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Die Erfindung bezieht sich auf einen Stator für eine elektrische Maschine, sowie auf eine elektrische Maschine und auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Stators nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Mit der
DE 10 2012 224 153 A1 ist ein Stator einer elektrischen Maschine bekannt geworden, bei dem axial auf ein Lamellenpaket eine Isolierlamelle, eine Trägerplatte und eine Anschlussplatte angeordnet sind. Der Stator ist beispielsweise mittels Nadelwickeln bewickelt, wobei die einzelnen Teilspulen mittels Verbindungsdrähten am äußeren Umfang der Trägerplatte miteinander verbunden sind. Dabei wird die gesamte Wicklung in einem Stück mittels eines einzigen Wicklungsdrahtes durchgewickelt. Da die Verbindungsdrähte zwischen den einzelnen Spulen axial übereinander angeordnet sind, ist die axiale Bauhöhe des Stators relativ groß. Außerdem ist der Aufwand für das Verschweißen der Anschlussplatte mit den Verbindungsdrähten sehr aufwändig.
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Die
DE 10 2008 054 529 A1 zeigt einen Stator eines Elektromotors, der aus zuvor bewickelten Einzelsegmenten zusammengesetzt ist. Dabei sind die Drahtenden der Einzelzahn-Spulen in Aufnahmetaschen für eine Schneid-Klemm-Verbindung eingelegt. Danach werden mehrere Leiterelemente mit vielen abgewinkelten Schneid-Gabeln in die Aufnahmetaschen eingedrückt. Die Fertigung solcher Leiterelemente ist relativ aufwändig und die abgewinkelten Schneidgabeln beanspruchen einen relativ großen axialen Bauraum über der Statorwicklung. Außerdem besteht die Gefahr, dass bei der weiteren Montage des Lagerschilds und bei der Kontaktierung der Elektronikeinheit die Schneid-Gabeln sich relativ zum eingelegten Draht bewegen, und sich dadurch deren elektrische Kontaktierung zum Wickeldraht lösen kann. Des Weiteren ist die axiale Positionierung der Kontakt-Pins zur Elektronik hin aufgrund der variablen Einpresstiefe der Schneid-Gabeln in die Aufnahmetaschen einem großen Toleranzbereich unterworfen. Diese Nachteile sollen durch die erfindungsgemäße Lösung behoben werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch das Ausbilden der Schneid-Klemm-Verbindung mittels einer tangentialen Relativbewegung zwischen den Schneid-Klemm-Elementen und den entsprechenden axialen Wickeldrähten axialer Bauraum über der Statorwicklung eingespart werden kann. Im Gegensatz zu einem axialen Fügen der Schneid-Klemm-Elemente kann hier die axiale Positionierung der Leiterelemente mit ihren Anschluss-Fahnen immer exakt gewährleistet werden, wodurch eine sicherere und einfachere Kontaktierung der Spulen zur Steuerelektronik möglich ist. Außerdem können die Leiterelemente viel einfacher und kostengünstiger gestaltet, und deren Montageprozess erleichtert werden. Durch die Drehbewegung der Schneid-Klemm-Elemente können die Leiterelemente nach dem Ausbilden der Schneid-Klemm-Verbindung sehr einfach in ihrer Winkelposition fixiert werden, beispielsweise durch ein formschlüssiges Verrasten oder durch Verclipsen.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Besonders günstig kann das Schneid-Klemm-Element integral in eine axiale Durchgangsöffnung eines Leiterelements integriert werden. Dabei werden die zu kontaktierenden Drähte axial durch die Durchgangsöffnung hindurchgeführt und dann durch die Drehbewegung des Leiterelements gegenüber der Drähte in einen tangentialen Schlitz der Durchgangsöffnung eingeschoben. Dabei wird der axiale Draht in dem Schlitz des Schneid-Klemm-Elements festgeklemmt, um das Leiterelement elektrisch zu kontaktieren. Bevorzugt weist mindestens jedes Leiterelement mindestens ein Schneid-Klemm-Element auf, es können jedoch auch zwei oder drei oder vier Schneid-Klemm-Elemente an einem einzigen Leiterelement ausgeformt werden, um gleichzeitig mehrere Einzelzahn-Spulen zu kontierten.
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Zum Einführen des axialen Drahtabschnitts in die Durchgangsöffnung mit dem angeformten Schneid-Klemm-Element ist an der Durchgangsöffnung ein Durchgangsloch ausgeschnitten, dessen Durchmesser größer ist als Drahtdurchmesser. An dieses Loch ist in eine Umfangsrichtung als tangentiale Verlängerung des Lochs der Schlitz ausgeformt, dessen radiale Ausdehnung geringer ist, als der Drahtdurchmesser. An den Rändern des Schlitzes entlang der Umfangsrichtung sind jeweils Schneidkanten angeformt, die sich in den isolierenden Lack des Wickeldrahts einschneiden, um einen guten elektrischen Kontakt herzustellen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann sich die radiale Breite des Schlitzes entlang der Umfangsrichtung verjüngen, so dass der axiale Drahtabschnitt leichter in Umfangsrichtung in den Schlitz eingepresst werden kann.
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Damit mehrere Leiterelemente unterschiedliche Spulen kontaktieren können, sind in jedem Leiterelement zusätzlich auch andere axiale Durchgangsöffnungen ausgeformt, die als Langlöcher ausgebildet sind, die sich in Umfangsrichtung erstrecken. Diese Langlöcher weisen eine radiale Breite auf, die über deren gesamte Erstreckung in Umfangsrichtung größer ist als der Wickeldrahtdurchmesser, damit diese Langlöcher den Draht nicht kontaktieren.
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Werden nun mehrere Leiterelemente axial übereinandergelegt, so dass die Durchgangsöffnungen axial fluchten, ist es nun möglich, dass die axialen Drahtabschnitte axial alle übereinandergestapelten Leiterelemente durchdringen, jedoch nur eines der Leiterelenente elektrisch kontaktieren. Das bedeutet, dass an einer bestimmten Umfangsposition immer nur an einem der übereinander gestapelten Leiterelemente ein Schneid-Klemm-Element ausgebildet ist. An den anderen Leiterelementen dieser Umfangsposition sind dann entsprechend die Langlöcher ausgebildet. Hierdurch können alle übereinander gestapelten Leiterelemente gleichzeitig gegenüber dem axialen Drahtabschnitt verdreht werden, wobei mittels dem einzigen Schneid-Klemm-Element nur dieses Leiterelement elektrisch kontaktiert wird.
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Durch die Ausbildung der Schneid-Klemm-Elemente innerhalb der Durchgangslöcher können die Leiterelemente fertigungstechnisch besonders günstig als flache Stromschienen ausgebildet werden, die sich in einer radialen Ebene erstrecken. Dadurch entfällt das Anformen von abgewinkelten Schneid-Klemm-Elementen oder abgewinkelten Schweißverbindungselementen, so dass die flachen Stromschienen sehr einfach ausgestanzt werden können. Die Stromschienen sind dabei ringförmig ausgebildet, wobei deren Breite in Radialrichtung größer ist als deren Dicke in Axialrichtung, damit die Durchgangslöcher in Axialrichtung ausgestanzt werden können. Diese Stromschienen können in sehr einfacher Weise axial übereinandergestapelt werden, wobei bevorzugt eine Isolationsschicht axial zwischen den jeweiligen Stromschienen angeordnet ist. Zur elektrischen Verbindung der Leiterelemente mit der Steuerelektronik ist bevorzugt an jedem Leiterelement eine Anschluss-Fahne angeformt. Da die Steuerelektronik bevorzugt axial oberhalb der Leiterelemente angeordnet ist, sind die Anschluss-Fahnen sehr günstig als abgewinkelte Laschen ausgebildet, die sich axial nach oben erstrecken.
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In einer bevorzugten Ausführung sind die axialen Drahtabschnitte mit axial freien Enden ausgebildet, die axial in die Durchgangslöcher der Leiterelemente einfügbar sind. Bei dieser Ausführung sind dabei die Durchgangslöcher mit einem geschlossenen Rand ausgebildet, wodurch die Leiterelemente eine größere mechanische Stabilität aufweisen. Dabei weisen sowohl die Durchgangslöcher mit den Schneid-Klemm-Elementen, als auch die Langlöcher einen geschlossenen, ununterbrochenen Rand auf.
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In einer alternativen Ausführung sind die axialen Drahtabschnitte innerhalb eines durchgewickelten Verbindungsdrahts zwischen zwei Einzelzahnspulen ausgebildet, und weisen keine axial freien Enden auf. Bei dieser Ausführung sind an allen Durchgangslöchern der Leiterelemente radiale Durchbrüche an den Durchgangslöchern ausgebildet, um die axialen Drahtabschnitte in die Durchgangslöcher einzuführen. Dabei weisen die Verbindungsdrähte zwischen zwei Einzelzahnspulen radiale Komponenten auf, wobei die radialen Durchbrüche der Durchgangslöcher beim axialen Aufsetzen der Leiterelemente über diese radialen Komponenten aufgeschoben werden.
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Die erfindungsgemäßen Leiterelemente eignen sich besonders für das Verschalten von Einzelzahn-Spulen, die jeweils auf die einzelnen Statorzähne gewickelt sind. Dabei sind die Statorzähne zur Reduktion von Wirbelströmen aus einzelnen Blechlamellen zusammengesetzt und von einer Isolierlamelle abgedeckt. Danach wird der Wickeldraht auf die Statorzähne gewickelt, wobei der Draht einer Einzelzahn-Spule jeweils durch zwei benachbarte Statornuten geführt wird.
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In einer ersten Ausführung ist der Stator aus mehreren Einzelzahn-Segmenten zusammengesetzt, die besonders günstig separat bewickelt werden können. Dabei weist jedes Einzelzahn-Segment bevorzugt einen einzelnen Statorzahn auf, der T-förmig an einem Jochsegment einstückig angeformt ist. Jedes Statorsegment weist eine eigene Isoliermaske auf, an der bevorzugt der dreie Drahtanfang und das freie Drahtende an der gleichen axialen Seite festgeklemmt sind. Mehrere solcher T-förmigen Statorsegmente werden zu einem ringförmigen Stator zusammengesetzt und in ein Statorgehäuse eingefügt. Dabei weisen alle axialen Drahtabschnitte axial freie Enden auf, die in Durchgangslöcher mit einem geschlossenen Rand axial einfügbar sind.
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In einer zweiten Ausführung ist der Stator als sogenannter „Vollschnitt“ ausgeführt, wobei der Jochring mit den daran angeformten radialen Statorzähnen als geschlossener Ring aus einem Blech ausgestanzt wird. Der gesamte Stator setzt sich aus vielen solcher ringförmigen Blechlamellen zusammen. Bei dieser Ausführung kann vorteilhaft der Wickeldraht ununterbrochen durchgewickelt werden, so dass mehrere - oder insbesondere alle - Einzelzahnspulen mit einem ununterbrochenen Wickeldraht gewickelt sind. Bei dieser Ausführung wird der Verbindungsdraht zwischen zwei Statorspulen an Führungselementen der Isoliermaske gehalten. Der Verbindungsdraht ist hierbei als eine Art geschlossene Schleife ausgebildet, die jedoch auch axiale Drahtabschnitte aufweist. Die axialen Drahtabschnitte werden dabei in Axialrichtung abschnittsweise frei geführt, so dass hier die Leiterelemente mit den radial offenen Durchgangslöchern über die axialen Drahtabschnitte gefügt werden können.
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Alternativ können beispielsweise auch zwei oder mehr Einzelzahnsegmente mit einem ununterbrochenen Wickeldraht durchgewickelt werden. Dadurch reduziert sich die Anzahl der axialen Drahtabschnitte mit freien Enden, wenn die Statorsegmente zu einem Statorring zusammengesetzt wurden. Dadurch kann entsprechend die Anzahl der Durchgangslöcher pro Leiterelemente reduziert werden.
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Zur Isolation zwischen den einzelnen Leiterelementen eignet sich Kunststoff, der axial zwischen den Stromschienen angeordnet ist. Dieser Kunststoff kann beispielsweise in Form von flachen Kunststoffringen ausgebildet sein, in denen ebenfalls axiale Durchgangslöcher ausgespart sind. Alternativ kann die Isolierung auch durch das Umspritzen der Leiterelemente realisiert werden, so dass der Kunststoff gleichzeitig zur Isolation der Leiterelemente diese auch fest zu einem Bauteil zusammenfügt, das als Anschluss-Ring ausgebildet ist. Dabei ragen die Anschluss-Fahnen aus dem Kunststoff heraus. Ebenso sind die axialen Durchgangslöcher für die axialen Drahtabschnitte entsprechend in dem KunststoffBauteil ausgespart. In einer weiteren Ausführung können die Leiterelemente auch direkt mit einer isolierenden Oberfläche ausgebildet werden, beispielweise mittels eines Lacks oder einer anderen isolierenden Beschichtung.
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Besonders vorteilhaft können alle Leiterelemente des Elektromotors im gleichen Stanz-Werkzeug hergestellt werden. Da die einzelnen Leiterelemente lediglich um einen bestimmten Versatzwinkel gegeneinander verdreht angeordnet sind, kann deren äußere Form, nämlich die Stromschiene mit der daran angeformten Anschluss-Fahne, jeweils formgleich ausgebildet werden. Insbesondere kann auch die Abfolge der Durchgangslöcher identisch ausgebildet sein. Bei drei Stromschienen kann dabei jedes dritte Durchgangsloch mit einem Schneid-Klemm-Element versehen werden, wobei die beiden anderen dazwischenliegenden Durchgangslöcher als Langlöcher ohne Drahtkontakt ausgebildet sind. Weist der Stator beispielsweise zwölf Einzelzahn-Spulen auf, können die einzelnen Stromschienen etwa einen Winkelbereich von 270° überdecken, und somit beispielsweise pro Leiterelement vier Einzahn-Spulen kontaktieren. Durch den bestimmten Winkelversatz zwischen den einzelnen Stromschienen sind auch entsprechend die Anschluss-Fahnen um diesen Versatzwinkel versetzt zueinander angeordnet.
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Der Stator mit den erfindungsgemäßen Leiterelementen kann besonders günstig in ein Motorgehäuse eingesetzt werden, bei dem die Elektronik axial direkt über dem Stator angeordnet ist. Dadurch können die Leiterelemente über die Anschluss-Fahnen auf sehr kurzem Wege durch einen Steck-oder Schweiß-Kontakt mit der Steuerelektronik für die Statorwicklung verbunden werden. Dadurch kann ein solcher Elektromotor bezüglich der Axialrichtung sehr kompakt aufgebaut werden. Der erfindungsgemäße Stator ist besonders geeignet zur Herstellung einer elektrischen Maschine, bei dem ein Rotor als Innenläufer radial innerhalb des Stators angeordnet ist. Dabei werden die Statorspulen über eine Elektronikeinheit angesteuert, um den Rotor in Drehung zu versetzen. Ein solcher EC-Motor kann bevorzugt im Kraftfahrzeug für den Antrieb von Pumpen oder Gebläsen oder die Linearverstellung von Komponenten oder als Traktionsantrieb eingesetzt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren können die Leiterelemente sehr einfach axial auf den bewickelten Statorgrundkörper aufgesetzt werden. Dabei greifen die axialen Drahtabschnitte der Statorwicklung durch die übereinanderliegenden axialen Durchbrüche der Leiterelemente hindurch, und können durch eine Drehbewegung der Leiterelemente gegenüber diesen axialen Drahtabschnitten mittels der Schneid-Klemm-Elemente zuverlässig elektrisch kontaktiert werden. Dabei kann die axiale Position der Anschlussfahnen der Leiterelemente aufgrund der Drehverbindung sehr exakt eingehalten werden. Besonders günstig ist es dabei, wenn zuvor alle einzelnen Leiterelemente isolierend miteinander verbunden werden, so dass alle Leiterelemente gleichzeitig gegenüber der Statorwicklung verdreht werden können. Dabei bildet immer nur das Durchgangsloch mit dem daran angeformten Schneid-Klemm-Element eine elektrische Verbindung mit dem axialen Drahtabschnitt aus. Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren des Stators kann eine sehr zuverlässige Schneid-Klemm-Verbindung hergestellt werden, der eine sichere elektrische Kontaktierung des Wickeldrahts während der weiteren Montage der elektrischen Maschine und während deren gesamter Lebenszeit gewährleistet.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 Einen Stator zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Schneid-Klemm-Verbindung,
- 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schneid - Klemm-Verbindung eines Stators,
- 3 und 4 Detaildarstellungen in der Draufsicht von 2,
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Leiterelemente,
- 6 eine schematische Detailansicht gemäß 5,
- 7 einen weiteren Stator zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Schneid-Klemm-Verbindung, und
- 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Leiterelemente.
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In 1 ist ein Stator 10 dargestellt, der aus einzelnen T-förmigen, separat gefertigten Statorsegmenten 24 zusammengesetzt ist. Jedes Statorsegment 24 weist einen Statorzahn 14 auf, auf den als Teil der elektrischen Wicklung 20 eine Einzelzahn-Spule 17 gewickelt ist. Die Statorsegmente 24 sind zu einem ringförmigen Stator 10 zusammengesetzt, dessen Statorzähne 14 radial nach innen ragen. Im Inneren des Stators 10 ist ein zylindrischer Hohlraum ausgebildet, in den ein nicht dargestellter Rotor eingesetzt werden kann. Der Rotor wird durch die Wechselwirkung dessen Permanentmagnete mit der Stator-Wicklung 20 in Drehung versetzt. Die Statorsegmente 24 sind aus einzelnen Blechlamellen 36 gestapelt, wobei an der oberen und unteren axialen Stirnfläche 39 jeweils eine Isoliermaske 40 aufgesetzt ist, auf die die Einzelzahn-Spulen 17 mit ihren freien Drahtenden 26 gewickelt sind. Die freie Drahtenden 26 erstrecken sich jeweils in Axialrichtung 8, so dass diese einen axialen Drahtabschnitt 32 der Wicklung 20 bilden. Die Isoliermasken 40 weisen an ihrem äußeren Umfang 41 Halteelemente 42 auf, in die die freien Drahtenden 26 eingefügt sind. Der Stator 10 der 1 weist beispielsweise zwölf Einzelzahn-Segmente 24 mit jeweils zwei axialen Drahtabschnitten 32 auf, die axial über die Isoliermasken 40 überstehen.
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Um solche freie Drahtenden 26 eines Stators 10 elektrisch zu kontaktieren, bilden diese mit elektrischen Leiterelementen 54 eine Schneid-Klemm-Verbindung aus, wie diese schematisch in 2 dargestellt ist. Die Leiterelemente 54 weisen ringförmige Stromschienen 56 auf, in denen in Umfangsrichtung 9 zueinander beabstandet mehrere Durchgangslöcher 60 ausgebildet sind. Im Ausführungsbeispiel sind mehrere - insbesondere drei - Leiterelemente 54 axial übereinander angeordnet, derart, dass die Durchgangsöffnungen 60 der übereinanderliegenden Leiterelemente 54 an einer bestimmten Umfangsposition 66 in Axialrichtung 8 fluchtend zueinander angeordnet sind, so dass die freien Drahtenden 26 in Axialrichtung 8 nacheinander durch alle aufeinander folgenden Durchgangsöffnungen 60 hindurch ragen. Dabei ist an jeder Umfangsposition 66 jeweils ein Durchgangsloch 60 eines Leiterelements 54 mit einem Schneid-Klemm-Element 70 ausgebildet, und die Durchgangslöcher 60 der anderen Leiterelemente 54 sind an dieser Umfangsposition 66 als Langlöcher 62 ausgebildet, die eine größere Breite 63 in Radialrichtung 7 aufweisen, als der Drahtdurchmesser 23. Das bedeutet, dass jeder axiale Drahtabschnitt 32 an jeder Umfangsposition 66 über genau eine Schneid-Klemm-Verbindung mit genau einem Leiterelement 54 elektrisch verbunden ist. Gegenüber der anderen Leiterelemente 54 ist der axiale Drahtabschnitt 32 an dieser Umfangsposition 66 hingegen elektrisch isoliert. Die Schneid-Klemm-Verbindungen werden durch ein Verdrehen der Leiterelemente 54 in Umfangsrichtung 9 gegenüber der bewickelten Statorzähne 14 ausgebildet, wie dies in 2 dargestellt ist.
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In 3 ist schematisch ein Ausschnitt der Leiterelemente 54 dargestellt, bevor die Schneid-Klemm-Verbindung ausgebildet ist. Die Leiterelemente 54 werden axial übereinander gestapelt auf die freien Leiterenden 26 aufgesetzt. In der bestimmten Winkelposition 66 auf der linken Seite weist das oberste Leiterelement 54 ein Schneid-Klemm-Element 70 auf, das einen runden Bereich 74 mit einem größeren Durchmesser als der Drahtdurchmesser 23 aufweist. Unmittelbar an den Bereich 74 schließt sich ein Schlitz 72 in Umfangsrichtung 9 an, der eine kleinere Breite 71 in Radialrichtung 7 aufweist, als der Drahtdurchmesser 23. Das oberste Leiterelement 54 weist in Umfangsrichtung 9 beabstandet weitere Durchgangslöcher 60 auf, die als Langlöcher 62 ausgebildet sind, die in keiner Winkelposition die axialen Drahtabschnitte 26 berühren. In der mittleren bestimmten Winkelposition 66 weist hingegen das zweite Leiterelement 54 (nach recht straffiert) ein Schneid-Klemm-Element 70 auf, und das erste und das dritte Leiterelement 54 ein Langloch 62 mit einer größeren Breite 63 als der Drahtdurchmesser 23. An der bestimmten Winkelposition 66 ganz rechts weisen die oberen beiden Leiterelemente jeweils ein Langloch 62 mit einer größeren Breite 63 als der Drahtdurchmesser 23 auf. Nur das dritte, unterste (nach links straffiert) Durchgangsloch 60 weist eine Schneid-Klemm-Element 70 auf.
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Werden nun in 4 alle Leiterelemente 54 gegen den Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung 9 gegenüber den axialen Drahtabschnitten 32 verdreht, werden die axialen Drahtenden 32 in Umfangsrichtung 9 in die Schlitze 72 der jeweiligen Schneid-Klemm-elemente 70 eingedrückt. Dabei schneiden die Schneidkanten 73 an den Rändern der Schlitze 72 in den Wickeldraht 22 ein, um diesen elektrisch zu kontaktieren. Dabei wird beispielsweise ein Isolierlack des Wickeldrahts 22 von den Schneidkanten 73 durchdrungen. Somit ist der jeweilige axiale Drahtabschnitt 32 an jeder bestimmten Umfangsposition 66 mit genau einem Leiterelement 54 elektrisch über die drehbare Schneid-Klemm-Elemente 70 verbunden. Alle Durchgangslöcher 60 - sowohl diejenigen mit den Schneid-Klemm-Elementen 70, als auch die Langlöcher 62 mit der größeren Breite 63 - weisen hier immer einen geschlossenen Rand 64 auf, so dass hier nur axiale Drahtabschnitte 32 eingefügt werden können, die freie Enden 26 aufweisen.
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In 5 ist eine weitere Ausführung der Leiterelemente 54 gemäß 2 dargestellt. An den ringförmigen planaren Stromschienen 56 sind abgewinkelte Anschluss-Fahnen 55 angeformt, die sich hier in Axialrichtung 8 erstrecken. Die Anschluss-Fahnen 55 werden später mit einer Elektronikeinheit des Elektromotors verbunden, um die elektrische Wicklung 20 zu bestromen. Dabei kann über die Anordnung der Schneid-Klemm-Elemente 70 an den Leiterelementen 54 unterschiedliche Verschaltungen der Einzelzahn-Spulen 17 realisiert werden. Die ringförmigen Stromschienen 56 erstrecken sich hierinsbesondere jeweils über einen Winkelbereich von über 270°, um jeweils mehrere axiale Drahtabschnitte 32 elektrisch zu kontaktieren. Dabei sind die einzelnen Leiterelemente 54 um einen Versatzwinkel 52 in Umfangsrichtung 9 gegeneinander verdreht. Somit können die einzelnen Leiterelemente 54 bevorzugt identisch ausgebildet werden, wobei durch den Versatzwinkel 52 in Umfangsrichtung 9 die Durchgangslöcher 60 mit den Schneid-Klemm-Elementen 70 gegeneinander verschoben werden. Alternativ kann die Ausbildung der Durchgangslöcher 60 bei den unterschiedlichen Leiterelementen 54 auch variieren. Der Übersicht halber sind in den Figuren jeweils nur die Leiterelemente 54 ohne deren Isolierung untereinander dargestellt. Bevorzugt werdend die Leiterelemente 54 mit Kunststoff umspritzt, so dass axial zwischen den einzelnen Stromschienen 56 eine Kunststoffschicht 80 angeordnet ist, die die Leiterelemente 54 insbesondere auch mechanisch zusammenhält. Dadurch wird ein Anschluss-Ring 82 als Kunststoff-Spritzgussteil gebildet, in den die Leiterelemente 54 als Einlegeteile aufgenommen sind. Alternativ können die Leiterelemente 54 auch mit einer Isolation beschichtet sein, und direkt axial miteinander verbunden werden.
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6 zeigt nochmals eine Prinzip-Darstellung von drei aufeinandergestapelten Leiterelementen 54 an einer bestimmten Umfangsposition 66 ohne eingefügten axialen Drahtabschnitt 32. Es ist zu erkennen, dass die jeweiligen Durchgangslöcher 60 bezüglich der Umfangsrichtung 9 exakt axial übereinander angeordnet sind. Das oberste Durchgangsloch 60 ist mit einem Schneid-Klemm-Element 70 ausgebildet, die beiden Durchgangslöcher 60 darunter als Langlöcher 62 mit einer größeren Breite 63 als der Drahtdurchmesser 23. Wird hier der axiale Wickeldrahtabschnitt 32 axial eingefügt, und gegenüber den Leiterelementen 54 in Umfangsrichtung 9 verdreht, schneidet der Wickeldraht 22 nur in den Schlitz 72 des obersten Leiterelements 54 ein. Die unteren beiden Leiterelemente 54 werden vom axialen Drahtabschnitt 32 nicht berührt. Schematisch ist hier der isolierende Kunststoff 80 dargestellt, der axial zwischen den Leiterelementen 54 angeordnet, insbesondere angespritzt ist.
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In 7 ist eine weitere Ausführung eines Stators 10 dargestellt, der einen in Umfangsrichtung 9 geschlossenen, einstückigen Rückschlussring 38 aufweist, an dem die radialen Statorzähne 14 zur Aufnahme der elektrischen Wicklung 20 angeformt sind. Zwischen den Statorzähnen 14 sind die Statornuten 16 angeordnet, in die der Wickeldraht 22 eingelegt ist. Bei dieser Ausführung weisen die Statorzähne 14 wieder radial nach innen, so dass innerhalb der Statorzähne 14 ein nicht dargestellter Rotor gelagert werden kann, der als Innenläufer vom Stator 10 angetrieben wird. Der Stator 10 ist aus einzelnen ringförmigen Blechlamellen 36 zusammengesetzt, die in Axialrichtung 8 übereinandergestapelt und zu einem gemeinsamen Lamellenpaket verbunden sind. Die Blechlamellen 36 sind bevorzugt ausgestanzt, so dass die Statorzähne 14 einstückig mit dem Rückschlussring 38 ausgebildet sind. Der Rückschlussring 38 ist hier in ein Statorgehäuse 12 eingefügt, beispielsweise eingepresst. In diesem Gehäuse 12 kann auch axial oberhalb des Stators 10 eine Elektronikeinheit zur Ansteuerung der Wicklung 22 angeordnet werden. An einer ersten axialen Stirnseite 39 des Lamellenpakets ist eine Isoliermaske 40 angeordnet, die bevorzugt die Stirnseite 39 vollständig mit einem isolierenden Material überdeckt. Bevorzugt ist die Isoliermaske 40 als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet, das axial auf das Lamellenpaket aufgesetzt ist. Das Lamellenpaket bildet zusammen mit der Isoliermaske 40 einen Statorgrundkörper 34. Die Isoliermaske 40 weist radial außen einen geschlossenen Umfangsring 41 auf, an dem Führungselemente 44 angeformt sind, die Verbindungsdrähte 30 des Wickeldrahts 22 als Schleife 31 zwischen den Einzelzahn-Spulen 17 führen. Dabei werden bevorzugt mehrere - oder insbesondere alle - Statorzähne 14 mit einem ununterbrochenen Wickeldraht 22 durchgewickelt. Der Wickeldraht 22 wird von einer gewickelten Einzelzahn-Spule 17 in Radialrichtung 7 nach außen geführt wird, um an der radialen Außenseite der Führungselemente 44 in Umfangsrichtung 9 geführt zu werden. Dabei sind an der ununterbrochenen Schleife 31 die axialen Drahtabschnitte 32 ausgebildet, die mittels Schneid-Klemm-Verbindungen wieder mit elektrischen Leiterelementen 54 kontaktiert werden können. Hierzu sind an den Leiterelementen 54 für die Schleifen 31 angepasste Durchgangslöcher 60 ausgebildet, wie dies in 8 dargestellt ist. Dabei weisen alle Durchgangslöcher 60 von allen Leiterelementen 54 einen radial offenen Rand 68 auf. Beispielsweise weisen die Durchgangslöcher 60 mit den angeformten Schneid-Klemm-Elementen 70 an dem Bereich 74 mit dem größeren Durchmesser radial nach innen einen Durchbruch 68 auf. Ebenso sind an den Langlöchern 62 Durchbrüche 68 radial nach innen ausgebildet. Diese radialen Durchbrüche 68 sind an den bestimmten Winkelpositionen 66 in Axialrichtung 8 exakt fluchtend ausgerichtet. Damit können diese Leiterelemente 54 auch axial auf die ununterbrochenen Schleifen 31 aufgesetzt werden, wobei eine radiale Komponente 33 der Schleife 31 in Radialrichtung 7 durch die radialen Durchbrüche 68 geführt wird. Die radialen Drahtkomponenten 33 sind axial höher angeordnet, als die axialen Drahtabschnitte 32, so dass die Leiterelemente 54 nach dem axialen Aufsetzen wieder in Umfangsrichtung 9 gegenüber den axialen Drahtabschnitten 32 verdreht werden können, damit die Schneidkanten 73 der Schneid-Klemm-Elemente 70 in die axialen Drahtabschnitte 32 einschneiden. Die einzelnen ringförmigen Stromschienen 56 sind wieder in Umfangsrichtung 9 um den Versatzwinkel 52 gegeneinander verdreht, wobei die radialen Durchbrüche 68 in Umfangsrichtung 9 in äquidistanten Abständen ausgebildet sind.
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Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Ausbildung, die Anordnung und Anzahl der Durchgangslöcher 60 - insbesondere auch das Verhältnis der Durchgangslöcher 60 mit Schneid-Klemm-Elementen 70 zu den Langlöchern 62 - variiert werden. Ebenso kann die konkrete Lage und Ausformung der Schneid-Klemm-Elemente 70 und deren Schneidkanten 73 den Anforderungen der elektrischen Maschine und den Fertigungsmöglichkeiten angepasst werden. Mittels unterschiedlicher Leiterelemente 54 können unterschiedliche Verschaltungen der einzelnen Phasen der elektrischen Wicklung 20 realisiert werden, wobei die entsprechenden Anschluss-Ringe 82 mit den Anschluss-Fahnen 55 unterschiedliche Ausformungen haben können. Die Ausgestaltung und Anzahl der Einzelzahn-Spulen 17 mit deren korrespondierenden Verbindungsdrähten 30 hat eine entsprechende Ausformung der axialen Drahtabschnitte 32 zur Folge, woran die Durchgangslöcher 60 beziehungsweise deren radialen Durchbrüche 68 angepasst werden. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für den Drehantrieb von Komponenten oder die Verstellung von Teilen im Kraftfahrzeug, sowie als elektrischer Traktionsantrieb, ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012224153 A1 [0002]
- DE 102008054529 A1 [0003]
