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Die Erfindung bezieht sich auf einen Stator für einen Elektromotor, beispielsweise für einen Stell- oder Antriebsmotor in einem Kraftfahrzeug, mit mehreren über den Umfang angeordneten Trägerzähnen, auf die jeweils eine Spule gewickelt ist.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2008 054 523 A1 wird ein Stator für einen Elektromotor beschrieben, wobei der Stator mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Trägerzähne mit darauf gewickelten Spulen umfasst. An den Trägerzähnen sind Rastelemente zur mechanischen Verbindung benachbarter Trägerzähne angeordnet. Die Spulendrahtenden an den Trägerzähnen sind am axialen stirnseitigen Ende der Trägerzähne entlanggeführt und weisen radial nach außen zum Anschluss an eine Verschaltplatte.
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Aus der
DE 10 2009 060 838 A1 ist ein Stator bekannt, der sich aus mehreren separaten, zahnförmigen Statorsegmenten zusammensetzt, wobei die Spulen von zwei benachbarten Statorsegmenten aus einem durchgehenden, ununterbrochenen Spulendraht gefertigt sind. Das erste Spulendrahtende befindet sich an einem ersten Statorsegment, das zweite Spulendrahtende am benachbarten, zweiten Statorsegment.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Stator wird vorzugsweise in elektronisch kommutierten Elektromotoren (EC-Motoren) eingesetzt, beispielsweise als Stell- oder Antriebsmotor in einem Kraftfahrzeug. Der Stator weist über den Umfang angeordnete Trägerzähne auf, die jeweils einen Bestandteil von Statorsegmenten bilden und auf die jeweils eine Spule gewickelt ist. Die Spulen werden mittels Spulenwickeltechnik gewickelt; hierbei dreht sich während des Wicklungsvorgangs der zu bewickelnde Trägerzahn. Die Trägerzähne sind während des Wicklungsvorganges als einzelne Baueinheiten ausgebildet, die im Anschluss an den Wicklungsvorgang entlang eines Kreises angeordnet und zusammengefügt werden, beispielsweise mithilfe formschlüssig ineinander greifender Verbindungselemente an den Trägerzähnen.
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Auf jeden Trägerzahn ist ein Kontaktierelement aufgesetzt, das auf dem jeweiligen Trägerzahn befestigt ist. Das Kontaktierelement wird im Anschluss an den Wicklungsvorgang auf den Trägerzahn aufgesetzt, so dass das Kontaktierelement die gewickelte Spule abschnittsweise einschließt. Das Kontaktierelement weist einen Drahtaufnahmebereich zur Aufnahme des Spulendrahts der Spule auf.
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Diese Ausführung ermöglicht insbesondere eine effiziente Herstellung der mit Spulen versehenen Trägerzähne während des Herstellungsprozesses des Stators. Im ersten Schritt werden die einzelnen, segmentförmigen Trägerzähne mittels der Spulenwickeltechnik gewickelt. Anschließend wird in einem nächsten Schritt das Kontaktierelement auf den bereits gewickelten Trägerzahn aufgesetzt und auf dem Trägerzahn direkt oder indirekt befestigt. In einem weiteren Schritt wird der Spulendraht - entweder ein Spulendrahtende oder ein mittlerer Abschnitt des Spulendrahts - in den Drahtaufnahmebereich im Kontaktierelement eingelegt, wobei im Falle des Spulendrahtendes gegebenenfalls der Spulendraht getrennt wird.
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Die Vorgehensweise eignet sich sowohl für Einzelspulen als auch für Mehrfachspulen, beispielsweise Zwillings-, Drillings- oder Vierlingsspulen, bei denen eine entsprechende Anzahl an Trägerzähnen mit einem einzigen, durchgehenden Spulendraht bewickelt wird. Im Falle einer Mehrfachspule wird nach dem Wicklungsvorgang des ersten Trägerzahns der nächste, zweite Trägerzahn mit dem gleichen Spulendraht bewickelt, woraufhin auf diesen zweiten Trägerzahn ebenfalls ein Kontaktierelement aufgesetzt und befestigt wird. Der Spulendraht kann in den Drahtaufnahmebereich im Kontaktierelement des zweiten Trägerzahns ebenfalls eingelegt werden.
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Sofern die Trägerzähne mit Einzelspulen versehen sind, werden beide Spulendrahtenden in jeweils einen Drahtaufnahmebereich des Kontaktierelementes eingesetzt.
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Es kann zweckmäßig sein, den Spulendraht in den Drahtaufnahmebereich des Kontaktierelementes einzuklemmen, um ein versehentliches Lösen des Spulendrahts vom Kontaktierelement, insbesondere im Fall von Mehrfachspulen beim Wickeln des darauf folgenden Trägerzahns zu vermeiden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung befindet sich an einer axialen Stirnseite des Trägerzahns eine Isoliermaske, die von der Spule umwickelt ist und elektrisch isolierend wirkt. Vorteilhafterweise ist das Kontaktierelement an der Isoliermaske befestigt.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung steht das Kontaktierelement mit dem Trägerzahn direkt oder indirekt in einer Rast- oder Formschlussverbindung. Hierfür ragen beispielsweise Rast- oder Formschlusselemente am Kontaktierelement einerseits und am Trägerzahn oder dem mit dem Trägerzahn verbundenen Bauteil andererseits ineinander, so dass insbesondere in Umfangsrichtung eine formschlüssige Verbindung gegeben ist. Zum Beispiel kann ein axialer Rast- oder Formschlussvorsprung am Kontaktierelement in eine komplementär ausgebildete Rast- oder Formschlussausnehmung in der Isoliermaske axial hineinragen.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Drahtaufnahmebereich im Kontaktierelement als Durchbruch oder Einschnitt ausgebildet, in den der Spulendraht eingelegt werden kann. Der Durchbruch oder Einschnitt erstreckt sich, bezogen auf die Statorlängsachse, in Radialrichtung oder in Umfangsrichtung.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist das Kontaktierelement in Radialrichtung gesehen annähernd oder vollständig die gleiche Erstreckung wie der Trägerzahn auf. Die axiale Stirnseite des Trägerzahns ist somit zumindest im Wesentlichen, gegebenenfalls vollständig von dem Kontaktierelement abgedeckt.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Kontaktierelement als ein Kunststoffbauteil ausgebildet. Hierdurch ist zugleich eine elektrische Isolierung des in den Durchbruch oder Einschnitt eingesetzten Spulendrahts gewährleistet. Gegebenenfalls kommt aber auch eine Ausführung des Kontaktierelementes aus einem sonstigen, insbesondere elektrisch nicht leitenden Material in Betracht.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung, die sich auf Einzelspulen pro Trägerzahn bezieht, sind in das Kontaktierelement zwei Drahtaufnahmebereiche eingebracht zur Aufnahme jeweils eines Spulendrahtendes. Im Fall von Mehrfachspulen genügt es dagegen, dass die Kontaktierelemente benachbarter Trägerzähne, die Bestandteil der Mehrfachspulen sind, jeweils genau einen Drahtaufnahmebereich zur Aufnahme eines Spulendrahts aufweisen. In den randseitigen Trägerzähnen werden in die Kontaktierelemente die Spulendrahtenden eingefügt, in einen mittleren Trägerzahn wird entsprechend ein mittlerer Abschnitt des Spulendrahts in den Drahtaufnahmebereich des Kontaktierelementes eingelegt.
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Der Spulendraht ist entweder unmittelbar am Kontaktierelement aufgenommen oder, gemäß einer weiteren Ausführung, in einem elektrisch leitenden Verbindungselement, das von dem Kontaktierelement getragen ist. Das elektrisch leitende Verbindungselement kann mit einer Verschaltplatte elektrisch verbunden werden, die sich an der Stirnseite des Stators für die Stromversorgung der Spulen befindet. In dieser Ausführung befindet sich der Drahtaufnahmebereich in dem elektrisch leitenden Verbindungselement.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Trägerzahns eines Stators mit einer Einzelspule, wobei auf die axiale Stirnseite des Trägerzahns ein Kontaktierelement aufgesetzt ist,
- 2 der Trägerzahn in einer Ansicht von oben,
- 3 das Kontaktierelement des Trägerzahns gemäß 1 und 2 in Einzeldarstellung,
- 4 zwei benachbarte, miteinander verbundene Trägerzähne als Träger von Zwillingsspulen, wobei auf jeden Trägerzahn jeweils ein Kontaktierelement axial stirnseitig aufgesetzt ist,
- 5 die Trägerzähne gemäß 4 in Draufsicht,
- 6 drei zusammenhängende Trägerzähne als Bestandteil einer Drillingsspule, wobei auf jeden Trägerzahn ein Kontaktierelement aufgesetzt ist und jedes Kontaktierelement Träger eines elektrischen Verbindungselementes ist, in das der Spulendraht eingelegt ist,
- 7 eine weitere perspektivische Ansicht der Trägerzähne gemäß 6,
- 8 eine Draufsicht auf die drei aneinander liegenden Trägerzähne,
- 9 eine Einzelansicht des Kontaktierelementes mit eingesetztem elektrischen Verbindungselement.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem einzelnen Statorsegment 1 für eine Einzelspule in einem Stator für einen Elektromotor dargestellt. Das Statorsegment 1 umfasst einen Trägerkörper 2, an dessen axialer Stirnseite sich eine Isoliermaske 4 aus elektrisch isolierendem Material befindet, wobei um den Trägerzahn 2 und die Isoliermaske 4 eine Spule 3 gewickelt ist. Das Wickeln des Spulendrahtes der Spule 3 erfolgt mittels Spulenwickeltechnik, bei der sich der zu bewickelnde Trägerzahn 2 während des Wicklungsvorgangs dreht.
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Auf die axiale Stirnseite ist auf die Isoliermaske 4 ein Kontaktierelement 5 aufgesetzt und befestigt, das als Kunststoffbauteil ausgebildet ist. An der oben liegenden Außenseite sind in das Kontaktierelement 5 zwei parallel versetzte Drahtaufnahmebereiche 6 in Form eines Durchbruches bzw. Einschnittes eingebracht, wobei in jeden Drahtaufnahmebereich 6 ein Spulendrahtende 3a bzw. 3b der Spule 3 eingelegt ist. Die als Durchbruch oder Einschnitt ausgebildeten Drahtaufnahmebereiche 6 erstrecken sich, bezogen auf die Längsachse des Stators, in Radialrichtung, so dass auch die eingelegten Spulendrahtenden 3a und 3b in Radialrichtung verlaufen. Die beiden Drahtaufnahmebereiche 6 sind parallel versetzt zueinander angeordnet.
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In Radialrichtung weist das Kontaktierelement 5 die gleiche Erstreckung wie die Isoliermaske 4 und der Trägerzahn 2 auf. Das Kontaktierelement 5 überdeckt im Wesentlichen die gesamte axiale Stirnseite von Trägerzahn 2 und Isoliermaske 4.
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An der den Drahtaufnahmebereichen 6 gegenüberliegenden Seite weist das Kontaktierelement 5 einen Rastvorsprung 7 auf, der in eine korrespondierende Rastausnehmung an der axialen Stirnseite der Isoliermaske axial hineinragt. Hierdurch ist eine rastschlüssige Verbindung mit einem Formschluss in Umfangsrichtung zwischen dem Kontaktierelement 5 und der Isoliermaske 4 gegeben.
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In den 4 und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem zwei unmittelbar benachbarte Statorsegmente 1 eine Zwillingsspule bilden. Der Spulendraht der Spule 3 ist auf jedes Statorsegment 1 gewickelt, jedoch ist der Spulendraht durchgehend ausgebildet, so dass die Spulen 3 auf jedem Statorsegment 1 aus einem durchgehenden Spulendraht gebildet sind.
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Jedes Statorsegment 1 umfasst einen Trägerzahn 2 mit einer an der axialen Stirnseite angeordneten Isoliermaske 4, wobei Trägerzahn 2 und Isoliermaske 4 von der Spule 3 umwickelt sind. Auf die Isoliermaske 4 ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel jeweils ein Kontaktierelement 5 aus einem Kunststoffmaterial aufgesetzt und mit der Isoliermaske verbunden. In jedes Kontaktierelement 5 ist ein Drahtaufnahmebereich 6 in Form eines Einschnittes zur Aufnahme eines Spulendrahtendes 3a bzw. 3b eingebracht. Die beiden Kontaktierelemente 5 der benachbarten Statorsegmente 1 sind unabhängig voneinander ausgebildet und weisen jeweils genau einen Drahtaufnahmebereich 6a auf. Im ersten Statorsegment 1 ist das erste Spulendrahtende 3a im Drahtaufnahmebereich 6 des Kontaktierelementes 5 aufgenommen. Im zweiten, benachbarten Statorsegment 1 ist das zweite Spulendrahtende 3b im Drahtaufnahmebereich 6 des Kontaktierelementes 5 aufgenommen. Die in Form des Einschnittes ausgebildeten Drahtaufnahmebereiche 6 in jedem Kontaktierelement 5 und entsprechend auch die eingelegten Spulendrahtenden 3a, 3b erstrecken sich in Radialrichtung.
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In den 6 bis 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem drei unmittelbar benachbarte und zusammenhängende Statorsegmente 1 eine Drillingsspule aufweisen. Jedes einzelne Statorsegment ist wie bei den ersten Ausführungsbeispielen mit einem Trägerzahn 2 und einer an der axialen Stirnseite aufgesetzten Isoliermaske 4 versehen, wobei pro Statorsegment eine Spule 3 um den Trägerzahn 2 einschließlich der Isoliermaske 4 gewickelt ist. Aufgrund der Ausführung als Drillingsspule sind die Spulen 3 der drei verschiedenen Statorsegmenten 1 aus einem durchgehenden Spulendraht gebildet.
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An jeder axialen Stirnseite der Trägerzähne 2 befindet sich jeweils ein Kontaktierelement 5, das auf die Isoliermaske 4 aufgesetzt und an dieser befestigt ist. Jedes Kontaktierelement 5 ist Träger eines elektrischen Verbindungselementes 9, das insbesondere aus einem elektrisch leitfähigen Metall gefertigt ist und V-förmig mit einem kurzen Schenkel und einem langen Schenkel ausgebildet ist. In der V-förmigen Öffnung ist ein Drahtaufnahmebereich 6 gebildet, in den jeweils ein Spulendraht 3a, 3b, 3c eingelegt ist. Die Verbindungselemente 9 sind beispielsweise als Schweißhaken ausgebildet, wobei die Spulendrähte 3a, 3b, 3c im Drahtaufnahmebereich 6 festgeschweißt werden. Hierzu greift bevorzugt eine Schweißzange um die V-förmige Öffnung und presst deren beide Schenkel beim Schweißen zusammen. Der Drahtaufnahmebereich 6 befindet sich somit in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 6 bis 9 nicht unmittelbar am Kontaktierelement 5, sondern im elektrischen Verbindungselement 9, das von dem Kontaktierelement 5 getragen ist.
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Das Kontaktierelement 5 weist eine Einstecköffnung auf, in die das elektrische Verbindungselement 9 eingesetzt ist. Der längere Schenkel des V-förmigen Verbindungselementes 9 kann zur Kontaktierung mit der Verschaltplatte herangezogen werden.
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Wie 7 und 8 zu entnehmen, sind die Spulendrahtenden 3a und 3b in die Verbindungselemente 9 der beiden außen liegenden Statorsegmente 1 eingesetzt. Im mittleren Statorsegment ist in dem zugeordneten Verbindungselement 9 ein mittlerer Abschnitt 3c des Spulendrahtes eingelegt. In allen drei Statorsegmenten erstreckt sich der Drahtaufnahmebereich 6 des Verbindungselementes 9 sowie die zugeordneten Drahtabschnitte 3a, 3b, 3c in Umfangsrichtung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008054523 A1 [0002]
- DE 102009060838 A1 [0003]
