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Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Bereitstellen eines Stators für eine elektrische Maschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus der
US 2014/0077636 A1 ist bereits eine Haarnadelverbindungsvorrichtung mit einem Abdeckteil bekannt, wobei das Abdeckteil kreisrund ausgebildet ist und an einer Unterseite eines Statorkerns angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst die Haarnadelverbindungsvorrichtung eine Vielzahl von Verbindungskappen, die innerhalb des Abdeckteils in Umfangsrichtung angeordnet sind und welche dazu eingerichtet sind, verbundene Enden jeweiliger Haarnadelverbindungen zu verbinden, welche an der Unterseite des Statorkerns freiliegen. Die Verbindungskappen ermöglichen, dass ein Verschweißen der jeweiligen Enden der Haarnadelverbindungen unterbleiben kann. Das Abdeckteil ist als Isolierung ausgebildet, mittels welcher freiliegende Bereiche oder die verbundenen Enden der Haarnadelverbindungen nach außen hin isoliert sind.
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Darüber hinaus ist aus der
DE 10 2012 219 668 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors bekannt, bei welchem mehrere Haarnadelspulen in mehreren Schlitzen angeordnet werden. Jeweilige zu verbindende Haarnadelspulen werden in einen Hohlraum eines elektrisch leitfähigen Verbinders eingesteckt, wodurch die Haarnadelspulen miteinander verbunden werden. Über den Verbinder wird eine Isolierkappe angeordnet, um den Verbinder vor einem Kontakt mit anderen elektrisch leitfähigen Materialien zu schützen. Mittels des Verbinders werden in benachbarten Schlitzen angeordnete Haarnadelspulen miteinander verbunden.
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Des Weiteren ist aus der
DE 10 2017 214 958 A1 eine Verschaltungsanordnung für eine elektrische Maschine bekannt. Die Verschaltungsanordnung umfasst mehrere axial versetzte, scheibenförmige Schaltringe, wobei jeder Schaltring zur Kontaktierung einer Wicklung eingerichtet ist. Ein jeweiliger Schaltring kann mehrere radiale Anschlussabschnitte zur Kontaktierung einer Wicklung aufweisen, wobei die Anschlussabschnitte eines oder verschiedener Schaltringe bevorzugt in gleichen axialen Höhen bezüglich der Drehachse der zugeordneten elektrischen Maschine liegen. Hierbei sind die Anschlussabschnitte zusätzlich axial ausgestellt, ragen also aus der Erstreckungsebene senkrecht zur Drehachse der elektrischen Maschine axial weg.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stator für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Bereitstellen eines Stators für eine elektrische Maschine zu schaffen, mittels welchen ein besonders einfaches Verbinden jeweiliger Haarnadelwicklungen ermöglicht wird und der zugeordnete Stator besonders kompakt ausgebildet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stator für eine elektrische Maschine sowie durch ein Verfahren zum Bereitstellen eines Stators für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen sowie in der folgenden Beschreibung angegeben.
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Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine mit einem Blechpaket mit mehreren Ausnehmungen, in welchen jeweils mehrere Haarnadelwicklungen aufgenommen sind. Darüber hinaus umfasst der Stator eine Verbindungseinrichtung, mittels welcher vorgegebene Haarnadelwicklungen elektrisch miteinander verbindbar und von weiteren Haarnadelwicklungen elektrisch isolierbar sind. Die Verbindungseinrichtung ermöglicht somit eine elektrische Kontaktierung von vorgegebenen Haarnadelwicklungen, um jeweilige Spulen des Stators einzustellen. Um ein besonders einfaches Kontaktieren der jeweiligen Haarnadelwicklungen zu ermöglichen und hierbei eine besonders kompakte Ausgestaltung des Stators sicherzustellen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbindungseinrichtung als Kontaktring ausgebildet ist, welcher sämtliche Haarnadelwicklungen zumindest über einen Längenbereich umfangsseitig umschließt. Des Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass innerhalb des Kontaktrings die Haarnadelwicklungen gleich wie in ihrer Anordnung innerhalb der Ausnehmungen relativ zueinander angeordnet sind. Das bedeutet, dass ein Verbiegen der Haarnadelwicklungen, um jeweilige zu verbindende Haarnadelwicklungen für ein Kontaktieren nebeneinander anzuordnen, zumindest im Wesentlichen unterbleiben kann. Die Haarnadelwicklung verlaufen somit aus den Ausnehmungen heraus in den Kontaktring herein zumindest im Wesentlichen gerade. Dadurch, dass die Haarnadelwicklungen von den Ausnehmungen bis in den Kontaktring herein zumindest im Wesentlichen gerade ausgebildet sind, kann ein Vorhalten eines Bereichs für Biegungen der Haarnadelwicklungen bei deren Umbiegen, wie es im Stand der Technik erfolgt, unterbleiben. Hierdurch kann der Stator besonders kompakt ausgebildet werden. Darüber hinaus ermöglicht die Verbindungseinrichtung, dass die Haamadelwicklungen ohne Verschweißen miteinander kontaktiert werden können. Insbesondere können die jeweiligen Enden der Haarnadelwicklungen in dem Kontaktring ausgenommen sein, so dass der Kontaktring die Enden der Haarnadelwicklungen zu einer Umgebung des Stators hin umschließt. Der Kontaktring kann somit als Deckel für zumindest eine Seite des Stators dienen.
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Für das elektrische Verbinden der Haarnadelwicklungen miteinander hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Kontaktring von Kontaktleitungen durchzogen ist, mittels welchen jeweilige Haarnadelwicklungen miteinander elektrisch verbunden sind. Bei den Kontaktleitungen kann es sich beispielsweise um leitende Drähte handeln, welche in den Kontaktring eingebettet sind und mittels welchen die Haarnadelwicklungen in dem von dem Kontaktring umgebenen Bereich miteinander elektrisch verbindbar sind. Mittels der Kontaktleitungen sind in unterschiedlichen Ausnehmungen angeordnete Haarnadelwicklungen über den Kontaktring elektrisch miteinander verbindbar. Die Kontaktleitungen ermöglichen, dass ein Verbiegen der Haarnadelwicklungen für ein elektrisches Verbinden der Haarnadelwicklungen unterbleiben kann. Über die Kontaktleitungen sind die Haarnadelwicklungen besonders einfach miteinander verbindbar, wobei über die Kontaktleitungen insbesondere komplizierte Verschaltungen der Haarnadelwicklungen besonders einfach umsetzbar sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Kontaktring wenigstens einen Kühlkanal aufweist, welcher von einem Kühlmedium durchströmbar ist. Bei dem Kühlmedium handelt sich sich insbesondere um ein Kühlfluid. Mittels des Kühlmediums ist Wärme von dem Kontaktring und/oder den Kontaktleitungen und/oder den Haarnadelwicklungen aufnehmbar, um den Kontaktring und/oder die Haarnadelwicklungen und/oder die Kontaktleitungen zu kühlen. Insbesondere kann der Kontaktring ein Zulaufelement und ein Ablaufelement aufweisen, wobei über das Zulaufelement das Kühlmedium in den wenigstens einen Kühlkanal einströmbar und über das Ablaufelement das Kühlmedium aus dem wenigstens einen Kühlkanal ausströmbar ist. Insbesondere weist der Kontaktring mehrere Kühlkanäle auf, welche für eine gleichmäßige Kühlung des Kontaktrings gleichmäßig über den Kontaktring verteilt sind. Hierbei können die mehreren Kühlkanäle als Kühlkanalnetz ausgebildet sein. Der wenigstens eine Kühlkanal ermöglicht somit eine besonders vorteilhafte Temperierung des Kontaktrings und/oder der Haarnadelwicklungen sowie der Kontaktleitungen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Kontaktring eine schwammartige Struktur aufweist, welche von dem Kühlmedium durchströmbar. Das bedeutet, dass der Kontaktring porös ausgebildet ist, wobei durch jeweilige Poren des Kontaktrings das Kühlmedium hindurch strömen kann. Bei dem Kühlmedium handelt es sich insbesondere um Öl. Mittels des Öls ist der Kontaktring beziehungsweise sind die Haarnadelwicklungen beziehungsweise sind die Kontaktleitungen auf einem besonders hohen Temperaturniveau kühlbar. Die schwammartige Struktur ermöglicht ein besonders gleichmäßiges Durchströmen des Kontaktrings von dem Kühlmedium, wodurch eine besonders gleichmäßige Kühlung erzielt werden kann. Die schwammartige Struktur kann insbesondere durch ein Aufschäumen eines Materials, aus welchem der Kontaktring herzustellen ist, bei der Herstellung des Kontaktrings erzeugt werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Bereitstellen eines Stators für eine elektrische Maschine, bei welcher in jeweilige Ausnehmungen eines Blechpakets jeweils mehrere Haarnadelwicklungen aufgenommen werden. Bei dem Verfahren ist es des Weiteren vorgesehen, dass vorgegebene Haarnadelwicklungen mittels einer Verbindungseinrichtung elektrisch miteinander verbunden und von weiteren Haarnadelwicklungen elektrisch isoliert werden. Mittels der Verbindungseinrichtung können somit aus den jeweiligen vorgegebenen Haarnadelwicklungen jeweilige Haarnadelspulen gruppiert werden. Um ein besonders einfaches Verbinden der Haarnadelwicklungen sowie eine besonders kompakte Bauweise des Stators zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels der als Kontaktring ausgebildeten Verbindungseinrichtung sämtliche Haarnadelwicklungen zumindest über einen Längenbereich umfangsseitig umschlossen werden und dass innerhalb des Kontaktrings die Haarnadelwicklungen gleich wie in ihrer Anordnung innerhalb der Ausnehmungen relativ zueinander angeordnet werden. Das bedeutet, dass die Haarnadelwicklungen zumindest im Wesentlichen gerade von den jeweiligen Ausnehmungen des Blechpakets in den Kontaktring geführt werden, wobei ein Verbiegen der Haarnadelwicklungen in einem sich von den Ausnehmungen des Blechpakets bis zu dem Kontaktring erstreckenden Bereich zumindest im Wesentlichen unterbleibt. Jeweilige in den Ausnehmungen nebeneinander angeordnete Haarnadelwicklungen sind somit innerhalb des Kontaktrings ebenfalls nebeneinander angeordnet. Dieser Kontaktring kann von mehreren Kontaktleitungen durchzogen sein, mittels welchen die zu verbindenden Haarnadelwicklungen elektrisch miteinander kontaktiert sind. Der Kontaktring ermöglicht ein besonders einfaches Verschalten der Haarnadelwicklungen, ohne dass ein Umbiegen der Haarnadelwicklungen um jeweilige miteinander zu verbindende Haarnadelwicklungen aneinander anliegend anzuordnen, notwendig ist. Somit können mittels des Kontaktrings die Haarnadelwicklungen besonders einfach miteinander verbunden werden. Darüber hinaus ermöglicht der Kontaktring eine besonders kompakte Bauweise des Stators, da ein Längenbereich der Haarnadelwicklungen für das Umbiegen der Haarnadelwicklungen nicht vorzuhalten ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Kontaktring additiv gefertigt wird. Hierbei kann der Kontaktring beispielsweise dreidimensional gedruckt werden. Unter dem additiven Fertigen des Kontaktrings ist zu verstehen, dass der Kontaktring schichtweise aufgebaut wird. Dabei kann der Kontaktring beispielsweise aus einem isolierenden Kunststoff gefertigt sein. Das additive Fertigen des Kontaktrings ermöglicht ein besonders präzises Anpassen des Kontaktrings an die zu verbindenden Haarnadelwicklungen. Darüber hinaus handelt es sich bei der additiven Fertigung um ein besonders einfaches und kostengünstiges Produktionsverfahren für den Kontaktring.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Kontaktring um die Haarnadelwicklungen herum additiv gefertigt wird. Das bedeutet, dass der Kontaktring an die Haarnadelwicklungen heran schichtweise gefertigt wird. Der Kontaktring ist somit genau an die Haarnadelwicklungen angepasst. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Haarnadelwicklungen besonders sicher von dem Kontaktring umfangsseitig umschlossen sind, wobei der Kontaktring umfangsseitig der Haarnadelwicklungen in dem Längenbereich vollständig an den Haarnadelwicklungen anliegt. Hierdurch wird eine sichere Kontaktierung der Haarnadelwicklungen mittels des Kontaktrings sowie eine sichere Isolierung der Haarnadelwicklungen durch den Kontaktring ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Kontaktring aus Keramik hergestellt wird. Bei Keramik handelt es sich um ein besonders temperaturbeständiges Material. Beispielsweise ist der Kontaktring aus Keramik additiv fertigbar. Der aus Keramik gebildete Kontaktring ist aufgrund seiner hohen Temperaturbeständigkeit besonders langlebig.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn bei der Herstellung wenigstens ein Kanal vorgehalten wird, welcher nach Aushärten der Keramik mit einem leitenden Material angefüllt wird. Das in dem wenigstens einen Kanal angeordnete leitende Material kann die wenigstens eine Kontaktleitung zum Verbinden der Haarnadelwicklungen bereitstellen. Das leitende Material kann beispielsweise in einem flüssigen Zustand in den wenigstens einen Kanal eingegossen werden und in dem wenigstens einen Kanal aushärten, um die wenigstens eine Kontaktleitung bereitzustellen. Über das Eingießen des leitenden Materials in den wenigstens einen in dem Kontaktring vorgehaltenen Kanal sind die Kontaktleitungen besonders einfach und positionsgenau in den Kontaktring einbringbar.
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Es hat sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, wenn der wenigstens eine Kühlkanal in den Kontaktring gebohrt wird. Alternativ kann der Kühlkanal beim additiven Fertigen des Kontaktrings vorgehalten werden. Das Bohren des wenigstens einen Kühlkanals nach dem Herstellen des Kontaktrings bietet den Vorteil, dass der Kontaktring hergestellt werden und anschließend der wenigstens eine Kühlkanal in Abhängigkeit von Fertigungstoleranzen relativ zum Kontaktring positioniert und gebohrt werden kann. Hierdurch kann beim Einbringen des wenigstens einen Kühlkanals in den Kontaktring eine jeweilige Fertigungstoleranz für den Kontaktring beachtet werden. Der wenigstens eine Kühlkanal kann somit besonders vorteilhaft auf die von dem Kontaktring umschlossenen Haarnadelwicklungen beziehungsweise deren Positionen innerhalb des Kontaktrings angepasst werden, so dass ein direkter Kontakt zwischen dem Kontaktring und den jeweiligen Haarnadelwicklungen innerhalb des Kontaktrings zumindest im Wesentlichen vermieden werden kann. Hierdurch kann vermieden werden, dass bei einem Betrieb des Stators ein den wenigstens einen Kühlkanal durchströmendes Kühlmedium in Kontakt mit wenigstens einer der Haarnadelwicklungen gerät. Hierdurch kann ein besonders sicherer Betrieb des Stators ermöglicht werden.
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Bei dem Verfahren werden somit Drahtenden jeweiliger Haarnadelwicklungen der elektrischen Maschine nicht wie üblich entsprechend jeweiliger Kontaktierungen verbogen und dann direkt miteinander elektrisch verbunden, sondern die elektrische Kontaktierung der Haarnadelwicklungen erfolgt über den Kontaktring. Für die elektrische Kontaktierung werden unverbogene Haarnadelwicklungen in den Kontaktring gesteckt, über welchen eine elektrische Kontaktierung der Haarnadelwicklungen wie bei einer Leiterplatine verläuft. Der Kontaktring ermöglicht besonders umfangreiche Verschaltungsmöglichkeiten der Haarnadelwicklungen. Der Kontaktring wirkt somit wie eine ringförmige Leiterplatte, mittels welcher die einzelnen Haarnadelwicklungen entsprechend der Kontaktleitungen in dem Kontaktring miteinander kontaktiert werden.
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Alternativ zur additiven Fertigung des Kontaktrings kann der Kontaktring gegossen werden. Unabhängig von einer Herstellungsart des Kontaktrings sind in dem Kontaktring die Kontaktleitungen enthalten, mittels welchen Kontaktbereiche der Haarnadelwicklungen untereinander entsprechend einer Wicklungsverschaltung beziehungsweise eines vorgegebenen Wickelschematas miteinander verbunden und elektrisch kontaktiert werden. Bei dem Kontaktring handelt es sich somit um eine ringförmige Leiterplatine mit entsprechender Auslegung der Kontaktleitungen zur Stromführung und Spannungssicherheit.
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Eine Kontaktierung der Haarnadelwicklungen mit dem Kontaktring kann über Laserschweißen und/oder über Steck- und Steckschneidverbindungen erfolgen.
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Der wenigstens eine Kühlkanal in dem Kontaktring kann Teil eines geschlossenen Kühlkreislaufs sein oder offen ausgebildet sein, wodurch eine Durchflutung des Kontaktrings mit dem Kühlmedium ermöglicht wird, durch welche der Kontaktring und gegebenenfalls zusätzlich ein Wickelkopf des Stators kühlbar ist. Jeweilige Kontaktierungen zwischen dem Kontaktring und den Haarnadelwicklungen können über jeweilige Öffnungen des Kontaktrings erfolgen, in welche die Haarnadelwicklungen eingesteckt sind. Hierbei können die Haarnadelwicklungen derart durch die Öffnungen hindurchragen, dass jeweilige Enden der Haarnadelwicklungen auf einer dem Blechpaket abgewandten Seite des Kontaktrings aus dem Kontaktring herausragen. Diese Enden der Haarnadelwicklungen können von außen mit dem Kontaktring kontaktiert werden, beispielsweise über Laserschweißen. Alternativ können die Öffnungen des Kontaktrings nicht durchgehend ausgebildet sein, so dass die Enden der Haarnadelwicklungen lediglich in den Kontaktring eingesteckt und nicht durch den Kontaktring hindurchgesteckt sind. Bei dem Einstecken der jeweiligen Haarnadelwicklungen in die Öffnungen des Kontaktrings können die Haarnadelwicklungen mit dem Kontaktring über jeweilige Steckverbindungen kontaktiert sein. Bei dem Verfahren zum Bereitstellen des Stators für die elektrische Maschine können die jeweiligen Haarnadelwicklungen über Kontaktleitungen miteinander verbunden werden und anschließend die Haarnadelwicklungen in dem Längenbereich sowie die Kontaktleitungen mit dem Kontaktring umgeben werden, beispielsweise indem der Kontaktring um die Längenbereiche der Haarnadelwicklungen sowie die Kontaktleitung gegossen wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Draufsicht eines Teils eines Stators für eine elektrische Maschine, wobei der Stator ein Blechpaket mit einer Vielzahl von den mehreren Ausnehmungen des Blechpakets angeordneten Haarnadelwicklungen aufweist, welche miteinander zu verschalten sind, und
- 2 einen Querschnitt eines über jeweilige Enden der Haamadelwicklungen aufgesteckten Kontaktrings, mittels welchem Haarnadelbindungen aus unterschiedlichen Ausnehmungen des Blechpakets miteinander elektrisch verbindbar sind und die Haarnadelwicklungen von weiteren Haarnadelwicklungen, mit welchen die Haarnadelwicklungen nicht zu verbinden sind, sowie zu einer Umgebung der Spule hin elektrisch isoliert sind.
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Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Draufsicht eines Stators 10 einer elektrischen Maschine gezeigt. Hierbei ist ein Ausschnitt des Stators 10 vergrößert dargestellt. Der Stator 10 umfasst ein in den Figuren nicht dargestelltes Blechpaket mit mehreren Ausnehmungen 14. In den Ausnehmungen 14 des Blechpakets sind jeweilige Haarnadelwicklungen 12 angeordnet. Die Haarnadelwicklungen 12 können aus Kupfer gebildet sein. In 1 sind die jeweiligen Haarnadelwicklungen 12 jeweiligen Ausnehmungen 14 des Blechpakets zugeordnet gruppiert. Jeweils eine Reihe an in 1 dargestellten Haarnadelwicklungen 12 ist in einer gemeinsamen Ausnehmung 14 angeordnet. Jeweilige in den Zeilen nebeneinander angeordnete Haarnadelwicklungen 12 sind in zueinander benachbarten Ausnehmungen 14 angeordnet. Entsprechend eines Schaltplans sind zum Bereitstellen jeweiliger Haarnadelspulen in jeweiligen benachbarten Ausnehmungen 14 angeordnete Haarnadelwicklungen 12 elektrisch miteinander zu verbinden.
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Beim momentanen Stand der Technik werden jeweilige Enden der Haarnadelwicklungen geweitet, verschränkt und in der Regel paarweise miteinander verschweißt. Das Schränken der Haarnadelwicklungen erfordert einen gewissen axialen Bauraum der Spule und verlängert somit den Stator entlang dessen axialer Richtung. Aufgrund des Stators des Stands der Technik ist ein gegebener Bauraum in einem die elektrische Maschine umfassenden Fahrzeug für eine aktive Länge eines Motors besonders gering. Darüber hinaus sind Werkzeuge zum Verschränken der Enden der Haarnadelwicklungen 12 aufwendig und teuer und können immer nur für einen bestimmten Motorentyp der elektrischen Maschine eingesetzt werden. Naturgemäß unterliegt eine Position der geschränkten Enden der Haarnadelwicklungen gewissen Schwankungen, was ein Vorbereiten und Ausführen von darauffolgenden Schweißprozessen besonders aufwendig gestalten kann. Somit gibt es beim Stand der Technik relativ wenig Gestaltungsspielraum beim elektrischen Verschalten der Haarnadelwicklungen.
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Um ein besonders einfaches elektrisches Verbinden der Enden der Haarnadelwicklungen 12 sowie eine besonders kompakte Bauweise des Stators 10 zu ermöglichen, ist ein Kontaktring 16 als Verbindungseinrichtung vorgesehen, mittels welcher vorgegebene Haarnadelwicklungen 12 elektrisch miteinander verbindbar und von weiteren Haarnadelwicklungen 12 elektrisch isolierbar sind. Der Kontaktring 16 kann aus einem Kunststoff oder aus Keramik gefertigt sein. Mittels des Kontaktrings 16 sind jeweilige Haarnadelwicklungen 12 durch benachbarte Ausnehmungen 14 miteinander verbindbar, ohne dass die Enden der Haarnadelwicklungen 12 umzubiegen sind. Hierfür ist es vorgesehen, dass die Enden der Haarnadelwicklungen 12 innerhalb des Kontaktrings 16 und/oder an einer dem Blechpaket abgewandten Seite des Kontaktrings 16 relativ zueinander genauso angeordnet sind wie innerhalb des Blechpakets, insbesondere innerhalb der Ausnehmungen 14 des Blechpakets. Die Haarnadelwicklungen 12 erstrecken sich somit zumindest im Wesentlichen gerade aus den Ausnehmungen 14 des Blechpakets heraus bis in den Kontaktring 16 hinein. Ein Verbiegen der Haarnadelwicklungen 12 zum Herstellen der elektrischen Verbindungen zwischen den Haarnadelwicklungen 12 kann somit bei Verwendung des Kontaktrings 16 vermieden werden.
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Innerhalb des Kontaktrings 16 sind mehrere Kontaktleitungen 18 vorgesehen, über welche die miteinander elektrisch zu verbindenden Haarnadelwicklungen 12 miteinander verbindbar sind beziehungsweise insbesondere verbunden sind. Die Kontaktleitungen 18 sind aus einem elektrisch leitenden Material gebildet. Zum Verbinden der Haarnadelwicklungen 12 mittels des Kontaktrings 16 können die Haarnadelwicklungen 12 mittels der Kontaktleitungen 18 verbunden werden und anschließend der Kontaktring 16 um die zu verbindende Bereiche der Haarnadelwicklungen 12 sowie die Kontaktleitungen 18 herum aufgebaut werden, insbesondere durch Gießen oder additives Fertigen des Kontaktrings 16. Alternativ kann erst der Kontaktring 16 gefertigt werden und anschließend die Kontaktleitungen 18 in den Kontaktring 16 eingebracht werden. Der Kontaktring 16 kann beabstandet von den Haarnadelwicklungen 12 hergestellt werden oder an die Haarnadelwicklungen 12 angegossen beziehungsweise an die Haarnadelwicklungen 12 additiv gefertigt werden. Bei einem beabstandeten Fertigen des Kontaktrings 16 kann dieser nach dessen Fertigung auf die Haarnadelwicklungen 12 aufgesteckt werden, wobei beim Fertigen des Kontaktrings 16 jeweilige Öffnungen vorzuhalten sind, in welche die Haarnadelwicklungen 12 einsteckbar, insbesondere hindurchsteckbar sind.
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Zum Einbringen der wenigstens einen Kontaktleitung 18 in den Kontaktring 16 können die Kontaktleitungen 18 positioniert und anschließend der Kontaktring 16 um die Kontaktleitungen 18 herum aufgebaut werden. Alternativ kann der Kontaktring 16 gefertigt werden, wobei bei dessen Herstellung wenigstens ein Kanal vorgehalten wird, in welchen die jeweiligen Kontaktleitungen 18 eingebracht werden. Hierbei kann zum Einbringen der Kontaktleitungen 18 der wenigstens eine bei der Herstellung des Kontaktrings 16 vorgehaltene Kanal nach Aushärten des Kontaktrings 16 mit einem leitenden Material, insbesondere in flüssiger Form des leitenden Materials angefüllt werden, wobei das leitende Material anschließend in dem wenigstens einen Kanal aushärtet.
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Der Kontaktring 16 ist aus einem isolierenden Material gebildet. Hierbei kann der Kontaktring 16 massiv ausgebildet sein oder eine schwammartige Struktur aufweisen, welche von einem Kühlmedium durchströmbar ist, wodurch der Kontaktring 16 kühlbar ist. Mittels des Kühlmediums ist Wärme von dem Kontaktring 16 aufnehmbar, wodurch der Kontaktring 16 sowie die Haarnadelwicklungen 12 gekühlt werden können. Für eine besonders vorteilhafte Kühlung des Kontaktrings 16 kann wenigstens ein Kühlkanal 20 in dem Kontaktring 16 vorgesehen sein, welcher von dem Kühlmedium durchströmbar ist. Der wenigstens eine Kühlkanal 20 kann beim Fertigen des Kontaktrings 16 vorgehalten werden oder nach einem additiven Aufbauen oder Gießen des Kontaktrings 16 in den Kontaktring 16 eingebracht werden, insbesondere durch Bohren. Über den wenigstens einen Kühlkanal 20 ist das Kühlmedium durch den Kontaktring 16 hindurchführbar. Hiermit kann das Kühlmedium in einem geschlossenen Kühlkreislauf geführt werden oder jeweilige offen ausgebildete Kühlkanäle 20 durchströmen und anschließend in eine Umgebung des Stators 10 entweichen. Der Kontaktring 16 ist insbesondere direkt auf das Blechpaket des Stators 10 auflegbar, so dass der Kontaktring 16 an dem Blechpaket anliegt. Hierdurch kann eine besonders kompakte Bauweise des Stators 10 erreicht werden.
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Bei einer Herstellung des Stators 10 kann der Kontaktring 16 aus dem isolierenden Material gemeinsam mit den Kontaktleitungen 18 dreidimensional gedruckt werden. Anschließend wird der Kontaktring 16 auf die Enden der Haarnadelwicklungen 12 aufgesteckt, welche unverschränkt sind. Der Kontaktring 16 kann durch Laserschweißen mit den einzelnen Enden der Haarnadelwicklungen 12 kontaktiert werden. Eine elektrische Verschaltung der einzelnen Haarnadelwicklungen 12 erfolgt über die Kontaktleitungen 18 im Inneren des Kontaktrings 16. Alternativ zum gemeinsamen additiven Fertigen des Kontaktrings 16 mit den Kontaktleitungen 18 kann der Kontaktring 16 aus einem keramischen Material dreidimensional gedruckt werden, wobei der Kontaktring 16 von Kanälen durchzogen ist, welche entsprechend einer vorgegebenen Verschaltung der zu verbindenden Haarnadelwicklungen 12 innerhalb des Kontaktrings 16 ausgerichtet sind. In einem zweiten Schritt können diese Kanäle mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt beziehungsweise ausgegossen werden. Das elektrisch leitende Material kann in einem pastösen Zustand in die Kanäle eingebracht werden, wobei das elektrisch leitende Material in den Kanälen aushärtet. Das pastöse Material kann mit Drähten durchsetzt sein.
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Durch ein direktes Aufdrucken des Kontaktrings 16 auf die in den Ausnehmungen 14 des Blechpakets angeordneten Haarnadelwicklungen 12 kann ein nachträgliches Kontaktieren der Haarnadelwicklungen 12 und des Kontaktrings 16 entfallen.
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Der beschriebene Stator 10 sowie das Verfahren zum Bereitstellen des Stators 10 haben zum Vorteil, dass ein Schränken und gegebenenfalls ein Weiten der Haarnadelwicklungen 12 entfallen kann, wodurch eine Wickelkopfhöhe des Stators 10 im Vergleich zum Stand der Technik erheblich reduziert werden kann. Darüber hinaus ermöglicht der Kontaktring 16 umfangreiche Möglichkeiten, die Haarnadelwicklungen 12 miteinander zu verschalten. Darüber hinaus wäre eine Änderung der Verschaltung der Haarnadelwicklungen 12 mittels des Kontaktrings 16 besonders einfach möglich. In den Kontaktring 16 können die Kühlkanäle 20 eingebracht werden beziehungsweise kann der Kontaktring 16 die von dem Kühlmedium durchströmbare schwammartige Struktur aufweisen, welche im Betrieb der elektrischen Maschine eine besonders vorteilhafte Kühlung des Kontaktrings 16 mittels Öls als Kühlmedium ermöglicht. Der Kontaktring 16 kann bei einer Verwendung von I-Pins auf einander gegenüberliegenden Seiten des Blechpakets eingesetzt werden, wodurch der Stator 10 in axialer Richtung besonders kompakt ausgebildet ist. Darüber hinaus ermöglicht der Kontaktring 16, dass Sonderpins und Busbars direkt kontaktiert werden können.
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Insgesamt zeigt die Erfindung, wie ein dreidimensionaler gedruckter oder gegossener Schaltring, vorliegend der Kontaktring 16, als Wickelkopfverschaltung des Stators 10 bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0077636 A1 [0002]
- DE 102012219668 A1 [0003]
- DE 102017214958 A1 [0004]
