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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung einer Statorwicklung eines Vollblechstators für einen Elektromotor. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen solchen Vollblechstator sowie einen Elektromotor.
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Bei einem Vollblechstator (auch: „Vollblechschnittstator“) handelt es sich üblicherweise um einen Stator, der aus einem Blechpaket gebildet ist, dessen Einzelbleche ringförmig geschlossen sind. Sogenannte (Stator-) Zähne, die durch jeweils eine Nut im Blechpaket voneinander beabstandet sind und im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand eine aus einem Spulendraht gewickelte Spule zur Erzeugung eines Magnetfelds tragen, ragen bei einem innengenuteten Vollblechstator radial nach innen. Im Gegensatz dazu sind auch Statoren bekannt, die aus sogenannten Zahnketten gebildet werden. Das Blechpaket wird dabei zwischen den einzelnen Zähnen aufgeklappt, im offenen Zustand bewickelt und anschließend zum Statorring zusammengefügt.
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Die an den einzelnen Zähnen gebildeten Spulen sind - je nach Ausführung des Elektromotors - bspw. alternierend mit zwei oder auch drei Phasen eines elektrischen Netzes verschaltet. Die Verschaltung erfolgt üblicherweise - meist mittelbar über eine Motorelektronik - über eine Stirnfläche des Stators, an der entsprechend auch die Motorelektronik angeordnet ist. Um einen elektrischen Schluss zwischen dem Spulendraht und dem Blechpaket zu verhindern, sind unterschiedliche Isolationsarten bekannt. Meist ist aber unabhängig von der Isolation entlang der Nuten im Bleckpaket - zumindest bei einem Vollblechstator - eine sogenannte Isolierendscheibe an den Stirnseiten angeordnet. Diese kann aufgesteckt, anspritzt oder auch gemeinsam mit einer Isolation der Nuten und Zähne als Körper um das Statorblechpaket herumgespritzt sein. Die anschlussseitige Isolierendscheibe, d. h. die auf der Seite, an der die Kontaktierung der Spulen erfolgt und die Motorelektronik angeordnet ist, weist dabei sogenannte Terminierdome auf, d. h. axial vorstehende Vorsprünge, an denen der Spulendraht zur sogenannten Terminierung festgelegt werden kann. Unter Terminierung wird dabei das Verlegen des Spulendrahts zur Kontaktstelle und/oder zwischen wenigstens zwei der gleichen Phase zugeordneten Spulen verstanden. Üblicherweise sind an der Isolierendscheibe auch Kontaktiervorrichtungen, bspw. Aufnahmen für sogenannte Schneidklemmkontakte, angeordnet, in denen der Spulendraht zur Kontaktierung mit der Motorelektronik befestigt ist. Je kleiner der Elektromotor und damit auch der Stator ausgeführt sind, desto weniger Bauraum bleibt jedoch an der Isolierendscheibe für die Terminierdome und/oder der Kontaktiervorrichtungen, so dass diese kleiner und damit mechanisch weniger belastbar ausgeführt werden müssen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Stator zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Ausbildung einer Statorwicklung eines Vollblechstators mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Des Weiteren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Vollblechstator mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Außerdem wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Ausbildung einer Statorwicklung eines Vollblechstators für einen Elektromotor. Dabei wird verfahrensgemäß ein Statorblechpaket des Vollblechstators - insbesondere stirnseitig - mit einer Isolierendscheibe ausgestattet. In Radialrichtung, insbesondere nach innen, vorstehende Statorzähne (kurz: „Zähne“) des Statorblechpakets werden mit einem Wickeldraht (oder: „Spulendraht“; insbesondere zur Ausbildung jeweils einer zugeordneten Spule) bewickelt. Nach einer vorgegebenen Anzahl von Zähnen (d. h. nach Ausbildung einer entsprechenden Anzahl von Spulen) wird der Wickeldraht unter Bildung einer wenigstens U-artigen Schlaufe von dem Statorblechpaket weg und wieder zurück geführt. Diese Schlaufe wird anschließend zur Kontaktierung insbesondere der entsprechenden Anzahl von Spulen mit einer Motorelektronik herangezogen. Anders ausgedrückt wird also eine lose Drahtschlaufe verlegt, wobei unter „lose“ hier und im Folgenden insbesondere verstanden wird, dass die Schlaufe zunächst (d. h. in einem Zwischenfertigungsschritt) frei im Raum „hängt“, mithin nicht über einen wesentlichen (d. h. mehr als wenigstens 50 Prozent, insbesondere der Schlaufenlänge) Anteil an der Isolierendscheibe anliegt.
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Dadurch, dass die zur Kontaktierung dienende Schlaufe zunächst frei oder lose verlegt wird, braucht diese nicht an der Isolierendscheibe angebunden werden (insbesondere für eine elektrische Kontaktierung mit mechanischen Mitteln wie z. B. Schneidklemmkontakten), so dass ein hierfür erforderliches Element entfallen kann und somit eine raumsparende Ausführung der isolierendscheibe ermöglichst wird.
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Vorzugsweise wird die jeweilige Schlaufe, vorzugsweise zumindest grob radial, zur Außenseite des Statorblechpakets verlegt. Dadurch wird eine Handhabung der Schlaufen in nachfolgenden Schritten vereinfacht, da die Schlaufe an der Außenseite des Statorblechpakets vergleichsweise einfach zugänglich ist.
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Üblicherweise sind an der Isolierendscheibe zweckmäßigerweise mehrere sogenannte Terminierdome ausgebildet. Dabei handelt es sich um säulenartige Vorsprünge, die vorzugsweise in Axialrichtung vorstehen. In einer zweckmäßigen Verfahrensvariante wird die oder jede Schlaufe in Umfangsrichtung des Statorblechpakets neben einem der Terminierdome angeordnet. Zudem wird jeweils eine Hilfsschlaufe zur Festlegung der jeweiligen Schlaufe in Verlegerichtung des Wickeldrahts vor und/oder nach der jeweiligen Schlaufe um den entsprechenden Terminierdom gelegt. Die Terminierdome sind für die Verlegung („Terminierung“) des Spulendrahts zwischen den zugordneten Zähnen entlang der Isolierendscheibe ohnehin erforderlich. Vorzugweise wird für jede Schlaufe aber nur eine Hilfsschlaufe verlegt, um Spulendraht zu sparen und den elektrischen Widerstand über die Länge des Spulendrahts möglichst gering zu halten. Dabei hat es sich gezeigt, dass nur eine Hilfsschlaufe ausreichend ist, um die Schlaufe für eine hinreichende Handhabbarkeit zu fixieren.
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Unter „Umfangsrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere die tangential zu dem bevorzugt etwa kreisringförmigen Statorblechpaket (sowie zur zentral im Stator angeordneten Drehachse eines im bestimmungsgemäßen Endfertigungszustand in diesem rotierbar angeordneten Rotors) stehende Richtung verstanden. Unter Radialrichtung wird entsprechend insbesondere eine zur Drehachse senkrecht stehende Richtung verstanden. Die Axialrichtung bezeichnet somit insbesondere die entlang der Drehachse verlaufende Richtung.
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In einer weiteren zweckmäßigen Verfahrensvariante wird die oder jede Schlaufe Gamma-artig - oder als „Auge“ (im Sinne einer aus der Knotenkunde geläufigen Bedeutung) - ausgebildet. Die Schlaufe wird also ringförmig geschlossen verlegt, der Spulendraht als um wenigstens 360 Grad gewunden und kreuzt sich selbst. Optional werden aber auch (zusätzlich oder alternativ) „offene“, also sich nicht selbst kreuzende Schlaufen (d. h. insbesondere U- oder Bogen-förmige Schlaufen) verlegt.
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Vorzugsweise wird die vorstehend beschriebene Hilfsschlaufe (insbesondere nur) nach der entsprechenden, insbesondere als Auge gelegten, Schlaufe verlegt. Ein „Niederhalten“ der gesamten Schlaufe wird dabei bspw. durch das Kreuzen des Spulendrahts beim Legen der Schlaufe ermöglicht. Denn beim Legen des Auges kreuzt das „Ende“ des Auges mit dessen Anfang und liegt somit (in Axialrichtung gesehen) oberhalb dessen. Wird nun an dieser Stelle die Hilfsschlaufe gelegt, hält diese vorteilhafterweise auch den Anfang des Auges nieder.
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In einer weiteren zweckmäßigen Verfahrensvariante wird die Hilfsschlaufe um wenigstens 360 Grad um den Terminierdom gelegt. Dadurch wird eine hinreichend sichere Festlegung der Schlaufe ermöglicht.
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In einer (insbesondere zu der Hilfsschlaufe) zusätzlichen oder alternativen Verfahrensvariante wird der Wickeldraht vor und/oder nach der jeweiligen Schlaufe in einem Fixierungsschlitz der Isolierendscheibe geklemmt.
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Vorzugsweise wird die oder jede Schlaufe in einem nachfolgenden Fertigungsschritt, insbesondere zur nachgelagerten Kontaktierung, an einem zusätzlichen Bauelement festgelegt.
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In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird auf die bewickelte Isolierendscheibe (d. h. nach dem Wickeln der Spulen und Legen der Schlaufen und gegebenenfalls Hilfsschlaufen) als das zusätzliche Bauelement ein Kontaktierungsring aufgesetzt. Bei diesem Kontaktierungsring handelt es sich insbesondere um einen aus Kunststoff gebildeten Ring. Dieser weist eine der Anzahl von Schlaufen entsprechende Anzahl von Aufnahmefenstern (auch: Kontaktfenster) auf. Die Schlaufen werden vorzugsweise nach dessen Positionierung über den Kontaktierungsring nach radial innen gelegt. Jeweils eine Schlaufe wird dabei in ein entsprechend zugeordnetes der Aufnahmefenster eingelegt und vorzugsweise auch in diesem geklemmt.
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In einer zweckmäßigen Ausführung sind die Kontaktierungsfenster auch zur Aufnahme eines Schneidklemmkontakts ausgebildet. Die jeweilige Schlaufe wird in diesem Fall zweckmäßigerweise mittels eines solchen Schneidklemmkontakts kontaktiert wird, der in den Kontaktierungsring (vorzugsweise in das Kontaktierungsfenster) eingesetzt wird. Vorzugsweise dienen die Schneidklemmkontakte zur elektrischen Anbindung der vorgenannten Motorelektronik.
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Der erfindungsgemäße Vollblechstator dient zum Einsatz in einem Elektromotor. Der Vollblechstator weist - wie sich auch aus der vorstehenden Beschreibung ergibt - das Statorblechpaket mit der Isolierendscheibe auf. Außerdem weist der Vollblechstator die in Radialrichtung vorstehenden Zähne auf, die mit dem Wickeldraht unter Bildung jeweils einer Spule bewickelt sind. Der Wickeldraht ist dabei - zumindest in einem Zwischenfertigungsschritt - nach einer vorgegebenen Anzahl von Zähnen unter Bildung der vorstehend beschriebenen, wenigstens U-artigen, Schlaufe von dem Statorblechpaket weg und wieder zurück, vorzugsweise grob radial zur Außenseite des Statorblechpakets, geführt. Die oder jede Schlaufe dient dabei zur Kontaktierung mit einer Motorelektronik. Insbesondere ist der erfindungsgemäß Vollblechstator mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens gebildet.
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Der erfindungsgemäße Elektromotor umfasst den vorstehend beschriebenen Vollblechstator.
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Der Vollblechstator sowie auch der Elektromotor weisen somit auch die weiteren, sich aus der vorstehenden Beschreibung des Verfahrens ergebenden körperlichen Merkmale auf, z. B. die oder die jeweilige Hilfsschlaufe und/oder den Kontaktierungsring. Somit kommen dem Vollblechstator und dem Elektromotor auch die gleichen Vorteile zu.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in einer Ansicht auf eine Stirnseite schematisch einen Vollblechstator in einem Fertigungsteilschritt, und
- 2 in einer Seitenansicht schematisch den Vollblechstator in einem weiteren Fertigungsschritt.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch ein (Vollblech-) Stator 1 eines nicht näher dargestellten Elektromotors in Ansicht auf eine Stirnseite dargestellt. Dieser Stator 1 ist im üblichen, bestimmungsgemäßen Einsatzzustand in ein Gehäuse des Elektromotors eingesetzt, meist eingepresst. Der Stator 1 ist aus einem Statorblechpaket 2 gebildet, das entlang einer Achse A aufeinander gestapelte Statorbleche aufweist. In diese Statorbleche und somit auch in das Blechpaket 2 sind in Bezug auf die Achse A radial innenseitig eine Vielzahl von Nuten 4 eingeschnitten. Vorsprünge des Statorblechpakets 2, die zwischen den Nuten 4 von einem in einer Umfangsrichtung U geschlossenen Ring radial nach innen vorstehen, werden hier und im Folgenden als Statorzähne, kurz: „Zähne 6“, bezeichnet. An diesen Zähnen 6 sind radial innenseitig sogenannte Polschuhe 8 (oder auch Polschuhkappen) ausgebildet. Diese weisen zur Achse A hin ausgerichtet eine einen Kreisringabschnitt bildende Kante auf, die im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand mit einem geringfügigen Luftspalt zu einem um die Achse A rotierbar in dem Stator 1 aufgenommenen Rotor angeordnet ist. 1 stellt dabei einen Zwischenfertigungsschritt des Stators 1 dar.
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Um ein für den Betrieb des Elektromotors erforderliches Magnetfeld aufbauen zu können, werden die Zähne 6 mit einem Wickel- oder Spulendraht 10 bewickelt, so dass jeder Zahn 6 jeweils eine zugeordnete Spule 12 trägt. Man spricht hier auch von konzentrierter Wicklung. Um die elektrische Leistungsfähigkeit möglichst hoch auszubilden, ist eine möglichst enge Anordnung der einzelnen Drahtwindungen zueinander erforderlich.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Stator 1 zwölf Zähne 6 und somit auch zwölf Pole) auf. Dabei sind mehrere Spulen 12 untereinander kontaktiert, indem der Wickeldraht 10 entlang einer sogenannten Isolierendscheibe 14, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als separates Bauteil auf das Statorblechpaket 2 aufgesteckt ist, zwischen den korrespondierenden Zähnen 6 verlegt wird. Die Isolierendscheibe 14 trägt dabei mehrere „Terminierdome 16“, d. h. axial erstreckte Säulen oder Vorsprünge, um die herum der Wickeldraht 10 verlegt wird, um dessen Spannung aufrecht zu halten und ein Lockern der Spulen 12 zu verhindern.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Stator 1 derart klein, dass im Bereich des Rings des Statorblechpakets 2 nicht ausreichend Bauraum für Kontaktstellen, in die der Wickeldraht 10 eingelegt werden könnte, zur Verfügung steht. Aus diesem Grund wird nach Ausbildung der Spulen 12 und somit auch nach der Terminierung des Wickeldrahts 10 entlang der Isolierendscheibe 14 ein weiteres Bauteil, hier als Kontaktierungsring 18 bezeichnet (s. 2), auf das Statorblechpaket 2 aufgesteckt. In diesem Kontaktierungsring 18 sind Kontaktfenster 20 (oder auch: Aufnahmefenster) ausgebildet, in denen später eine Kontaktierung des Wickeldrahts 10 mittels Schneidklemmkontakten 22 erfolgt.
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Dazu wird bei der Verlegung des Wickeldrahts 10 nach einer vorgegebenen Anzahl von gewickelten Spulen 12 eine „lose“ Schlaufe 24 über die Isolierendescheibe 14 zur Außenseite des Statorblechpakets 2 gelegt (s. 2). Die jeweilige Schlaufe 24 wird dabei zwischen zwei Terminierdomen 16 hindurch verlegt. In Verlegerichtung nach der Schlaufe 24 wird eine „feste“ Hilfsschlaufe 26 (oder Hilfswicklung) um den am Ende der Schlaufe 24 angeordneten Terminierdome 16 gelegt - d. h. die Schlaufe 24 ist zwischen der letzten, mit diesem Wickeldraht 10 gewickelten Spule 12 und der korrespondierenden Hilfsschlaufe 26 angeordnet. Diese Hilfsschlaufe 26 ermöglicht, dass die lose Schlaufe 24 zumindest innerhalb von handhabbaren Grenzen an ihrer Verlegeposition und in ihrer Ausrichtung verbleibt.
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Sind alle Schlaufen 24 und Hilfsschlaufen 26 gelegt, wird der Kontaktierungsring 18 auf die Isolierendscheibe 14 gesetzt und mit dieser verbunden, im vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielhaft mittels Schnappverbindungen 28. Anschließend werden die Schlaufen 24 um etwa 180 Grad nach innen geklappt, d. h. über den Kontaktierungsring 18 gebogen. Die Kontaktfenster 20 sind dabei an den Stellen der Schlaufen 24 angeordnet, so dass die einwärts gebogenen Schlaufen 24 nun in den Kontaktfenstern 20 einliegen und dort vorzugsweise geklemmt werden. Anschließend werden die Schneidklemmkontakte 22 in die Kontaktfenster 20 eingesetzt, wodurch der Wickeldraht 10 der Schlaufen 24 kontaktiert wird.
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Anschließend wird die Motorelektronik aufgesetzt (nicht näher dargestellt), die ebenfalls mit den Schneidklemmkontakten 22, insbesondere mit weiteren Schneidklemmen, die an dem gleichen, die Schneidklemmen für den Wickeldraht 10 tragenden, und den Schneidklemmkontakt 22 bildenden Blechteil ausgebildet sind, galvanisch verbunden wird.
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Grundsätzlich wird der Wickeldraht 10 der Spulen 12 außerhalb der Terminierdome 16 verlegt. Um aber bspw. ein Überkreuzen von Wickeldraht 10 unterschiedlicher Spulen 12 an der Isolierendescheibe 14 möglichst gering zu halten, wird der Wickeldraht 10 in einem optionalen, hier dargestellten, Ausführungsbeispiel aber auch teilweise radial innerhalb der Terminierdome 16 verlegt. Einerseits mäandriert der Wickeldraht 10 hierzu - unter anderem zum Fixieren und Spannen seiner selbst, alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Hilfsschlaufen 26 - teilweise um die Terminierdome 16. Andererseits ist der Wickeldraht 10 radial innerhalb der Terminierdome 16 auch an manchen Stellen zwischen (zumindest) zwei oder auch drei Terminierdomen 16 „aufgespannt“. Dabei bildet der Wickeldraht 10 also jeweils eine Kreissehne 30, die zwischen den einander in Umfangsrichtung U abgewandten Enden zweier Terminierdome 16 verläuft. Das Mäandrieren des Wickeldrahts 10 um die zur Kreissehne 30 benachbarten Terminierdome 16 ist auch zum Spannen der Kreissehne 30 ausreichend. Diese teilweise radial innerhalb der Terminierdome 16 ausgeführte Drahtverlegung spart auch Bauraum im Bereich der Isolierendscheibe 14.
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Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Statorblechpaket
- 4
- Nut
- 6
- Zahn
- 8
- Polschuh
- 10
- Wickeldraht
- 12
- Spule
- 14
- Isolierendscheibe
- 16
- Terminierdom
- 18
- Kontaktierungsring
- 20
- Kontaktfenster
- 22
- Schneidklemmkontakt
- 24
- Schlaufe
- 26
- Hilfsschlaufe
- 28
- Schnappverbindung
- 30
- Kreissehne
- A
- Achse
- U
- Umfangsrichtung
