EP4374479A1 - Stator einer elektrischen antriebseinheit und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Stator einer elektrischen antriebseinheit und verfahren zu seiner herstellung

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Publication number
EP4374479A1
EP4374479A1 EP22743734.0A EP22743734A EP4374479A1 EP 4374479 A1 EP4374479 A1 EP 4374479A1 EP 22743734 A EP22743734 A EP 22743734A EP 4374479 A1 EP4374479 A1 EP 4374479A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
insulating cap
winding
winding wire
contacting
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22743734.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Weiske
Jürgen Ehrsam
Heinz Günther
Reiner HETTYCH
Jürgen BRETTSCHNEIDER
Christoph TYSACK
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.)
Buehler Motor GmbH
Original Assignee
Buehler Motor GmbH
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 Buehler Motor GmbH filed Critical Buehler Motor GmbH
Publication of EP4374479A1 publication Critical patent/EP4374479A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/08—Forming windings by laying conductors into or around core parts
    • H02K15/095—Forming windings by laying conductors into or around core parts by laying conductors around salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/09—Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the invention relates to a stator of an electric drive unit according to the subject matter of patent claims 1 or 2 and a method for its production according to the subject matter of patent claims 13 or 14.
  • the winding wire is often connected by means of welding hooks that are formed on contact plates.
  • the welding hooks are formed in an axial alignment of the stator core on the contact sheets. Due to the axial alignment of the welding hooks, there is no bracing of the winding wire.
  • the winding wire has only a short length either before or after the welding hook in order to avoid the problem of the free oscillation length of the winding wire as far as possible. Due to the small length of the winding wire before and after the welding hook, however, the winding wire must be held in position by additional gluing processes, which are complex and not always temperature-stable.
  • the invention is based on the object of specifying a stator for an electric drive unit in which the winding wire ends are securely fastened via at least one contact plate in order to avoid free oscillation lengths of the winding wire and thus damage to it, and to produce a compact design for the stator.
  • a stator for an electric drive unit comprising a stator core, on which at least one stator pole is designed to accommodate coils, a first insulating cap and a second insulating cap (each designed on the switching side or not on the switching side with respect to the stator core), wherein at least one contact plate is arranged at least in the first and/or second insulating cap, having a stator winding, which is formed from a continuous winding wire and forms the coils, wherein at least one contacting element is formed on the at least one contact plate, which receives the winding wire of the stator winding a contacting area and a conducting area, wherein the conducting area is aligned in an axial direction within the first and/or second insulating cap and wherein the contacting area extends at least partially out of the first and/or second insulating cap into a radial R icht (also related to the contact plate) protrudes.
  • the at least one contacting element on the at least one contact plate has a contacting area and a conducting area, with the conducting area being aligned in an axial direction, ie parallel to the central axis of the stator, within the first and/or second insulating cap and with the contacting area consisting of the first and/or or the second insulating cap protrudes at least partially in a radial direction of the stator. Due to the contacting area of the at least one contacting element protruding at least partially in a radial direction of the stator, these are securely and firmly fastened via the contacting area when there are a large number of winding wire switching ends. This ensures that the winding wire is pulled into the base of the contacting area in order to avoid vibration and thus damage to the winding wire.
  • a stator for an electric drive unit comprising a stator core, on which at least one stator pole is formed to accommodate coils, a first insulating cap and a second insulating cap, wherein at least in the first and/or second insulating cap at least a contact sheet is arranged, a stator winding, which is formed from a continuous winding wire and forms the coils, wherein at least one contacting element is formed on the at least one contact sheet, which receives the winding wire of the stator winding, having a contacting area and a conductive area, the conductive area in is aligned in an axial direction within the first and/or second insulating cap and wherein the contacting area is offset (e.g.
  • the horizontal contact area can be aligned in the direction of the outer circumference or inner circumference of the stator, but also in or against the direction of the contact plates.
  • the stator according to the invention according to claims 1 or 2 is preferably comprised of an electric drive unit, such as. B. an electric motor, in particular a brushless DC motor (or a generator) and can be designed as an internal rotor or external rotor.
  • the first and/or second insulating cap can be in one piece or be formed in several parts and be arranged on a switching side or non-switching side of the stator core, which is formed from a laminated core.
  • At least one contact plate is arranged in the first and/or second insulating cap. Depending on the winding pattern, the at least one contact plate can be arranged in the first and/or second insulating cap so as not to protrude into the winding space.
  • the at least one contact sheet can be arranged only in the first insulating cap or only in the second insulating cap, or it can be arranged in the first and in the second insulating cap.
  • the at least one contact plate can be arranged in the first insulating cap and a so-called zero contact plate can also be arranged in the second insulating cap, ie without a contacting element. If there is little installation space and the resulting radial space requirement, contact plates with at least one contacting element can also be arranged in the first and second insulating caps and the winding wire is connected according to the specified winding scheme via contact plates in both insulating caps.
  • the at least one contacting element on the at least one contact plate has a contacting area and a conducting area, with the conducting area moving in an axial direction, i. H. parallel to the center axis of the stator, in the first and/or second insulating cap and the contacting area (e.g. perpendicular) is offset, i.e. in the circumferential direction of the contact sheet, with respect to the conducting area.
  • the offset (e.g. vertical) formation of the contact area can define several directions, as already described. Due to the staggered contacting area of the at least one contacting element, if there are a large number of winding wire switching ends, these are securely and firmly attached via the contacting area. This ensures that the winding wire is pulled into the base of the contacting area in order to avoid vibration and thus damage to the winding wire.
  • the contacting element in the contacting area is preferably designed as a welding fork, contact fork or contact tongue.
  • the contacting element in the contacting area can have all of the usual and expedient configurations known to those skilled in the art.
  • the first and/or second insulating cap comprises a plurality of preferably concentrically arranged contact sheets, with at least one contact sheet preferably being assigned to a contacting phase.
  • the contact sheet can be designed with or without contacting elements.
  • a contact plate can also be designed without a contacting element as a so-called zero contact plate.
  • the interconnection can also be stretched out over both insulating caps with contact plates arranged therein with at least one contacting element and thereby split.
  • At least one contacting element is arranged on a contact sheet offset with respect to at least one contacting element on a further contact sheet.
  • the contacting elements are offset in such a way that a stepped arrangement is created.
  • the contacting elements are arranged diagonally offset from one another, giving the impression of a staircase when viewed from above.
  • the contact area is designed with an angle of inclination in the radial direction, preferably towards the outside of the stator.
  • the contacting area can also be designed with an appropriate offset angle that is known to those skilled in the art.
  • the angle of inclination encloses an angle of at least 2°, preferably 5°.
  • the preferred angle range is 5°+-3°.
  • various other or larger angles are also conceivable here.
  • At least one contact plate has at least one projection on the axial end face, which engages in the first and/or second insulating cap.
  • At least one contact plate has a recess in the radial direction, which corresponds to an undercut or a latching means in the first and/or second insulating cap.
  • the at least one latching means is designed as a rigid, inflexible element to which the recess of the at least one contact plate is attached.
  • At least one contact plate has an undercut or a snap hook which corresponds to the first and/or second insulating cap.
  • the at least one undercut or the at least one snap hook is jammed with a corresponding counter-contour in the first or second insulating cap.
  • deflection domes are arranged on an inner ring of the first and/or second insulating cap as a winding aid. These deflection domes can remain on the stator after the winding process or can be separated or removed from the inner ring of the first and/or second insulating cap after the winding process.
  • the at least one contact plate is or will be connected to the first and/or second insulating cap by means of hot embossing, hot caulking, ultrasonic riveting or cold embossing.
  • Other connection methods known to those skilled in the art are also possible here.
  • a method for manufacturing a stator for an electric drive unit comprises the following method steps: a) attaching the prefabricated first and second insulating caps to the end faces of the stator core; b) inserting at least one contact sheet into the first and/or second insulating cap; c) inserting a winding wire beginning in a contacting element; d) leading the winding wire to a stator pole for winding a coil with the aid of deflection domes; e) leading the winding wire out of the coil and further laying and connecting the winding wire according to the specified winding scheme; f) repeating the previous steps to form a continuous stator winding; g) welding of the inserted winding wire to the contacting elements; h) cutting through the winding wire and i) interconnecting the individual phases.
  • the first and second insulating caps can also be sprayed onto the end faces of the stator as an alternative to being pushed on.
  • the stator core can be encapsulated and the first and/or second insulating cap can be formed with the encapsulation on the end faces of the stator core.
  • the at least one contact sheet is inserted into the first and/or second insulating cap. Then a winding wire start is inserted into a contacting element and the winding wire is guided to a stator pole for winding a coil with the aid of deflection domes.
  • a wire guide can also be used as an alternative to deflection domes.
  • the winding wire is then led out of the coil and the winding wire is laid and wired up again according to the specified winding scheme.
  • the winding wire led out of the coil or led into the coil is guided over an obliquely offset arrangement of the contacting elements.
  • the contacting elements are offset at an angle of 90° arranged to each other.
  • the winding wire can be routed through the contacting area that protrudes at least partially in a radial direction of the stator with a corresponding angle of inclination or offset angle according to claim 1, or through the (vertically) offset contacting area in such a way that an optimal geometry for the welding process is ensured.
  • the previous steps are repeated until a continuous stator winding is formed.
  • the winding wire is connected.
  • the connection can be a star-parallel winding, star-series winding, delta-series winding, delta-parallel winding, delta-semi-parallel winding, delta-series circuit, delta-double-parallel circuit or a delta- Quadruple parallel circuit can be realized.
  • the inserted winding wire is then welded to the contacting elements using resistance welding or laser welding. However, the welding can also be implemented by other welding methods known to those skilled in the art. Depending on the type of connection, the winding wire is severed after welding.
  • phase lines After cutting through the winding wire, the individual phases are combined into phase lines.
  • the individual phase lines are connected in the axial direction via at least one plug contact, for example a flat plug.
  • the individual phase lines can also be interconnected using other options known to those skilled in the art.
  • the wiring is not limited to a flat connector.
  • a method for manufacturing a stator for an electric drive unit comprises the following method steps: a) winding individual stator poles; b) joining the wound stator poles to form a stator core; c) attaching a prefabricated first and second insulating cap to the axial end faces of the stator core; d) inserting at least one contact sheet into the first and/or second insulating cap; e) Insertion of a winding wire start and a winding wire end of each wound stator pole in an associated contacting element; f) welding of the beginnings and ends of the winding wire inserted in each case with the associated contacting elements and g) interconnection of the individual phases.
  • the individual stator poles are wound and assembled to form a stator core.
  • the first and second insulating caps are slipped onto the axial end faces of the stator core.
  • the first and second insulating caps can also be sprayed onto the axial end faces of the stator core.
  • the stator core can be encapsulated and the first and/or second insulating cap can be formed with the encapsulation on the end faces of the stator core.
  • the at least one contact sheet is inserted into the first and/or second insulating cap.
  • the beginning of the winding wire and the end of the winding wire of each individual stator pole are each placed in an associated contacting element and welded to it by means of resistance welding or laser welding. However, the welding can also be implemented by other welding methods known to those skilled in the art.
  • the individual phases are combined into phase lines.
  • the individual phase lines are connected in the axial direction via at least one plug-in contact, for example a flat plug.
  • the individual phase lines can also be interconnected using other options known to those skilled in the art.
  • the wiring is not limited to a flat connector.
  • FIG. 1 shows a cross section of a stator according to the invention
  • FIG. 2 an axial section of the stator according to the invention according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a detailed view of a contacting element and its orientation according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a detailed view of a contact plate with a notch according to an embodiment
  • FIG. 6 a detailed view of a first or second insulating cap with a contact plate accommodated therein according to FIG. 5;
  • FIG. 8 shows a sectional view of the first or second insulating cap with an undercut or latching means contained therein and the contact plate according to FIG. 7;
  • FIG. 10 a side section of the first or second insulating cap with a contact plate accommodated therein according to FIG. 9;
  • FIG. 12 a sectional view of the first or second insulating cap with a latching means contained therein and the contact plate according to FIG. 11;
  • FIG. 13 is a partial plan view of the stator of the present invention.
  • FIG. 1 shows a cross section of a stator (1) according to the invention for an electric drive unit, in particular according to the subject matter of claim 1, comprising a stator core (2) on which at least one stator pole (3) is designed to accommodate coils, a first insulating cap (4) or a second insulating cap (5), at least one contact plate (6) being arranged in the first and/or second insulating cap (4, 5) at least in the first and/or second insulating cap (4, 5), wherein on the at least one contact plate (6) is formed with at least one contacting element (8) which receives the winding wire of the stator winding (7) (not shown here).
  • Deflection domes (17) are designed as winding aids on an inner ring (16) of the first and/or second insulating cap (4, 5).
  • the first and/or second insulating cap (4, 5) can be made in one piece or in multiple pieces and can be arranged on a switching side and/or non-switching side of the stator core (2).
  • the first and/or second insulating cap (4, 5) is preferably made from an electrically non-conductive material and covers the stator core (2) in the longitudinal axial direction.
  • the first and/or second insulating cap (4, 5) can be attached to the stator core (2) as a prefabricated part or sprayed onto the stator core (2) as an injection-molded part.
  • Fig. 2 shows an axial section of the stator (1) according to the invention according to Fig. 1, comprising a stator core (2) which is longitudinally axially covered by a first and second insulating cap (4, 5), wherein in the first and/or second insulating cap ( 4, 5) at least one contact plate (6) is arranged, at least one contacting element (8) being formed on the at least one contact plate (6), having a contacting area (9) and a conducting area (10).
  • the conducting area (10) is aligned in an axial direction in the first and/or second insulating cap (4, 5).
  • the contact area (9) protrudes at least partially in a radial direction from the first and/or second insulating cap (4, 5).
  • Fig. 3 shows a detailed view of a contacting element (8) and its orientation according to an exemplary embodiment, more precisely according to the subject matter of claim 1.
  • At least one contacting element (8) is formed on the at least one contact plate (6), which connects the winding wire of the Stator winding (7) (not shown here) accommodates, having a contact area (9) and a conductive area (10).
  • the contact area (9) is preferably designed as a welding fork, contact fork or contact tongue and protrudes at least partially in a radial direction, preferably towards the outside of the stator (1), at an angle of inclination (11) of at least 2°, preferably 5° first and/or second insulating cap (4, 5).
  • the angle of inclination has an angle of 5°+- 3°.
  • Fig. 4 shows a perspective view of the stator (1) according to an exemplary embodiment, in particular according to the subject matter of claim 2, comprising a stator core (2) on which at least one stator pole (3) is designed to accommodate coils, a first insulating cap (4) and a second insulating cap (5), at least one contact plate (6) being arranged at least in the first and/or second insulating cap (4, 5), a stator winding (7) which is formed from a continuous winding wire and the forms coils, at least one contacting element (8) being formed on the at least one contact plate (6), which receives the winding wire of the stator winding (7), having a contacting area (9) and a conducting area (10) (not visible here), wherein the conducting area (10) is arranged in an axial direction in the first and/or second insulating cap (4, 5) and wherein the contacting area (9) is perpendicular with respect to of the guide area (10) is formed.
  • Deflection domes (17) are designed as winding aids on an inner ring (16) of the first and/or second insulating cap (4, 5).
  • at least one winding mandrel (24) is provided on the first and/or second insulating cap (4, 5), preferably in the area of the contacting elements (8), to relieve the welding point of the contacting elements (8).
  • the winding wire is guided around the at least one winding mandrel (24) or wound around the at least one winding mandrel. This relieves the strain on the winding wire on the contacting element (8).
  • the at least one winding mandrel (24) is preferably designed as a square in order to allow the winding wire to be buried.
  • FIG. 5 shows a detailed view of a contact plate (6) with a notch (12) according to an embodiment.
  • At least one notch (12) is formed on the axial end face of the at least one contact plate (6), into which the first and/or second insulating cap (4, 5) engages.
  • At least one contacting element (8) is formed on the at least one contact plate (6), which receives the winding wire of the stator winding (7) (not shown here), having a contacting area (9) and a conducting area (10).
  • Fig. 6 shows a detailed view of a first or second insulating cap (4, 5) with a contact plate (6) accommodated therein according to Fig. 5.
  • At least one notch (12) is formed on the axial end face of the at least one contact plate (6). , into which the first and/or second insulating cap (4, 5) engages. Due to the punching burr of the notch (12), the notch (12) digs into the first and/or second insulating cap (4, 5).
  • Fig. 7 shows a detailed view of a contact plate (6) with a recess (13) in the radial direction, which corresponds to an undercut or a latching means (14) in the first and/or second insulating cap (4, 5).
  • the recess (13) is designed as an elongated hole.
  • the recess (13) can also have other configurations known to those skilled in the art.
  • Fig. 8 shows a sectional view of the first or second insulating cap (4, 5) with an undercut or latching means (14) contained therein and the contact plate (6) according to FIG. 7.
  • the first and/or second insulating cap (4, 5) at least one contact plate (6) is accommodated, which has a recess (13) in the radial direction.
  • At least one undercut or at least one locking means (14) is formed in the first and/or second insulating cap (4, 5), which corresponds to the recess (13) when the at least one contact plate (6) is inserted and the contact plate (6) in the first and / or second insulating cap (4, 5) clawed or fastened.
  • 9 shows a detailed view of a contact plate (6) with an undercut or a snap hook (15) which corresponds to the first and/or second insulating cap (4, 5) (not shown here).
  • Fig. 10 shows a sectional view of the first or second insulating cap (4, 5) with a contact plate (6) accommodated therein according to Fig. 9.
  • the at least one contact plate (8) is inserted into the first and/or second insulating cap (4, 5 ) the at least one undercut or the at least one snap hook (15) digs into the first and/or second insulating cap (4, 5).
  • FIG. 11 shows a detailed view of a contact plate (6) corresponding to a latching means (14) according to an alternative embodiment.
  • FIG. 12 shows a sectional view of the first or second insulating cap (4, 5) with a latching means (14) contained therein and the contact plate (6) according to FIG. 11.
  • the latching means (14) secures the contact plate (6) solely by means of a hook-shaped design, for example.
  • Fig. 13 shows a partial plan view of the stator (1) according to the invention, comprising a stator core (2) on which at least one stator pole (3) is designed to accommodate coils, a first or second insulating cap (4, 5) and a stator winding (7 ) forming the coils according to the method of claim 13 or 14.
  • the winding wire is welded to the contact elements (8) (not shown here) after the stator has been completely wound.
  • the individual phases are combined into phase lines (21).
  • At least one plug contact (23) with a connection pin is formed in the first and/or second insulating cap (4, 5), to which the individual phase lines (21) (not shown here) are connected.
  • At least one coding pin (22) is formed on the at least one contact plate (6).
  • Coding is implemented with the connection pin in the plug contact (23) and the coding pin (22). This coding rules out incorrect assembly of the at least one contact plate (6).
  • the at least one plug contact (23) is in the first and/or second insulating cap (4, 5). arranged so that incorrect assembly due to the resulting different cable lengths of the phase lines can be ruled out.
  • Fig. 14 shows a further partial plan view of the stator (1) according to the invention as shown in Fig. 13, comprising a stator core (2) on which at least one stator pole (3) is designed to accommodate coils, a first or second insulating cap (4, 5) and a stator winding (7) forming the coils according to the method of claim 13 or 14.
  • the winding wire is welded to the contacting elements (8) (not shown here) after the stator has been completely wound.
  • the individual phases are combined into phase lines (21).
  • At least one plug contact (23) with a connection pin is formed in the first and/or second insulating cap (4, 5) to which the individual phase lines (21) are connected.
  • At least one coding pin (22) is formed on the at least one contact plate (6).
  • the connections of the conductor tracks are inserted through the first and/or second insulation cap.
  • the phase lines (21) extend axially to the motor axis and are routed on the opposite side to where the coils (3) are connected.
  • At least one plug connector (20) of the phase lines (21), which is designed as a flat plug, for example, is fastened in the plug contact (23).
  • the at least one flat plug is angled at an angle of 90°.
  • the at least one plug contact (23) is arranged in the first and/or second insulating cap (4, 5) in such a way that incorrect assembly due to the resulting different cable lengths of the phase lines (21) can be ruled out.

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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

Titel: Stator einer elektrischen Antriebseinheit und Verfahren zu seiner Herstellung
BESCHREIBUNG
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:
Fig. 1 : einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Stators;
Fig. 2: einen Axialschnitt des erfindungsgemäßen Stators gemäß Fig. 1;
Fig. 3: eine Detailansicht eines Kontaktierungselements und dessen Ausrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels;
Fig. 4: eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Stators gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels;
Fig. 5: eine Detailansicht eines Kontaktblechs mit einer Auskerbung gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 6: eine Detailansicht einer ersten oder zweiten Isolierkappe mit einem darin aufgenommenen Kontaktblech gemäß Fig. 5;
Fig. 7: eine Detailansicht eines Kontaktblechs mit einer Aussparung;
Fig. 8: eine Schnittdarstellung der ersten oder zweiten Isolierkappe mit einem darin enthaltenen Hinterschnitt oder Rastmittel und dem Kontaktblech gemäß Fig. 7;
Fig. 9: eine Detailansicht eines Kontaktblechs mit einem Hinterschnitt oder Schnapphaken;
Fig. 10: einen Seitenschnitt der ersten oder zweiten Isolierkappe mit einem darin aufgenommenen Kontaktblech gemäß Fig. 9;
Fig. 11: eine Detailansicht eines Kontaktblechs das mit einem Rastmittel gemäß einer alternativen Ausgestaltung korrespondiert;
Fig. 12: eine Schnittdarstellung der ersten oder zweiten Isolierkappe mit einem darin enthaltenen Rastmittel und dem Kontaktblech gemäß Fig. 11;
Fig. 13: eine teilweise Draufsicht des erfindungsgemäßen Stators; und
Fig. 14: eine weitere teilweise Draufsicht des erfindungsgemäßen Stators Fig. 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.
Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt des erfindungsgemäßen Stators (1) gemäß Fig.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.
Fig. 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.
Fig. 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. Fig. 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).
Fig. 6 zeigt eine Detailansicht einer ersten oder zweiten Isolierkappe (4, 5) mit einem darin aufgenommenen Kontaktblech (6) gemäß der Fig. 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).
Fig. 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.
Fig. 8 zeigt eine Schnittdarstellung der ersten oder zweiten Isolierkappe (4, 5) mit einem darin enthaltenen Hinterschnitt oder Rastmittel (14) und dem Kontaktblech (6) gemäß Fig. 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. Fig. 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.
Fig. 10 zeigt eine Schnittdarstellung der ersten oder zweiten Isolierkappe (4, 5) mit einem darin aufgenommenen Kontaktblech (6) gemäß Fig. 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).
Fig. 11 zeigt eine Detailansicht eines Kontaktblechs (6) das mit einem Rastmittel (14) gemäß einer alternativen Ausgestaltung korrespondiert. Fig. 12 zeigt eine Schnittdarstellung der ersten oder zweiten Isolierkappe (4, 5) mit einem darin enthaltenen Rastmittel (14) und dem Kontaktblech (6) gemäß Fig. 11. Im Vergleich zu dem in Fig. 7 und Fig. 8 beschriebenen Ausgestaltungen wird hier auf eine Aussparung (13) verzichtet und das Rastmittel (14) sichert das Kontaktblech (6) alleine durch eine beispielsweise hakenförmige Ausbildung.
Fig. 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.
Fig. 14 zeigt eine weitere teilweise Draufsicht des erfindungsgemäßen Stators (1) gemäß Fig. 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

PATENTANSPRÜCHE
1. 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.
2. 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.
3. Stator (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kontaktierungselement (8) im Kontaktierbereich (9) bevorzugt als Schweißgabel, Kontaktgabel oder Kontaktzunge ausgebildet ist.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. Stator (1) nach Anspruch 6, wobei der Neigungswinkel (11) einen Winkel von mindestens 2°, vorzugsweise 5° einschließt.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
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