100 sieht vor, dass an der Twistseite T die Schenkel 21 der Stecknadeln 20 der gleichen Lage 1, 2, 3 in unterschiedliche (axiale oder azimutale) Richtungen und die Schenkel 21 der benachbarten Stecknadeln 20 zwischen unterschiedlichen Lagen 1, 2, 3 in gleiche (axiale oder azimutale) Richtung verdreht sind. Die Richtungen sind dabei als tangentiale oder azimutale Richtungen in Bezug auf die im Querschnitt kreisförmige Lage 1, 2, 3 definiert.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass der Statorkörper 10 mit den Stecknadeln 20 bestückt wird. Weiterhin ist es denkbar, dass die Stecknadeln 20 zunächst zu einem sog. Korb zusammengeflochten werden, der als ein einzeln handhabbares Teil in den Statorkörper 10 eingesetzt wird. Der Korb ist in Alleinstellung in der 4 gezeigt. Durch Verwickeln und Verschalten der Stecknadeln 20 untereinander werden drei Spulen durch die Stecknadeln 20 gebildet, wobei grundsätzlich auch eine größere Anzahl an Spulen denkbar ist. Somit kann die Statoranordnung 100 mit mindestens drei Phasen betrieben werden. An den Biegestellen B der Stecknadeln 20 bildet sich ein Wickelkopf, der stirnseitig aus dem Statorkörper 10 hervorsteht. Die Stecknadeln 20 im Rahmen der Erfindung können ein Wickelschema, vorzugsweise in Form einer Sternverbindung, ausbilden (vgl. die 4).
Vorteilhafterweise wird durch die Erfindung ermöglicht, dass im Wickelkopf weniger Drahtkreuzungen (d. h. weniger Wechsel der Biegerichtungen) ausgebildet werden, weil die Verwicklungen unter den Stecknadeln 20 an der Twistseite T der Stecknadeln 20 ermöglicht werden. Durch weniger Drahtkreuzungen im Wickelkopf bildet sich weniger Potentialdifferenz im Wickelkopf und zwischen den benachbarten Schenkeln 21 der Stecknadeln 20 in den Aufnahmenuten 11. Siehe hierzu die 6, die die Erfindung anhand von beispielhaft 48 (achtundvierzig) Aufnahmenuten 11 am Statorkörper 10 zeigt. In der oberen Tabelle der 6 sind die einzelnen Schenkel 21 innerhalb der Aufnahmenuten 11 abgebildet, die in drei Lagen 1, 2, 3 angeordnet sind. Der jeweilige Anfang E1 einer von drei Spulen ist mit E1 gekennzeichnet und das jeweilige Ende E2 einer von drei Spulen ist mit E2 gekennzeichnet. Die Drähte, die mit der gleichen Phase betrieben werden, sind in der 6 mit der gleichen Schattierung hinterlegt. In der unteren Tabelle der 6 sind die Potentialdifferenzen zwischen den einzelnen Schenkeln 21 angegeben, die im Sinne der Erfindung im Vergleich zu bekannten Statoranordnungen erheblich reduziert sind.
Wie es weiterhin die 1 und 3 zeigen, sind die Stecknadeln 20 einer ersten Lage 1 an der Biegeseite B in gleiche (radiale) Richtung gebogen und sind die Stecknadeln 20 einer zweiten Lage 2 an der Biegeseite B in gleiche (radiale) Richtung gebogen.
Die erste Lage 1 im Sinne der Erfindung wird als die Lage bezeichnet, die an einer Bodenseite A2 der Aufnahmenuten 11 anliegt. In der Mitte der Aufnahmenuten 11 (radial bezüglich des Statorkörpers 10 gesehen) liegt die zweite Lage 2 im Sinne der Erfindung. Die Lage, die an einer Öffnungsseite A1 der Aufnahmenuten 11 angrenzt, wird als die dritte Lage 3 im Sinne der Erfindung bezeichnet.
Des Weiteren zeigen die 1 und 3, dass die Stecknadeln 20 der ersten Lage 1 und der zweiten Lage 2 an der Biegeseite B zwischen der ersten Lage 1 und der zweiten Lage 2 in unterschiedliche (radiale) Richtungen gebogen sind.
Zudem zeigen die 1 und 3, dass die Stecknadeln 20 der dritten Lage 3 an der Biegeseite B in unterschiedliche (radiale) Richtungen gebogen sind. Zudem sind die benachbarten Stecknadeln 20 der dritten Lage 2 und der zweiten Lage 2 in gleiche Richtung (radiale) gebogen. Insgesamt sind drei nebengeordnete Stecknadeln 20 (beide Stecknadeln 20 der zweiten Lage 2 und die innenliegende Stecknadel 20 der dritten Lage 3) an der Biegeseite B in gleiche (radiale) Richtung gebogen. Auf diese Weise kann die Anzahl der Biegestellen, sog. Drahtkreuzungen, im Wickelkopf reduziert und ein Zusammenfügen von unterschiedlichen Wickelschemata innerhalb der Statoranordnung 100 ermöglicht werden. Ein erstes Wickelschema ist in den ersten beiden Lagen 1, 2 realisiert und ein zweites Wickelschema in der dritten Lage 3.
Wie es aus den 4 und 5 zu erkennen ist, kann im Rahmen der Erfindung eine einschenkelige Nadel 30 vorgesehen sein, um ein Wickelschema durch die Stecknadeln 20 zu vervollständigen. Wie es außerdem die 5 zeigt, können die elektrischen Anschlüsse E an der Kopfseite des Statorkörpers 10 (d. h. am Wickelkopf oder an der Biegeseite B der Stecknadeln 20) bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann eine einfache Verschaltung der Statoranordnung 100 ermöglicht werden, bspw. mithilfe einfacher Kabelschuhe.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die (oder zumindest die meisten) Stecknadeln 20 innerhalb der gleichen Lage 1, 2, 3 eine gleiche Spannweite zwischen den Schenkeln 21 aufweisen können. Bspw. kann die Spannweite der Stecknadeln 20 der dritten Lage 3 fünf oder sieben Nuten und die Spannweite der Stecknadeln 20 der ersten Lage 1 und der zweiten Lage 2 bspw. sechs Nuten umfassen. Ferner kann mindestens eine Sondernadel 31 vorgesehen sein, die unterschiedliche Lagen 1, 2, 3 miteinander verbindet.
Wie es weiterhin die 7 zeigt, können die Aufnahmenuten 11 im Querschnitt des Statorkörpers 10 gesehen einen im Wesentlichen u-förmigen Querschnitt aufweisen. Zusätzlich ist es denkbar, dass die Aufnahmenuten 11 im Querschnitt des Statorkörpers 10 gesehen einen rillenförmigen Umriss aufweisen können, um die Schenkel 21 der Stecknadeln 20 besser an der vorgesehenen Stelle in Position halten zu können.
Außerdem zeigt die 7, dass die Schenkel 21 der Stecknadeln 20 in den Aufnahmenuten 11 mit einem Isolationspapier 22 umwickelt sind. Das Isolationspapier 22 kann die Stecknadeln 20 bei der Montage in den Aufnahmenuten 11 schützen. Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Isolationspapier 22 für die Stecknadeln 20 einen Überlappungsbereich 23 aufweist, der an der Öffnungsseite A1 der Aufnahmenuten 11, an der Bodenseite A2 der Aufnahmenuten 11 (gezeigt in der 7) oder zwischen den Schenkeln 21 der unterschiedlichen Lagen 1, 2, 3 (vorzugsweise zwischen der zweiten Lage 2 und der dritten Lage 3) angeordnet ist.
Weiterhin zeigt die 7, dass die Stecknadeln 20 unterschiedlicher Lagen 1, 2, 3 unterschiedlich große und/oder unterschiedlich ausgeformte Querschnitte aufweisen können. Denkbar ist bspw., dass die Stecknadeln 20 der ersten Lage 1 und die Stecknadeln 20 der zweiten Lage 2 einen quadratischen Querschnitt aufweisen können. Die Stecknadeln 20 der dritten Lage 3 können bspw. einen kleineren, insbesondere flacheren, Querschnitt aufweisen als der Querschnitt der Stecknadeln 20 der ersten Lage 1 und der zweiten Lage 2.
Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

100: Statoranordnung
10: Statorkörper
11: Aufnahmenut
20: Stecknadel
21: Schenkel
22: Isolationspapier
23: Überlappungsbereich
30: einschenkelige Nadel
31: Sondernadel
1: Lage, erste Lage
2: Lage, zweite Lage
3: Lage, dritte Lage
A1: Öffnungsseite
A2: Bodenseite
B: Biegeseite
T: Twistseite
E: elektrischer Anschluss
E1: Anfang einer Spule
E2: Ende einer Spule

Claims

Statoranordnung (100) für einen Elektromotor, aufweisend: einen zylindermantelförmigen Statorkörper (10) mit mehreren axial ausgerichteten Aufnahmenuten (11) an einer Innenseite des Statorkörpers (10), mehrere elektrisch leitfähige Stecknadeln (20), die jeweils eine Biegeseite (B) und zwei von der Biegestelle (B) abgehende Schenkel (21) aufweisen, die sich zu einer Twistseite (T) der Stecknadeln (20) öffnen, wobei die Schenkel (21) der Stecknadeln (20) in den Aufnahmenuten (11) des Statorkörpers (10) von der Biegeseite (B) zu der Twistseite (T) aufgenommen sind, wobei in den Aufnahmenuten (11) in eine radiale Richtung des Statorkörpers (10) gesehen mindestens drei Lagen (1, 2, 3) durch die Schenkel (21) der Stecknadeln (20) gebildet sind, wobei in jeder Lage (1, 2, 3) in den Aufnahmenuten (11) mindestens zwei Schenkel (21) der Stecknadeln (20) aneinander anliegend angeordnet sind, und wobei die Schenkel (21) unterschiedlicher Stecknadeln (20) an der Twistseite (T) elektrisch miteinander verschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der Twistseite (T) die Schenkel (21) der Stecknadeln (20) der gleichen Lage (1, 2, 3) in unterschiedliche Richtungen und die Schenkel (21) der benachbarten Stecknadeln (20) zwischen unterschiedlichen Lagen (1, 2, 3) in gleiche Richtung verdreht sind.
Statoranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stecknadeln (20) mindestens einer Lage (1, 2, 3) der mindestens drei Lagen (1, 2, 3) an der Biegeseite (B) in gleiche Richtung gebogen sind.
Statoranordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stecknadeln (20) einer ersten Lage (1) an der Biegeseite (B) in gleiche Richtung gebogen sind und die Stecknadeln (20) einer zweiten Lage (2) der mindestens drei Lagen (1, 2, 3) an der Biegeseite (B) in gleiche Richtung gebogen sind, und/oder dass die Stecknadeln (20) einer ersten Lage (1) und einer zweiten Lage (2) der mindestens drei Lagen (1, 2, 3) an der Biegeseite (B) zwischen der ersten Lage (1) und der zweiten Lage (2) in unterschiedliche Richtungen gebogen sind.
Statoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stecknadeln (20) mindestens einer Lage (1, 2, 3) an der Biegeseite (B) in unterschiedliche Richtungen gebogen sind.
Statoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stecknadeln (20) einer dritten Lage (3) der mindestens drei Lagen (1, 2, 3) an der Biegeseite (B) in unterschiedliche Richtungen gebogen sind, und/oder dass die benachbarten Stecknadeln (20) einer dritten Lage (3) und einer zweiten Lage (2) der mindestens drei Lagen (1, 2, 3) an der Biegeseite (B) in gleiche Richtung gebogen sind.
Statoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei nebengeordnete Stecknadeln (20) an der Biegeseite (B) in gleiche Richtung gebogen sind.
Statoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmenuten (11) im Querschnitt des Statorkörpers (10) gesehen einen im Wesentlichen u-förmigen Querschnitt aufweisen, und/oder dass die Aufnahmenuten (11) im Querschnitt des Statorkörpers (10) gesehen einen rillenförmigen Umriss aufweisen.
Statoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (21) der Stecknadeln (20) in den Aufnahmenuten (11) mit einem Isolationspapier (22) umwickelt sind, und/oder dass mindestens eine Lage (1, 2, 3) der Schenkel (21) mit einem Isolationspapier (22) umwickelt ist, und/oder dass ein Isolationspapier (22) für die Stecknadeln (20) einen Überlappungsbereich (23) aufweist, der an einer Öffnungsseite (A1) der Aufnahmenuten (11), an einer Bodenseite (A2) der Aufnahmenuten (11) oder zwischen den Schenkeln (21) der unterschiedlichen Lagen (2, 3) der mindestens drei Lagen (1, 2, 3) angeordnet ist.
Statoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stecknadeln (20) ein Wickelschema nach Art einer Sternverbindung aufweisen, und/oder dass mindestens eine einschenkelige Nadel (30) vorgesehen ist, um ein Wickelschema durch die Stecknadeln (20) zu vervollständigen.
Statoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stecknadeln (20) innerhalb der gleichen Lage (1, 2, 3) eine gleiche Spannweite zwischen den Schenkeln (21) aufweisen, und/oder die Stecknadeln (20) innerhalb unterschiedlicher Lagen (1, 2, 3) gleiche oder verschiedene Spannweiten zwischen den Schenkeln (21) aufweisen, und/oder dass mindestens eine Sondernadel (31) vorgesehen ist, die sich zwischen unterschiedlichen Lagen (1, 2, 3) erstreckt.
Statoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stecknadeln (20) unterschiedlicher Lagen (1, 2, 3) unterschiedlich große und/oder unterschiedlich ausgeformte Querschnitte aufweisen, und/oder dass die Stecknadeln (20) einer dritten Lage (3) der mindestens drei Lagen (1, 2, 3), die einer Öffnungsseite (A1) der Aufnahmenuten (11) zugewandt ist, einen kleineren Durchmesser aufweisen als der Durchmesser der Stecknadeln (20) der in den Aufnahmenuten (11) tieferliegenden Lagen (1, 2).
Elektromotor mit einer Statoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen einer Statoranordnung (100) für einen Elektromotor, aufweisend folgende Schritte: Bereitstellen eines zylindermantelförmigen Statorkörpers (10) mit mehreren axial ausgerichteten Aufnahmenuten (11) an einer Innenseite des Statorkörpers (10), Bereitstellen mehrerer elektrisch leitfähiger Stecknadeln (20), die jeweils eine Biegeseite (B) und zwei von der Biegestelle (B) abgehende Schenkel (21) aufweisen, die sich zu einer Twistseite (T) der Stecknadeln (20) öffnen, Aufnehmen der Schenkel (21) der Stecknadeln (20) in den Aufnahmenuten (11) des Statorkörpers (10) von der Biegeseite (B) zu der Twistseite (T), wobei in den Aufnahmenuten (11) in eine radiale Richtung des Statorkörpers (10) gesehen mindestens drei Lagen (1, 2, 3) durch die Schenkel (21) der Stecknadeln (20) ausgebildet werden, wobei in jeder Lage (1, 2, 3) in den Aufnahmenuten (11) mindestens zwei Schenkel (21) der Stecknadeln (20) aneinander anliegend angeordnet werden, und wobei die Schenkel (21) unterschiedlicher Stecknadeln (20) an der Twistseite (T) elektrisch miteinander verschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass an der Twistseite (T) die Schenkel (21) der Stecknadeln (20) der gleichen Lage (1, 2, 3) in unterschiedliche Richtungen und die Schenkel (21) der benachbarten Stecknadeln (20) zwischen unterschiedlichen Lagen (1, 2, 3) in gleiche Richtung verdreht werden.