DE102021118819A1

DE102021118819A1 - Stator einer elektrischen Antriebseinheit und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102021118819A1
Application number: DE102021118819.9A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Brettschneider; Jürgen Ehrsam; Heinz Günther; Reiner Hettych; Klaus Weiske; Christoph Tysack
Original assignee: Buehler Motor GmbH
Current assignee: Buehler Motor GmbH
Priority date: 2021-07-21
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2023-01-26
Also published as: CN117642964A; EP4374479A1; WO2023001344A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Antriebseinheit gemäß dem Gegenstand der Patenansprüche 1 oder 2 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß dem Gegenstand der Patentansprüche 13 oder 14. Der Stator für eine elektrische Antriebseinheit umfasst einen Statorkern, an dem mindestens ein Statorpol zur Aufnahme von Spulen ausgebildet ist; einer ersten Isolierkappe und einer zweiten Isolierkappe, wobei zumindest in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe mindestens ein Kontaktblech angeordnet ist, einer Statorwicklung, die aus einem durchgängigen Wicklungsdraht gebildet ist und die Spulen ausbildet; wobei an dem mindestens einen Kontaktblech mindestens ein Kontaktierungselement ausgebildet ist, das den Wicklungsdraht der Statorwicklung aufnimmt, aufweisend einen Kontaktierbereich und einen Leitbereich, wobei der Leitbereich in einer axialen Richtung in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe ausgerichtet ist und wobei der Kontaktierbereich aus der ersten und/oder zweiten Isolierkappe heraus zumindest teilweise in eine radiale Richtung ragt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Antriebseinheit gemäß dem Gegenstand der Patentansprüche 1 oder 2 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß dem Gegenstand der Patentansprüche 13 oder 14.
Bei derzeit auf dem Markt verfügbaren Statoren ist der Wicklungsdraht oftmals mittels Schweißhaken die an Kontaktblechen ausgebildet sind verschaltet. Die Schweißhaken sind dabei in eine axiale Ausrichtung des Statorkerns an den Kontaktblechen ausgebildet. Durch die axiale Ausrichtung der Schweißhaken erfolgt keine Abspannung des Wicklungsdrahtes. Der Wicklungsdraht hat dabei eine lediglich geringe Länge entweder vor oder nach dem Schweißhaken, um das Problem der freien Schwingungslänge des Wicklungsdrahtes möglichst zu vermeiden. Durch die geringe Läge des Wicklungsdrahtes vor bzw. nach dem Schweißhaken muss der Wicklungsdraht jedoch durch zusätzliche Klebeprozesse in Position gehalten werden, die aufwändig und nicht immer temperaturstabil sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stator für eine elektrische Antriebseinheit anzugeben, bei dem die Wicklungsdrahtenden über mindestens ein Kontaktblech sicher befestigt sind, um freie Schwingungslängen des Wicklungsdrahtes und damit Beschädigungen an diesem zu vermeiden, sowie eine kompakte Bauweise des Stators herzustellen.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines dementsprechenden Stators anzugeben, welches einen stabilisierten und wiederholgenaueren Herstellungsprozess zulässt, wodurch die Lebensdauer des Stators der elektrischen Antriebseinheit steigt und die Gefahr eines Ermüdungsbruches des Wicklungsdrahtes oder der Verbindungsstellen reduziert wird und aufwändige zusätzliche Prozesse vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf einen Stator für eine elektrische Antriebseinheit durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 oder 2 und im Hinblick auf das Verfahren zu seiner Herstellung durch den Gegenstand der Patentansprüche 13 oder 14 gelöst.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Stator für eine elektrische Antriebseinheit vorgeschlagen, umfassend einen Statorkern, an dem mindestens ein Statorpol zur Aufnahme von Spulen ausgebildet ist, einer ersten Isolierkappe und einer zweiten Isolierkappe (jeweils bezüglich des Statorkerns schaltseitig oder nicht schaltseitig ausgebildet), wobei zumindest in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe mindestens ein Kontaktblech angeordnet ist, einer Statorwicklung, die aus einem durchgängigen Wicklungsdraht gebildet ist und die Spulen ausbildet, wobei an dem mindestens einen Kontaktblech mindestens ein Kontaktierungselement ausgebildet ist, das den Wicklungsdraht der Statorwicklung aufnimmt, aufweisend einen Kontaktierbereich und einen Leitbereich, wobei der Leitbereich in einer axialen Richtung innerhalb der ersten und/oder zweiten Isolierkappe ausgerichtet ist und wobei der Kontaktierbereich aus der ersten und/oder zweiten Isolierkappe heraus zumindest teilweise in eine radiale Richtung (ebenfalls auf das Kontaktblech bezogen) ragt.
Das mindestens eine Kontaktierungselement am mindestens einen Kontaktblech weist einen Kontaktierbereich und einen Leitbereich auf, wobei der Leitbereich in einer axialen Richtung, d. h. parallel zur Mittelachse des Stators, innerhalb der ersten und/oder zweiten Isolierkappe ausgerichtet ist und wobei der Kontaktierbereich aus der ersten und/oder zweiten Isolierkappe heraus zumindest teilweise in eine radiale Richtung des Stators ragt. Durch den zumindest teilweise in eine radiale Richtung des Stators ragenden Kontaktierbereich des mindestens einen Kontaktierungselements werden bei höherer Anzahl von Wicklungsdraht-Schaltenden diese sicher und fest über den Kontaktierbereich befestigt. Dabei wird sichergestellt, dass der Wicklungsdraht in den Grund des Kontaktierbereichs gezogen wird, um so ein Schwingen und damit eine Beschädigung des Wicklungsdrahtes zu vermeiden.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Stator für eine elektrische Antriebseinheit vorgeschlagen, umfassend einen Statorkern, an dem mindestens ein Statorpol zur Aufnahme von Spulen ausgebildet ist, einer ersten Isolierkappe und einer zweiten Isolierkappe, wobei zumindest in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe mindestens ein Kontaktblech angeordnet ist, einer Statorwicklung, die aus einem durchgängigen Wicklungsdraht gebildet ist und die Spulen ausbildet, wobei an dem mindestens einen Kontaktblech mindestens ein Kontaktierungselement ausgebildet ist, das den Wicklungsdraht der Statorwicklung aufnimmt, aufweisend einen Kontaktierbereich und einen Leitbereich, wobei der Leitbereich in einer axialen Richtung innerhalb der ersten und/oder zweiten Isolierkappe ausgerichtet ist und wobei der Kontaktierbereich (bspw. senkrecht) versetzt liegend, also in Umfangsrichtung des Kontaktblechs, hinsichtlich des Leitbereichs ausgebildet ist. Es ist denkbar, diese liegende oder horizontale Ausrichtung des Kontaktierbereichs je nach Anwendungsfall in verschiedene Richtungen zeigend auszugestalten. So kann der liegende Kontaktierbereich in Richtung Außenumfang oder Innenumfang des Stators, aber auch in oder entgegen der Verlaufsrichtung der Kontaktbleche ausgerichtet sein.
Der erfindungsgemäße Stator gemäß den Ansprüchen 1 oder 2 wird bevorzugt von einer elektrischen Antriebseinheit umfasst, wie z. B. einem Elektromotor, insbesondere einem bürstenlosen Gleichstrommotor (oder einem Generator) und kann als Innenläufer oder Außenläufer ausgebildet sein. Die erste und/oder zweite Isolierkappe kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein und auf einer Schaltseite oder Nicht-Schaltseite des Statorkerns, der aus einem Blechpaket ausgebildet ist, angeordnet sein. In der ersten und/oder zweiten Isolierkappe ist mindestens ein Kontaktblech angeordnet. Das mindestens eine Kontaktblech kann dabei, abhängig vom Wicklungsschema, in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe angeordnet sein, um nicht in den Wickelraum hinein zu ragen. Dadurch kann das mindestens eine Kontaktblech nur in der ersten Isolierkappe oder nur in der zweiten Isolierkappe angeordnet sein oder es kann in der ersten und in der zweiten Isolierkappe angeordnet sein. Bei einer Sternschaltung zum Beispiel kann das mindestens eine Kontaktblech in der ersten Isolierkappe angeordnet sein und in der zweiten Isolierkappe kann ferner ein sogenanntes Null-Kontaktblech angeordnet sein, also ohne Kontaktierungselement. Bei geringem Bauraum und dadurch resultierendem radialen Platzbedarf können auch jeweils Kontaktbleche mit mindestens einem Kontaktierungselement in der ersten und der zweiten Isolierkappe angeordnet sein und der Wicklungsdraht wird nach vorgegebenem Wicklungsschema über Kontaktbleche in beiden Isolierkappen verschaltet.
Das mindestens eine Kontaktierungselement am mindestens einen Kontaktblech weist einen Kontaktierbereich und einen Leitbereich auf, wobei der Leitbereich in einer axialen Richtung, d. h. parallel zur Mittelachse des Stators, in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe ausgerichtet ist und wobei der Kontaktierbereich (bspw. senkrecht) versetzt liegend, also in Umfangsrichtung des Kontaktblechs, hinsichtlich des Leitbereichs ausgebildet ist. Die (bspw. senkrechte) versetzte Ausbildung des Kontaktierbereichs kann mehrere Richtungen definieren, wie bereits beschrieben. Durch den versetzt liegenden Kontaktierbereich des mindestens einen Kontaktierungselements wird bei höherer Anzahl von Wicklungsdraht-Schaltenden diese sicher und fest über den Kontaktierbereich befestigt. Dabei wird sichergestellt, dass der Wicklungsdraht in den Grund des Kontaktierbereichs gezogen wird, um so ein Schwingen und damit eine Beschädigung des Wicklungsdrahtes zu vermeiden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung ist das Kontaktierungselement im Kontaktierbereich bevorzugt als Schweißgabel, Kontaktgabel oder Kontaktzunge ausgebildet. Das Kontaktierungselement im Kontaktierbereich kann jedoch alle dem Fachmann üblich bekannten und zweckdienlichen Ausgestaltungsformen aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung umfasst die erste und/oder zweite Isolierkappe eine Mehrzahl an, bevorzugt konzentrisch angeordneten Kontaktblechen, wobei bevorzugt mindestens ein Kontaktblech einer Kontaktierungsphase zugeordnet ist. Das Kontaktblech kann mit oder ohne Kontaktierungselemente ausgebildet sein. Bei einer Sternpunkt-Verschaltung zum Beispiel kann ein Kontaktblech auch ohne Kontaktierungselement als sog. Null-Kontaktblech ausgebildet sein. Bei radialen Platzproblemen kann die Verschaltung auch auf beide Isolierkappen mit darin jeweils angeordneten Kontaktblechen mit mindestens einem Kontaktierungselement in die Länge gestreckt und dadurch gesplittet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist mindestens ein Kontaktierungselement auf einem Kontaktblech versetzt zu mindestens einem Kontaktierungselement auf einem weiteren Kontaktblech angeordnet. Die Kontaktierungselemente sind dabei so versetzt, dass eine treppenförmige Anordnung entsteht. Die Kontaktierungselemente sind dabei schräg versetzt zueinander angeordnet, so dass der Eindruck einer Treppe bei Draufsicht entsteht. Dadurch kann der Verschaltungsraum besser ausgenutzt werden, insbesondere bei größer abfallenden Schrägen der Kontaktierungselemente und es entsteht eine kompakte Bauweise des Stators.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist der Kontaktierbereich mit einem Neigungswinkel in radialer Richtung, bevorzugt hin zur Außenseite des Stators, ausbildet. Der Kontaktierbereich kann auch mit dem Fachmann üblich bekanntem und zweckdienlichem Kröpfungswinkel ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung schließt der Neigungswinkel einen Winkel von mindestens 2°, vorzugsweise 5°, ein. Der bevorzugte Winkelbereich liegt bei 5°+-3°. Jedoch sind auch verschiedene andere oder größere Winkel hier denkbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung weist mindestens ein Kontaktblech an der axialen Stirnseite mindestens eine Auskragung auf, die in die erste und/oder zweite Isolierkappe eingreift. Durch das Stanzen des mindestens einen Kontaktblechs entstehen an der Auskragung ein Kanteneinzug (Stanzeinzug) und ein Stanzgrat, die sich in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe verkrallen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung weist mindestens ein Kontaktblech in radialer Richtung eine Aussparung auf, die mit einem Hinterschnitt oder einem Rastmittel in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe korrespondiert. Das mindestens eine Rastmittel ist als starres, unflexibles Element ausgebildet, an dem die Aussparung des mindestens einen Kontaktblechs befestigt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung weist mindestens ein Kontaktblech einen Hinterschnitt oder einen Schnapphaken auf, der mit der ersten und/oder zweiten Isolierkappe korrespondiert. Der mindestens eine Hinterschnitt oder der mindestens eine Schnapphaken verklemmt sich dabei mit einer entsprechenden Gegenkontur in der ersten oder zweiten Isolierkappe.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung sind an einem Innenring der ersten und/oder zweiten Isolierkappe Umlenkdome als Wicklungshilfe angeordnet. Diese Umlenkdome können nach dem Wickelverfahren am Stator verbleiben oder nach dem Wickelverfahren von dem Innenring der ersten und/oder zweiten Isolierkappe abgetrennt bzw. entfernt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist oder wird das mindestens eine Kontaktblech mit der ersten und/oder zweiten Isolierkappe mittels Heißverprägung, Heißverstemmen, Ultraschallnieten oder Kaltverprägen verbunden. Auch andere dem Fachmann bekannte Verbindungsverfahren sind hier möglich.
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Antriebseinheit gemäß den Ansprüchen 1 oder 2 vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

a) Aufstecken der vorgefertigten ersten und zweiten Isolierkappe auf die Stirnseiten des Statorkerns;
b) Einsetzen mindestens eines Kontaktblechs in die erste und/oder zweite Isolierkappe;
c) Einlegen eines Wicklungsdrahtanfangs in ein Kontaktierungselement;
d) Hinführen des Wicklungsdrahtes zu einem Statorpol zur Wicklung einer Spule unter Zuhilfenahme von Umlenkdomen;
e) Herausführen des Wicklungsdrahtes aus der Spule und weiteres Verlegen und Verschalten des Wicklungsdrahtes nach vorgegebenem Wicklungsschema;
f) Wiederholung der vorherigen Schritte zur Bildung einer durchgängigen Statorwicklung;
g) Verschweißung des eingelegten Wicklungsdraht mit den Kontaktierungselementen;
h) Durchtrennen des Wicklungsdrahtes und
i) Verschaltung der einzelnen Phasen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Stators können die erste und zweite Isolierkappe alternativ zum Aufstecken auch auf die Stirnseiten des Stators aufgespritzt werden. In einer weiteren Alternative kann der Statorkern umspritzt werden und dabei die erste und/oder zweite Isolierkappe mit der Umspritzung an den Stirnseiten des Statorkerns ausgebildet werden. Abhängig vom bevorzugten Verschalten der Wicklung und dem vorhandenen Bauraum wird das mindestens eine Kontaktblech in die erste und/oder zweite Isolierkappe eingesetzt. Danach wird ein Wicklungsdrahtanfang in ein Kontaktierungselement eingelegt und der Wicklungsdraht zu einem Statorpol zur Wicklung einer Spule unter Zuhilfenahme von Umlenkdomen hineingeführt. Alternativ zu Umlenkdomen kann auch ein Drahtführer verwendet werden. Anschließend wird der Wicklungsdraht aus der Spule herausgeführt und es erfolgt ein weiteres Verlegen und Verschalten des Wicklungsdrahtes nach vorgegebenem Wicklungsschema. Dadurch ergeben sich unterschiedlich lange Schwingungslängen des Wicklungsdrahtes, die für den späteren Betrieb schädigend sein können, da die Vibrationsaufbringung zu einem Drahtbruch führen kann. Um dies zu vermeiden, wird der aus der Spule herausgeführte oder in die Spule hineingeführte Wicklungsdraht über eine schräg versetzte Anordnung der Kontaktierungselemente geführt. Die Kontaktierungselemente sind in einem Winkel von 90° schräg versetzt zueinander angeordnet. Der Wicklungsdraht kann zusätzlich zur den schräg versetzten Kontaktierungselementen durch den zumindest teilweise in eine radiale Richtung des Stators ragenden Kontaktierbereich mit einem entsprechenden Neigungswinkel bzw. Kröpfungswinkel gemäß Anspruch 1 oder durch den (senkrecht) versetzt liegenden Kontaktierbereich so verlegt werden, dass eine optimale Geometrie für den Schweißprozess sichergestellt wird. Durch die Abspannung des Wicklungsdrahtes werden freie Schwingungslängen des Wicklungsdrahtes somit vermieden.
Die vorherigen Schritte werden bis zur Bildung einer durchgängigen Statorwicklung wiederholt. Nach dem vollständigen Bewickeln aller Spulen mit einem durchgängigen Wicklungsdraht wird der Wicklungsdraht verschaltet. Die Verschaltung kann durch eine Stern-Parallel-Wicklung, Stern-Reihen-Wicklung, Dreieck-Reihen-Wicklung, Dreieck-Parallel-Wicklung, Dreieck-Halbparallel-Wicklung, Dreieck-Reihen-Schaltung, Dreieck-Doppelparallel-Schaltung oder einer Dreieck-Vierfachparallel-Schaltung realisiert werden. Der eingelegte Wicklungsdraht wird danach mit den Kontaktierungselementen mittels Widerstandsschweißen oder Laserschweißen verschweißt. Das Verschweißen kann jedoch auch durch andere dem Fachmann bekannte Schweißverfahren realisiert werden. Je nach Verschaltungsart wird der Wicklungsdraht nach dem Verschweißen durchtrennt. Nach dem Durchtrennen des Wicklungsdrahtes werden die einzelnen Phasen zu Phasenleitungen zusammengefasst. Die einzelnen Phasenleitungen werden über mindestens einen Steckkontakt, zum Beispiel einen Flachstecker, in axialer Richtung verschaltet. Die einzelnen Phasenleitungen können jedoch auch durch andere dem Fachmann bekannte Möglichkeiten verschaltet werden. Die Verschaltung ist nicht auf einen Flachstecker begrenzt.
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Antriebseinheit gemäß den Ansprüchen 1 oder 2 vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

a) Wickeln einzelner Statorpole;
b) Zusammenfügen der bewickelten Statorpole zu einem Statorkern;
c) Aufstecken einer vorgefertigten ersten und zweiten Isolierkappe auf die axialen Stirnseiten des Statorkerns;
d) Einsetzen von mindestens einem Kontaktblech in die erste und/oder zweite Isolierkappe;
e) Einlegen eines Wicklungsdrahtanfangs und eines Wicklungsdrahtendes jedes bewickelten Statorpols in jeweils ein zugehöriges Kontaktierungselement;
f) Verschweißung der jeweils eingelegten Wicklungsdrahtanfänge und Wicklungsdrahtenden mit den zugehörigen Kontaktierungselementen und
g) Verschaltung der einzelnen Phasen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Stators werden die einzelnen Statorpole bewickelt und zu einem Statorkern zusammengefügt. Danach werden die erste und zweite Isolierkappe auf die axialen Stirnseiten des Statorkern aufgesteckt. Alternativ zum Aufstecken können die erste und die zweite Isolierkappe auch auf die axialen Stirnseiten des Statorkerns aufgespritzt werden. In einer weiteren Alternative kann der Statorkern umspritzt werden und dabei die erste und/oder zweite Isolierkappe mit der Umspritzung an den Stirnseiten des Statorkerns ausgebildet werden. Abhängig vom bevorzugten Verschalten der Wicklung und dem vorhandenen Bauraum wird das mindestens eine Kontaktblech in die erste und/oder zweite Isolierkappe eingesetzt. Der Wicklungsdrahtanfang und das Wicklungsdrahtende jedes einzelnen Statorpols wird jeweils in ein zugehöriges Kontaktierungselement eingelegt und mit diesem mittels Widerstandsschweißen oder Laserschweißen verschweißt. Das Verschweißen kann jedoch auch durch andere dem Fachmann bekannte Schweißverfahren realisiert werden. Die einzelnen Phasen werden zu Phasenleitungen zusammengefasst. Die einzelnen Phasenleitungen werden über mindestens einen Steckkontakt, zum Beispiel einen Flachstecker, in axialer Richtung verschaltet. Die einzelnen Phasenleitungen können jedoch auch durch andere dem Fachmann bekannte Möglichkeiten verschaltet werden. Die Verschaltung ist nicht auf einen Flachstecker begrenzt.
Durch die jeweiligen, obig dargelegten Verfahren werden aufwändige zusätzliche Prozesse, wie zum Beispiel Kleben, vermieden. Der Wicklungsdraht wird gemäß den dargelegten Verfahren definierter verlegt und über eine entsprechende Gegengeometrie (Kontaktierungselemente) fest und sicher dort gehalten. Die Lebensdauer des elektrischen Antriebes wird durch die Reduzierung der Gefahr eines Ermüdungsbruches des Wicklungsdrahtes oder der Schweißverbindung gesteigert. Dadurch wird auch der Schweißprozess stabilisiert und wiederholgenauer.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1: einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Stators;
2: einen Axialschnitt des erfindungsgemäßen Stators gemäß 1;
3: eine Detailansicht eines Kontaktierungselements und dessen Ausrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels;
4: eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Stators gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels;
5: eine Detailansicht eines Kontaktblechs mit einer Auskerbung gemäß einer Ausführungsform;
6: eine Detailansicht einer ersten oder zweiten Isolierkappe mit einem darin aufgenommenen Kontaktblech gemäß 5;
7: eine Detailansicht eines Kontaktblechs mit einer Aussparung;
8: eine Schnittdarstellung der ersten oder zweiten Isolierkappe mit einem darin enthaltenen Hinterschnitt oder Rastmittel und dem Kontaktblech gemäß 7;
9: eine Detailansicht eines Kontaktblechs mit einem Hinterschnitt oder Schnapphaken;
10: einen Seitenschnitt der ersten oder zweiten Isolierkappe mit einem darin aufgenommenen Kontaktblech gemäß 9;
11: eine Detailansicht eines Kontaktblechs das mit einem Rastmittel gemäß einer alternativen Ausgestaltung korrespondiert;
12: eine Schnittdarstellung der ersten oder zweiten Isolierkappe mit einem darin enthaltenen Rastmittel und dem Kontaktblech gemäß 11;
13: eine teilweise Draufsicht des erfindungsgemäßen Stators; und
14: eine weitere teilweise Draufsicht des erfindungsgemäßen Stators

1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Stators (1) für eine elektrische Antriebseinheit, insbesondere gemäß dem Gegenstand des Patentanspruchs 1, umfassend einen Statorkern (2), an dem mindestens ein Statorpol (3) zur Aufnahme von Spulen ausgebildet ist, einer ersten Isolierkappe (4) oder einer zweiten Isolierkappe (5), wobei zumindest in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) mindestens ein Kontaktblech (6) in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) angeordnet ist, wobei an dem mindestens einen Kontaktblech (6) mindestens ein Kontaktierungselement (8) ausgebildet ist, das den Wicklungsdraht der Statorwicklung (7) (hier nicht gezeigt) aufnimmt. An einem Innenring (16) der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) sind Umlenkdome (17) als Wicklungshilfe ausgebildet.
Die erste und/oder zweite Isolierkappe (4, 5) kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein und auf einer Schaltseite und/oder Nicht-Schaltseite des Statorkerns (2) angeordnet sein. Die erste und/oder zweite Isolierkappe (4, 5) ist vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitenden Material ausgebildet und deckt den Statorkern (2) in längsaxialer Richtung ab. Die erste und/oder zweite Isolierkappe (4, 5) kann als vorgefertigtes Teil auf den Statorkern (2) angebracht werden oder als Spritzteil auf den Statorkern (2) aufgespritzt werden.
2 zeigt einen Axialschnitt des erfindungsgemäßen Stators (1) gemäß 1, umfassend einen Statorkern (2), der längsaxial von einer ersten und zweiten Isolierkappe (4, 5) abgedeckt ist, wobei in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) mindestens ein Kontaktblech (6) angeordnet ist, wobei an dem mindestens einen Kontaktblech (6) mindestens ein Kontaktierungselement (8) ausgebildet ist, aufweisend einen Kontaktierbereich (9) und einen Leitbereich (10). Der Leitbereich (10) ist in einer axialen Richtung in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) ausgerichtet. Der Kontaktierbereich (9) ragt zumindest teilweise in eine radiale Richtung aus der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) heraus.
3 zeigt eine Detailansicht eines Kontaktierungselements (8) und dessen Ausrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels, genauer gesagt gemäß dem Gegenstand des Patentanspruchs 1. An dem mindestens einen Kontaktblech (6) ist mindestens ein Kontaktierungselement (8) ausgebildet, das den Wicklungsdraht der Statorwicklung (7) (hier nicht gezeigt) aufnimmt, aufweisend einen Kontaktierbereich (9) und einen Leitbereich (10). Der Kontaktierbereich (9) ist bevorzugt als Schweißgabel, Kontaktgabel oder Kontaktzunge ausgebildet und ragt zumindest teilweise in eine radiale Richtung, bevorzugt hin zur Außenseite des Stators (1), in einem Neigungswinkel (11) von mindestens 2°, vorzugsweise 5°, aus der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) heraus. Der Neigungswinkel weist einen Winkel von 5°+- 3° auf.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Stators (1) gemäß eines Ausführungsbeispiels, insbesondere gemäß dem Gegenstand des Patentanspruchs 2, umfassend einen Statorkern (2), an dem mindestens ein Statorpol (3) zur Aufnahme von Spulen ausgebildet ist, einer ersten Isolierkappe (4) und einer zweiten Isolierkappe (5), wobei zumindest in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) mindestens ein Kontaktblech (6) angeordnet ist, einer Statorwicklung (7), die aus einem durchgängigen Wicklungsdraht gebildet ist und die Spulen ausbildet, wobei an dem mindestens einen Kontaktblech (6) mindestens ein Kontaktierungselement (8) ausgebildet ist, das den Wicklungsdraht der Statorwicklung (7) aufnimmt, aufweisend einen Kontaktierbereich (9) und einen Leitbereich (10) (hier nicht sichtbar), wobei der Leitbereich (10) in einer axialen Richtung in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) angeordnet ist und wobei der Kontaktierbereich (9) senkrecht liegend hinsichtlich des Leitbereichs (10) ausgebildet ist. An einem Innenring (16) der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) sind Umlenkdome (17) als Wicklungshilfe ausgebildet. Zusätzlich ist an der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) vorzugsweise im Bereich der Kontaktierungselemente (8) mindestens ein Umwickeldom (24) zur Entlastung der Schweißstelle der Kontaktierungselemente (8) vorgesehen. Der Wicklungsdraht wird hierbei um den mindestens einen Umwickeldom (24) herumgeführt bzw. um den mindestens einen Umwickeldom herumgewickelt. Dadurch erfolgt eine Zugentlastung des Wicklungsdrahtes an dem Kontaktierungselement (8). Der mindestens eine Umwickeldom (24) ist vorzugsweise als Vierkant ausgeführt, um ein Eingraben des Wicklungsdrahtes zu ermöglichen. Eine andere Ausgestaltungsform des Umwickeldomes (24) ist ebenfalls möglich.
5 zeigt eine Detailansicht eines Kontaktblechs (6) mit einer Auskerbung (12) gemäß einer Ausführungsform. An dem mindestens einen Kontaktblech (6) ist an der axialen Stirnseite mindestens eine Auskerbung (12) ausgebildet, in die die erste und/oder zweite Isolierkappe (4, 5) eingreift. An dem mindestens einen Kontaktblech (6) ist mindestens ein Kontaktierungselement (8) ausgebildet, das den Wicklungsdraht der Statorwicklung (7) (hier nicht gezeigt) aufnimmt, aufweisend einen Kontaktierbereich (9) und einen Leitbereich (10).
6 zeigt eine Detailansicht einer ersten oder zweiten Isolierkappe (4, 5) mit einem darin aufgenommenen Kontaktblech (6) gemäß der 5. An dem mindestens einen Kontaktblech (6) ist an der axialen Stirnseite mindestens eine Auskerbung (12) ausgebildet, in die die erste und/oder zweite Isolierkappe (4, 5) eingreift. Aufgrund des Stanzgrates der Auskerbung (12) verkrallt sich die Auskerbung (12) in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5).
7 zeigt eine Detailansicht eines Kontaktblechs (6) mit einer Aussparung (13) in radialer Richtung, die mit einem Hinterschnitt oder einem Rastmittel (14) in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) korrespondiert. Die Aussparung (13) ist als Langloch ausgebildet. Jedoch kann die Aussparung (13) auch andere dem Fachmann bekannte Ausgestaltungsformen aufweisen.
8 zeigt eine Schnittdarstellung der ersten oder zweiten Isolierkappe (4, 5) mit einem darin enthaltenen Hinterschnitt oder Rastmittel (14) und dem Kontaktblech (6) gemäß 7. In der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) ist mindestens ein Kontaktblech (6) aufgenommen, das in radialer Richtung eine Aussparung (13) aufweist. Mindestens ein Hinterschnitt oder mindestens ein Rastmittel (14) ist in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) ausgebildet, die beim Einsetzen des mindestens einen Kontaktblechs (6) mit der Aussparung (13) korrespondiert und das Kontaktblech (6) in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) verkrallt bzw. befestigt.
9 zeigt eine Detailansicht eines Kontaktblechs (6) mit einem Hinterschnitt oder einem Schnapphaken (15), der mit der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) (hier nicht gezeigt) korrespondiert.
10 zeigt eine Schnittdarstellung der ersten oder zweiten Isolierkappe (4, 5) mit einem darin aufgenommenen Kontaktblech (6) gemäß 9. Beim Einsetzen des mindestens einen Kontaktblechs (8) in die erste und/oder zweite Isolierkappe (4, 5) verkrallt sich der mindestens eine Hinterschnitt oder der mindestens eine Schnapphaken (15) in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5).
11 zeigt eine Detailansicht eines Kontaktblechs (6) das mit einem Rastmittel (14) gemäß einer alternativen Ausgestaltung korrespondiert. 12 zeigt eine Schnittdarstellung der ersten oder zweiten Isolierkappe (4, 5) mit einem darin enthaltenen Rastmittel (14) und dem Kontaktblech (6) gemäß 11. Im Vergleich zu dem in 7 und 8 beschriebenen Ausgestaltungen wird hier auf eine Aussparung (13) verzichtet und das Rastmittel (14) sichert das Kontaktblech (6) alleine durch eine beispielsweise hakenförmige Ausbildung.
13 zeigt eine teilweise Draufsicht des erfindungsgemäßen Stators (1) umfassend einen Statorkern (2), an dem mindestens ein Statorpol (3) zur Aufnahme von Spulen ausgebildet ist, einer ersten oder zweiten Isolierkappe (4, 5) und einer Statorwicklung (7), die gemäß dem Verfahren nach Anspruch 13 oder 14 die Spulen ausbildet. Je nach Verschaltungsart wird der Wicklungsdraht nach vollständiger Bewicklung des Stators mit den Kontaktelementen (8) (hier nicht gezeigt) verschweißt. Die einzelnen Phasen werden zu Phasenleitungen (21) zusammengefasst. In der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) ist mindestens ein Steckkontakt (23) mit einem Anschlusspin ausgebildet, an dem die einzelnen Phasenleitungen (21) (hier nicht gezeigt) angeschlossen werden. An dem mindestens einen Kontaktblech (6) ist mindestens ein Codierpin (22) ausgebildet. Mit dem Anschlusspin im Steckkontakt (23) und dem Codierpin (22) wird eine Codierung realisiert. Durch diese Codierung wird eine Fehlmontage des mindestens einen Kontaktblechs (6) ausgeschlossen. Der mindestens eine Steckkontakt (23) ist in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) so angeordnet, dass eine Fehlmontage durch die dadurch bedingten unterschiedlichen Kabellängen der Phasenleitungen ausgeschlossen werden kann.
14 zeigt eine weitere teilweise Draufsicht des erfindungsgemäßen Stators (1) gemäß 13 umfassend einen Statorkern (2), an dem mindestens ein Statorpol (3) zur Aufnahme von Spulen ausgebildet ist, einer ersten oder zweiten Isolierkappe (4, 5) und einer Statorwicklung (7), die gemäß dem Verfahren nach Anspruch 13 oder 14 die Spulen ausbildet. Je nach Verschaltungsart wird der Wicklungsdraht nach vollständiger Bewicklung des Stators mit den Kontaktierungselementen (8) (hier nicht gezeigt) verschweißt. Die einzelnen Phasen werden zu Phasenleitungen (21) zusammengefasst. In der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) ist mindestens ein Steckkontakt (23) mit einem Anschlusspin ausgebildet, an dem die einzelnen Phasenleitungen (21) angeschlossen werden. An dem mindestens einen Kontaktblech (6) ist mindestens ein Codierpin (22) ausgebildet. Die Anschlüsse der Leiterbahnen werden durch die erste und/oder zweite Isolationskappe gesteckt. Die Phasenleitungen (21) erstrecken sich axial zur Motorachse und sind auf der gegenüberliegenden Seite der Verschaltung der Spulen (3) verlegt. Mindestens ein Steckverbinder (20) der Phasenleitungen (21), der zum Beispiel als Flachstecker ausgebildet ist, wird in dem Steckkontakt (23) befestigt. Der mindestens eine Flachstecker ist in einem Winkel von 90° abgewinkelt. Der mindestens eine Steckkontakt (23) ist in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) so angeordnet, dass eine Fehlmontage durch die dadurch bedingten unterschiedlichen Kabellängen der Phasenleitungen (21) ausgeschlossen werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Statorkern
3: Statorpol
4: erste Isolierkappe
5: zweite Isolierkappe
6: Kontaktblech
7: Statorwicklung
8: Kontaktierungselement
9: Kontaktierbereich
10: Leitbereich
11: Neigungswinkel
12: Auskragung
13: Aussparung
14: Rastmittel
15: Schnapphaken
16: Innenring
17: Umlenkdom
18: Wicklungsdrahtanfang
19: Wicklungsdrahtende
20: Steckverbinder
21: Phasenleitung
22: Codierpin
23: Steckkontakt
24: Umwickeldom

Claims

Stator (1) für eine elektrische Antriebseinheit, umfassend: einen Statorkern (2), an dem mindestens ein Statorpol (3) zur Aufnahme von Spulen ausgebildet ist; einer ersten Isolierkappe (4) und einer zweiten Isolierkappe (5), wobei zumindest in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) mindestens ein Kontaktblech (6) angeordnet ist; einer Statorwicklung (7), die aus einem durchgängigen Wicklungsdraht gebildet ist und die Spulen ausbildet; wobei an dem mindestens einen Kontaktblech (6) mindestens ein Kontaktierungselement (8) ausgebildet ist, das den Wicklungsdraht der Statorwicklung (7) aufnimmt, aufweisend einen Kontaktierbereich (9) und einen Leitbereich (10), wobei der Leitbereich (10) in einer axialen Richtung innerhalb der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) ausgerichtet ist und wobei der Kontaktierbereich (9) aus der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) heraus zumindest teilweise in eine radiale Richtung ragt.
Stator (1) für eine elektrische Antriebseinheit, umfassend: einen Statorkern (2), an dem mindestens ein Statorpol (3) zur Aufnahme von Spulen ausgebildet ist; einer ersten Isolierkappe (4) und einer zweiten Isolierkappe (5), wobei zumindest in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) mindestens ein Kontaktblech (6) angeordnet ist; einer Statorwicklung (7), die aus einem durchgängigen Wicklungsdraht gebildet ist und die Spulen ausbildet; wobei an dem mindestens einen Kontaktblech (6) mindestens ein Kontaktierungselement (8) ausgebildet ist, das den Wicklungsdraht der Statorwicklung (7) aufnimmt, aufweisend einen Kontaktierbereich (9) und einen Leitbereich (10), wobei der Leitbereich (10) in einer axialen Richtung innerhalb der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) ausgerichtet ist und wobei der Kontaktierbereich (9) senkrecht liegend hinsichtlich des Leitbereichs (10) ausgebildet ist.
Stator (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kontaktierungselement (8) im Kontaktierbereich (9) bevorzugt als Schweißgabel, Kontaktgabel oder Kontaktzunge ausgebildet ist.
Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste und/oder zweite Isolierkappe (4, 5) eine Mehrzahl an, bevorzugt konzentrisch angeordneten, Kontaktblechen (6) umfasst und wobei bevorzugt zumindest ein Kontaktblech (6) einer Kontaktierungsphase zugeordnet ist.
Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens ein Kontaktierungselement (8) auf einem Kontaktblech (6) versetzt zu mindestens einem Kontaktierungselement (8) auf einem weiteren Kontaktblech (6) angeordnet ist.
Stator (1) nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Kontaktierbereich (9) einen Neigungswinkel (11) in radialer Richtung, bevorzugt hin zur Außenseite des Stators (1), ausbildet.
Stator (1) nach Anspruch 6, wobei der Neigungswinkel (11) einen Winkel von mindestens 2°, vorzugsweise 5° einschließt.
Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens ein Kontaktblech (6) an der axialen Stirnseite mindestens eine Auskragung (12) aufweist, die in die erste und/oder zweite Isolierkappe (4, 5) eingreift.
Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens ein Kontaktblech (6) in radialer Richtung eine Aussparung (13) aufweist, die mit einem Hinterschnitt oder einem Rastmittel (14) in der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) korrespondiert.
Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens ein Kontaktblech (6) einen Hinterschnitt oder einen Schnapphaken (15) aufweist, der mit der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) korrespondiert.
Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei an einem Innenring (16) der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) Umlenkdome (17) als Wicklungshilfe angeordnet sind.
Stator (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens ein Kontaktblech (6) mit der ersten und/oder zweiten Isolierkappe (4, 5) mittels Heißverprägung, Heißverstemmen, Ultraschallnieten oder Kaltverprägen verbunden ist oder wird.
Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) für eine elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Aufstecken der vorgefertigten ersten und zweiten Isolierkappen (4, 5) auf die axialen Stirnseiten des Statorkerns (2); b) Einsetzen mindestens eines Kontaktblechs (6) in die erste und/oder zweite Isolierkappe (4, 5); c) Einlegen eines Wicklungsdrahtanfangs (18) in ein Kontaktierungselement (8); d) Hinführen des Wicklungsdrahtes zu einem Statorpol (3) zur Wicklung einer Spule unter Zuhilfenahme von Umlenkdomen (17); e) Herausführen des Wicklungsdrahtes aus der Spule und weiteres Verlegen und Verschalten des Wicklungsdrahtes nach vorgegebenem Wicklungsschema; f) Wiederholung der vorherigen Schritte zur Bildung einer durchgängigen Statorwicklung (7) ; g) Verschweißung des eingelegten Wicklungsdrahtes mit den Kontaktierungselementen (8); h) Durchtrennen des Wicklungsdrahtes und i) Verschaltung der einzelnen Phasen.
Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) nach Anspruch 1 oder 2, umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Wickeln einzelner Statorpole (3); b) Zusammenfügen der bewickelten Statorpole (3) zu einem Statorkern (2); c) Aufstecken einer vorgefertigten ersten und zweiten Isolierkappe (4, 5) auf die axialen Stirnseiten des Statorkerns (2); d) Einsetzen von mindestens einem Kontaktblech (6) in die erste und/oder zweite Isolierkappe (4, 5); e) Einlegen eines Wicklungsdrahtanfangs (18) und eines Wicklungsdrahtendes (19) jedes bewickelten Statorpols (3) in jeweils ein zugehöriges Kontaktierungselement (8) und f) Verschweißung der jeweils eingelegten Wicklungsdrahtanfänge (18) und Wicklungsdrahtenden (19) mit den zugehörigen Kontaktierungselementen (8). g) Verschaltung der einzelnen Phasen.