EP3669442A1 - Statorvorrichtung mit verschalt-endscheibe für einen elektromotor und verwendung der statorvorrichtung - Google Patents

Statorvorrichtung mit verschalt-endscheibe für einen elektromotor und verwendung der statorvorrichtung

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Publication number
EP3669442A1
EP3669442A1 EP19700213.2A EP19700213A EP3669442A1 EP 3669442 A1 EP3669442 A1 EP 3669442A1 EP 19700213 A EP19700213 A EP 19700213A EP 3669442 A1 EP3669442 A1 EP 3669442A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
windings
stator
verschaltetringe
end plate
Prior art date
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Pending
Application number
EP19700213.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thirza Weiser
Christian Rudel
Achim Honold
Hassan Ghodsi-Khameneh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG filed Critical Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Publication of EP3669442A1 publication Critical patent/EP3669442A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/46Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28Layout of windings or of connections between windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/09Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations

Definitions

  • Stator device with interconnected end plate for an electric motor and use of the stator device
  • the present invention relates to a stator for an electric motor according to the preamble of the main claim. Furthermore, the present invention relates to a use of such a stator device.
  • stator devices are well known; these have an angle carrier on or on which a plurality of stator windings wound with suitable angle wire are seated. Depending on the realization principle of the electric motor realized with such a stator device, these windings are connected or connected in a suitable manner; For example, it is known as a typical use of such a generic stator device to set up and to connect the stator device with the windings provided thereon for generating a rotating electrical field, which in turn can be connected to a suitable rotor rotatably mounted about the central axis (as external rotor or rotor) Inner rotor) cooperates.
  • a typical implementation of a stator device for generating a three-phase rotating field for realizing a three-phase motor requires the connection of the windings in star connection (Y-circuit), alternatively in a delta connection, again alternatively in mixed forms of these generic circuit topologies, in particular also several, typically in Circumferentially arranged circumferentially offset from each other of the windings in a typical three-phase system can be connected in parallel to each other.
  • the free wire ends typically realized with the winding connections
  • are led out separately and interconnectably arranged windings are connected via connection or connection arrangements in order to achieve the desired topology and, for example, Effecting parallel circuits to ensure a correct operating power supply of the overall arrangement.
  • stator devices having a larger number of individual windings, approximately twelve or more individually contactable windings on a winding support are not uncommon, but then an electrotechnically and mechanically complex connection structure arises, which not only, for instance for mechanized or automated purposes Production, is complicated to produce, but also space-related disadvantages and disadvantages in terms of failure and failure endangered operating environments has.
  • connection or carrier body voluminous, difficult in automated handling, especially in the actual (non-detachable) producing an electrical contact and not unproblematic in the fixation in the context of a respective motor to be assigned housing structure;
  • the present invention is therefore based on the object of further improving an upper conceptual stator device for an electric motor with regard to mounting and manufacturability and in terms of higher product quality.
  • annular deflecting disk is provided on the interconnected end disk, on the inside of which deflecting pegs which are arranged distributed circumferentially and distributed for deflecting the winding wire are integrally formed.
  • stator arrangement has therefore been supplemented according to the invention by a separate deflecting disk, which bears concentrically against the interconnected end disk at its side facing away from the winding carrier.
  • the deflecting pins arranged distributed circumferentially on the inside of the deflecting disk allow the winding wire to be deflected in such a way that it can be guided precisely through an opening of the welding hooks without a high winding tension.
  • the resulting strain relief of the winding wire and the mechanical relief of the welds on the welding hooks represent a further advantage with regard to increased manufacturing quality.
  • the locking rings are stacked in the interconnected end disk such that the winding terminals of a winding guided at least in sections parallel to the central axis and / or without crossover in each case have a welding hook formed radially on the inside of two of the locking rings to reach.
  • the present invention combines high reliability with simple and reliable manufacturability, since the radially inboard welding hooks with automation tools, such as a welding gun, can be achieved.
  • the number of contact connections to be produced is only determined by the number of windings which, in the preferred application, are simply configurable on the winding support and either by suitable design of a respective winding carrier, alternatively by only partial or suitable winding of a winding carrier with the desired number of windings, suitable for a particular purpose.
  • the deflecting pins in the axial direction and are axially aligned on the interstices of the welding hooks aligning bar, so that the winding wire on the deflection pin is feasible.
  • winding wires can thus advantageously be guided with strain relief over the deflecting pins and without crossovers parallel to the respective welding hooks of the locking rings and are contacted at the welding hooks so that the contact reliability is ensured in every configuration with simple manufacturability.
  • the locking rings are designed as punched parts and the switching end plate is designed as an injection-molded component with overmolded Verschaltringen.
  • the design of the Verschaltetringe as stamped parts simplifies their manufacturing process and allows their easy integration by reprecipitate, so that the boarding end plate with the embedded United shell rings can be produced as a compact injection molded part in large quantities kos ten officer.
  • the three stamped parts of the faceplate can be used as identical parts and underline a cost-optimized approach.
  • the integrally formed on the Verschaltringen welding hooks axially adjacent Verschaltetringe along a circumferential direction are arranged offset and / or jump offset.
  • the arrangement of the welding hooks of the Verschalttringe so that along the circumferential direction, these welding hooks are offset from each other.
  • Such an arrangement especially when used with a plurality of, for example, twelve or more windings, reduces the risk of unintentional contact between winding wires of different phases and, in addition, simplifies automated contacting, for example by the intervention of welding tongs.
  • the result of the present invention is a stator device which is suitable for any use, phase and pole numbers and number of turns, but in particular with more than six, preferably more than nine or even more than twelve windings considerable advantages in the beginning has described problem context.
  • the present invention is suitable for applications in automotive or manufacturing technology, where often mechanical or thermal stressing environmental conditions can be expected, but the invention is not limited to this application context and application.
  • the present invention is in principle independent of a realization of the stator device according to the invention for a Rotorrealisie- tion as internal or external rotor.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram for clarifying the interconnection of the windings in the exemplary embodiment of FIG. 3 as a triangular circuit with four parallel windings each;
  • FIG. 2 shows a connection and winding diagram for the windings according to FIG. 1;
  • FIG. 3 is a perspective view of a stator device according to a first preferred embodiment of the present invention in a 12-pole configuration for an internal rotor;
  • Fig. 4 is a perspective view of a Verschaltrings with molded
  • Fig. 5 is a perspective view of a stacked arrangement of three
  • Fig. 6 is a perspective view of the interconnected end plate with integated, encapsulated Verschaltringen and Fig. 7 is a perspective view of the deflection plate.
  • FIG. 1 and FIG. 2 illustrate in a circuit diagram that the windings 1 'to 12' are supplied with a three-phase rotating field with the phases (terminal polarities) U, V, W, wherein in FIG. 1 or FIG In each case, four of the windings 1 'to 12' form a branch of the delta connection shown in parallel and are nested along the circumferential direction of a winding support 4 (FIG. 3) according to their numbering in the circumferential direction.
  • FIG. 3 is a perspective view of an inventive Statorvor device 2 is shown in 12-pin configuration for an internal rotor according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • the stator device 2 comprises as essential components a winding support 4 for receiving the windings V to 12 ', a connected End plate 6 with embedded embedded Verschaltetringen 8u, 8 v, 8w and a deflection plate 10 with integrally formed deflection pin 12th
  • the twelve windings V to 12 ' are arranged in a circular shape for realizing the illustrated 12-pole stator device, the windings 1' to 12 'each being projected on a (not shown in detail, as generally known - adding) stator and yoke plate arrangement are provided and each winding 1 'to 12' inside pole pieces 14 are assigned to interact with a (not shown) inside running rotor.
  • the rotor is rotatably mounted about an axis of rotation, which corresponds to the central or (rotational) axis of symmetry of the device according to FIG.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a locking ring 8u, 8v, 8w with molded welding hooks 20.
  • the Verschauftring 8u, 8v, 8w has four welding hooks 20, via which the two times four winding connections of the same terminal polarity U, V, W of the windings V to 12 'are connected together.
  • a switching ring 8u, 8v, 8w is thus provided for each of the terminal polarities U, V, W (phases of the three-phase power supply system).
  • the welding hooks 20 extend in the manner of a fork radially in the direction of the axis of rotation and permit an axial approach of the winding terminals as well as a non-detachable contacting by welding.
  • FIG. 5 shows a perspective view of a stacked arrangement of three Verschauftringen 8u, 8v, 8w.
  • Fig. 5 shows a perspective view of a stacked arrangement of three Verschauftringen 8u, 8v, 8w.
  • the circumferentially offset arrangement of the concentrically stacked Verschalttringe 8u, 8v, 8w which leads to a circumferentially equidistant distribution of integrally formed on the Verschalttrin- gene 8u, 8v, 8w welding hook 20.
  • FIG. 6 shows a perspective view of the interconnected end plate 6 with integrated, encapsulated Verschadtringen 8u, 8v, 8w.
  • the Verschalt-end plate 6 is realized as an injection molded component, wherein the shift rings 8u, 8v, 8w in a stacked arrangement against rotation and fixed in the axial direction in the interconnected End plate 6 are embedded.
  • Fig. 7 shows a deflection plate 10 in perspective view.
  • the deflection plate 10 has on its outer shell a diameter which is aligned with the outer shell portion of the winding support 6 and has at its inner diameter circumferentially distributed deflection pin 12.
  • the number and orientation of the deflection pin 12 is dimensioned in the present example so that in the circumferential direction immediately to the right and left next to a welding hook 20, a deflection pin 12 comes to rest Fig. 3).
  • the deflection plate 10 thus has 24 deflection pins 12, via which the winding wires can be guided largely relieved of strain.
  • a stator could be created, with the assembly and manufacturability was simplified by the integration of the Verschadtringe in a Verschalt- end plate on the one hand and the product quality could be increased by the separate deflection pulley for deflecting the winding wires.
  • the present invention is not limited to the illustrated embodiment of a 12-pole stator for internal rotor, but both the number of windings, as on their interconnection (about star-shaped, with other parallel circuits or with a completely different, even individually externally controlled assignment), as well as the present invention is equally suitable for external rotor, in which case the respective arrangement and assignment of the welding hooks would be done radially on the outside.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Statorvorrichtung (2) für einen Elektromotor mit einer Mehrzahl von auf einem Wicklungsträger (4) vorgesehenen, zum elektromotorischen Zusammenwirken mit einem relativ zum Wicklungsträger (4) um eine Mittelachse drehbar gelagerten Rotor ausgebildeten, sich zueinander und zu der Mittelachse parallel erstreckenden und entlang einem kreisbogenförmigen Verlauf angeordneten Wicklungen (1' bis 12'), die mit Wicklungsanschlüssen eines Wicklungsdrahts einzeln elektrisch kontaktierbar ausgebildet sind, wobei den Wicklungen (1' bis 12') mindestens zwei Scheiben- und/oder ringförmige, elektrisch leitend ausgebildete Verschaltringe (8u, 8v, 8w) so zugeordnet sind, dass diese, voneinander elektrisch isoliert, entlang einer axialen Richtung der Mittelachse auf dem Wicklungsträger (4) so angeordnet sind, dass die Wicklungsanschlüsse mit derselben elektrischen Anschlusspolarität (U; V; W) der Wicklungen (1' bis 12') mit dem dieser Anschlusspolarität (U; V; W) zugeordneten Verschaltring (8u, 8v, 8w) zur externen gemeinsamen Kontaktierung unlösbar mittels an dem Verschaltring (8u, 8v, 8w) radial innenseitig angeformter Schweißhaken (20) verbunden sind, wobei die Verschaltringe (8u, 8v, 8w) in eine hohlzylindrische Verschalt-Endscheibe (6) integriert sind und dass in axialer Richtung auf der Verschalt-Endscheibe (6) eine ringförmige Umlenkscheibe (10) mit an der Innenseite der Umlenkscheibe (10) umfänglich verteilt angeordneten Umlenkzapfen (12) zur Umlenkung des Wicklungsdrahts vorgesehen ist.

Description

Statorvorrichtung mit Verschalt-Endscheibe für einen Elektromotor und Verwendung der Statorvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Statorvorrichtung für einen Elektro- motor nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ferner betrifft die vor- liegende Erfindung eine Verwendung einer derartigen Statorvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind gattungsgemäße Statorvorrichtungen allgemein bekannt; diese weisen einen Winklungsträger auf, an bzw. auf welchem eine Mehrzahl von mit geeignetem Winklungsdraht gewickelte Statorwicklungen sitzen. Je nach dem Realisierungsprinzip des mit einer derartigen Statorvorrichtung realisierten Elektromotors sind diese Wick- lungen in geeigneter Weise verschaltet bzw. zu beschälten; so ist es etwa als typische Verwendung einer derartigen, generischen Statorvorrichtung bekannt, die Statorvorrichtung mit den darauf vorgesehenen Wicklungen zum Erzeugen eines elektrischen Drehfeldes einzurichten und zu beschal- ten, welches dann wiederum mit einem geeigneten, um die Mittelachse drehbar gelagerten Rotor (als Außenläufer oder Innenläufer) zusammen- wirkt.
Eine typische Umsetzung einer Statorvorrichtung zum Erzeugen eines dreiphasigen Drehfeldes zum Realisieren eines Dreiphasenmotors erfordert beispielsweise das Verschalten der Wicklungen in Sternschaltung (Y- Schaltung), alternativ in einer Dreieckschaltung, wiederum alternativ in Mischformen dieser generischen Schaltungstopologien, wobei insbeson- dere auch mehrere, typischerweise in Umfangsrichtung periodisch ver- setzt zueinander angeordnete der Wicklungen in einem typischen Drei- phasensystem zueinander parallel geschaltet sein können. Als aus dem Stand der Technik bekannt vorauszusetzen ist es dabei, die mit (typischerweise die Wicklungsanschlüsse realisierenden) freien Drah- tenden separat herausgeführt und kontaktierbar ausgestalteten Wicklun- gen über Verbindungs- bzw. Anschlussanordnungen zu verschalten, um im Rahmen der gewünschten Topologie und etwa zum Bewirken von Pa- rallelschaltungen eine jeweils korrekte Betriebsstromversorgung der Ge- samtanordnung sicherzustellen. Gerade bei Statorvorrichtungen mit einer größeren Anzahl von Einzelwicklungen, so sind etwa zwölf oder mehr je- weils individuell kontaktierbare Wicklungen auf einem Wicklungsträger nicht unüblich, entsteht dann jedoch ein elektrotechnisch und mechanisch komplexes Anschlussgebilde, welches nicht nur, etwa für Zwecke einer mechanisierten bzw. automatisierten Fertigung, aufwendig herzustellen ist, sondern zudem bauraumbedingte Nachteile sowie Nachteile im Hin- blick auf störungs- und ausfallgefährdete Betriebsumgebungen aufweist.
So sind zunächst, geeignete Anschluss- bzw. Trägerkörper voluminös, schwierig in der automatisierten Handhabung, insbesondere auch beim eigentlichen (unlösbaren) Herstellen eines elektrischen Kontakts sowie nicht unproblematisch in der Fixierung im Rahmen einer einem jeweiligen Motor zuzuordnenden Gehäusestruktur; damit würde, etwa bei der be- schriebenen Vielzahl von Wicklungen und der damit verbundenen An- schluss- und Verschaltungsproblematik zunächst, insbesondere in einer stirnseitig-axialen Richtung bezogen auf den Wicklungsträger, beachtli- eher zusätzlicher Bauraum für die Anordnung benötigt, welcher sich letztendlich nachteilig auf das Einsatzspektrum und die Einsatzbereiche einer solchen Vorrichtung auswirkt. Hinzu kommt der Umstand, dass im Regel- fall eine Kontaktierung auch von geeigneten Kontaktmitteln bzw. Knoten- punkten nicht ohne das Entstehen von Kreuzungsstellen bzw. Überkreu- zungen der Drahtenden zu den jeweiligen Wicklungen möglich ist, mit dem möglichen Nachteil, dass etwa in thermisch oder mit Vibration belasteten Einsatzumgebungen die Gefahr von Scheuerstellen oder anderen Defek- ten, mit der Wirkung unerwünschter Kurzschlüsse, entsteht; andere Defek- te, die zu derartigen Fehlstellen bei überlappenden Drähten bzw. Drah- tenden führten können sind etwa (gerade in beengten Bauräumen) un- vermeidbare Gehäusekontakte, damit besteht die Gefahr von reibungs- oder schüttelbedingten Schäden der geschilderten Art.
Da zudem, gerade in komplexen Verschaltungen der beschriebenen Viel- zahl von Wicklungen, eine Automatisierung praktisch unmöglich ist, ist nicht nur aufwendige Handarbeit in der Montage notwendig, auch führt diese, etwa gegenüber vollautomatisierten Herstellungsprozessen, häufi- ger zu Fehlmontagen und damit zu Ausschuss bzw. Ineffizienz in der Fer- tigung. Schließlich liegt der Nachteil bekannter Technologien darin, dass, bezo- gen auf eine jeweilige der Wicklungen, effektive Drahtlängen für eine Zu- leitung im Regelfall inhomogen sind, mit anderen Worten, bedingt durch die komplexe Verschaltung und ggf. verteilt angeordnete Verbindungskno- ten bestehen zu jeweiligen Wicklungen zueinander ungleiche Verhältnisse in Bezug auf Leitungslängen, was etwa bei gewissen Motortechnologien zu Unterschieden in wirksamen Leitungswiderständen, Induktivitäten und anderen Effekten führen kann, was sich dann wiederum im Betrieb eines damit realisierten Motors in Form von Vibrationen oder Fluktuationen im Drehmoment nachteilig äußert.
Aus der DE 10 2014 1 15 379 A1 ist eine Lösung bekannt, bei der die Wicklungen gleicher Anschlusspolarität jeweils mittels einer Anschluss- baugruppe (Verschaltring) miteinander verbunden sind. Dabei sind diese Verschaltringe so ausgestaltet, dass an dem umlaufen- den Innenumfang des jeweiligen Verschaltrings die Wicklungsanschlüsse der Wicklung mittels Kontaktabschnitten (Schweißhaken) kontaktiert wer- den können, wobei das Kontaktieren bevorzugt unlösbar ist und beispielsweise durch Prozess-bekannte Schweißverfahren mit üblichen Schweißzangen oder ähnlichen Automatisierungsmitteln ausgeführt wird oder alternativ ein kontaktbildendes Verbinden durch Löten oder Verkrim- pen erfolgen kann.
Durch diese konstruktive Ausgestaltung ist eine platzsparende Einbau- möglichkeit für die Statoranordnung in ihrer Gesamtheit gegeben, aller- dings erweist es sich als nachteilig, dass der Bauraum für die Kontaktab- schnitte, insbesondere wenn diese als Schweißhaken ausgeführt sind, sehr begrenzt ausfällt. Zudem konnte zwar durch die Verschaltringe eine Reduktion des Verschaltungsaufwandes erreicht werden, jedoch erfordert die Montage der Statoreinheit aufgrund der Vielzahl der Einzelkomponen- ten immer noch einen hohen Fertigungsaufwand.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine ober- begriffliche Statorvorrichtung für einen Elektromotor im Hinblick auf die Montier- und Fertigbarkeit sowie im Sinne einer höheren Produktqualität weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Verschaltringe in eine hohlzy- lindrische Verschalt-Endscheibe integriert sind und dass in axialer Rich- tung auf der Verschalt-Endscheibe eine ringförmige Umlenkscheibe mit an der Innenseite der Umlenkscheibe umfänglich verteilt angeordneten Um- lenkzapfen zur Umlenkung des Wicklungsdrahts vorgesehen ist. Vorteil- hafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen be- schrieben. Die Integration der Verschaltringe in eine hohlzylindrische Verschalt- Endscheibe führt zu einer kompakten baulichen Einheit, die sich in ferti- gungstechnisch einfacher Weise mit weiteren Baugruppen wie dem Wick- lungsträger zusammenfügen lässt. Darüber hinaus ermöglicht die Erfin- düng auch eine Trennung der drei Phasen oder eine Anzahl davon zur Einhaltung von sicherheitsrelevanten Anforderungen.
In axialer Richtung ist erfindungsgemäß auf der Verschalt-Endscheibe ei- ne ringförmige Umlenkscheibe vorgesehen, an deren Innenseite umfäng- lieh verteilt angeordnete Umlenkzapfen zur Umlenkung des Wicklungs- drahts angeformt sind.
Die Statoranordnung ist also erfindungsgemäß durch eine separate Um- lenkscheibe ergänzt worden, welche an der Verschalt-Endscheibe an de- ren dem Wicklungsträger abgewandten Seite konzentrisch anliegt.
Zwar steigt damit der in axialer Richtung benötigte Platzbedarf (Bauhöhe), jedoch steht nunmehr ausreichend Bauraum für die innenseitig an den Verschaltringen angeformten und teilweise über den Innenraum der Ver- schalt-Endscheibe nach oben herausragenden Schweißzapfen zur Verfü- gung.
Die an der Innenseite der Umlenkscheibe umfänglich verteilt angeordne- ten Umlenkzapfen ermöglichen eine Umlenkung des Wicklungsdrahts in der Weise, dass dieser ohne hohen Wickelzug zielgenau durch eine Öff- nung der Schweißhaken geführt werden kann. Die so bewirkte Zugentlas- tung des Wicklungsdrahtes und die mechanische Entlastung der Schweißstellen an den Schweißhaken stellen einen weiteren Vorteil im Hinblick auf eine gesteigerte Fertigungsqualität dar. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind die Verschaltringe in der Ver- schalt-Endscheibe stapelartig so integriert, dass die zumindest ab- schnittsweise parallel zur Mittelachse und/oder ohne Überkreuzung ge- führten Wicklungsanschlüsse einer Wicklung jeweils einen radial innensei- tig an zwei der Verschaltringe ausgebildeten Schweißhaken erreichen.
Auf diese Weise ist zunächst in (axial) platzsparender Weise lediglich das Vorsehen einer Anzahl von (planen) Verschaltringen entsprechend der notwendigen Phasen- bzw. Polzahl erforderlich. Dadurch, dass bei der bevorzugten Kontaktierung der Schweißhaken auf der radialen Innenseite die geometrischen Voraussetzungen für die jeweiligen Wicklungsdrähte so gegeben sind, dass diese sich zueinander parallel und parallel zur Mit- telachse erstrecken, finden keine Überkreuzungen oder mechanische Kontakte statt, welche zu Fehlstellen bzw. zu blanken Stellen und damit verbundenen Kurzschlüssen zwischen den Phasen oder gegenüber Erde führen.
Die vorliegende Erfindung verbindet hohe Betriebssicherheit mit einfacher und zuverlässiger Fertigbarkeit, da die radial innenseitigen Schweißhaken mit Automatisierungswerkzeugen, etwa einer Schweißzange, erreicht werden können.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt in einer erhöhten Flexibilität hinsichtlich der Anpassung an elektrotechnische Er- fordernisse und der Fertigbarkeit: Die Anzahl der herzustellenden Kontaktverbindungen ist lediglich bestimmt durch die Anzahl von Wicklungen, welche, im bevorzugten Anwendungsfall, einfach konfigurierbar auf dem Wicklungsträger sitzen und, entweder durch geeignete Ausgestaltung ei- nes jeweiligen Wicklungsträgers, alternativ durch lediglich partielle bzw. geeignete Bewicklung eines Wicklungsträgers mit der gewünschten An- zahl von Wicklungen, geeignet mit einem jeweiligen Verwendungszweck angepasst werden können.
In bevorzugter Ausgestaltung weisen die Umlenkzapfen in axiale Richtung und sind axial fluchtend auf Zwischenräume der Schweißhaken ausricht- bar, sodass der Wickeldraht über die Umlenkzapfen führbar ist.
Die Wicklungsdrähte können somit vorteilhaft zugentlastet über die Um- lenkzapfen und ohne Überkreuzungen zueinander parallel zu den jeweili- gen Schweißhaken der Verschaltringe geführt werden und sind an den Schweißhaken kontaktiert, sodass die Kontaktsicherheit in jeder Konfiguration bei einfacher Fertigbarkeit gewährleistet ist.
Weiterhin sind die Verschaltringe als Stanzteile ausgeführt und die Ver- schalt-Endscheibe ist als Spritzguss-Bauteil mit umspritzten Verschaltringen ausgeführt.
Die Ausgestaltung der Verschaltringe als Stanzteile vereinfacht deren Herstellungsprozess und erlaubt deren problemlose Integration durch Um- spritzen, sodass die Verschalt-Endscheibe mit den eingebetteten Ver schaltringen als kompaktes Spritzguss-Formteil in großer Stückzahl kos tengünstig hergestellt werden kann. Die drei Stanzteile der Verschaltscheibe können als Gleichteile verwendet werden und unterstreichen ei- nen kostenoptimierten Ansatz.
Vorzugsweise sind die einstückig an den Verschaltringen angeformten Schweißhaken axial benachbarter Verschaltringe entlang einer Umfangs richtung versetzt angeordnet und/oder springen versetzt vor. Insbesondere in mehrphasigen Anordnungen, beispielsweise mit drei An schlussringen im Falle eines dreiphasigen Stators, ist es somit bevorzugt, die Anordnung der Schweißhaken der Verschaltringe so auszugestalten, dass entlang der Umfangsrichtung diese Schweißhaken zueinander ver- setzt sind. Eine derartige Anordnung vermindert, insbesondere bei der Verwendung mit einer Mehrzahl von z.B. zwölf oder mehr Wicklungen, die Gefahr von unbeabsichtigten Kontaktierungen zwischen Wicklungsdrähten verschiedener Phasen und vereinfacht zusätzlich das automatisierte Kon- taktieren, etwa durch Eingreifen einer Schweißzange.
Im Ergebnis entsteht durch die vorliegende Erfindung eine Statorvorrich- tung, welche sich zwar für beliebige Verwendungen, Phasen- und Polzah- len und Wicklungszahlen eignet, insbesondere jedoch bei mehr als sechs, bevorzugt mehr als neun oder gar mehr als zwölf Wicklungen beachtliche Vorteile im eingangs beschriebenen Problemkontext aufweist. Damit eig- net sich etwa die vorliegende Erfindung günstig für Anwendungen der Au- tomobil- oder Fertigungstechnik, wo häufig mit mechanisch oder thermisch belastenden Umgebungsbedingungen zu rechnen ist, die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Einsatzkontext und Anwendungsfall beschränkt. Auch ist die vorliegende Erfindung prinzipiell unabhängig von einer Reali- sierung der erfindungsgemäßen Statorvorrichtung für eine Rotorrealisie- rung als Innen- oder Außenläufer.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild zum Verdeutlichen der Verschaltung der Wick- lungen im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 als Dreiecksschal- tung mit je vier parallelen Wicklungen;
Fig. 2 ein Anschluss- und Wicklungsschema für die Wicklungen gemäß Fig. 1 ; Fig. 3 eine Perspektivansicht einer Statorvorrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in 12-poliger Ausgestaltung für einen Innenläufer;
Fig. 4 eine Perspektivansicht eines Verschaltrings mit angeformten
Schweißhaken,
Fig. 5 eine Perspektivansicht einer gestapelten Anordnung von drei
Verschaltringen;
Fig. 6 eine Perspektivansicht der Verschalt-Endscheibe mit integ rierten, umspritzten Verschaltringen und Fig. 7 eine Perspektivansicht der Umlenkscheibe.
Fig. 1 und Fig. 2 verdeutlichen in einem Schaltbild, dass die Wicklungen 1‘ bis 12' mit einem dreiphasigen Drehfeld mit den Phasen (Anschlusspolaritäten) U, V, W beaufschlagt werden, wobei in der in Fig. 1 bzw. Fig. 2 gezeigten Weise jeweils vier der Wicklungen 1‘ bis 12' in Parallelschaltung einen Zweig der gezeigten Dreieckschaltung ausbilden und entlang der Umfangsrichtung eines Wicklungsträgers 4 (Fig. 3) entsprechend ihrer Nummerierung in Umfangsrichtung verschachtelt sind. In Fig. 3 ist in einer Perspektivansicht eine erfindungsgemäße Statorvor richtung 2 in 12-poliger Ausgestaltung für einen Innenläufer gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die Statorvorrichtung 2 umfasst als wesentliche Baugruppen einen Wicklungsträger 4 zur Aufnahme der Wicklungen V bis 12‘, eine Verschalt- Endscheibe 6 mit umspritzt eingebetteten Verschaltringen 8u, 8 v, 8w und eine Umlenkscheibe 10 mit angeformten Umlenkzapfen 12.
Auf dem mantelseitig zylindrischen Wicklungsträger 4 sind zur Realisie- rung der dargestellten 12-poligen Statorvorrichtung die zwölf Wicklungen V bis 12‘ in einer Kreisform angeordnet, wobei die Wicklungen 1 ' bis 12‘ jeweils auf einer (nicht im Detail gezeigten, als allgemein bekannt voraus- zusetzenden) Stator- bzw. Jochblechanordnung vorgesehen sind und jeder Wicklung 1‘ bis 12‘ innen liegende Polschuhe 14 zum Zusammenwir- ken mit einem (nicht gezeigten) innen laufenden Rotor zugeordnet sind. Der Rotor ist um eine Drehachse drehbar gelagert, welche der Mittel- bzw. (Rotations-) Symmetrieachse der Vorrichtung gemäß Fig. 3 entspricht.
In Fig. 4 ist eine Perspektivansicht eines Verschaltrings 8u, 8v, 8w mit an- geformten Schweißhaken 20 dargestellt. Der Verschaltring 8u, 8v, 8w weist vier Schweißhaken 20 auf, über die die zweimal vier Wicklungsan- schlüsse gleicher Anschlusspolarität U, V, W der Wicklungen V bis 12‘ miteinander verbunden werden. Für jede der Anschlusspolaritäten U, V, W (Phasen des Dreiphasen-Stromversorgungssystems) ist somit ein Ver- schaltring 8u, 8v, 8w vorgesehen.
Die Schweißhaken 20 erstrecken sich gabelartig radial in Richtung zur Drehachse und erlauben ein axiales Heranführen der Wicklungsanschlüs- se sowie ein unlösbares Kontaktieren durch Verschweißen.
Durch innenseitig in die Statoranordnung eingreifende Elektroden einer Schweißzange kann so der in einen geöffneten Bereich eines der Schweißhaken 20 eingelegte bzw. hineinragende Wicklungsdraht durch Verschweißen elektrisch kontaktiert und unlösbar verbunden werden. Fig. 5 zeigt eine Perspektivansicht einer gestapelten Anordnung von drei Verschaltringen 8u, 8v, 8w. Zu erkennen ist die in Umfangsrichtung ver- setzte Anordnung der konzentrisch gestapelten Verschaltringe 8u, 8v, 8w, die zu eine umfänglich äquidistanten Verteilung der an den Verschaltrin- gen 8u, 8v, 8w angeformten Schweißhaken 20 führt. Die Anordnung reali- siert somit neben einer zuverlässigen, kontaktsicheren und insbesondere überkreuzungsfreien Kontaktierung gleichzeitig auch die in den Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte verschachtelte elektrische Parallelschaltung. In Fig. 6 ist eine Perspektivansicht der Verschalt-Endscheibe 6 mit integrierten, umspritzten Verschaltringen 8u, 8v, 8w gezeigt. Durch Umspritzen der bevorzugt als Stanzteile geformten Verschaltringe 8u, 8v, 8w ist die Verschalt-Endscheibe 6 als Spritzguß-Bauteil realisiert, wobei die Ver- schaltringe 8u, 8v, 8w in gestapelter Anordnung verdrehsicher und in axia- ler Richtung fixiert in die Verschalt-Endscheibe 6 eingebettet sind.
Fig. 7 zeigt eine Umlenkscheibe 10 in Perspektivansicht. Die Umlenkscheibe 10 besitzt an ihrem Außenmantel einen Durchmesser, der mit dem Außenmantelabschnitt des Wicklungsträgers 6 fluchtet und weist an ihrem Innendurchmesser umfänglich verteilt Umlenkzapfen 12 auf. Die Anzahl und Ausrichtung der Umlenkzapfen 12 ist in dem vorliegenden Beispiel so bemessen, dass in Umfangsrichtung unmittelbar rechts und links neben einem Schweißhaken 20 ein Umlenkzapfen 12 zu liegen kommt Fig. 3). Insgesamt weist die Umlenkscheibe 10 somit 24 Umlenk- zapfen 12 auf, über die die Wicklungsdrähte weitgehend zugentlastet ge- führt werden können.
Mit der vorliegenden Erfindung konnte eine Statorvorrichtung geschaffen werden, mit der durch die Integration der Verschaltringe in eine Verschalt- Endscheibe zum einen die Montier- und Fertigbarkeit vereinfacht wurde sowie durch die separate Umlenkscheibe zur Umlenkung der Wicklungs- drähte die Produktqualität gesteigert werden konnte.
Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungs- beispiel eines 12-poligen Stators für Innenläufer beschränkt, vielmehr kann sowohl die Anzahl der Wicklungen, als auf deren Verschaltung (etwa auch sternförmig, mit anderen Parallelschaltungen oder mit einer völlig anderen, auch einzeln extern angesteuerter Zuordnung) realisiert sein, ebenso wie die vorliegende Erfindung sich gleichermaßen für Außenläufer eignet, wobei dann die jeweilige Anordnung und Zuordnung der Schweißhaken radial außenseitig erfolgen würde.

Claims

Patentansprüche
1 Statorvorrichtung (2) für einen Elektromotor mit
einer Mehrzahl von auf einem Wicklungsträger (4) vorgesehenen, zum elektromotorischen Zusammenwirken mit einem relativ zum Wicklungsträger (4) um eine Mittelachse drehbar gelagerten Rotor ausgebildeten, sich zueinander und zu der Mittelachse parallel erstreckenden und entlang einem kreisbogenförmigen Verlauf ange ordneten Wicklungen (1‘ bis 12‘),
die mit Wicklungsanschlüssen eines Wicklungsdrahts einzeln elekt- risch kontaktierbar ausgebildet sind, wobei
den Wicklungen (1‘ bis 12‘) mindestens zwei scheiben- und/oder ringförmige, elektrisch leitend ausgebildete Verschaltringe (8u, 8v, 8w) so zugeordnet sind, dass diese, voneinander elektrisch isoliert, entlang einer axialen Richtung der Mittelachse auf dem Wicklungsträger (4) so angeordnet sind,
dass die Wicklungsanschlüsse mit derselben elektrischen An schlusspolarität (U; V; W) der Wicklungen (1‘ bis 12‘) mit dem dieser Anschlusspolarität (U; V; W) zugeordneten Verschaltring (8u, 8v, 8w) zur externen gemeinsamen Kontaktierung unlösbar mittels an dem Verschaltring (8u, 8v, 8w) radial innenseitig angeformter Schweißha ken (20) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verschaltringe (8u, 8v, 8w) in eine hohlzylindrische Verschalt- Endscheibe (6) integriert sind und dass in axialer Richtung auf der Verschalt-Endscheibe (6) eine ringförmige Umlenkscheibe (10) mit an der Innenseite der Umlenkscheibe (10) umfänglich verteilt angeordneten Umlenkzapfen (12) zur Umlenkung des Wicklungsdrahts vorgesehen ist.
2. Statorvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltringe (8u, 8v, 8w) in der Verschalt-Endscheibe (6) sta- pelartig so integriert sind, dass die zumindest abschnittsweise paral- lel zur Mittelachse und/oder ohne Überkreuzung geführten Wick- lungsanschlüsse einer Wicklung (1‘ bis 12‘) jeweils einen radial in- nenseitig an zwei der Verschaltringe (8u, 8v, 8w) ausgebildeten Schweißhaken (20) erreichen.
3. Statorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkzapfen (12) in axiale Richtung weisen und axial fluchtend auf Zwischenräume der Schweißhaken (20) ausrichtbar sind, sodass der Wickeldraht über die Umlenkzapfen (12) führbar ist.
4. Statorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Verschaltringe (8u, 8v, 8w) als Stanzteile ausgeführt sind und die Verschalt-Endscheibe (6) als Spritzguss- Bauteil mit umspritzten Verschaltringen (8u, 8v, 8w) ausgeführt ist.
5. Statorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass die einstückig an den Verschaltringen (8u, 8v,
8w) angeformten Schweißhaken (20) axial benachbarter Verschalt- ringe (8u, 8v, 8w) entlang einer Umfangsrichtung versetzt angeord- net sind und/oder versetzt vorspringen.
6. Statorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Verschalt-Endscheibe (6) mantelseitig so ausgebildet ist, dass sie entlang einer Umfangsrichtung zumindest abschnittsweise mit einem Außenmantelabschnitt des Wicklungsträ- gers (4) fluchtet.
7. Statorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschalt-Endscheibe (6) axial endseitig Ste- ckerkontakte zur externen elektrischen Kontaktierung einer jeden der Verschaltringe (8u, 8v, 8w) aufweist.
8. Verwendung der Statorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für mindestens sechs, bevorzugt mindestens neun, weiter bevorzugt mindestens zwölf Statorwicklungen als Wicklungen (1‘ bis 12‘) in ei- nem Innen- oder Außenläufermotor.
9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer Dreieckschaltung mit drei Anschlusspolaritäten (U, V, W) ver- schalteten Statorwicklungen (1‘ bis 12‘) so mit drei umlaufenden Ver- schaltringen (8u, 8v, 8w) verbunden sind, dass die einem Zweig der Dreieckschaltung zugeordneten der Statorwicklungen durch Wirkung der Verschaltringe (8u, 8v, 8w) jeweils zueinander parallel geschaltet sind.
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