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Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine mit einer als Steckwicklung ausgeführten Wicklung, die Steckelemente umfasst, die in Statornuten angeordnet sind. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer Steckwicklung.
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Stand der Technik
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2014 221 951 A1 ist eine Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine mit einer als Steckwicklung ausgebildeten Wicklung bekannt, wobei die Steckelemente jeweils U-förmig mit einem Brückenabschnitt und zwei davon abstehenden Schenkelabschnitten ausgebildet sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein die Herstellung und/oder Montage eines Stators für eine elektrische Maschine mit einer als Steckwicklung ausgeführten Wicklung, die Steckelemente umfasst, die in Statornuten angeordnet sind, zu vereinfachen.
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Die Aufgabe ist bei einem Stator für eine elektrische Maschine mit einer als Steckwicklung ausgeführten Wicklung, die Steckelemente umfasst, die in Statornuten angeordnet sind, dadurch gelöst, dass die Steckelemente als Leiterstäbe ausgeführt sind, die mit ihren entgegengesetzten Enden auf entgegengesetzten Seiten aus den Statornuten herausragen. Die Leiterstäbe sind vorzugsweise als im Wesentlichen längliche Leiterkörper ausgeführt, die sich gradlinig, das heißt nicht gebogen oder gekrümmt, durch die Statornuten hindurch erstrecken. Dadurch werden sowohl die Herstellung als auch die Montage der Steckelemente erheblich vereinfacht.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstäbe als Stanzteile ausgeführt sind. Die als Stanzteile ausgeführten Leiterstäbe sind einfach und kostengünstig in großen Stückzahlen herstellbar. Die Leiterstäbe können gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel als Formleiterbahnen ausgebildet sein. Die Leiterstäbe haben zum Beispiel einen rechteckigen Querschnitt. Die Leiterstäbe sind vorteilhaft platzfüllend, insbesondere in Reihen in den Statornuten angeordnet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstäbe einen dreieckigen Querschnitt aufweisen. Dreieckiger Querschnitt bedeutet, dass die Leiterstäbe vorzugsweise einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisen. Das heißt, die Leiterstäbe haben zumindest ein spitzes Ende, das auch abgeflacht sein kann. Ansonsten können die Ecken des dreieckigen Querschnitts der Leiterstäbe auch abgerundet ausgeführt sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstäbe, im Querschnitt betrachtet, platzfüllend in entgegengesetzten Richtungen in den Statornuten ausgerichtet sind. So können besonders vorteilhaft in einer Statornut mehr Leiterstäbe platzfüllend untergebracht werden als in herkömmlichen Anordnungen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stators ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leiterstäbe in einer Vormontagebaugruppe zusammengefasst sind. Dadurch wird die Herstellung, insbesondere die Montage, der Leiterstäbe weiter vereinfacht. Die Leiterstäbe können in der Vormontagebaugruppe zwischen ihren entgegengesetzten Enden von einem Isoliermaterial umgeben sein. Zur elektrischen Isolierung können die Leiterstäbe zwischen ihren entgegengesetzten Enden mit einer Lackschicht versehen sein. Die elektrische Isolierung dient insbesondere dazu, einen unerwünschten Kurzschluss zwischen den Leiterstäben zu verhindern.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Stators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstäbe der Vormontagebaugruppe zwischen ihren entgegengesetzten Enden mit einem Kunststoffmaterial umspritzt sind. Die Umspritzung mit dem Kunststoffmaterial kann zusätzlich oder alternativ zur Isolierung vorgesehen werden. Besonders vorteilhaft wird die Umspritzung mit dem Kunststoffmaterial auch dazu verwendet, die Leiterstäbe voneinander elektrisch zu isolieren. Zur Umspritzung kann zum Beispiel ein Kunststoffmaterial verwendet werden, das zur Verstärkung Glasfasern enthält. Bei dem Kunststoffmaterial kann es sich um Polyamid handeln. Bei dem Kunststoffmaterial kann es sich aber auch um ein Polyphenylensulfid mit der Kurzbezeichnung PPS handeln. Je nach Ausführung können die Leiterstäbe zwischen ihren entgegengesetzten Enden auch mit einem Gießharz umgossen sein, wie es auch zur Isolierung der Leiterstäbe verwendet wird.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Steckwicklung ist die vorab angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass Leiterstäbe ausgestanzt werden. Ein geeignetes Leiterstabmaterial ist zum Beispiel auf einer Rolle vorbereitet. Bei dem Leiterstabmaterial handelt es sich zum Beispiel um ein geeignetes Elektroblechmaterial, das zum Beispiel mit einem fotoempfindlichen Lack beschichtet ist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die ausgestanzten Leiterstäbe in einer Vormontagebaugruppe zusammengefasst werden, bevor die Vormontagebaugruppe in einer Statornut angeordnet wird. Die vorgefertigte Baugruppe wird bei der Montage einfach in die Statornut eingeschoben. Zur Erleichterung der Montage ist vorteilhaft etwas Spiel zwischen der Vormontagebaugruppe und der Statornut vorgesehen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstäbe der Vormontagebaugruppe mit einem insbesondere isolierenden Kunststoffmaterial umspritzt werden. Zu diesem Zweck werden die Leitstäbe zum Beispiel in ein geeignetes Spritzgusswerkzeug eingelegt und mit dem insbesondere isolierenden Kunststoffmaterial umspritzt.
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So können auf einfache Art und Weise entsprechende Vormontagebaugruppen in großen Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Leiterstab und/oder eine Vormontagebaugruppe für einen vorab beschriebenen Stator. Der Leiterstab und die Vormontagebaugruppe sind separat handelbar.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektrische Maschine mit einem vorab beschriebenen Stator. Die elektrische Maschine dient besonders vorteilhaft zum elektrischen Antrieb eines Luftverdichters in einem Brennstoffzellensystem.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Luftverdichters, der durch eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator angetrieben ist;
- 2 einen Leiterstab, der ein Steckelement einer Steckwicklung in dem Stator aus 1 darstellt, in einer Draufsicht;
- 3 eine Vormontagebaugruppe, in der insgesamt sechs Leiterstäbe zusammengefasst sind, in einem Querschnitt;
- 4 die Vormontagebaugruppe aus 3 in einer Seitenansicht;
- 5 ein Stator mit einer Statornut, in der die Vormontagebaugruppe aus den 3 und 4 angeordnet ist;
- 6 eine ähnliche Darstellung wie in 5 mit einer Vormontagebaugruppe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
- 7 eine schematische Darstellung einer Anlage zum Herstellen von Leiterstäben für eine Steckwicklung mit einem Stanzwerkzeug;
- 8 eine vereinfachte Darstellung des Stanzwerkzeugs aus 7 in einer Untersicht; und die
- 9 und 10 weitere Ausführungsbeispiele eines Stanzwerkzeugs, wie es in 8 dargestellt ist.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein Luftverdichter 1 schematisch dargestellt, der durch eine elektrische Maschine 2 angetrieben ist. Der Luftverdichter 1 dient in einem (nicht dargestellten) Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung von Luft, die einer Brennstoffzelle zugeführt wird.
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Die elektrische Maschine 2 umfasst einen Rotor 3, der in einem Stator 4 drehbar ist. Der Stator 4 umfasst eine in 1 nur angedeutete Statornut 6. Eine Wicklung 10 des Stators 4 ist als Steckwicklung mit Leiterstäben 11, 12, 13 ausgeführt. Die Leiterstäbe 11, 12, 13 stellen Steckelemente der als Steckwicklung ausgeführten Wicklung 10 dar.
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Die Leiterstäbe 11, 12 ragen mit ihren entgegengesetzten Enden auf entgegengesetzten Seiten aus der Statornut 6 heraus. Die in 1 linken Enden der Leiterstäbe 11, 12, 13 sind in einem Verbindungsbereich 7 angeordnet. Die in 1 rechten Enden der Leiterstäbe 11, 12, 13 sind in einem Verbindungsbereich 8 angeordnet. Nach außen wird der Stator 4 von einem Gehäuse 5 begrenzt.
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In 2 ist ein Leiterstab 20 in einer Draufsicht dargestellt. An seinen entgegengesetzten Enden 21, 22 ist der Leiterstab 20 mit jeweils einer Anschlusslasche ausgestattet. Die Gestalt der Enden 21, 22 des Leiterstabs 20 wird zum Beispiel mit einem Stanzwerkzeug erzeugt, wie es in 9 mit 61 oder in 10 mit 62 bezeichnet ist.
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Durch ein Rechteck 25 ist in 2 angedeutet, dass der Leiterstab 20 einen rechteckigen Querschnitt hat. Durch Symbole 23, 24 ist in 2 angedeutet, dass der Leiterstab 20 zwischen seinen Enden 21, 22 mit einem elektrisch isolierenden Lack beschichtet ist. An den Enden 21, 22 ist dagegen keine elektrische Isolierung vorgesehen. An den Enden 21, 22 wird der Leiterstab 20 im eingebauten Zustand elektrisch kontaktiert.
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In den 3 und 4 ist eine Vormontagebaugruppe 30 in verschiedenen Ansichten dargestellt. In der Vormontagebaugruppe 30 sind sechs Leiterstäbe 31 bis 36 zusammengefasst. Die Leiterstäbe 31 bis 36 sind so oder so ähnlich ausgeführt wie der in 2 dargestellte Leiterstab 20.
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Die Leiterstäbe 31 bis 36 sind in ein Kunststoffmaterial 37 eingebettet. Bei dem Kunststoffmaterial 37 handelt es sich zum Beispiel um ein Polyamid, in das Glasfasern eingebettet sein können.
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Bei der Herstellung der Vormontagebaugruppe 30 werden die Leiterstäbe 31 bis 36 in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und in dem geschlossenen Spritzgusswerkzeug mit dem Kunststoffmaterial 37 umspritzt. Die entgegengesetzten Enden der Leiterstäbe 31 bis 36 sind, wie man in 4 sieht, nicht mit dem Kunststoffmaterial 37 umspritzt.
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In 5 ist ein Stator 40 mit Statornuten 39 dargestellt. Die Statornuten 39 werden jeweils von zwei Statorzähnen 41, 42 und einem Statorjoch 43 begrenzt. In der Statornut 39 ist eine Vormontagebaugruppe 30 angeordnet, wie sie in den 3 und 4 dargestellt ist.
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In 6 ist ein ähnlicher Stator 44 wie in 5 dargestellt. Im Unterschied zu dem in 5 dargestellten Stator 40 ist bei dem in 6 dargestellten Stator 44 in einer Statornut 45 eine Vormontagebaugruppe 51 mit vier Leiterstäben 46 bis 49 angeordnet.
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Die Leiterstäbe 46 bis 49 haben einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt. Ein spitzes Ende des dreieckigen Querschnitts ist abgestumpft. Die abgestumpften spitzen Enden der dreieckigen Querschnitte der Leiterstäbe 47, 49 und 46 sind in 6 nach unten gerichtet.
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Im Unterschied dazu ist das abgestumpfte spitze Ende des dreieckigen Querschnitts des Leiterstabs 47 in 6 nach oben gerichtet.
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Der Leiterstab 47 ist besonders platzsparend zwischen den Leiterstäben 48 und 49 in der Statornut 45 angeordnet. Die den spitzen Enden der Querschnitte der Leiterstäbe 46, 47 gegenüberliegenden Seiten sind einander zugewandt. So können die insgesamt vier Leiterstäbe 46 bis 49 besonders platzfüllend in der Statornut 45 untergebracht werden.
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In 7 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Steckwicklung mit Leiterstäben, wie sie in den 2 bis 6 dargestellt sind, veranschaulicht. Ein geeignetes Leiterstabmaterial 55, das vorzugsweise mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen ist, wird auf einer Rolle 54 bereitgestellt.
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Bei dem Leiterstabmaterial 55 handelt es sich zum Beispiel um ein Elektroblechmaterial. Durch einen Pfeil 56 ist in 7 angedeutet, dass das Leiterstabmaterial 55 zunächst einer Belichtungseinrichtung 57 zugeführt wird.
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Mit Hilfe der Belichtungseinrichtung 57 kann eine lichtsensible Schicht elektrisch isolierend gemacht werden. Mit Hilfe der Belichtungseinrichtung 57 können Anschlussbereiche an den Enden der Leiterstäbe elektrisch kontaktierbar gemacht werden.
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Danach wird das Leiterstabmaterial 55 einem Stanzwerkzeug 58 zugeführt. Durch das Stanzwerkzeug 58 werden die Leiterstäbe, wie durch einen Pfeil 59 in 7 angedeutet ist, abgelängt.
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In 8 ist gezeigt, dass das Stanzwerkzeug 58 rechteckig ausgeführt sein kann. In den 9 und 10 sieht man, dass das Stanzwerkzeug 61, 62 auch mit Ausnehmungen versehen sein kann, um zum Beispiel eine Anschlusslasche an mindestens einem Ende des Leiterstabs zu erzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014221951 A1 [0002]
