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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Stators, insbesondere für einen EC-Motor, sowie auf einen Stator und eine elektrische Maschine hergestellt nach diesem Verfahren nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Mit der
DE 102017201178A1 ist ein Stator einer elektrischen Maschine bekannt geworden, bei dem ein Lamellenpaket aus einzelnen ausgestanzten Blechlamellen axial geschichtet ausgebildet ist. Dabei sind in einem radial äußeren Jochbereich Stanzpaketierungen ausgebildet, die die einzelnen Blechlamellen axial miteinander verbinden. Zum Zusammenfügen der einzelnen Lamellenpaket-Segmente sind an diesen in Tangentialrichtung laschenförmige Fortsätze ausgeformt, die in korrespondierende tangentiale Aussparungen eingreifen. Nachteilig ist bei dieser Ausführung ist, dass eine solche Geometrie der laschenförmigen Fortsätze ungeeignet ist für die Herstellung des Stators mittels Precut-Technologie, bei der die einzelnen Lamellenpaket-Segmente an einer Sollbruchstelle getrennt werden, und danach wieder exakt an der gleichen Stelle aneinandergefügt werden.
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In der
DE 10 2017 201 178 A1 ist Stator beschrieben, der aus einzelnen T-förmigen Statorsegmenten zusammengesetzt ist. Hierbei sind im Bereich der Zahnschuhe in Umfangsrichtung Verschränkungen ausgebildet. Nachteilig ist jedoch bei solch einer Einzelzahnfertigung, dass jede Lamellenschicht mittels einem separaten, unterschiedlichen Stanzwerkzeug hergestellt werden muss, was die Herstellung eines solchen Einzelzahn-Stators sehr aufwändig macht.
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Diese Nachteile sollen durch die erfindungsgemäße Lösung behoben werden, wobei die magnetischen Flussverluste im Jochbereich der Lamellenpakete kostengünstig minimiert und gleichzeitig das Rastmoment an den Zahnschuhen reduziert werden sollen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Herstellung eines Statorgrundkörpers mittels des sogenannten „Precut“-Verfahren die Vorteile eines frei zugänglich zu bewickelnden Zahnschaftes mit den Vorteilen eines Statorjochs verbunden werden, zwischen dessen einzelnen T-Segmenten nur ein minimaler Fügespalt verbleibt. Dabei werden alle T-förmigen Blechlamellen gleichzeitig aus einer einzigen Blechschicht beim Stanzen in einem ersten Schritt nur fast getrennt, und in einem zweiten Schritt wieder axial in die ursprüngliche Position zurückgedrückt. Dadurch wird eine Sollbruchstelle an den Trennstellen im Jochbereich geschaffen, wobei die einzelnen T-Segmente über den gesamten Umfang noch als Statorgrundkörper miteinander verbunden bleiben. Beim Stanzen werden die einzelnen Blechschichten bevorzugt mittels den Stanzpaketierungen axial miteinander verbunden. Unmittelbar vor dem Bewickeln der Zahnschäfte werden die einzelnen T-förmigen Segmente aus dem Statorgrundkörper vereinzelt. Nach dem Bewickeln der Zahnschäfte werden die vereinzelten T-Segmente wieder in der ursprünglichen Position zu einem Kreisring zusammengefügt, wobei die Sollbruchstellen wieder exakt tangential ineinandergreifen. Dadurch werden die magnetischen Flussverluste im Statorjoch minimiert. Gleichzeitig kann das Rastmoment - verursacht durch die Motortopologie - dadurch reduziert werden, dass die Kontur der Zahnschuhe der unterschiedlichen Lamellenschichten in Umfangsrichtung gegeneinander verdreht sind, um einen verschränkten Zahnschuh-Bereich zu bilden. Diese Verschränkung nur der Zahnschuhe kann sehr günstig mittels dem mehrstufigen Precut-Stanzwerkzeug realisiert werden, bei dem lediglich der Stempelkranz für die Zahnschuh-Nuten für die unterschiedlichen Lamellenschichten verdreht wird. Dadurch sind für die unterschiedlichen Lamellenschichten keine unterschiedlichen Stanzwerkzeuge notwendig, was die Herstellung des Stators deutlich kostengünstiger macht.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Die Verbindungsnase eines ersten Lamellensegments erstreckt sich dabei in Tangentialrichtung von einer tangentialen Seitenfläche des Jochbereichs, die sich näherungsweise in Radialrichtung erstreckt. Die Verbindungsnase greift in die korrespondierende Ausnehmung an der Seitenfläche eines benachbarten zweiten Lamellensegments. Mittels der Precut-Technik werden diese beiden benachbarten Lamellensegmente beim Stanzen nicht vollständig abgeschert, sondern nur bis zu einem axialen Versatz von beispielsweise 20 bis 80%. Danach wird das erste Lamellensegment wieder axial gegenüber dem zweiten Lamellensegment zurück gedrückt, so dass beide Lamellensegmente wieder in der gleichen axialen Lage der ursprünglichen Blechschicht liegen. Dadurch ist eine Sollbruchstelle zwischen den benachbarten Jochbereichen geschaffen, die sich in Radialrichtung entlang deren seitlichen Begrenzungslinien liegen. Die Verbindungsnase mit der korrespondierenden Ausnehmung sind dabei als Teil dieser Begrenzungslinie ausgebildet. Durch diese Technik kann der Fügespalt zwischen den Statorsegmenten nach deren Bewickeln minimiert werden, wodurch die magnetischen Flussverluste zwischen den Jochbereichen minimiert werden.
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Durch die Verwendung eines drehbaren Stanzstempels als Bestandteil des mehrstufigen Stanzwerkzeugs, kann mit demselben Werkzeug ein unterschiedlicher Winkelversatz zwischen den Lamellensegmenten unterschiedlicher Schichten beliebig eingestellt werden. So kann die Verschränkung des Zahnschuhbereichs in einfacher Weise an die Motortopologie und die axiale Länge der Statorsegmente angepasst werden (Anzahl der Lamellenschichten). Dabei kann der maximale Verschränkungswinkel, der durch die Motortopologie bestimmt wird, auf den entsprechenden Winkelversatz entsprechend der Anzahl der Lamellenschichten eingestellt werden.
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Das mehrstufige Stanzwerkzeug weist Stanzbereiche auf, die für jede Lamellenschicht identische Zahnschäfte und Jochbereiche und Innendurchmesser ausstanzt. Der drehbare Stempelkranz variiert nur die Zahnschuh-Nut der unterschiedlichen Lamellenschichten, und damit die Kontur der Zahnschuhe. Dabei ist es für das saubere Ausstanzen des Zahnschuhs vorteilhaft, wenn zuerst der drehbare Stanzstempel die Zahnschuh-Nuten aus dem Blech stanzt bevor die andere Stanzbereiche des Werkzeugs die Geometrie des Wickelraums beziehungsweise der Zahnschäfte oder des Innendurchmessers ausstanzt.
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Besonders vorteilhaft ist das Herstellungsverfahren für einen Stator mit 12 oder 18 Statorzähnen. Bei diesen Anwendungen liegt der maximale Verschränkungswinkel der verschränkten Zahnschuhbereiche im Bereich von 2° - 7°. Besonders bevorzugt wird ein maximaler Winkel (80) von 5,8° bis 6,2° für einen 12/10 Motortopologie, oder von 4,1° bis 4,5° für einen 12/14 Motortopologie, oder von 2,7° bis 3,0° für einen 18/14 Motortopologie.
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Gemäß einer bevorzugten Ausbildung ist der maximale Verschränkungswinkel zwischen den beiden Endlamellen des Stators ausgebildet. Dabei ist insbesondere der Zahnschuh mit jeder Lamellenschicht um den gleichen Winkelversatz gedreht ausgebildet. Somit kommt jede Winkellage für die Kontur des Zahnschuhs über die gesamte axiale Länge des Stators nur genau einmal vor, was einer linearen Schrägung entspricht. In einer alternativen Ausgestaltung sind die Lamellenschichten nach einem ersten axialen Bereich mit einem maximalen Verschränkungswinkel in einem zweiten axialen Bereich mit dem gleichen maximalen Verschränkungswinkel in die Gegenrichtung verdreht. Somit liegen die Konturen der Zahnschuhe an beiden Endlamellen deckungsgleich. Dies hat den Vorteil, dass die Verschränkung in Axialrichtung eine Symmetrie aufweist, die Fertigungsungenauigkeiten des Stators und/oder des Rotors ausgleichen und die Rotormagnete axial im Stator zentrieren.
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Wird an der radial inneren Flanke der Verbindungsnase (zum Zahnschuh hin) ein innerer Kreisbogenabschnitt ausgestanzt, dessen Kreismittelpunkt radial innerhalb des Jochbereichs des Statorsegments liegt, können zwei benachbarte Statorsegmente mit minimalem Kraftaufwand vereinzelt werden, ohne dass deren Verbindungsnasen bei der Vereinzelung deformiert werden. Dadurch, dass die Form der Verbindungsnase bei der Vereinzelung der T-Segmente erhalten bleibt, können die T-förmigen Statorsegmente nach deren Bewickeln auch wieder sehr exakt zusammengefügt werden, so dass in Tangentialrichtung zwischen den einzelnen T-Segmenten nur ein minimaler Fügespalt verbleibt. Dadurch können magnetische Flussverluste, und auch die Geräuschentwicklung einer elektrischen Maschine wirkungsvoll reduziert werden. Erstrecken sich beispielsweise die Zahnschäfte der T-Segmente eines Innenläufermotors radial nach innen, können die benachbarten T-Segmente auch dann deformationsfrei vereinzelt werden, wenn dabei die Zahnschäfte gegenüber der radial verlaufenden Begrenzungslinie verkippt werden. Bewegen sich beispielsweise die radial inneren Zahnfüße der Zahnschäfte bezüglich der Tangentialrichtung stärker auseinander, als die zugehörigen Jochbereiche, kann gewährleistet werden, dass die radiale Innenkontur der Verbindungsnase beim Vereinzeln nicht an der korrespondierenden Ausnehmung reibt. Ist der Kreismittelpunkt der radialen Innenkontur der Verbindungsnase radial innerhalb der Verbindungsnase angeordnet, wird durch die relativ starke Kreiskrümmung der inneren Flanke gewährleistet, dass auch beim Verkippen der T-Segmente um den Außenumfang des Jochbereichs die innere Flankenkontur einen Spalt zur korrespondierenden Ausnehmung bildet. Dadurch kann zuverlässig verhindert werden, dass bei einer unerwünschten Verkippung der T-Segmente bei deren Vereinzelung die T-förmigen Segmente am Fügespalt deformiert werden.
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Die radial innere Flankenkontur der Verbindungsnase ist vorteilhaft so ausgebildet, dass der äußere Kreismittelpunkt dieser radial inneren Flankenkontur einen tangentialen Abstand zu der radial verlaufenden Begrenzungslinie der Seitenfläche des Jochbereichs aufweist. Dadurch kann verhindert werden, dass es bei einem Verkippen der Statorsegmente bei deren Vereinzelung zu einem Hinterschnitt der Verbindungsnase zu der dazugehörigen Ausnehmung kommt. Dadurch kann gewährleistet werden, dass es auch bei einer nicht optimalen, tangentialen Trennrichtung bei der Vereinzelung nicht zu einer Deformation der Verbindungsnase und/oder der Ausnehmung kommt. Dadurch können die Störungen des magnetischen Flusses zwischen zwei benachbarten zusammengefügten T-Segmenten minimiert werden.
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Ist auch der innere Kreismittelpunkt für den äußeren Kreisbogenabschnitt der Verbindungsnase mit einem tangentialen Abstand zur radialen Begrenzungslinie des Jochbereichs angeordnet, kann ebenfalls wieder zuverlässig eine Deformation der Verbindungsnase bei der Vereinzelung der T-Segmente verhindert werden. In einer bevorzugten Ausführung ist der äußere Kreisbogenabschnitt radial spiegelsymmetrisch zum inneren Kreisbogenabschnitt der Verbindungsnase ausgebildet. Dabei ist insbesondere der radial innere Kreismittelpunkt radial fluchtend zum radial äußeren Kreismittelpunkt mit einem radialen Abstand zueinander angeordnet.
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In einer Ausführung weist die Verbindungsnase an ihrem tangential äußersten Ende eine ebene Fläche auf, die näherungsweise in Radialrichtung verläuft. Dies ergibt eine zusätzliche definierte Führung beim Zusammenfügen der benachbarten T-Segmente, da diese abgeflachte Fläche der Verbindungsnasen parallel zur radialen Begrenzungslinie zwischen den beiden Jochbereichen verläuft.
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Die Verbindungsnase ist bevorzugt nicht genau radial mittig im Jochbereich angeordnet, sondern von der Mitte radial nach außen versetzt zum äußeren Umfang hin. Dabei liegt der radiale Abstand zwischen dem Außenumfang des Jochbereichs und der radial äußeren Flanke der Verbindungsnase in der Größenordnung der tangentialen Höhe und/oder der radialen Breite der Verbindungsnase. Dadurch verbleibt im radial inneren Bereich ein radial längerer gerader Abschnitt der Begrenzungslinie, als im radial äußeren Bereich, was sich positiv auf den ungestörten magnetischen Fluss zwischen den benachbarten T-Segmenten auswirkt.
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Beim Stanzen der Blechlamellen werden die einzelnen Statorsegmente besonders vorteilhaft in einem Arbeitsgang mittels Stanzpaketierungen axial mit den benachbarten Blechlamellen verbunden. Dadurch entfällt ein zusätzlicher Verbindungsprozess zwischen den axial geschichteten Blechlamellen. Die Stanzpaketierungen halten die Lamellensegmente der einzelnen Statorsegmente nach deren Vereinzelung zuverlässig axial aneinander, so dass deren Zahnschäfte in einfacher Weise mittels einem Spulendraht bewickelt werden können. Dabei können beispielsweise auch mehrere Statorsegmente mittels eines ununterbrochenen Spulendrahts durchgehend bewickelt werden. Die Stanzpaketierungen sind bevorzugt als längliche Sicken ausgebildet, deren Längsrichtung besonders günstig entlang der Magnetfeldlinien im T-Segment ausgerichtet sind.
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Durch die Ausbildung einer speziellen Geometrie der Verbindungsnasen der T-förmigen Statorsegmente können diese nach deren Bewickeln wieder mit minimalen Fügespalten zu einem ringförmigen Statorkörper über den gesamten Kreisumfang zusammengefügt werden können. Dabei ist die Geometrie der Verbindungsnasen - und der dazu korrespondierenden Ausnehmungen für die Verbindungsnasen - für das sogenanntes „Precut-Fertigungsverfahren“ optimiert, bei dem die einzelnen Blechlamellen-Schichten quasi in einem Vollschnitt mit vordefinierten Sollbruchstellen zwischen den einzelnen Statorsegmenten ausgestanzt werden. Danach werden die einzelnen Statorsegmente aus dem Statorgrundkörper vereinzelt, damit deren Zahnschäfte frei zugänglich bewickelt werden können. Dadurch kann ein höherer Nutfüllfaktor erzielt werden, der die Effizienz der elektrischen Maschine erhöht.
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Zum Vereinzeln der T-Segmente werden in besonders einfacher Weise Trennkeile axial in die Nuten des Statorgrundkörpers eingeführt. Dadurch wird eine tangentiale Trennkraft zwischen benachbarten Zahnsegmenten bewirkt, die eine Trennung der Statorsegmente an der Sollbruchstelle bewirken. Weicht die durch die Trennkeile bewirkte Trennkraft von einer exakten Tangentialrichtung ab, können die T-förmigen Zahnsegmente leicht gegeneinander verkippen, so dass die Jochbereiche an ihrem Außenumfang und an ihrem Innendurchmesser unterschiedlich stark voneinander weg bewegt werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Trennkeile die Zahnschäfte im Bereich ihrer Zahnfüße schneller oder stärker spreizen als im radialen Außenbereich der Zahnschäfte. Aufgrund der erfindungsgemäßen Geometrie der Verbindungsnase führen jedoch auch solche suboptimale Trennkräfte zu keiner Verformung der Verbindungsnase oder der korrespondierenden Aufnahme.
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Als besonders vorteilhaft können die T-förmiges Statorsegmente zu einem ringsegmentförmigen Stator zusammengesetzt werden, wobei jeweils die Jochbereiche in Tangentialrichtung aneinander anliegen. Vom Joch erstrecken sich radial die Zahnschäfte nach innen. Auf den Zahnschäften ist jeweils eine elektrische Spule gewickelt, die dann am Zahnschuh einen in Radialrichtung wirkenden Magnetpol ausbildet. Die elektrische Spule ist bevorzugt als Einzelzahnspule ausgebildet, die auf eine auf das Statorsegment aufgesetzte Isoliermaske aufgewickelt ist. Die Zahnschuhe bilden einen über den Umfang verschränkten Zahnschuhbereich, um das Rastmoment zu reduzieren. Derart verschränkte Magnetpole führen zu einem sehr gleichmäßigen Antrieb eines Rotors.
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Der Statorkörper kann sehr kostengünstig als Teil einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors ausgebildet werden. Dazu ist bevorzugt axial oberhalb der Statorsegmente eine Steuerelektronik angeordnet, durch die die einzelnen elektrischen Spulen miteinander verschaltet sind. Dabei sind die Wicklungen der Statorsegmente bevorzugt als Einzelzahnwicklung ausgebildet. Die Einzelzahnspulen können in verschiedener Weise zu einem elektronisch kommutierbaren Elektromotor verschaltet werden. Bei dieser Ausführung kann innerhalb der Zähne ein Rotor angeordnet werden, in dem beispielsweise Permanentmagnete angeordnet sind.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 schematisch einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine, mit T-förmigen Statorsegmenten,
- 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs eines erfindungsgemäßen Statorsegments gemäß 1,
- 3 eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Statorgrundkörpers mit verschränkten Polschuhbereichen, und
- 4 schematisch eine radiale Ansicht auf eine weitere Ausführung eines vereinzelten Statorsegments.
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1 zeigt als erfindungsgemäße elektrische Maschine 12 einen elektrisch kommutierten EC-Motor 13. Die elektrische Maschine 12 weist radial außen einen Stator 14 mit einem Statorkörper 16 auf. Der Statorkörper 16 ist aus einzelnen T-förmigen Statorsegmenten 22 zusammengesetzt, die radial außen einen Jochbereich 24 aufweisen, von dem sich radial nach innen ein Zahnschaft 26 erstreckt. Am radial inneren Ende der Zahnschäfte 26 sind Zahnschuhe 28 ausgebildet, die dann die Magnetpole für den radial innerhalb des Stators 14 gelagerten Rotor 15 ausbilden. Auf den Statorsegmenten 22 sind jeweils Isoliermasken 56 angeordnet, die dann mit einer elektrischen Wicklung 58 umwickelt sind. In diesem Ausführungsbeispiel weist jedes Statorsegment 22 als elektrische Wicklung 58 eine Einzelzahnspule 59 auf, die über eine nicht dargestellte Verschaltungsanordnung mit einer Steuerelektronik der elektrischen Maschine 12 verbunden sind. Dabei können beispielsweise auch zwei - oder mehrere Statorsegmente 22 mit einem ununterbrochenen Wickeldraht bewickelt sein. Der Statorkörper 16 weist einen Statorgrundköper 17 auf, der aus einzelnen Lamellenschichten 21 zusammengesetzt ist, die axial übereinandergestapelt sind. Dadurch sind die einzelnen Statorsegmente 22 aus einzelnen T-förmigen Lamellensegmenten 20 zusammengesetzt. Mehrere Statorsegmente 22 (beispielsweise 12 Stück) bilden über den gesamten Umfang den Statorkörper 16, der beispielweise in ein nicht dargestelltes Motorgehäuse eingesetzt wird. Die einzelnen Statorsegmente 22 sind durch seitliche Begrenzungslinien 40 voneinander getrennt, die sich näherungsweise in Radialrichtung 7 vom Außenumfang 25 des Jochbereichs 24 zu dessen Innendurchmesser 23 erstrecken. An einer ersten Begrenzungslinie 40 eines Statorsegments 22 erstreckt sich in Umfangsrichtung 9 eine Verbindungsnase 30, die im zusammengebauten Zustand in eine korrespondierende Ausnehmung 31 eines benachbarten Statorsegments 22 eingreift. Der Rotor 15 in 1 weist mehrere Permanentmagnete 60 auf, die in einem Rotorgrundkörper 62 aufgenommen sind. Die Permanentmagnete 62 sind hier beispielweise an der radialen Oberfläche des Rotorgrundkörpers 62 angeordnet. In Umfangsrichtung 9 zwischen den Permanentmagneten 60 sind hier Haltestege 64 am Rotorgrundkörper 62 ausgebildet, die die vorzugsweise in Radialrichtung 7 magnetisierten Permanentmagnete 60 in Umfangsrichtung 9 voneinander trennen. Im Ausführungsbeispiel sind die Permanentmagnete 60 schalenförmig ausgebildet, so dass der Außenumfang 66 des Rotors 15 näherungsweise kreisförmig ausgebildet ist. Insbesondere sind auf dem Rotor 15 acht Permanentmagnete 60 angeordnet, die mit den zwölf durch die Statorsegmente 22 gebildeten Statorpole zusammenwirken. Die Ansicht in 1 zeigt einen Querschnitt durch den bewickelten Stator 14, wobei diejenige Lamellenschicht 21 dargestellt ist, bei der die Polschuhe 28 mit einer symmetrischen Kontur 82 zu den Zahnschäften 26 ausgebildet sind.
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Ein vergrößerter Teil des Jochbereichs 24 eines Lamellensegments 20 mit der Verbindungsnase 30 mit deren konkreter Geometrie ist in 2 dargestellt. Der Jochbereich 24 der Lamellensegmente 20 weist einen Außenumfang 24 und einen Innendurchmesser 23 auf. Sowohl der Außenumfang 25 als auch der Innendurchmesser 23 können Bereiche aufweisen, die von einem Kreisbogen abweichen. Beispielweise können axiale Nuten 68 oder eine Sinuskontur oder ebene Flächen 70 am Außenumfang 25 und/oder am Innendurchmesser 23 integriert sein. Entscheidend für die Anordnung und für die Form der Verbindungsnase 30 ist jedoch der Innendurchmesser 23 und der Außenumfang 25 im Bereich der seitlichen Begrenzungslinie 40 des Jochbereichs 24 zum benachbarten Lamellensegment 20 hin. Die seitliche Begrenzungslinie 40 verläuft hier über den größten Teil ihrer Erstreckung genau in Radialrichtung 7. Von der seitlichen Begrenzungslinie 40 erstreckt sich die Verbindungsnase 30 in Umfangsrichtung 9, wo sie in eine entsprechende Ausnehmung 31 des benachbarten Lamellensegments 20 eingreift - wie dies in 1 dargestellt ist. Die Verbindungsnase 30 weist eine radiale Innenflanke 33 auf, die als innerer Kreisbogenabschnitt 35 ausgebildet ist. Ein äußerer Kreismittelpunkt 37 dieses inneren Kreisbogenabschnitts 35 liegt mit einem radialen Abstand 47 innerhalb des Außenumfangs 25 - in dieser speziellen Ausbildung insbesondere innerhalb der radialen Erstreckung, d. h. der Breite 72 der Verbindungsnase 30. Des Weiteren ist der äußere Kreismittelpunkt 37 mit einem tangentialen Abstand 44 zur seitlichen Begrenzungslinie 40 angeordnet. Dabei erstreckt sich der innere Kreisbogenabschnitt 35 in Umfangsrichtung 9 bis zum äußeren Kreismittelpunkt 37 und geht dann über einen tangentialen Übergangsbereich 74 in die seitliche Begrenzungslinie 40 über.
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Bei dieser Ausführung ist insbesondere auch eine radiale Außenflanke 34 der Verbindungsnase 30 als äußerer Kreisabschnitt 36 ausgebildet. Dessen innerer Kreismittelpunkt 38 ist mit einem radialen Abstand 48 außerhalb des Innendurchmessers 23 des Jochbereichs 24 angeordnet. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel ist der innere Kreismittelpunkt 38 ebenfalls innerhalb der radialen Breite 72 der Verbindungsnase 30 angeordnet. Bevorzugt weist der innere Kreismittelpunkt 38 ebenfalls einen Abstand 44 zur seitlichen Begrenzungslinie 40 auf, der dem Abstand 44 zwischen dem äußeren Kreismittelpunkt 37 und der seitlichen Begrenzungslinie 40 entspricht. In der gezeigten Ausführung ist der äußere Kreisbogenabschnitt 36 bezüglich der Axialrichtung 8 symmetrisch zum inneren Kreisbogenabschnitt 35 ausgebildet. Die Symmetrieebene wird dabei durch eine Mittellinie 75 durch die Verbindungsnase 30 entlang der Umfangsrichtung 9 gebildet. Auch der äußere Kreisbogenabschnitt 36 ist über einen tangentialen Übergangsbereich 74 an die seitlich Begrenzungslinie 40 angebunden. Die Verbindungsnase 30 weist an ihrem tangentialen Ende eine ebene Fläche 42 auf, die sich näherungsweise in Radialrichtung 7, und damit parallel zur seitlichen Begrenzungslinie 40 erstreckt. Die Verbindungsnase 30 ist mit einem radialen Abstand 50 zwischen dem Außenumfang 25 und der radialen Außenflanke 34 außerhalb der radialen Mitte des Jochbereichs 24 angeordnet. Beispielsweise beträgt der Abstand 50 etwa die gleiche Dimension wie die radiale Breite 72 oder eine tangentiale Höhe 71 der Verbindungsnase 30. Entsprechend ist ein radialer Abstand 51 zwischen dem Innendurchmesser 23 und der radialen Innenflanke 33 größer ausgebildet als der äußere radiale Abstand 50. Die korrespondierende Ausnehmung 31 des benachbarten Lamellensegments 20 - bzw. an der in Umfangsrichtung 9 gegenüberliegenden seitlichen Begrenzungslinie 40 des gleichen Lamellensegments 20 - weist eine zu dieser Verbindungsnase 30 korrespondierende Geometrie auf. Die seitliche Begrenzungslinie 40 mit der Verbindungsnase 30 - beziehungsweise der gegenüberliegenden Ausnehmung 31 - wird dabei mit der identischen Stanzkante des Stanzwerkzeugs hergestellt. Dabei wird jedes einzelne Lamellensegment 20 am Jochbereich 24 gemäß dem Precut-(oder Kiri-Make)-Verfahren in einem ersten Schritt mittels dieser Stanzkante axial nicht vollständig abgetrennt, und in einem zweiten Schritt zur Ausbildung einer Sollbruchstelle 41 wieder axial in die ursprüngliche Position zurückgedrückt. Dadurch entsteht ein über den gesamten Umfang geschlossener Statorgrundkörper 17, der erst zum Bewickeln der einzelnen T-förmigen Statorsegmente 22 vereinzelt wird. Die Sollbruchstellen 41 zwischen den einzelnen Lamellensegmenten 20 verlaufen dabei entlang der seitlichen Begrenzungslinien 40.
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In 3 ist ein unbewickelter Statorgrundkörper 17 dargestellt, bei dem die einzelnen Statorsegmente 22 mittels Precut-Technik gestanzt wurden und nun mittels der Sollbruchstellen im Bereich der seitlichen Begrenzungslinien 40 über den gesamten Umfang miteinander verbunden sind. Um den Stator 14 zu bewickeln werden die Statorsegmente 22 vereinzelt, indem diese an den Sollbruchstellen voneinander getrennt werden. Dabei werden die Verbindungsnasen 30 aus den korrespondierenden Ausnehmungen 31 gelöst, ohne dass dabei die radiale Innenflanken 33 oder Außenflanken 34 der Verbindungsnasen 30 und/oder der korrespondierenden Ausnehmungen 31 deformiert werden. Die vereinzelten Statorsegmente 22 werden dann beispielsweise mittels einer Isoliermaske zumindest im Bereich des Zahnschaftes 26 elektrisch isoliert und mit der elektrischen Wicklung bewickelt. Danach werden die einzelnen bewickelten Zahnsegmente 22 wieder gemäß ihrer ursprünglichen Position im unbewickelten Zustand zu dem ringförmigen bewickelten Statorkörper 16 zusammengesetzt. Durch diese Precut-Technik wird der Spalt zwischen den Jochbereichen 24 minimiert, und damit der magnetischen Flussverluste im Stator 14 minimiert. In 3 sind die Zahnschäfte 26 der einzelnen Lamellenschichten 21 deckungsgleich axial übereinander gestapelt. Die Kontur der Zahnschuhe 28 ist jedoch in den verschiedenen Lamellenschichten 21 in Umfangsrichtung 9 gegeneinander versetzt, so dass in Axialrichtung 8 ein verschränkter Zahnschuhbereich 29 ausgebildet ist. An einer ersten Stirnseite 77 des Statorgrundkörpers 17 erstreckt sich eine Start-Kontur 83 des Zahnschuhs 28 im wesentlichen nur in einer Umfangsseite über die tangentiale Begrenzung des Zahnschaftes 26 hinaus, während die Kontur des Zahnschuhs auf der gegenüberliegenden Umfangsseite näherungsweise mit der tangentialen Begrenzung des Zahnschaftes 26 abschließt. In einer anderen Lamellenschicht 21 des verschränkten Zahnschuhbereichs 29 erstreckt sich eine End-Kontur 84 des Zahnschuhs 28 im wesentlichen nur in die gegenüberliegende Umfangsrichtung über die tangentiale Begrenzung des Zahnschaftes 26 hinaus. Diese Verschränkung zwischen der Start-Kontur 83 und der End-Kontur 84 deren beider Lamellenschichten 21 bilden einen maximalen Verschränkungswinkel 80. Axial mittig zwischen der Start-Kontur 83 und der End-Kontur 84 liegt ein Zahnschuh 28 mit symmetrischer Kontur 82, deren Erstreckung in beide gegenüberliegenden Umfangsrichtungen gleich ist. Bei der Ausführung in 3 ist die End-Kontur 84 axial mittig im Statorgrundkörper angeordnet, und an beiden axialen Stirnseiten 77, 78 jeweils eine Start-Kontur 83. Dadurch ist der gesamte axiale verschränkte Zahnschuhbereich 29 in zwei axiale Teile mit entgegengesetzter Verschränkungsrichtung unterteilt. Bei diesem bezüglich der Axialrichtung 8 symmetrisch ausgebildeten verschränkten (V-förmigen) Zahnschuhbereich 29 können fertigungsbedingte störende Axialkomponenten des Magnetpols ausgeglichen werden.
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Zur Herstellung des verschränkten Zahnschuhbereichs 29 eignet sich die Precut-Technik, wobei das Stempelwerkzeug mehrstufig ausgebildet ist und zum Ausstanzen der unterschiedlichen Konturen der Zahnschuhe 28 einen verdrehbaren Stanzstempel aufweist. Der verdrehbare Stanzstempel schneidet in jeder Lamellenschicht 21 eine gleich breite Nut 86 zwischen den Zahnschuhen 28 aus, die beispielsweise mit jeder Lamellenschicht 21 um den Versatzwinkel 85 verdreht ist. Der Zwischenraum zwischen zwei Zahnschäften 26, der Außenumfang 25 und der Innendurchmesser 23 werden mit andere Stanzstempeln des mehrstufigen Stanzwerkzeugs ausgeschnitten. Die tangentiale Begrenzung der Jochbereiche 24 wird wie zu 2 beschrieben mittels Precut-Technik nicht vollständig durchtrennt, sondern die Sollbruchstellen 41 im Statorgrundkörper 17 ausgebildet.
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In 3 sind Stanzpaketierungen 88 dargestellt, mittels denen die einzelnen Lamellensegmente 20 in Axialrichtung 8 miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist eine Stanzpaketierung 88 mit ihrer Längserstreckung in Radialrichtung 7 innerhalb des Zahnschafts 26 angeordnet. Zwei weitere Stanzpaketierungen 88 sind jeweils im Jochbereich 24 angeordnet, wobei deren Längsrichtung einen Winkel zur Umfangsrichtung 9 bilden, und idealerweise entlang der auftretenden Magnetfeldlinien ausgerichtet sind. In einer weiteren Ausführung können die einzelnen Lamellenschichten 21 auch axial mit einander verklebt sein.
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In 4 ist ein Statorsegment 22 nach dem Vereinzeln aus einem Statorgrundkörper 17 entsprechend 3 dargestellt. Die seitliche Begrenzungslinie 40 mit der Verbindungsnase 30 und der korrespondierenden Ausnehmung 31 ist gemäß 3 noch als Sollbruchstelle 41 als Verbindung der beiden Jochbereiche 24 ausgebildet. Um zwei benachbarte Statorsegmente 22 zu trennen, wird in eine Statornut 90 zwischen den beiden Zahnschäften 26 axial ein Trennkeil eingepresst. Dieser Trennkeil erzeugt eine Trennkraft zwischen den beiden Jochbereichen 24, durch die die Sollbruchstelle 41 getrennt wird. Die Trennkraft ist dabei in Umfangsrichtung 9, und damit senkrecht zur radialen Begrenzungslinie 40 ausgerichtet. Durch die entsprechende Ausbildung der radialen Innenflanke 33 (und optional auch der radialen Außenflanke 34) kann sich die Verbindungsnase 30 ohne Deformation aus der Ausnehmung 31 lösen. Die Ausführung des Statorsegments 22 in 4 weist nur einen einfachen verschränkten Zahnschuhbereich 29 auf. Hierbei ist die Startkontur 83 an der ersten Stirnseite 77 maximal gegenüber der End-Kontur 84 an der zweiten Stirnseite 78 verdreht ausgebildet. Somit weisen die beiden Stirnseiten 77, 78 den maximalen Verschränkungswinkel 80 zueinander auf. Die symmetrische Kontur des Zahnschuhs 28 bezüglich der Umfangsrichtung 9 ist hierbei axial in der Mitte des Statorsegments 22 angeordnet.
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Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Formgestaltung der einzelnen Lamellensegmente 20, die Anordnung und Anzahl der Zahnschäfte 26, sowie die Ausbildung der Jochbereiche 24 entsprechend variiert werden. Ebenso kann die Ausbildung des inneren Kreisbogenabschnitts 35 auch ohne die Ausbildung des äußeren Kreisbogenabschnitt 36 realisiert werden, oder die Kontur der Innenflanke 33 kann von der Kontur der Außenflanke 34 abweichen. Auch kann die radiale Lage und die Abmessungen der Verbindungsnase 30 und der korrespondierenden Ausnehmung 31 an die Anforderungen der elektrischen Maschine 12 und deren Fertigungsmöglichkeiten angepasst werden. In einer alternativen Ausführung kann der äußere Kreismittelpunkt 37 auch im Bereich des Außenumfangs 66 oder auch außerhalb des Außenumfangs 66 angeordnet sein, wobei dann die Vereinzelung der Statorsegmente 22 entsprechend angepasst wird. Die Verschränkung der Zahnschuhe 28 mit deren maximalem Verschränkungswinkel 80 wird an die Anzahl der Statorpole und Rotorpole angepasst. Dabei kann auch die konkrete Kontur und die Anzahl der einzelnen Verschränkungslagen der Polschuhe 28 variieren. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für den Drehantrieb von Komponenten oder für die Verstellung von Teilen im Kraftfahrzeug, ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017201178 A1 [0002, 0003]
