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Die Erfindung betrifft einen Stator von einem elektrischen Motor zum Antrieb eines Kältemittelverdichters, der eine Spulenverbindungseinrichtung aufweist. Die Erfindung eignet sich zur Anwendung in Kältemittelverdichtern für chemische und natürliche Kältemittel in mobiler Anwendung.
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Bei bisherigen Kontaktierungen einzelner Spulen und Phasen eines Stators werden üblicherweise starr mit anderen Statorteilen verbundene Spulenverteilerringe genutzt. Bei einer direkten Kontaktierung des Stators an eine Motorsteuerungseinheit, den Inverter, ist diese Art der starren Spulenverteilerringe nicht anwendbar. Der notwendige axiale wie laterale Toleranzausgleich zur Kontaktierung ist in diesem Falle nicht gegeben.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Stators, in dem die Herstellung des notwendigen axialen wie lateralen Toleranzausgleiches zur Kontaktierung möglich ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Stator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßer Stator eines elektrischen Motors zum Antrieb eines Kältemittelverdichters umfasst
- > einen Statorkern mit einem im Wesentlichen hohlzylindrisch geformten Statorjoch, der auf seiner Innenseite über seinen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete und bezogen auf seinen Querschnitt radial nach innen gerichtete Spulenstege aufweist, wobei um die Spulenstege Leitungsdrähte zu Spulen gewickelt sind, welche in mindestens drei Phasen aufgeteilt sind, und wobei zwischen dem Statorkern und den gewickelten Spulen eine Basisisolierung ausgebildet ist, und wobei jede der gewickelten Spulen oder, sofern mehrere der Spulen in einem Spulenstrang in Reihe verschaltet sind, jeder Spulenstrang zwei Drahtenden aufweist, die die Basisisolierung des Stators in axialer Richtung, bezogen auf die Zylinderachse des Statorjochs, überragen,
und - ➢ eine Spulenverbindungseinrichtung mit
- • einer Grundplatte als Trägerelement für Verbindungselemente,
- • einem ersten auf der Grundplatte eingebauten Verbindungselement, welches über Anschlusselemente mit einem ersten Drahtende der die Basisiolierung axial überragenden Drahtenden jeder Spule oder jedes Spulenstranges konnektiert ist und somit alle Spulen oder Spulenstränge miteinander verbindet, und
- • weiteren auf der Grundplatte eingebauten Verbindungselementen, die jeweils Anschlusselemente aufweisen, welche mit zweiten Drahtenden der Spulen oder Spulenstränge einer Phase konnektiert sind und somit alle Spulen oder Spulenstränge dieser Phase miteinander verbinden,
wobei die Spulenverbindungseinrichtung derart auf den die Basisisolierung axial überragenden Drahtenden der gewickelten Spulen oder Spulenstränge konnektiert ist, dass ein Spalt zwischen Basisisolierung und Spulenverbindungseinrichtung verbleibt.
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Die Art der Befestigung und der verbleibende Spalt zwischen Schaltring und Basisisolierung ermöglichen sowohl einen axialen als auch einen lateralen Toleranzausgleich, weshalb die Spulenverbindungseinrichtung auch als „schwimmende“ Spulenverbindungseinrichtung, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auch als „schwimmender“ Spulenverbindungsring, bezeichnet wird.
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Die Vorteile von axialen und lateralen Toleranzen ermöglichen eine direkte Kontaktierung des Stators an eine Motorsteuerungseinheit (Inverter). Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Verbindungselemente, die jeweils die Spulen oder Spulenstränge einer Phase miteinander verbinden, jeweils auch ein Anschlussteil für eine Verbindung der gleichen Phase mit einem Leitungselement, welches eine Schnittstelle zur Motorsteuerungseinheit (Inverter) bildet, auf. Dieses Anschlussteil ermöglicht damit auch eine elektrische Verbindung zwischen den Drahtenden der Spulen oder Spulenstränge und elektrischen Leitungselementen der Schnittstelle zur Motorsteuerungseinheit.
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In der Regel ist die Spulenverbindungseinrichtung mit Vergussmaterial gefüllt, wobei der Verguss in eine vormontierte schwimmende Spulenverbindungseinrichtung nach dem Wickeln und der Verbindung der Spulen oder Spulenstränge mit den Verbindungselementen erfolgt, um die Einbauten von dem Kältemittel und auch voneinander zu isolieren. Mit dem Vergießen können zudem die Verbindungsstellen zwischen den einzelnen stromführenden Elementen gestärkt werden. Auf diese Weise können die Spulen oder Spulenstränge über eine Sternverbindung und die Spulen oder Spulenstränge einer jeden Phase gleichzeitig verbunden werden, während ausreichend Platz gesichert und die volle Isolation zwischen jedem stromführenden Teil gewährleistet wird.
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Gemäß der Konzeption der Erfindung werden die Spulen oder Spulenstränge des Stators über ein erstes Verbindungselement als eine Sternpunktverbindung jeweils mit parallel betriebenen Spulen oder Spulensträngen des Stators verbunden. Vorzugsweise wird dafür eine Sammelschiene verwendet, die jede Spule oder jeden Spulenstrang jeder Phase mit jeder anderen Spule oder jedem anderen Spulenstrang verbindet und somit die Sternpunktverbindung bildet. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Sammelschiene die Grundform eines offenen Kreisbogens und über dessen Umfang beziehungsweise Bogenlänge gleichmäßig verteilt mehrere radial nach außen abstehende Anschlusselemente mit äußeren Enden zur Aufnahme von jeweils dem ersten Drahtende einer Spule oder eines Spulenstranges auf. Dabei entspricht die Gesamtzahl der Anschlusselemente dieser Sammelschiene der Gesamtzahl der Spulen beziehungsweise Spulenstränge des Stators, so dass die Sammelschiene in der Lage ist, über die Anschlusselemente alle Spulen oder Spulenstränge des Stators zu kontaktieren und dadurch elektrisch miteinander zu verbinden.
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Die weiteren Verbindungselemente können ebenfalls als Sammelschienen ausgebildet sein, welche jeweils die Grundform eines offenen Kreisbogens und über dessen Umfang beziehungsweise Bogenlänge gleichmäßig verteilt mehrere radial nach außen abstehende Anschlusselemente mit äußeren Enden zur Aufnahme von jeweils dem zweiten Drahtende einer Spule aufweisen. Diese Sammelschienen sind derart konstruiert, dass sie jeweils die Verbindung aller Spulen oder Spulenstränge einer Phase erzeugen, so dass die Spulen oder Spulenstränge gleichzeitig betrieben werden können. Des Weiteren sind diese drei Sammelschienen vorzugsweise derart konstruiert, dass sie jeweils eine Verbindung zu einem elektrischen Leitungselement für die Verbindung mit der Motorantriebssteuerungseinheit, dem Inverter, ermöglichen.
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Bei den Sammelschienen, die die Spulen oder Spulenstränge jeweils einer Phase miteinander verbinden, entspricht die Gesamtzahl der zu den Spulen oder Spulensträngen führenden Anschlusselemente der Gesamtzahl der Spulen oder Spulenstränge dieser Phase. Vorteilhafterweise unterscheiden sich die Radien der Kreisbogenformen der verschiedenen Sammelschienen, wobei die Sammelschienen so angeordnet sind, dass die Kreisbogenformen der verschiedenen Sammelschienen entweder denselben Mittelpunkt aufweisen oder die Mittelpunkte der Kreisbogenformen zumindest auf derselben Achse senkrecht zur Ebene der Kreisbogenform liegen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Sammelschiene, die alle Spulen des Stators miteinander verbindet und somit die Sternpunktverbindung darstellt, in radialer Richtung am weitesten außen platziert und weist demzufolge auch einen größeren Radius und einen größeren Umfang beziehungsweise eine größere Bogenlänge als alle weiteren Sammelschienen auf. Darüber hinaus weist der offene Kreisbogen des kreisbogenförmigen Teils dieser Sammelschiene einen wesentlich größeren Mittelpunktswinkel und demzufolge auch einen größeren Umfangswinkel auf als die offenen Kreisbögen der anderen Sammelschienen. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Sammelschiene für die Sternpunktverbindung sogar kreisförmig geschlossen ausgebildet.
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Die anderen, in radialer Richtung weiter innen liegenden Sammelschienen weisen vorzugsweise Anschlusselemente auf, die in radialer Richtung länger ausgebildet sind als jedes der Anschlusselemente der äußeren Sammelschiene. In der Regel gilt Folgendes: Je weiter innen die jeweilige Sammelschiene platziert und je kleiner der Radius des offenen Kreisbogens der Sammelschiene ist, desto länger sind die radial abstehenden Anschlusselemente, um jeweils eine Verbindung zum zweiten Drahtende einer zur jeweiligen Phase gehörenden Spule oder eines zur jeweiligen Phase gehörenden Spulenstranges zu erzeugen.
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Des Weiteren sind die Sammelschienen, die zur Verbindung der Spulen oder der Spulenstränge einer Phase ausgebildet sind, vorteilhafterweise derart konstruiert, dass sie jeweils eine Verbindung zu einem elektrischen Leiter für eine Verbindung mit der Motorantriebssteuerungseinheit, dem Inverter, ermöglichen. Dazu weist jede dieser Sammelschienen zusätzlich zu den beschriebenen Anschlusselementen ein radial nach innen gerichtetes Anschlussteil der jeweiligen Phase für ein elektrisches Leitungselement einer Schnittstelle zur Motorantriebssteuerungseinheit auf, wobei am Anschlussteil ein vorzugsweise ringförmiges Anschlussende ausgebildet ist.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Grundplatte so konstruiert, dass sie separate Aufnahmeräume für die Aufnahme und Abstützung der Verbindungselemente und gegebenenfalls auch Aufnahmeräume für die Anschlussteile zur Verbindung mit den Leitungselementen der Schnittstelle zur Motorantriebssteuerungseinheit bereitstellt. Beispielsweise können durch Vertiefungen entsprechende kreisbogenförmige Aufnahmeräume mit zumindest teilweise kreisbogenförmigen Seitenwänden, für die Sammelschienen bereitstellt werden, wobei die zumindest teilweise kreisbogenförmigen Seitenwände sofern sie jeweils zwischen zwei benachbarten Sammelschienen liegen, gleichzeitig als Trennwände zwischen den jeweils benachbarten Sammelschienen dienen. Des Weiteren kann die Grundplatte Aufnahmeräume für die Anschlussenden der Anschlussteile aufweisen. Die Seitenwände wirken vorteilhafterweise auch zur Abstützung der Anschlusselemente und Anschlussteile, und sind für Anschlusselemente und Anschlussteile, die radial über eine oder mehrere Sammelschienen geführt werden, gleichzeitig Abstandshalter zu diesen Sammelschienen. Vorzugsweise sind die Seitenwände der Aufnahmeräume mit Ausnehmungen zur Abstützung der Anschlusselemente und/oder Anschlussteile versehen.
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Die Grundplatte selbst weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Kreisringform mit einem Außenrand auf, an dem sich ein Außenring befindet. Der Außenring ist vorteilhafterweise ein entfernbares Teil, damit die Drahtenden vor dem Zusammenbau der Grundplatte mit dem Außenring zu den Verbindungselementen beziehungsweise Sammelschienen geführt werden können. Die Drahtenden werden dabei vorzugsweise zwischen dem Außenrand der Grundplatte und dem Außenring hindurchgeführt, so dass eine elektrische Verbindung der Drahtenden mit den auf der Grundplatte liegenden Verbindungselementen möglich ist. Nach dem Zusammenbau kann der Außenring als eine Begrenzungswand wirken, so dass der gesamte vom Außenring umschlossene Bereich mit Harz vergossen werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die kreisringförmige Grundplatte einen Innenrand auf, an dem drei in radialer Richtung nach innen gerichtete konvexe Vorsprünge ausgebildet sind. Jeder dieser konvexen Vorsprünge am inneren Umfang der Grundplatte bildet zusammen mit einem entsprechend gewölbten Abschnitt einer inneren Seitenwand einen Aufnahmeraum für ein ringförmiges Anschlussende eines der Anschlussteile für ein elektrisches Leitungselement einer Schnittstelle zur Motorantriebssteuerungseinheit.
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Durch das bevorzugte Konstruktionskonzept eines „schwimmenden“ Spulenverbindungsrings wird es ermöglicht, die Spulen oder Spulenstränge jeder Phase in einfacher und effektiver Weise miteinander zu verbinden. Der direkteste Weg, eine derart komplexe Verbindung von Spulen oder Spulensträngen, die beispielsweise in drei Phasen aufgeteilt ist, zu realisieren, bestand darin, eine Grundplatte zu konstruieren, die es erlaubt, alle Spulen oder Spulenstränge unter Nutzung von Sammelschienen miteinander zu verbinden, aber auch jede einzelne Phase mit einem Leitungselement zu verbinden, welches die Schnittstelle zur Motorsteuerungseinheit (Inverter) bildet. Eine erste Sammelschiene ist an der Seite jeder Spule oder jedes Spulenstranges angeschlossen und fungiert als eine Sternpunktverbindung für alle Spulen, was bedeutet, dass alle Spulen beziehungsweise Spulenstränge durch dieses Element verbunden sind. Das heißt, diese Sammelschiene ist so konstruiert, dass sie jede Spule oder jeden Spulenstrang jeder Phase mit jeder anderen Spule beziehungsweise jeden anderen Spulenstrang verbindet. Die anderen Sammelschienen, im Fall von drei Phasen drei Sammelschienen, werden genutzt, um eine einer Phase zugeordnete Verbindung zu erzeugen. Diese Sammelschienen sind nicht nur konstruiert, alle Spulen oder Spulenstränge einer Phase gleichzeitig zu betreiben, sondern auch eine Verbindung zu einem elektrischen Leiter zu ermöglichen, der mit der Motorantriebssteuerungseinheit verbunden ist.
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Für diese Art Verdrahtungsmuster stellt der Spulenverbindungsring mit seiner Grundplatte eine vorteilhafte konstruktive Lösung dar. Die Grundplatte, an die vorzugsweise ein entfernbarer Außenring angebracht ist, erfüllt die Funktion eines Trägerelements für die Verbindungselemente der Spulen oder Spulenstränge und für die elektrischen Leitungselemente einer Schnittstelle zur Motorsteuerungseinheit.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Dichtungsrohre in die Spulenverbindungseinrichtung eingesetzt, in die jeweils ein elektrisches Leitungselement, vorzugsweise ein elektrischer Verbindungsstift (E-Pin), das die Schnittstelle zwischen dem Stator und dem Inverter darstellt, eingeführt ist. Der Effekt der Dichtungsrohre besteht darin, das Leitungselement innerhalb einer hermetisch abgedichteten Umgebung zu isolieren und einen Sitzbereich für einen O-Ring für die Dichtung der Innenseite der hermetisch abgedichteten Umgebung zum Inverter bereitzustellen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
- Es zeigen:
- 1: eine Seitenansicht eines Stators mit einer Spulenverbindungseinrichtung,
- 2: eine Draufsicht auf die auf den Drahtenden der Spulen des Stators konnektierte Spulenverbindungseinrichtung, 3: eine Sammelschiene für eine Sternpunktverbindung,
- 4: drei Sammelschienen für jeweils alle Spulen einer Phase und eine Verbindung zu einem elektrischen Leiter,
- 5: eine Grundplatte mit einem Außenring,
- 6: den Außenring als einzelnes, von der Grundplatte entferntes Teil,
- 7: ein Dichtungsrohr für einen elektrischen Verbindungsstift (E-Pin),
- 8: einen elektrischen Verbindungsstift (E-Pin) als elektrisches Leitungselement,
- 9: eine perspektivische Darstellung der Spulenverbindungseinrichtung ohne Vergussmaterial und mit angebrachten Leitungselementen als Schnittstelle zu einer Motorsteuerungseinheit,
- 10: die Spulenverbindungseinrichtung nach Verguss und
- 11: eine perspektivische Darstellung des fertiggestellten Stators mit der Spulenverbindungseinrichtung nach dem Verguss und mit Leitungselementen als Schnittstelle zur Motorsteuerungseinheit.
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Die 1 zeigt eine Seitenansicht eines Stators 1 von einem elektrischen Motor zum Antrieb eines Kältemittelverdichters, wobei dieser Stator mit einer Spulenverbindungseinrichtung 2, der auch als schwimmender Spulenverbindungsring bezeichnet wird, versehen ist. Der Stator 1 umfasst einen Statorkern 3 mit einem im Wesentlichen hohlzylindrisch geformten Statorjoch, der auf seiner Innenseite über seinen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete und bezogen auf seinen Querschnitt radial nach innen gerichtete Spulenstege aufweist. Um die Spulenstege sind Leitungsdrähte zu Spulen 4 gewickelt, wobei aufgrund der gleichmäßig verteilten Anordnung der in 1 nicht dargestellten Spulenstege die Spulen über den Umfang des Statorkerns verteilt angeordnet sind. Aus der in 1 gezeigten Verteilung der Spulen 4 ergibt sich, dass insgesamt zwölf Spulen auf der Innenseite des Statorkerns angeordnet sind. Die Spulen 4 sind in drei Phasen 4.1, 4.2, 4.3 aufgeteilt, so dass jede Phase aus vier Spulen besteht. Zwischen dem Statorkern 3 und den gewickelten Spulen 4 ist eine Basisisolierung 5 ausgebildet, wobei jede der gewickelten Spulen 4 zwei Drahtenden 6 aufweist, die die Basisisolierung 5 des Stators 1 in axialer Richtung, bezogen auf die Zylinderachse des hohlzylindrisch geformten Statorjochs, überragen. Die Spulenverbindungseinrichtung 2 ist derart auf den die Basisisolierung axial überragenden Drahtenden 6 der gewickelten Spulen 4 konnektiert, dass ein definierter Spalt 7 zwischen Basisisolierung 5 und Spulenverbindungseinrichtung 2 verbleibt. Es sind auch Verschaltungen denkbar, bei denen mehrere Spulen seriell, das heißt in Reihe verschaltet sind. In einer solchen, nicht gezeigten Ausgestaltung besitzt nicht jede Spule zwei Drahtenden, die die Basisisolierung in axialer Richtung überragen, sondern der jeweilige Spulenstrang.
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Die Spulenverbindungseinrichtung 2 umfasst eine im Wesentlichen ringförmige Grundplatte 8 als Trägerelement für in 1 nicht gezeigte Verbindungselemente, welche mit den axial überragenden Drahtenden 6 der Spulen verbunden sind. Die Drahtenden 6 sind dabei zwischen einem Außenrand der Grundplatte 8 und einem den Umfang der Spulenverbindungseinrichtung 2 begrenzenden Außenring 9 hindurchgeführt, so dass eine elektrische Verbindung der Drahtenden 6 mit den auf der Grundplatte 8 liegenden Verbindungselementen möglich ist. Der Außenring 9 ist vorzugsweise als ein von der Grundplatte 8 entfernbares Teil ausgeführt, damit die Drähte beziehungsweise die Drahtenden 6 bei der Montage der Spulenverbindungseinrichtung 2 zunächst am Außenrand der Grundplatte 8 vorbei leicht zu den Verbindungselementen geführt werden können, bevor der Außenring 9 an den Außenrand der Grundplatte 8 angebracht wird. Nach dem Zusammenbau der Spulenverbindungseinrichtung 2 wirkt der Außenring 9 zudem auch als eine Begrenzungswand für den Verguss des gesamten vom Außenring 9 umschlossenen Bereichs mit Harz.
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Die 2 zeigt eine Draufsicht auf die Stirnseite des Stators 1 und auf die auf den Drahtenden 6 der Spulen des Stators konnektierte Spulenverbindungseinrichtung 2, die in Form eines Spulenverbindungsrings ausgebildet ist. Das Konstruktionskonzept des schwimmenden Spulenverbindungsrings 2 ermöglicht es, die Spulen jeder Phase in einfachster und effektivster Weise miteinander zu verbinden. Der direkteste Weg, eine derart komplexe Verbindung von Spulen, die in drei Phasen 4.1; 4.2; 4.3 aufgeteilt sind, zu realisieren, besteht darin, als Verbindungselemente Sammelschienen 10, 11.1, 11.2, 11.3 zu verwenden und die Grundplatte 8 so zu konstruieren, dass alle Spulen unter Nutzung der Sammelschienen miteinander verbunden werden können, aber auch jede Phase 4.1; 4.2; 4.3 mit einem Leitungselement, welches die Schnittstelle zur Motorsteuerungseinheit (Inverter) bildet, verbunden werden kann.
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Jede der Sammelschienen 10, 11.1, 11.2, 11.3 weist die Form eines offenen Kreisbogens mit radial nach außen abstehenden Anschlusselementen 12, 13.1, 13.2, 13.3 auf, wobei die Radien der Kreisbogenformen der verschiedenen Sammelschienen 10, 11.1, 11.2, 11.3 sich unterscheiden. Die Sammelschienen 10, 11.1, 11.2, 11.3 sind so angeordnet, dass die Kreisbogenformen der verschiedenen Sammelschienen 10, 11.1, 11.2, 11.3 entweder denselben Mittelpunkt aufweisen oder die Mittelpunkte der Kreisbogenformen zumindest auf derselben Achse senkrecht zur Betrachtungsebene der 2 liegen. Die radial abstehenden Anschlusselemente 12, 13.1, 13.2, 13.3 sind gemäß 2 in Form von Anschlusselementen mit jeweils einem gabelförmigen Ende ausgebildet. Die in radialer Richtung am weitesten außen platzierte Sammelschiene 10 weist einen größeren Radius und einen größeren Umfang beziehungsweise eine größere Bogenlänge als alle weiteren Sammelschienen 11.1, 11.2, 11.3 auf. Darüber hinaus weist der offene Kreisbogen des kreisbogenförmigen Teils dieser Sammelschiene 10 einen wesentlich größeren Mittelpunktswinkel und demzufolge auch einen größeren Umfangswinkel auf als die offenen Kreisbögen der anderen Sammelschienen 11.1, 11.2 und 11.3. Insgesamt sind an der äußeren Sammelschiene 10 insgesamt zwölf radial nach außen abstehende Anschlusselemente 12 über den Umfang beziehungsweise die Bogenlänge der Sammelschiene 10 gleichmäßig verteilt. Die Sammelschiene 10 ist an einer Seite jeder der insgesamt zwölf Spulen am entsprechend platzierten Drahtende der Spule angeschlossen. Gemäß 2 weist jedes Anschlusselement 12 der äußeren Sammelschiene 10 ein gabelförmiges Ende auf, wobei das Drahtende 6a bei der Verbindung mit der Sammelschiene 10 in das gabelförmige Ende des Anschlusselements 12 aufgenommen wird. Es handelt sich dabei, bezogen auf den Wickelsinn der Spulen, immer um das gleiche Drahtende 6a einer Spule, gemäß der Darstellung in 2 immer um das rechte Drahtende 6a. Auf diese Weise bildet die äußere Sammelschiene 10 eine so genannte Sternpunktverbindung für alle zwölf Spulen des Stators. Das heißt, diese Sammelschiene 10 ist so konstruiert, dass sie jede Spule jeder Phase mit jeder anderen Spule verbindet.
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Die drei anderen, in radialer Richtung weiter innen liegenden Sammelschienen 11.1, 11.2, 11.3 werden genutzt, um eine einer Phase 4.1; 4.2; 4.3 zugeordnete Verbindung zu erzeugen. Diese Sammelschienen 11.1, 11.2, 11.3 sind derart konstruiert, dass sie jeweils die Verbindung aller Spulen einer Phase erzeugt, so dass die Spulen gleichzeitig betrieben werden können. Dazu weist jede dieser Sammelschienen 11.1, 11.2, 11.3 vier radial nach außen abstehende Anschlusselemente 13.1; 13.2; 13.3 auf, die über den Umfang beziehungsweise die Bogenlänge des kreisbogenförmigen Bereichs der entsprechenden Sammelschiene 11.1; 11.2; 11.3 gleichmäßig verteilt sind. Diese Anschlusselemente 13.1, 13.2, 13.3 sind in jedem Fall in radialer Richtung länger ausgebildet als jedes der insgesamt zwölf Anschlusselemente 12 der äußeren Sammelschiene 10. Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sammelschienen 11.1, 11.2, 11.3 der Phasen 4.1; 4.2; 4.3 jeweils derart ausgebildet und die Anschlusselemente 13.1; 13.2; 13.3 jeder Sammelschiene 11.1; 11.2; 11.3 derart verteilt, dass jeweils benachbarte Anschlusselemente 13.1; 13.2; 13.3 der einzelnen Sammelschiene 11.1; 11.2; 11.3 mit einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtet sind. Je weiter innen die jeweilige Sammelschiene 11.1; 11.2; 11.3 platziert ist und je kleiner der Radius des offenen Kreisbogens der Sammelschiene ist, desto länger müssen die radial abstehenden Anschlusselemente 13.1; 13.2; 13.3 sein, um jeweils eine Verbindung zum auf der linken Seite positionierten Drahtende 6b einer zur jeweiligen Phase 4.1; 4.2; 4.3 gehörenden Spule zu erzeugen. Dazu wird das jeweils linke Drahtende 6b der Spule in das gabelförmige Ende des entsprechenden Anschlusselements 13.1; 13.2; 13.3 einer der die Spulen einer Phase 4.1; 4.2; 4.3 verbindenden Sammelschienen 11.1, 11.2, 11.3 aufgenommen. Des Weiteren sind diese drei Sammelschienen 11.1, 11.2, 11.3 derart konstruiert, dass sie jeweils eine Verbindung zu einem elektrischen Leiter für eine Verbindung mit der Motorantriebssteuerungseinheit, dem Inverter, ermöglichen. Dazu weist jede dieser Sammelschienen 11.1; 11.2; 11.3 ein radial nach innen gerichtetes Anschlussteil 14.1; 14.2; 14.3 der jeweiligen Phase für ein elektrisches Leitungselement einer Schnittstelle zu einer Motorantriebssteuerungseinheit auf, wobei das Anschlussteil 14.1; 14.2; 14.3 gemäß 2 ein ringförmiges Anschlussende aufweist. Die Grundplatte 8 ist so konstruiert, dass sie durch Vertiefungen entsprechende kreisbogenförmige Aufnahmeräume für die Sammelschienen 10, 11.1, 11.2, 11.3 bereitstellt, deren zumindest teilweise kreisbogenförmige Seitenwände 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, sofern sie wie die mittleren Seitenwände 15b, 15c, 15d jeweils zwischen zwei benachbarten Sammelschienen 11.1, 11.2; 11.2, 11.3 liegen, gleichzeitig als Trennwände 15b, 15c, 15d zwischen den jeweils benachbarten Sammelschienen dienen. Des Weiteren weist die Grundplatte entsprechende Aufnahmeräume 16.1, 16.2, 16.3 für die ringförmigen Anschlussenden der Anschlussteile 14.1, 14.2, 14.3 auf. Die Grundplatte selbst weist in der Draufsicht gemäß 2 im Wesentlichen eine Kreisringform mit einem Außenrand, an dem sich der entfernbare Außenring 9 befindet, und einem Innenrand, an dem drei in radialer Richtung nach innen gerichtete konvexe Vorsprünge ausgebildet sind, auf. Jeder dieser konvexen Vorsprünge am inneren Umfang der Grundplatte bildet zusammen mit einem entsprechend gewölbten Abschnitt der axial ausgerichteten inneren Seitenwand 15e einen Aufnahmeraum 16.1; 16.2; 16.3 für das ringförmige Anschlussende eines der Anschlussteile 14.1; 14.2; 14.3.
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Die 3 zeigt die Sammelschiene 10 für die Sternpunktverbindung als Einzelteil in einer perspektivischen Ansicht. Die Sammelschiene 10 fungiert als die Sternpunktverbindung für die insgesamt zwölf Spulen, die alle durch dieses Einzelteil verbunden sind. Entsprechend weist die Sammelschiene 10, ausgehend von der Grundform des offenen Kreisbogens, über den Umfang beziehungsweise die Bogenlänge der Sammelschiene 10 gleichmäßig verteilt, insgesamt zwölf radial nach außen abstehende Anschlusselemente 12 mit gabelförmigen Enden zur Aufnahme von jeweils einem Drahtende auf. Die gleichmäßige Verteilung der Anschlusselemente über den Kreisbogen hat zur Folge, dass jeweils benachbarte Anschlusselemente 12 der Sammelschiene 10, einschließlich der an den beiden offenen Enden des Kreisbogens gegenüberliegenden Anschlusselemente 12a, 12b, mit einem Winkel von 30° zueinander ausgerichtet sind. In der perspektivischen Ansicht ist erkennbar, dass die Anschlusselemente 12, ausgehend von der Oberseite des kreisbogenförmigen Bereichs der Sammelschiene 10, über eine unmittelbar an die Oberseite der Sammelschiene 10 anschließende konvexe Krümmung als Vorsprünge von einer zunächst überwiegend axialen Richtung in eine radiale Richtung nach außen übergehen. Die gabelförmigen Enden 17 der Anschlusselemente 12 sind derart ausgerichtet, dass in axialer Richtung verlaufende Drahtenden von unten, das heißt von den Spulen im Statorkern kommend, in die gabelförmigen Enden 17 eingeführt werden können. Dabei liegen die gabelförmigen Enden 17 nicht in der gleichen Ebene wie der kreisbogenförmige Bereich der Sammelschiene 10, sondern etwas oberhalb davon. Die Lage der Anschlusselemente 12 oberhalb des kreisbogenförmigen Bereichs der Sammelschiene 10 erleichtert die Überführung der Anschlusselemente 12 über eine oder mehrere Seitenwände beziehungsweise Trennwände hinweg, wenn die Sammelschiene im Aufnahmeraum der Grundplatte positioniert ist.
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Die 4 zeigt eine Draufsicht auf eine Anordnung von drei Sammelschienen 11.1, 11.2, 11.3 mit jeweils vier Anschlusselementen 13.1; 13.2; 13.3 für alle vier Spulen einer Phase, wobei jede Phase auch ein Anschlussteil 14.1; 14.2; 14.3 für eine Verbindung zu einem elektrischen Leiter aufweist. Die in 4 gezeigten Sammelschienen 11.1, 11.2, 11.3 sind derart konstruiert, dass sie jeweils eine einer Phase zugeordnete Verbindung erzeugen und dabei alle Spulen jeweils einer Phase miteinander verbinden können, um diese Spulen gleichzeitig zu betreiben. Dazu weist jede dieser Sammelschienen 11.1, 11.2, 11.3, wie bereits erwähnt, die Form eines offenen Kreisbogens mit den radial nach außen abstehenden Anschlusselementen 13.1, 13.2, 13.3 auf. Die kreisbogenförmigen Bereiche der Sammelschienen 11.2, 11.2, 13.3 weisen denselben Mittelpunkt auf, wobei die Radien der Kreisbogenformen der verschiedenen Sammelschienen 11.1, 11.2, 11.3 sich unterscheiden. Je kleiner der Radius einer Sammelschiene 11.1; 11.2; 11.3, desto länger sind die Anschlusselemente 13.1, 13.2, 13.3 in radialer Richtung. Zudem sind die kreisbogenförmigen Bereiche der verschiedenen Sammelschienen 11.1, 11.2, 11.3 in Umfangsrichtung beziehungsweise Bogenrichtung zueinander versetzt angeordnet. Beides führt zu einer Anordnung von insgesamt zwölf über einen Umfang eines gedachten Kreisbogens mit einem Umfangswinkel von 360° gleichmäßig verteilt angeordneten gabelförmigen Enden 18.1, 18.2, 18.3 der Anschlusselemente 13.1, 13.2, 13.3.
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Die Anschlusselemente 13.1, 13.2, 13.3 sind jeweils so geformt, dass sie, ausgehend von der Oberseite des kreisbogenförmigen Bereichs der jeweiligen Sammelschiene 11.1; 11.2; 11.3 über eine unmittelbar an die Oberseite der Sammelschiene 11.1; 11.2; 11.3 anschließende konvexe Krümmung als Vorsprünge von einer zunächst überwiegend axialen Richtung in eine radiale Richtung nach außen übergehen. Die gabelförmigen Enden 18.1, 18.2, 18.3 der Anschlusselemente 11.1, 11.2, 11.3 sind derart ausgerichtet, dass in axialer Richtung verlaufende Drahtenden von unten, das heißt von den Spulen im Statorkern kommend, in die gabelförmigen Enden 18.1, 18.2, 18.3 eingeführt werden können. Dabei liegen die gabelförmigen Enden 18.1, 18.2, 18.3 nicht in der gleichen Ebene wie der kreisbogenförmige Bereich der jeweiligen Sammelschiene 11.1; 11.2; 11.3, sondern oberhalb davon. Die Lage der Anschlusselemente 13.1, 13.2, 13.3 oberhalb der kreisbogenförmigen Bereiche der Sammelschiene 11.1, 11.2, 11.3 erleichtert die Überführung der Anschlusselemente 13.1; 13.2; 13.3 über eine oder mehrere Seitenwände beziehungsweise Trennwände und andere Sammelschienen 10, 11.1, 11.2, 11.3 hinweg, wenn alle Sammelschienen 10, 11.1, 11.2, 11.3 im Aufnahmeraum der Grundplatte positioniert sind.
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Die in 4 gezeigten Sammelschienen weisen als weiteres Verbindungselement jeweils ein radial nach innen gerichtetes Anschlussteil 14.1; 14.2; 14.3 mit einem ringförmigen Ende auf. Damit wird ein ringförmiger Anschluss für jede Phase bereitgestellt, der jeweils eine Verbindung dieser Phase zu einem elektrischen Leitungselement ermöglicht, das mit der Motorantriebssteuerungseinheit, dem Inverter, verbunden werden kann. Die drei Anschlussteile 14.1; 14.2; 14.3 sind nur über einen Bereich von weniger als der Hälfte des Innenumfangs der Grundplatte verteilt. Das Anschlussteil 14.1 der in der Darstellung der 4 am weitesten außen liegenden Sammelschiene, deren Kreisbogenbereich hier den größten Radius aufweist, ist innerhalb dieser Anordnung mittig platziert.
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Die 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Grundplatte 8 zusammen mit dem Außenring 9. Die Grundplatte 8 erfüllt die Funktion eines Trägerelements für die oben genannten Sammelschienen und für die elektrischen Leitungselemente zur Verbindung mit dem Inverter.
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Die Grundplatte 8 weist im Wesentlichen eine Kreisringform mit einem Außenrand, an dem der Außenring 9 platziert ist, und mit einem Innenrand, an dem drei in radialer Richtung nach innen gerichtete konvexe Vorsprünge ausgebildet sind, auf. Jeder dieser konvexen Vorsprünge am inneren Umfang der Grundplatte bildet zusammen mit einem entsprechend gewölbten Abschnitt der inneren Seitenwand 15e einen Aufnahmeraum 16.1; 16.2; 16.3 für das ringförmige Anschlussende eines Anschlussteiles für eine Verbindung einer Phase mit jeweils einem in 5 nicht gezeigten Leitungselement, welches als Schnittstelle zu einer Motorsteuerungseinheit vorgesehen ist. Innerhalb eines jeden Aufnahmeraums 16.1; 16.2; 16.3 ist ein kreisrundes, durch die Grundplatte durchgehendes Loch 19.1; 19.2; 19.3 für die Aufnahme des jeweiligen Leitungselements ausgebildet. Die drei Aufnahmeräume 16.1, 16.2, 16.3 sind nur über einen Bereich von weniger als der Hälfte des Innenumfangs der Grundplatte verteilt. Der in der Mitte liegende Aufnahmeraum 16.1 ist für das ringförmige Anschlussende der Sammelschiene vorgesehen, die von den drei ein entsprechendes Anschlussende aufweisenden Sammelschienen den größten Radius des kreisbogenförmigen Bereichs aufweist und dementsprechend auch am weitesten außen platziert ist.
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In der Grundplatte 8 sind insgesamt vier kreisbogenförmige Aufnahmeräume 20, 21.1, 21.2, 21.3 für die Sammelschienen 10, 11.1, 11.2, 11.3 ausgebildet, deren Kreisbogenformen den gleichen Mittelpunkt aufweisen. Ein erster, äußerer Aufnahmeraum 20 ist für die äußere Sammelschiene 10 vorgesehen (vgl. 2). Ein radial innen zum ersten Aufnahmeraum 20 benachbarter zweiter Aufnahmeraum 21.1, der für die Aufnahme einer Sammelschiene zur Verbindung der Spulen einer Phase ausgebildet ist, beschreibt einen Kreisbogen, der einen kleineren Mittelpunktswinkel und somit auch einen kleineren Umfangswinkel aufweist als der Kreisbogen des ersten Aufnahmeraums 20, wodurch der erste kreisbogenförmige Aufnahmeraum 20 nicht entlang der gesamten Bogenlänge neben dem ebenfalls kreisbogenförmigen zweiten Aufnahmeraum 21.1 liegt. In dem Bereich, in dem die Aufnahmeräume 20, 21.1 benachbart nebeneinanderliegen, sind diese durch die kreisbogenförmige Trennwand 15b voneinander getrennt und beabstandet. Ein weiterer, zum zweiten Aufnahmeraum 21.1 radial innen benachbarter dritter Aufnahmeraum 21.2, der für die Aufnahme einer weiteren Sammelschiene zur Verbindung der Spulen einer Phase vorgesehen ist, ist in Umfangsrichtung beziehungsweise Bogenrichtung versetzt zum zweiten Aufnahmeraum 21.1 angeordnet, wodurch die kreisbogenförmigen Aufnahmeräume 21.1 und 21.2 nicht entlang der gesamten Bogenlänge nebeneinander liegen. In dem Bereich, in dem der zweite Aufnahmeraum 21.1 und der dritte Aufnahmeraum 21.2 benachbart nebeneinander liegen, sind diese durch die kreisbogenförmige Trennwand 15c voneinander getrennt und beabstandet. Ein weiterer, zum dritten Aufnahmeraum 21.2 radial innen benachbarter vierter Aufnahmeraum 21.3, der für die Aufnahme einer weiteren Sammelschiene zur Verbindung der Spulen einer Phase vorgesehen ist, ist in Umfangsrichtung beziehungsweise Bogenrichtung versetzt zu dem dritten kreisbogenförmigen Aufnahmeraum 21.2 und zu dem zweiten Aufnahmeraum 21.1 angeordnet. In dem Bereich, in dem der dritte Aufnahmeraum 21.2 und der vierte Aufnahmeraum 21.3 benachbart nebeneinander liegen, sind diese durch die kreisbogenförmige Trennwand 15d voneinander getrennt und beabstandet.
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In der Grundplatte sind zudem zahlreiche Vertiefungen für die radial ausgerichteten Anschlusselemente und für radial ausgerichtete Abschnitte der Anschlussteile ausgebildet, wobei diese Vertiefungen durch jeweils eine im Wesentlichen rechteckige Ausnehmung 22 in einer Seitenwand 15a; 15b; 15c; 15d oder mehrere beabstandete, in radialer Richtung hintereinander angeordnete und im Wesentlichen rechteckige Ausnehmungen 22 in mehreren Trennwänden 15a, 15b, 15c, 15d gebildet sind. Einige Ausnehmungen 22 sind auch zum Auflegen von radial ausgerichteten Bereichen der Anschlussteile, die der Verbindung einer Phase zu einem elektrischen Leitungselement dienen, vorgesehen.
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Der Außenring 9 weist für die Verbindung mit der Grundplatte 8 an seinem unteren Rand über den gesamten Umfang regelmäßig verteilt, radial nach innen vorspringende Rastelemente 23 mit einer im Wesentlichen trapezförmigen Oberfläche mit nach innen abnehmender Breite auf. Die Rastelemente 23 weisen jedoch an einem ihrer Ränder jeweils eine konkave Krümmung 24 auf, die zusammen mit einer Ausnehmung in der Grundplatte eine Durchführungsöffnung 25 für ein Drahtende einer Spule des Stators bereitstellt.
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Die 6 zeigt den Außenring 9 als einzelnes, von der Grundplatte entferntes Teil in der Draufsicht. Der Außenring 9 ist als ein von der Grundplatte entfernbares Teil ausgeführt, damit die Drähte zu den Sammelschienen geführt werden können. Nach dem Zusammenbau des Spulenverbindungsrings wirkt der Außenring 9 zudem als eine Begrenzungswand für den Verguss des gesamten Bereichs mit Harz.
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Da die konkaven Krümmungen 24 zusammen mit entsprechenden gegenüberliegenden Bereichen der Grundplatte Durchführungsöffnungen für die axial ausgerichteten Drahtenden bilden, entspricht auch die Zahl der regelmäßig über den gesamten Umfang des Außenrings 9 verteilten und radial nach innen vorspringenden Rastelemente 23 der Zahl der doppelten Anzahl der Spulen und somit der Gesamtzahl der Drahtenden der Spulen von insgesamt vierundzwanzig.
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Die 7 zeigt ein Dichtungsrohr 26 für einen elektrischen Verbindungsstift. Der in 7 nicht gezeigte elektrische Verbindungsstift (E-Pin) ist eine Ausführungsform für ein elektrisches Leitungselement und sitzt in einem der Dichtungsrohre 26. Der Effekt der Dichtungsrohre 26 besteht darin, den elektrischen Verbindungsstift (E-Pin) innerhalb der hermetisch abgedichteten Umgebung zu isolieren und einen Sitzbereich für einen O-Ring für die Abdichtung der Innenseite der hermetisch abgedichteten Umgebung zum Inverter bereitzustellen.
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Einer der elektrischen Verbindungsstifte 27 (E-Pin) ist in der 8 dargestellt. Der E-Pin 27 ist ein elektrischer Leiter, der die Schnittstelle zwischen dem Stator und dem Motorantriebssystem, das heißt dem Inverter, darstellt.
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Die 9 zeigt eine perspektivische Darstellung der gesamten Spulenverbindungseinrichtung 2 ohne Verguss und ohne Drahtenden, im Unterschied zur 5, die eine entsprechende perspektivische Ansicht der Grundplatte 8 zusammen mit dem Außenring 9 zeigt, allerdings mit eingesetzten Sammelschienen 10, 11.1, 11.2, 11.3, Dichtungsrohren 26 und elektrischen Verbindungsstiften 27. Die Grundplatte 8 als Trägerelement für die Sammelschienen 10, 11.1, 11.2, 11.3 und für die Verbindungsstifte 27 zur Verbindung mit dem Inverter, weist sowohl die notwendigen Vertiefungen 20, 21.1, 21.2, 21.3 und Ausnehmungen 22 für die Abstützung und gegenseitige Beabstandung der elektrisch leitenden Sammelschienen 10, 11.1, 11.2, 11.3, Anschlusselemente 12, 13.1, 13.2, 13.3 beziehungsweise Anschlussteile 14.1, 14.2, 14.3 als auch die notwendigen Aufnahmeräume 16.1, 16.2, 16.3 für die ringförmigen Enden der Anschlussteile 14.1, 14.2, 14.3 und die Verbindungsstifte 27 als elektrische Leitungselemente auf. Auf diese Weise können die Spulen über eine Sternverbindung und die Spulen einer jeden Phase gleichzeitig verbunden werden, während ausreichend Platz gesichert und die volle Isolation zwischen jedem stromführenden Teil gewährleistet wird.
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Die 10 zeigt die Spulenverbindungseinrichtung 2, nachdem das Vergussmaterial 28 in einen vormontierten schwimmenden Spulenverbindungsring nach dem Wickeln gegossen ist, um die Einbauten von dem Kältemittel und auch voneinander zu isolieren. Mit dem Vergießen werden Verbindungsstellen zwischen den einzelnen stromführenden Elementen gestärkt. Die Löcher 19.1, 19.2, 19.3 für die Aufnahme eines Leitungselements sind dabei freigehalten. Zudem wirkt der Außenring 9 als eine äußere Begrenzungswand für den Verguss des gesamten vom Außenring umschlossenen Bereichs mit Harz. Als innere Begrenzungswand für den Verguss mit Harz wirkt die innere Seitenwand 15e.
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Eine perspektivische Darstellung des gesamten fertiggestellten Stators 1 mit dem zylindrischen Statorkern 3 und der Spulenverbindungseinrichtung 2, befüllt mit Vergussmaterial 28, ist in der 11 zu sehen. Dabei sind drei Verbindungstifte 27, die jeweils in ein Dichtungsrohr 26 eingeführt sind, zusammen mit den Dichtungsrohren 26 in die vergossene Spulenverbindungseinrichtung eingesetzt, wodurch sie mit den Anschlussteilen der Sammelschienen der einzelnen Phasen elektrisch verbunden sind. Die Spulenverbindungseinrichtung 2 in Form der dargestellten Ausführungsform des Spulenverbindungsrings 2 ist auf den die Basisisolierung 5 axial überragenden Drahtenden 6 der gewickelten Spulen konnektiert. Der dadurch verbleibende Spalt 7 zwischen der Basisisolierung 5 und der Spulenverbindungseinrichtung 2 ermöglicht einen axialen Toleranzausgleich. Gleichzeitig erzeugt diese Art der Befestigung auch einen lateralen Toleranzausgleich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Spulenverbindungseinrichtung, Spulenverbindungsring
- 3
- Statorkern
- 4
- Spulen
- 4.1
- Phase, Spulen einer Phase
- 4.2
- Phase, Spulen einer Phase
- 4.3
- Phase, Spulen einer Phase
- 5
- Basisisolierung
- 6
- Drahtende
- 6a
- Drahtende (für Sternpunktverbindung)
- 6b
- Drahtende (für Phasenverbindung)
- 7
- Spalt
- 8
- Grundplatte
- 9
- Außenring
- 10
- Sammelschiene, Sternpunktverbindung
- 11.1
- Sammelschiene
- 11.2
- Sammelschiene
- 11.3
- Sammelschiene
- 12
- Anschlusselement
- 12a
- Anschlusselement am offenen Kreisbogenende
- 12b
- Anschlusselement am offenen Kreisbogenende
- 13.1
- Anschlusselement
- 13.2
- Anschlusselement
- 13.3
- Anschlusselement
- 14.1
- Anschlussteil
- 14.2
- Anschlussteil
- 14.3
- Anschlussteil
- 15a
- Seitenwand
- 15b
- Seitenwand, Trennwand
- 15c
- Seitenwand, Trennwand
- 15d
- Seitenwand
- 15e
- Seitenwand, innere Seitenwand
- 16.1
- Aufnahmeraum
- 16.2
- Aufnahmeraum
- 16.3
- Aufnahmeraum
- 17
- gabelförmiges Ende der Sammelschiene 10
- 18.1
- gabelförmiges Ende der Sammelschiene 11.1
- 18.2
- gabelförmiges Ende der Sammelschiene 11.2
- 18.3
- gabelförmiges Ende der Sammelschiene 11.3
- 19.1
- Loch für die Aufnahme eines Leitungselements
- 19.2
- Loch für die Aufnahme eines Leitungselements
- 19.3
- Loch für die Aufnahme eines Leitungselements
- 20
- Aufnahmeraum für die Sammelschiene 10
- 21.1
- Aufnahmeraum für die Sammelschiene 11.1
- 21.2
- Aufnahmeraum für die Sammelschiene 11.2
- 21.3
- Aufnahmeraum für die Sammelschiene 11.3
- 22
- Ausnehmung in einer Seitenwand
- 23
- Rastelemente des Außenrings 9
- 24
- konkave Kümmung eines Rastelements 23
- 25
- Durchführungsöffnung für ein Drahtende
- 26
- Dichtungsrohr
- 27
- Leitungselement; elektrischer Verbindungsstift; E-Pin
- 28
- Vergussmaterial
