DE102020210649A1

DE102020210649A1 - Stator mit einem Verschalteelement

Info

Publication number: DE102020210649A1
Application number: DE102020210649.5A
Authority: DE
Inventors: Frank Schnaiter; Martin Heyder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2022-02-24

Abstract

Bei einem Stator (150) für eine elektrische Maschine, mit einem Statorkern (153), der eine Mehrzahl von Statorzähnen (211 - 219) aufweist, wobei jeder Statorzahn (211 - 219) der Mehrzahl von Statorzähnen (210) mit einer zugeordneten Einzelwicklung (221 - 229) einer Mehrzahl von Einzelwicklungen (220) versehen ist, und wobei die Einzelwicklungen (221 - 229) der Mehrzahl von Einzelwicklungen (220) über Verbindungsleiter (241) zu einer Statorwicklung (157) verschaltet sind, wobei die Verbindungsleiter (241) über ein Verschalteelement (200) geführt und positioniert sind, kann das Verschalteelement (200) in einer Wickelposition in einem ersten vorgegebenen axialen Abstand zum Statorkern (153) angeordnet werden, um ein Verlegen und Verschalten der Verbindungsleiter (241) zu ermöglichen, und ist in einer Betriebsposition in einem zweiten vorgegebenen axialen Abstand zum Statorkern (153) angeordnet, wobei der erste vorgegebene axiale Abstand größer als der zweite vorgegebene axiale Abstand ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, mit einem Statorkern, der eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, wobei jeder Statorzahn der Mehrzahl von Statorzähnen mit einer zugeordneten Einzelwicklung einer Mehrzahl von Einzelwicklungen versehen ist, und wobei die Einzelwicklungen der Mehrzahl von Einzelwicklungen über Verbindungsleiter zu einer Statorwicklung verschaltet sind, wobei die Verbindungsleiter über ein Verschalteelement geführt und positioniert sind.
Aus dem Stand der Technik ist ein derartiger Stator mit einem Verschalteelement bekannt, bei dem das Verschalteelement an einer axialen Stirnseite des Stators angeordnet ist. Dabei ist das Verschalteelement von den Statorzähnen in axialer Richtung beabstandet angeordnet.
Darüber hinaus ist aus dem Stand der Technik ein Stator mit einem Verschalteelement bekannt, bei dem das Verschalteelement an bzw. auf einem Innendurchmesser des Stators angeordnet ist. Dabei verschließt das Verschalteelement zumindest teilweise den Innendurchmesser des Stators.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, mit einem Statorkern, der eine Mehrzahlt von Statorzähnen aufweist, wobei jeder Statorzahn der Mehrzahl von Statorzähnen mit einer zugeordneten Einzelwicklung einer Mehrzahl von Einzelwicklungen versehen ist, und wobei die Einzelwicklungen der Mehrzahl von Einzelwicklungen über Verbindungsleiter zu einer Statorwicklung verschaltet sind, wobei die Verbindungsleiter über ein Verschalteelement geführt und positioniert sind. Das Verschalteelement kann in einer Wickelposition in einem ersten vorgegebenen axialen Abstand zum Statorkern angeordnet werden, um ein Verlegen und Verschalten der Verbindungsleiter zu ermöglichen, und ist in einer Betriebsposition in einem zweiten vorgegebenen axialen Abstand zum Statorkern angeordnet, wobei der erste vorgegebene axiale Abstand größer als der zweite vorgegebene axiale Abstand ist.
Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines Stators, bei dem durch die Anordnung des Verschalteelements in der Wickelposition ein vereinfachtes Wickeln ermöglicht werden kann, und bei dem durch die Anordnung des Verschalteelements in der Betriebsposition eine axiale Baulänge des Stators verringert werden kann. Somit kann ein kompakter Stator bereitgestellt werden.
Bevorzugt weist das Verschalteelement jeweils einen ersten Positionierungsabschnitt zum Positionieren eines Wicklungsanfangs und einen zweiten Positionierungsabschnitt zum Positionieren eines Wicklungsendes einer zugeordneten Einzelwicklung der Mehrzahl von Einzelwicklungen auf.
Somit kann auf einfache Art und Weise eine vereinfachte Wickelabfolge der Einzelwicklungen der Mehrzahl von Einzelwicklungen bei einem maximalen Füllgrad ermöglicht werden.
Vorzugsweise ist der erste Positionierungsabschnitt in einem ersten Radius zu einem Mittelpunkt des Verschalteelements angeordnet und der zweite Positionierungsabschnitt ist in einem zweiten Radius zum Mittelpunkt angeordnet, wobei der erste Radius kleiner als der zweite Radius ist.
Somit kann eine vorgegebene, einfach rekonstruierbare Anordnung der Wicklungsanfänge und Wicklungsenden ermöglicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Positionierungsabschnitt in radialer Richtung des Statorkerns an einem radial inneren Bereich eines Statorzahns angeordnet und der zweite Positionierungsabschnitt ist in radialer Richtung des Statorkerns an einem radial äußeren Bereich eines Statorzahns angeordnet.
Somit kann eine sichere und zuverlässige Anordnung der zugeordneten Wicklungsanfänge an einem radial inneren Bereich des Statorzahns und der zugeordneten Wicklungsenden an einem radial äußeren Bereich des Statorzahns ermöglicht werden, wodurch der maximale Füllgrad des Stators zumindest im Wesentlichen erreicht werden kann.
Das Verschalteelement weist vorzugsweise zumindest ein sich in axialer Richtung erstreckendes Umlenkelement zum Umlenken von zumindest einem Verbindungsleiter auf.
Somit kann auf einfache Art und Weise durch ein Umlenken zumindest eines Verbindungsleiters ein zentraler Bereich des Stators freigehalten werden.
Vorzugsweise weist das Verschalteelement ein gemeinsames Start- und Endelement der Statorwicklung auf.
Somit kann leicht und unkompliziert ein Anschluss der Statorwicklung an eine Elektronik des Stators ermöglicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verschalteelement auf seiner vom Stator abgewandten Stirnseite nutartige Führungsaufnahmen zum Führen der Verbindungsleiter auf.
Somit kann eine sichere und zuverlässige Anordnung der Verbindungsleiter zumindest teilweise innerhalb des Verschalteelements ermöglicht werden, wodurch eine axiale Baulänge des Stators reduziert werden kann.
Vorzugsweise ist das Verschalteelement zumindest annähernd kreisförmig oder ringförmig ausgebildet.
Somit kann auf einfache Art und Weise eine geeignete Bauform des Verschalteelements ermöglicht werden.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Elektromotor mit einem oben beschriebenen Stator.
Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines Elektromotors mit einem Stator, bei dem durch die Anordnung des Verschalteelements in der Wickelposition ein vereinfachtes Wickeln ermöglicht werden kann, und bei dem durch die Anordnung des Verschalteelements in der Betriebsposition eine axiale Baulänge des Stators verringert werden kann. Somit kann ein kompakter Elektromotor bereitgestellt werden.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verschalteelement zum Verschalten einer Mehrzahl von Einzelwicklungen eines Stators zu einer Statorwicklung, mit einem kreis- oder ringförmigen Grundkörper, der an seinem Außenumfang Positionierungsabschnitte aufweist. In Umfangsrichtung des Grundkörpers ist jeweils ein erster Positionierungsabschnitt zum Positionieren eines Wicklungsanfangs und ein darauffolgender zweiter Positionierungsabschnitt zum Positionieren eines Wicklungsendes einer zugeordneten Einzelwicklung der Mehrzahl von Einzelwicklungen vorgesehen.
Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines Verschalteelements, bei dem durch den ersten und zweiten Positionierungsabschnitt eine vereinfachte Wickelabfolge einer zugeordneten Statorwicklung mit einem maximierten Füllgrad ermöglicht werden kann.
Bevorzugt ist der erste Positionierungsabschnitt in einem ersten Radius zu einem Mittelpunkt des Verschalteelements angeordnet und der zweite Positionierungsabschnitt ist in einem zweiten Radius zum Mittelpunkt angeordnet, wobei der erste Radius kleiner als der zweite Radius ist.
Somit kann einfach und unkompliziert eine rekonstruierbare Anordnung der zugeordneten Wicklungsanfänge und Wicklungsenden ermöglicht werden.
Bevorzugt ist der erste Positionierungsabschnitt in radialer Richtung des Statorkerns an einem radial inneren Bereich eines Statorzahns angeordnet und der zweite Positionierungsabschnitt ist in radialer Richtung des Statorkerns an einem radial äußeren Bereich eines Statorzahns angeordnet.
Somit kann eine sichere und exakte Anordnung der zugeordneten Wicklungsanfänge an einem radial inneren Bereich und der zugeordneten Wicklungsenden an einem radial äußeren Bereich eines zugeordneten Statorzahns ermöglicht werden, wodurch der maximale Füllgrad zumindest im Wesentlichen erreicht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform sind auf einer Stirnseite des Verschalteelements nutartige Führungsaufnahmen zum Führen von Verbindungsleitern vorgesehen.
Somit können die Verbindungsleiter zumindest teilweise im Verschalteelement angeordnet werden, wodurch eine axiale Baulänge des Stators reduziert werden kann.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ausbildung einer Statorwicklung eines oben beschriebenen Stators mit einem Verschalteelement. Das Verfahren umfasst zumindest folgende Schritte:

a) Anordnen des Verschalteelements an einem axialen Ende des Stators in dem ersten vorgegebenen axialen Abstand zum Stator in der Wickelposition,
b) Bewickeln der Statorzähne der Mehrzahl von Statorzähnen zur Ausbildung der Einzelwicklungen der Mehrzahl von Einzelwicklungen,
c) Verdrehen des Verschalteelements in Umfangsrichtung des Stators und/oder Verschieben des Verschalteelements in axialer Richtung des Statorkerns, zum Verfahren des Verschalteelements von der Wickelposition in die Betriebsposition.

Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines Verfahrens zur Ausbildung einer Statorwicklung, bei dem durch die Anordnung des Verschalteelements in der Wickelposition und der Betriebsposition durch eine Reduzierung der Komplexität der Wickelabfolge Wickelfehler zumindest weitgehend verhindert werden können. Des Weiteren kann durch die Anordnung des Verschalteelements in der Betriebsposition die axiale Baulänge des Stators reduziert werden. Des Weiteren wird durch die vereinfachte Bewicklung bzw. Ausbildung der Statorwicklung eine Zeitersparnis bei der Produktion ermöglicht.
Figurenliste
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor,
2 eine Draufsicht auf den Stator von 1 mit einem Verschalteelement zum Verschalten von Einzelwicklungen zu einer Statorwicklung,
3 eine vergrößerte Ansicht eines Statorzahns des Stators von 1 und 2 mit einer zugeordneten Einzelwicklung sowie dem Verschalteelement von 2,
4 eine schematische Seitenansicht des Stators von 1 bis 3 mit dem Verschalteelement von 2 und 3 in einer Wickelposition,
5 eine schematische Seitenansicht des Stators mit dem Verschalteelement von 4 in einer Betriebsposition,
6 eine Draufsicht auf den Stator von 2 mit dem Verschalteelement von 2 bis 5,
7 eine Draufsicht auf den Stator von 2 mit einem alternativen Verschalteelement,
8 eine perspektivische Ansicht des Stators von 2 mit einem weiteren Verschalteelement, und
9 eine perspektivische Ansicht des Stators von 8.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den Figuren werden Elemente mit gleicher oder vergleichbarer Funktion mit identischen Bezugszeichen versehen und nur einmal genauer beschrieben.
1 zeigt eine elektrische Maschine 100, die bevorzugt sowohl als Motor, als auch als Generator betrieben werden kann. Die bevorzugt als Elektromotor ausgebildete elektrische Maschine 100 weist vorzugsweise einen Innenrotor 180 und einen Außenstator 150 auf. Der Außenstator 150 weist einen Statorkern 153 auf, an dem eine Statorwicklung 157 angeordnet ist. Dabei kann der Statorkern 153 zumindest abschnittsweise mit einer Kunststoffummantelung versehen sein, die wiederum von einer Mehrzahl von Isolierkörpern ausgebildet sein kann.
Vorzugsweise ist der Außenstator 150 in einem Gehäuse 140 angeordnet. Bevorzugt, aber nicht zwingend, weist das Gehäuse 140 Aluminium auf. Der Au-ßenstator 150 wird nachfolgend zur Vereinfachung der Beschreibung lediglich als der „Stator 150“ bezeichnet.
Es wird darauf hingewiesen, dass die elektrische Maschine 100 in 1 nur schematisch dargestellt ist, da Aufbau und Funktionalität einer geeigneten elektrischen Maschine hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt sind. Somit kann hier zwecks Knappheit und Einfachheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung hiervon verzichtet werden.
2 zeigt den Stator 150 von 1 mit seinem Statorkern 153. Der Statorkern 153 weist eine Mehrzahl von Statorzähnen 210 auf. Illustrativ weist die Mehrzahl von Statorzähnen 210 neun Statorzähne 211 - 219 auf. Vorzugsweise ist jeder Statorzahn 211 - 219 der Mehrzahl von Statorzähnen 210 mit einer zugeordneten Einzelwicklung 221 - 229 einer Mehrzahl von Einzelwicklungen 220 versehen. Illustrativ sind in 2 den neun Statorzähnen 211 - 219 neun Einzelwicklungen 221 - 229 zugeordnet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der Stator 150 auch mehr oder weniger als neun Statorzähne 211 - 219 bzw. Einzelwicklungen 221 - 229 aufweisen kann.
Die Einzelwicklungen 221 - 229 sind vorzugsweise jeweils über einen Verbindungsleiter 241 zur Statorwicklung 157 verschaltet. Hierbei ist die Statorwicklung 157 als durchgewickelte Wicklung ausgebildet, d.h. die Statorwicklung 157 besteht lediglich aus einem einzelnen Wicklungsdraht.
Jede Einzelwicklung 221 - 229 weist vorzugsweise einen Wicklungsanfang (311 in 3) und ein Wicklungsende (312 in 3) auf. Ein Verbindungsleiter 241 verbindet dabei ein Wicklungsende (312 in 3) einer ersten Wicklung, z.B. die Einzelwicklung 211, mit einem Wicklungsanfang (311 in 3) einer zweiten Einzelwicklung, in 2 beispielhaft die Einzelwicklung 217. Der Verbindungsleiter 241 sowie das Wicklungsende und der Wicklungsanfang werden dabei vorzugsweise von dem einzelnen Wicklungsdraht ausgebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass in 2 zwecks Übersichtlichkeit der Zeichnung lediglich ein Verbindungsleiter der illustrativ acht Verbindungsleiter mit der Bezugsziffer 241 gekennzeichnet ist.
Zur Führung und Positionierung der Verbindungsleiter 241 ist bevorzugt ein Verschalteelement 200 vorgesehen. Das Verschalteelement 200 weist vorzugsweise einen Grundkörper 295 auf und ist zumindest annähernd kreisförmig oder ringförmig ausgebildet.
In 2 ist der Grundkörper 295 des Verschalteelements 200 beispielhaft ringförmig mit einer Innenausnehmung 209 ausgebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass in 2 lediglich die Außenkontur und die Innenausnehmung 209 des Verschalteelements 200 dargestellt sind bzw. das Verschalteelement 200 transparent ist. Bevorzugt kann in der Innenausnehmung 209 der Rotor 180 von 1 angeordnet werden.
Das Verschalteelement 200 weist vorzugsweise den Statorzähnen 211 - 219 bzw. den Einzelwicklungen 221 - 229 zugeordnete Abschnitte 201 auf. Somit sind in 2 beispielhaft neun Abschnitte 201 gezeigt, wobei lediglich ein dem Statorzahn 211 zugeordneter Abschnitt mit der Bezugsziffer 201 versehen ist. Nachfolgend wird beispielhaft am Abschnitt 201 die Ausgestaltung der den Statorzähnen 211 - 219 zugeordneten Abschnitte beschrieben. Der Abschnitt 201 weist vorzugsweise einen ersten Positionierungsabschnitt 206 und einen zweiten Positionierungsabschnitt 205 auf. Vorzugsweise bilden der erste Positionierungsabschnitt 206 und/oder der zweite Positionierungsabschnitt 205 eine Außenkontur des Verschalteelements 200 aus.
Bevorzugt ist der erste Positionierungsabschnitt 206 zum Positionieren eines Wicklungsanfangs (311 in 3) und der zweite Positionierungsabschnitt 205 zum Positionieren eines Wicklungsendes (312 in 3) einer zugeordneten Einzelwicklung 221 - 229 ausgebildet. Hierbei ist der erste Positionierungsabschnitt 206 in einem ersten Radius 298 relativ zu einem Mittelpunkt 299 des Verschalteelements 200 angeordnet. Analog dazu ist der zweite Positionierungsabschnitt 205 in einem zweiten Radius 297 relativ zum Mittelpunkt 299 angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Radius 298 kleiner als der zweite Radius 297.
Bevorzugt ist der erste Positionierungsabschnitt 206 in radialer Richtung 203 des Statorkerns 153 an einem radial inneren Bereich eines zugeordneten Statorzahns 211 - 219 der Mehrzahl von Statorzähnen 210 angeordnet. Darüber hinaus ist der zweite Positionierungsabschnitt 205 in radialer Richtung 203 des Statorkerns 153 an einem radial äußeren Bereich des zugeordneten Statorzahns 211 - 219 angeordnet. Hierdurch wird ein Wicklungsanfang (311 in 3) an einem radial inneren Bereich des zugeordneten Statorzahns 211 - 219 angeordnet und ein Wicklungsende (312 in 3) wird an einem radial äußeren Bereich des zugeordneten Statorzahns 211 - 219 angeordnet.
Vorzugsweise weist das Verschalteelement 200 zumindest ein sich in axialer Richtung (402 in 4) erstreckendes Umlenkelement 291 zum Umlenken von zumindest einem Verbindungsleiter 241 auf. In 2 ist das Umlenkelement 291 im Bereich des Statorzahns 211 angeordnet und lenkt einen Verbindungsleiter 241, der die Einzelwicklung 223 des Statorzahns 213 und die Einzelwicklung 228 des Statorzahns 218 verbindet, um. Durch das Umlenken des Verbindungsleiters 241 kann verhindert werden, dass die Innenausnehmung 209 zur Anordnung des Rotors 180 von 1 durch den Verbindungsleiter 241 verdeckt wird. Darüber hinaus weist das Verschalteelement 200 ein gemeinsames Start-/Endelement 290 der Statorwicklung 157 auf. Illustrativ ist das Start-/Endelement 290 im Bereich des Statorzahns 218 angeordnet. Vom Start-/Endelement 290 führt ein Startleiter 231 zum Statorzahn 211. Des Weiteren führt ein Endleiter 232 vom Statorzahn 212 zum Start-/Endelement 290.
In 2 ist eine beispielhafte Wickelabfolge der Statorwicklung 157 von 1 gezeigt. Die nachfolgende Aufzählung der Einzelwicklungen beschreibt die in 2 gezeigte Wickelabfolge. So wird zuerst die Einzelwicklung 221 gewickelt und anschließend die Einzelwicklungen 227, 224, 229, 226, 223, 228, 225, und als Letztes die Einzelwicklung 222. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die gezeigte Wickelabfolge lediglich beispielhaften Charakter hat und nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu sehen ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Außendurchmesser des Verschalteelements 200 kleiner als ein Außendurchmesser des Stators 150 bzw. ein Außendurchmesser der Statorzähne 211 - 219. Jedoch kann der Außendurchmesser des Verschalteelements 200 auch größer als der Außendurchmesser des Stators 150 sein. Des Weiteren kann das Verschalteelement 200 auch bereichsweise unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen. So kann z.B. ein Abschnitt 201 einen größeren Außendurchmesser aufweisen und die weiteren Abschnitte 201 können einen kleineren, vorzugsweise gleichbleibenden Außendurchmesser aufweisen.
Bevorzugt weist der zweite Positionierungsabschnitt 205 eine zumindest annähernd dreieckige Form auf. Der erste Positionierungsabschnitt 206 weist vorzugsweise eine nutartige viereckige Form auf. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Positionierungsabschnitte 205, 206 auch eine beliebig andere Form aufweisen können, z.B. eine runde oder ovale Form.
3 zeigt den Statorzahn 211 von 2 mit der zugeordneten Einzelwicklung 221, sowie dem Abschnitt 201 des Verschalteelements 200 von 2. In 3 sind lediglich die illustrativ links am Statorzahn 211 angeordneten Wicklungslagen der Einzelwicklung 221 dargestellt. Eine erste, illustrativ radial innere Wicklungslage 321 startet an einem radial inneren Bereich des Statorzahns 211 mit einem Wicklungsanfang 311. Dabei wird die erste Wicklungslage 321 vom radial inneren Bereich zum radial äußeren Bereich am Statorzahn 211 in Richtung eines Pfeils 302 gewickelt. Anschließend wird eine weitere mittlere Wicklungslage 322 vom radial äußeren Bereich zum radial inneren Bereich bzw. in Richtung eines Pfeils 303 auf der ersten bzw. inneren Wicklungslage 321 gewickelt. Eine beispielhaft äußere Wicklungslage 323 wird nun abschließend auf der mittleren Wicklungslage 322 vom radial inneren Bereich zum radial äußeren Bereich bzw. in Richtung eines Pfeils 304 gewickelt. Ein Wicklungsende 312 der Einzelwicklung 221 ist dabei nun im Bereich des zweiten Positionierungsabschnitts 205 angeordnet. Ein zugeordneter Verbindungsleiter 241 von 2 wird anschließend in Richtung eines Pfeils 305 zum nächsten Statorzahn geführt.
4 zeigt den Stator 150 mit dem Verschalteelement 200 von 2, wobei das Verschalteelement 200 an einem axialen Ende 401 des Stators 150 angeordnet ist. In 4 ist das Verschalteelement 200 in einer Wickelposition 420 angeordnet. In der Wickelposition 420 ist das Verschalteelement 200 in einem ersten vorgegebenen axialen Abstand 410 zum Statorkern 153 bzw. zum Stator 150 angeordnet.
In der Wickelposition 420 erfolgt ein Bewickeln der Statorzähne 211 - 219 zur Ausbildung der Einzelwicklungen 221 - 229 bzw. der Statorwicklung 157. Dabei erfolgt ein Verlegen und Verschalten der Verbindungsleiter 241, die, wie oben beschrieben, zwei Einzelwicklungen 211 - 219 miteinander verbinden. Der erste vorgegebene axiale Abstand 410 entspricht dabei einem standardgemäßen Abstand, der benötigt wird, um den Wicklungsdraht vorzugsweise durch eine Wickelmaschine durchzuführen. Illustrativ sind in 4 die Verbindungsleiter 241, bzw. ein Teil der Verbindungsleiter 241, in axialer Richtung 402 des Stators 150 angeordnet.
5 zeigt den Stator 150 des Verschalteelements 200 von 4 in einer Betriebsposition 520. In der Betriebsposition 520 ist das Verschalteelement 200 in einem zweiten vorgegebenen axialen Abstand 510 zum Statorkern 153 bzw. zum Stator 150 angeordnet. Dabei ist der erste vorgegebene axiale Abstand 410 von 4 bevorzugt größer als der zweite vorgegebene axiale Abstand 510.
Das Verschalteelement 200 wird vorzugsweise nach Herstellung bzw. Wicklung der Statorwicklung 157 bzw. der Einzelwicklungen 221 - 229 von 2 in die Betriebsposition 520 bewegt bzw. verfahren. Bevorzugt wird bei einem Bewegen des Verschalteelements 200 von der Wickelposition 420 in 1 in die Betriebsposition 520 das Verschalteelement 200 in Umfangsrichtung 501 verdreht und/oder in axialer Richtung 402 zum Stator 150 hin verschoben. In der in 5 gezeigten Ausführungsvariante wurde das Verschalteelement 200 beispielhaft in Umfangsrichtung 501 verdreht und gleichzeitig in axialer Richtung 402 zum Stator 150 hin verschoben. Das Verschalteelement 200 verbleibt in der Betriebsposition 520 beim Betreiben des Stators bzw. der elektrischen Maschine 100 von 1.
Die Herstellung der Statorwicklung 157 des Stators 150 (vgl. 2) erfolgt bevorzugt derart, dass zuerst das Verschalteelement 200 an einem axialen Ende 401 des Stators 150 in dem ersten vorgegebenen axialen Abstand 410 von 4 zum Stator 150 bzw. in der Wickelposition 420 von 4 angeordnet wird. Anschließend erfolgt ein Bewickeln der Mehrzahl von Statorzähnen 210 zur Ausbildung der Einzelwicklungen 221 - 229. Abschließend erfolgt ein Verdrehen des Verschalteelements 200 in Umfangsrichtung 501 des Stators 150 und/oder ein Verschieben des Verschalteelements 200 in axialer Richtung 402 von 4 des Statorkerns 153. Hierbei wird das Verschalteelement 200 von der Wickelposition 420 in 4 in die Betriebsposition 520 bewegt bzw. verfahren. Bevorzugt erfolgt, wie oben beschrieben, ein Verdrehen des Verschalteelements 200 in Umfangsrichtung 501 und ein gleichzeitiges Verschieben des Verschalteelements 200 in axialer Richtung 402 zum Stator 150 hin. Dabei werden die Verbindungsleiter 241 im Bereich zwischen dem Verschalteelement 200 und dem Statorkern 153 zumindest teilweise senkrecht zur axialen Richtung 402 angeordnet.
6 zeigt den Stator 150 mit dem Verschalteelement 200, sowie den Verbindungsleitern 241 von 2. Dabei verdeutlicht 6 eine Ausgestaltung des Verschalteelements 200 ohne das zumindest eine Umlenkelement 291 von 2. Stattdessen ist in 6 eine weitere beispielhafte Wickelabfolge der Statorwicklung 157 gezeigt, wobei das Verschalteelement 200, im Vergleich zu den voranstehenden Figuren, im Uhrzeigersinn zum Stator 150 verdreht angeordnet ist. Dabei ist der Wicklungsanfang 311 im zweiten Positionierabschnitt 205 angeordnet und das Wicklungsende 312 ist im ersten Positionierabschnitt 206 angeordnet. Die nachfolgende Aufzählung der Einzelwicklungen beschreibt die in 6 gezeigte Wickelabfolge. Zuerst wird die Einzelwicklung 221 gewickelt, anschließend die Einzelwicklungen 224, 227, 222, 225, 228, 223, 226 und als Letztes die Einzelwicklung 229. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die gezeigte Wickelabfolge lediglich beispielhaften Charakter hat und nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu sehen ist.
7 zeigt den Stator 150 von 2 und 6 und das Verschalteelement 200, das in einer modifizierten Ausgestaltung gezeigt ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Innenausnehmung 209 des Verschalteelements 200 nun jedoch einen Durchmesser 699 auf, der bevorzugt einem Innendurchmesser des Statorkerns 153 angepasst ist. Hierbei ist der Durchmesser 699 vorzugsweise größer als ein entsprechender Innendurchmesser der Innenausnehmung 209 von 2 und 6.
Des Weiteren weist das Verschalteelement 200 bevorzugt eine Vielzahl von Umlenkelementen 612 auf. Die Umlenkelemente 612 sind dabei analog zum Umlenkelement 291 von 2 in axialer Richtung 402 von 4 und 5 ausgebildet. Illustrativ sind die Umlenkelemente 612 quaderförmig ausgebildet. Hierbei sind die Umlenkelemente 612 vorzugsweise in einem vorgegebenen Abstand zur Innenausnehmung 209 angeordnet. Insbesondere sind die Umlenkelemente 612 zwischen der Innenausnehmung 209 und einem Außenumfang des Verschalteelements 200 angeordnet. Bevorzugt werden die Verbindungsleiter 241, zum Umlenken der Verbindungsleiter 241, zwischen der Innenausnehmung 209 und den Umlenkelementen 612 angeordnet.
In der in 7 gezeigten Ausführungsform des Verschalteelements 200 wird lediglich der erste Positionierungsabschnitt 206 verwendet. Bevorzugt positioniert der Verbindungsabschnitt 206 jeweils einen zugeordneten Wicklungsanfang 311 und ein zugeordnetes Wicklungsende 312 einer zugeordneten Einzelwicklung 221 - 229. Dabei sind in 7 beispielhaft die zugeordneten Wicklungsanfänge 311 an einem radial äußeren Bereich eines zugeordneten Statorzahns 211 - 219 angeordnet und die Wicklungsenden 312 sind an einem radial inneren Bereich eines zugeordneten Statorzahns 211 - 219 angeordnet. Insbesondere sind die Wicklungsanfänge 311 an einem radial äußeren Bereich der zugeordneten ersten Positionierungsabschnitte 206 angeordnet und die Wicklungsenden 312 sind an einem radial inneren Bereich der zugeordneten ersten Positionierungsabschnitte 206 angeordnet.
Darüber hinaus ist das Start-/Endelement 290 in der in 7 gezeigten Ausführungsform beispielhaft an einem radial äußeren Bereich des Verschalteelements 200 angeordnet. Insbesondere ist das Start-/Endelement 290 zwischen zwei in Umfangsrichtung 501 benachbarten Statorzähnen, illustrativ zwischen den Statorzähnen 218 und 219, positioniert. In 7 ist dabei eine weitere Wickelabfolge gezeigt, wobei die nachfolgende Auflistung der Einzelwicklungen 221 - 229 die Reihenfolge der gezeigten Wickelabfolge beschreibt. Illustrativ startet die Wickelabfolge in 7 an dem Statorzahn 212 bzw. mit der Einzelwicklung 222, anschließend werden die Einzelwicklungen 225, 228, 223, 226, 229, 224, 227 und 221 erzeugt bzw. gewickelt.
8 zeigt den Stator 150 von 1, 2 und 4 bis 7, mit dem Verschalteelement 200, das gemäß einer weiteren Ausführungsform ausgebildet ist. In 8 werden illustrativ dem Stator 150 zugeordnete Isolierelemente 710, 720 verdeutlicht. Hierbei ist ein Isolierelement 710 an einem vom Verschalteelement 200 abgewandten axialen Ende des Statorkerns 153 angeordnet und ein Isolierelement 720 ist an einem dem Verschalteelement 200 zugewandten axialen Ende des Statorkerns 153 angeordnet. Derartige Isolierelemente 710, 720 sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, weshalb hier zwecks Knappheit und Übersichtlichkeit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung verzichtet wird.
Darüber hinaus weist der Stator 150, insbesondere das Isolierelement 720, bevorzugt zumindest einen und illustrativ zwei Zapfen 811, 812 auf. Die Zapfen 811, 812 sind in axialer Richtung 402 ausgebildet. Dabei sind die Zapfen 811, 812 vorzugsweise dazu ausgebildet, das Verschalteelement 200 sicher und zuverlässig in der Betriebsposition 520 am Stator 150 anzuordnen. Hierfür sind die Zapfen 811, 812 in einer Führungsnut 760 des Verschalteelements 200 angeordnet und können darin geführt werden. Bevorzugt ist die Führungsnut 760 bogenförmig ausgebildet.
Des Weiteren weist das Verschalteelement 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform an seiner vom Stator 150 abgewandten Stirnseite 702 nutartige Führungsaufnahmen 750 zum Führen der Verbindungsleiter 241 auf. Illustrativ ist lediglich eine Führungsaufnahme zwecks Übersichtlichkeit der Zeichnung mit der Bezugsziffer 750 gekennzeichnet. Die nutartigen Führungsaufnahmen 750 sind dabei derart ausgebildet, dass ein zugeordneter Verbindungsleiter 241 zumindest abschnittsweise in axialer Richtung 402 in den Führungsaufnahmen 750 angeordnet ist.
Darüber hinaus verdeutlicht 8 die Anordnung der jeweiligen Wicklungsanfänge 311 und der Wicklungsenden 312 der Einzelwicklungen 221 - 229, die zumindest annähernd in axialer Richtung 402 verlaufen. Des Weiteren sind die Verbindungsleiter 241 illustrativ zumindest annähernd senkrecht zur axialen Richtung 402 auf dem Verschalteelement 200 angeordnet bzw. in den Führungsaufnahmen 750 angeordnet.
Das Verschalteelement 200 von 8 kann zur Ausbildung der Statorwicklung 157 im Abstand 410 von 4 mit ihrer Führungsnut 760 derart an einer Stirnseite des Stators 150 angeordnet werden, dass die Zapfen 811, 812 in der Führungsnut 760 angeordnet sind. Anschließend erfolgt ein Bewickeln der Einzelwicklungen 221 - 229 zur Statorwicklung 157. Nach einem Bewickeln wird das Verschalteelement 200 von 8 in Umfangsrichtung 501 von der Wickelposition 420 von 4 in die Betriebsposition 520 von 5 bzw. 8 verdreht. Dabei wird das Verschalteelement 200 von 8 in Umfangsrichtung 501 durch die Zapfen 811, 812 in die Betriebsposition 520 verfahren.
9 zeigt den Stator 150 von 8, wobei die Wicklungsanfänge 311 und Wicklungsenden 312 der Einzelwicklungen 221 - 229 nicht dargestellt sind. Bevorzugt weist der Stator 150 eine Abdeckplatte 910 auf, der die Zapfen 811, 812 zugeordnet sind. Bevorzugt sind die Zapfen 811, 812 einstückig mit der Abdeckplatte 910 ausgebildet. Dabei bildet eine axiale ringförmige Erweiterung 999 mit den Zapfen 811, 812 einen Flansch 920 aus. Der Flansch 920 ist dabei bevorzugt einstückig mit der Abdeckplatte 910 ausgebildet. Insbesondere ist die Abdeckplatte 910, die vorzugsweise einstückig mit dem Flansch 920 ist, einstückig mit dem Isolierelement 720 ausgebildet, d.h. die Abdeckplatte 910, der Flansch 920 und das Isolierelement 720 sind bevorzugt einstückig ausgebildet.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Wickelabfolgen von 2, 6 und 7 auch kombiniert werden können. So kann an einem Abschnitt 201 ein Wicklungsanfang 311 am ersten Positionierabschnitt 206 angeordnet sein, wie in 2 gezeigt, und an einem weiteren Abschnitt 201 kann der Wicklungsanfang 311 am zweiten Positionierabschnitt 205 angeordnet sein, wie in 6 gezeigt. Dabei kann eine Anzahl der unterschiedlichen Positionen der Wicklungsanfänge 311 unterschiedlich sein. So kann z.B. lediglich ein Wicklungsanfang 311 gemäß der Anordnung von 7 angeordnet sein und die restlichen Wicklungsanfänge 311 können gemäß der Anordnung von 2 und 6 angeordnet sein, oder umgekehrt.

Claims

Stator (150) für eine elektrische Maschine (100), mit einem Statorkern (153), der eine Mehrzahl von Statorzähnen (211 - 219) aufweist, wobei jeder Statorzahn (211 - 219) der Mehrzahl von Statorzähnen (210) mit einer zugeordneten Einzelwicklung (221 - 229) einer Mehrzahl von Einzelwicklungen (220) versehen ist, und wobei die Einzelwicklungen (221 - 229) der Mehrzahl von Einzelwicklungen (220) über Verbindungsleiter (241) zu einer Statorwicklung (157) verschaltet sind, wobei die Verbindungsleiter (241) über ein Verschalteelement (200) geführt und positioniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschalteelement (200) in einer Wickelposition (420) in einem ersten vorgegebenen axialen Abstand (410) zum Statorkern (153) angeordnet werden kann, um ein Verlegen und Verschalten der Verbindungsleiter (241) zu ermöglichen, und in einer Betriebsposition (520) in einem zweiten vorgegebenen axialen Abstand (510) zum Statorkern (153) angeordnet ist, wobei der erste vorgegebene axiale Abstand (410) größer als der zweite vorgegebene axiale Abstand (510) ist.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschalteelement (200) jeweils einen ersten Positionierungsabschnitt (206) zum Positionieren eines Wicklungsanfangs (311) und einen zweiten Positionierungsabschnitt (205) zum Positionieren eines Wicklungsendes (312) einer zugeordneten Einzelwicklung (221 - 229) der Mehrzahl von Einzelwicklungen (220) aufweist.
Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Positionierungsabschnitt (206) in einem ersten Radius (298) zu einem Mittelpunkt (299) des Verschalteelements (200) angeordnet ist und der zweite Positionierungsabschnitt (205) in einem zweiten Radius (297) zum Mittelpunkt (299) angeordnet ist, wobei der erste Radius (298) kleiner als der zweite Radius (297) ist.
Stator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Positionierungsabschnitt (206) in radialer Richtung (203) des Statorkerns (153) an einem radial inneren Bereich eines Statorzahns (211 - 219) angeordnet ist und der zweite Positionierungsabschnitt (205) in radialer Richtung (203) des Statorkerns (153) an einem radial äußeren Bereich eines Statorzahns (211 - 219) angeordnet ist.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschalteelement (200) zumindest ein sich in axialer Richtung (402) erstreckendes Umlenkelement (291; 612) zum Umlenken von zumindest einem Verbindungsleiter (241) aufweist.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschalteelement (200) ein gemeinsames Start - und Endelement (290) der Statorwicklung (157) aufweist.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschalteelement (200) auf seiner vom Stator (150) abgewandten Stirnseite (702) nutartige Führungsaufnahmen (750) zum Führen der Verbindungsleiter (241) aufweist.
Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschalteelement (200) zumindest annähernd kreisförmig oder ringförmig ausgebildet ist.
Elektromotor (100) mit einem Stator (150) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verschalteelement (200) zum Verschalten einer Mehrzahl von Einzelwicklungen (220) eines Stators (150) zu einer Statorwicklung (157), mit einem kreis- oder ringförmigen Grundkörper (295), der an seinem Außenumfang Positionierungsabschnitte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des Grundkörpers (295) jeweils ein erster Positionierungsabschnitt (206) zum Positionieren eines Wicklungsanfangs (311) und ein darauffolgender zweiter Positionierungsabschnitt (205) zum Positionieren eines Wicklungsendes (312) einer zugeordneten Einzelwicklung (221 - 229) der Mehrzahl von Einzelwicklungen (220) vorgesehen ist.
Verschalteelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Positionierungsabschnitt (206) in einem ersten Radius (298) zu einem Mittelpunkt (299) des Verschalteelements (200) angeordnet ist und der zweite Positionierungsabschnitt (205) in einem zweiten Radius (297) zum Mittelpunkt (299) angeordnet ist, wobei der erste Radius (298) kleiner als der zweite Radius (297) ist.
Verschalteelement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Positionierungsabschnitt (206) in radialer Richtung (203) des Statorkerns (153) an einem radial inneren Bereich eines Statorzahns (211 - 219) angeordnet ist und der zweite Positionierungsabschnitt (205) in radialer Richtung (203) des Statorkerns (153) an einem radial äußeren Bereich eines Statorzahns (211 - 219) angeordnet ist.
Verschalteelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Stirnseite (702) des Verschalteelements (200) nutartige Führungsaufnahmen (750) zum Führen von Verbindungsleitern (241) vorgesehen sind.
Verfahren zur Ausbildung einer Statorwicklung (157) eines Stators (150) mit einem Verschalteelement (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend folgende Schritte: a) Anordnen des Verschalteelements (200) an einem axialen Ende (401) des Stators (150) in dem ersten vorgegebenen axialen Abstand (410) zum Stator (150) in der Wickelposition (420), b) Bewickeln der Statorzähne (211 - 219) der Mehrzahl von Statorzähnen (210) zur Ausbildung der Einzelwicklungen (221 - 229) der Mehrzahl von Einzelwicklungen (220), c) Verdrehen des Verschalteelements (200) in Umfangsrichtung (501) des Stators (150) und/oder Verschieben des Verschalteelements (200) in axialer Richtung (402) des Statorkerns (153), zum Verfahren des Verschalteelements (200) von der Wickelposition (420) in die Betriebsposition (520).