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Stand der Technik
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Offenbarung der Erfindung
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Mit der
DE 10 2007 006 095 A1 ist ein Herstellungsmethode für einen Stator bekannt geworden, bei der eine Mehrzahl von einzelnen separaten Statorkernen bewickelt werden, bevor diese zu einem gemeinsamen Stator zusammengesetzt werden. Zum Bewickeln werden dabei zwei Teilkerne gegenüberliegend auf einer gemeinsamen Achse angeordnet. Ein Verbindungsdraht zwischen den beiden Teilkernen wird beim Anordnen der Teilkerne zum Stator axial oberhalb der Teilkerne, quer zum radialen Innenraum angeordnet. In einem weiteren Verfahrensschritt werden weitere Spulenpaare zu einem Stator zusammengefügt, wobei die Spulenpaare miteinander elektrisch verbunden werden. Eine solche Montage des Stators benötigt ein zusätzliches Montagewerkzeug zur Anordnung der Verbindungsdrähte zwischen den Teilspulen, sowie einen zusätzlichen Montageschritt für die Kontaktierung der Spulenpaare.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Stators, sowie der erfindungsgemäße Stator und die elektrische Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die ringförmige Anordnung der separaten Statorsegmente alle Statorsegmente in einem Prozess-Schritt mit einem ununterbrochenen durchgewickelten Wickeldraht wie ein Vollschnitt-Stator mittels Nadelwickeln bewickelt werden kann. Dabei entfällt die elektrische Kontaktierung der einzeln bewickelter Statorsegmente und man kann durch den tangentialen Abstand zwischen den Statorsegmenten trotzdem einen hohen Kupferfüllfaktor - wie beim Bewickeln von Einzelzahnsegmenten - erzielen. Die Verbindungsdrähte zwischen den Einzelzahnspulen können im gleichen Werkzeug mit dem radialen Zusammendrücken der Statorsegmente gleichzeitig radial nach innen gedrückt werden, so dass vorteilhaft ein zusätzlicher Montageschritt für die endgültige Positionierung der Verbindungsdrähte entfällt. Die Herstellung solcher ringförmig, in Umfangsrichtung beabstandet angeordneter Statorsegmente erlaubt somit montagetechnisch günstige Variationsmöglichkeiten für die Verschaltung der elektrischen Maschine mit unterschiedlichen elektrischen Phasen.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den abhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Durch das Fixieren aller Statorsegmente auf einem gemeinsamen Segmententräger können alle Statorsegmente gemeinsam in Analogie zu einem Vollschnitt-Stator bewickelt werden. Dabei ist zwischen zwei benachbarten Jochbereichen ein Abstandshalter angeordnet, so dass sich wieder ein durch die Statorsegmente gebildeter Kreisring ergibt, dessen Statorzähne in Umfangsrichtung aufgrund der Abstandshalter ebenfalls einen größeren Abstand aufweisen. Hierdurch hat beispielsweise eine Düse eines Nadelträgers mehr tangentialen Platz, um den Statorzahn mit einem hohen Kupferfüllfaktor zu bewickeln. Die Statorsegmente stützen sich an den Abstandshaltern in tangentialer Richtung und radialer Richtung ab, so dass die Verbindungsdrähte am Außenumfang der Isolierlamellen relativ straff gewickelt werden können, vergleichsweise wie bei einem Vollschnitt-Stator. Die Größe der Abstandshalter kann dabei an die Anzahl der Statorsegmente, bzw. an den Außendurchmesser des Statorgrundkörpers angepasst werden.
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Besonders günstig ist es, wenn alle Statorsegmente mit einem ununterbrochenem Wickeldraht durchgewickelt werden. Die Wickelreihenfolge der Statorsegmente kann dabei variiert werden, wobei der jeweilige Verbindungsdraht zwischen zwei nacheinander bewickelten Statorsegmenten am Außenumfang der Isolierlamellen der Statorzähne angelegt wird. Dazu wird auf die Statorzähne der Statorsegmente vor dem Bewickeln eine Isoliermaske aufgesetzt, die bevorzugt jeweils zwei Teile aufweist, die in entgegengesetzter Axialrichtung von oben und unten auf den Statorzahn aufgesetzt werden. Zumindest an einer Seite weist die Isoliermaske entlang dem Jochbereich des Statorsegments eine axiale Umfangswand auf, an der sich die Verbindungsdrähte radial von außen abstützen können. Dazu können am Außenumfang dieser axialen Umfangswand besonders günstig Halterillen in Tangentialrichtung ausgeformt werden, in die die Verbindungsdrähte radial eingreifen.
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Durch die feste Fixierung der einzelnen Statorsegmente kann die Reihenfolge der zu bewickelten Statorzähne frei gewählt werden. Dadurch kann sich ein Verbindungsdraht zwischen zwei nacheinander bewickelten Statorzähnen auch über einen größeren Umfangbereich des Kreisrings erstrecken und dabei nacheinander mehrere tangentiale Abstände zwischen zwei benachbarten Statorsegmenten überbrücken.
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Bei solch einem Wickelschema können auch mehrere unterschiedliche Verbindungsdrähte einen bestimmten tangentialen Abstand zwischen zwei benachbarten Statorsegmenten überspannen. Die einzelnen Verbindungsdrähte sind dann bevorzugt axial übereinander angeordnet, beispielsweise in axial benachbarten tangentialen Rillen am Außenumfang der Isoliermaske. Beim radialen Zusammendrücken der Statorsegmente können dann jeweils alle Verbindungsdrähte an einem bestimmten tangentialen Abstand gleichzeitig verformt werden, bis die Jochbereiche der Statorsegmente tangential aneinander anliegen.
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Zum Umformen der Verbindungsdrähte weist das Hilfswerkzeug beispielsweise Biegefinger auf, die sich bevorzugt in Axialrichtung erstrecken und in Radialrichtung nach innen zum Statormittelpunkt gedrückt werden. Beim Umformen der Verbindungsdrähte werden diese in einem tangentialen Bereich zwischen den Statorzähnen, axial oberhalb der elektrischen Wicklung angeordnet. Die Abstandshalter zwischen den Statorelementen sind so ausgebildet, dass sie beim Nadelwickeln der Statorzähne nicht stören. Nach dem Bewickeln werden die Abstandshalter entfernt und die Statorsegmente radial nach innen zueinander gedrückt. Bei diesem Prozess werden gleichzeitig die Verbindungsdrähte mittels dem Hilfswerkzeug derart umgeformt, dass sie radial nicht über den Außenumfang der Statorsegmente ragen.
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Damit die umgeformten freien Verbindungsdrähte im Betrieb der elektrischen Maschine nicht vibrieren und dadurch gar abbrechen, werden diese umgebogenen Verbindungsdrähte mittels einer Halteplatte zuverlässig in einer festen Position gehalten. Beispielsweise kann einen solche Halteplatte axiale Fortsätze aufweisen, die die Position der Biegefinger nach dem vollständigen Umformen der der Verbindungsdrähte einnehmen. Die Halteplatte kann dabei vorteilhaft in eine elektrische Verschalteplatte oder in ein Lagerschild der elektrischen Maschine integriert sein.
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Besonders günstig werde an den gegenüberliegenden tangentialen Seiten des Jochbereichs Verbindungsnasen und korrespondierende Ausnehmungen angeformt, sodass beim Zusammenfügen der Statorsegmente diese präzise zueinander positioniert werden, um eine optimale Kreisform des Statorgrundkörpers zu erzielen. Dadurch wird ein Luftspalt zwischen zwei benachbarten Jochbereichen minimiert, und dadurch der magnetische Fluss und das Rastmoment optimiert. Gleichzeitig dienen die Verbindungsnase und die korrespondierende Ausnehmung als Fixierelemente, die an entsprechenden Ausformungen der Abstandselemente formschlüssig eingreifen. Dadurch kann für das Bewickeln aller Statorsegmente ein mechanisch sehr stabiler Kreisring erzeugt werden, bei dem die Statorsegmente abwechselnd mit den Abstandshaltern in Umfangsrichtung angeordnet sind.
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Zum Herstellen des Stators werden bevorzugt zuerst die einzelnen Lamellenschichten ausgestanzt, wobei die T-förmigen Segmente in Tangentialrichtung über die Precut-Technik, bzw. Kiri-Make-Verfahren miteinander verbunden bleiben. Bei der Precut-Technik werden die einzelnen T-Segmente nur bis zu einem bestimmten Bruchteil (1/2 bis 4/5) durchgestanzt und in Axialrichtung wieder in die Ausgangsposition zurückgepresst. Dabei reißt das Material zwischen zwei T-Segmenten entlang der Trennlinie und verkrallt sich beim Zurückdrücken plastisch in deren grober „Bruchstruktur“. Dadurch bleiben die T-förmigen Segmente trotz vollständiger Trennung über eine plastische Materialdeformation an der Sollbruchstelle in Umfangsrichtung miteinander verbunden. Die einzelnen Lamellenschichten werden in Axialrichtung miteinander verbunden, bevorzugt mittels Stanzpaketieren. Damit die Statorzähne zum Bewickeln besser zugänglich werden, wird der in Umfangsrichtung geschlossene Statorgrundkörper zwischen den einzelnen T-förmigen Statorsegmenten an der Sollbruchstelle aufgetrennt und die Statorsegmente radial nach außen gezogen. Danach können besonders günstig Isoliermasken axial auf die Statorsegmente aufgesetzt und mit einer Einzelzahnspule bewickelt werden. Nach dem Bewickeln werden die einzelnen T-förmigen Statorsegmente an deren Sollbruchstellen durch radiales Zusammendrücken wieder derart zusammengefügt, wie sie vor der Vereinzelung angeordnet waren.
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Besonders vorteilhaft sind an den axialen Umfangswänden der Isoliermasken radiale Durchführungen ausgeformt, durch die der Wickeldraht in Radialrichtung beim Wickeln eingelegt wird. Dadurch können die Verbindungsdrähte zwischen den einzelnen Spulen an der radialen Außenseite der Isoliermaske verlegt werden. Dabei kann auch ein Drahtanfang und ein Drahtende in solch einer radialen Durchführung fixiert werden. In einer weiteren Ausführung kann zumindest ein Teil der radialen Durchführungen als axiale Taschen eine Schneidklemm-Verbindung (SKV) ausgeführt werden, durch die der Wickeldraht ebenfalls in Radialrichtung hindurchgeführt wird. In eine solche SKV-Tasche kann dann ein korrespondierendes Schneidklemm-Element axial eingefügt werden, um eine bestimmte Spule elektrisch zu kontaktieren. Durch die Anordnung solcher SKV-Taschen kann dabei die Verschaltung der einzelnen Spulen zu unterschiedlichen Phasensträngen variiert werden.
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Nach dem radialen Zusammendrücken der Statorsegmente werden diese fest zueinander fixiert. Dazu werden beispielsweise zwei benachbarte Statorsegmente am äußeren Umfang mittels Laserschweißen miteinander verbunden. Alternativ können die Statorsegmente auch miteinander verklebt werden, oder durch den Formschluss der Verbindungsnase mit der Ausnehmung entsprechend miteinander verklemmt werden. Danach werden die Statorsegmente bevorzugt in ein Gehäuse eingepresst, um die Statorsegmente dauerhaft in exakter Position zueinander zu halten. Dies kann beispielsweise mittels thermischen Schrumpfpressen ausgeführt werden.
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Der erfindungsgemäß hergestellte Stator weist Statorsegmente auf, die bevorzugt aus einzelnen, axial geschichteten Blechlamellen zusammengesetzt sind. Dabei kann der Außenumfang der Jochbereiche in einer ersten Ausführung näherungsweise kreisrund ausgebildet sein, oder in einer alternativen Ausführung abgeflachte, ebene Bereiche aufweisen, um den Außendurchmesser des Statorgrundkörpers zu reduzieren. In einer weiteren Variante können sich auch abgeflachte Bereiche und näherungsweise kreisrunde Bereiche in Umfangsrichtung abwechseln, um bei einem mittels Precut-Technik hergestellten Statorgrundkörpers das exakte Zusammenfügen der Statorsegmente zu gewährleisten.
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Besonders vorteilhaft können mit dem erfindungsgemäßen Wickelverfahren auch Statoren mit relativ kleinen Durchmessern hergestellt werden, die eine große Leistungsdichte bei geringem Bauraum zur Verfügung stellen. Ein solcher Stator weist beispielsweise genau sechs Statorsegmente auf, wobei der Außendurchmesser des Statorgrundkörpers beispielsweise kleiner als 35 mm ist. Alternativ können jedoch auch Statoren mit neun, zwölf oder achtzehn Statorsegmenten hergestellt werden. Beispielsweise sind jeweils radial genau zwei gegenüberliegende Statorsegmente unmittelbar nacheinander bewickelt, so dass sich der Verbindungsdraht zwischen den gegenüberliegenden Statorsegmenten näherungsweise über den halben Außenumfang des Statorgrundkörpers erstreckt.
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Vorteilhaft wird der Stator für eine elektrische Maschine verwendet, bei der der Rotor integrierte Permanentmagnete aufweist. Diese Permanentmagnete können beispielsweise speichenartig (Längsrichtung der Magnete in Radialrichtung) oder Tangential (Längsrichtung in Umfangsrichtung) angeordnet werden. Der Stator des Elektromotors kann beispielsweise kostengünstig in ein Gehäuseteil eingeklebt werden.
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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 schematisch einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine, mit T-förmigen Statorsegmenten,
- 2 schematisch einen Prozess-Schritt des erfindungsgemäßen Wickelverfahrens mit einem unbewickelten Statorgundkörper,
- 3 schematisch weitere Prozess-Schritte des erfindungsgemäßen Wickelverfahrens, und
- 4 eine Darstellung einer weiteren Ausführung eines Statorsegments.
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1 zeigt als erfindungsgemäße elektrische Maschine 10 einen elektrisch kommutierten Motor 10. Die elektrische Maschine 10 weist radial außen einen Stator 12 mit einem Statorgrundkörper 16 auf. Der Statorgrundkörper 16 ist aus einzelnen T-förmigen Statorsegmenten 14 zusammengesetzt, die radial außen einen Jochbereich 28 aufweisen, von dem sich radial nach innen ein Zahn 26 mit einem Zahnschaft 22 erstreckt. Am radial inneren Ende der Zahnschäfte 22 sind Zahnfüße 23 ausgebildet, die dann die Magnetpole für den radial innerhalb des Stators 14 gelagerten Rotor 13 ausbilden. Auf den T-förmigen Statorsegmenten 14 sind jeweils Isoliermasken 56 angeordnet, die dann mit einer elektrischen Wicklung 58 umwickelt sind. In diesem Ausführungsbeispiel weist jedes Statorsegment 14 eine Einzelzahnspule 59 auf, die über eine nicht dargestellte Verschaltungsanordnung mit einer Steuerelektronik der elektrischen Maschine 10 verbunden sind. Dabei können bevorzugt alle Statorsegmente 14 mit einem ununterbrochenen Wickeldraht 41 durchgewickelt sein. Der Statorgrundkörper 16 ist aus einzelnen Blechlamellen 20 zusammengesetzt, die axial übereinandergestapelt sind. Dabei sind die einzelnen Statorsegmente 14 aus mehreren axial übereinander gestapelten Zahnsegmenten 24 der einzelnen Lamellenschichten 21 zusammengesetzt. Mehrere Statorsegmente 14 (beispielsweise 12 Stück) bilden über den gesamten Umfang den Statorgrundkörper 16, der beispielweise in ein Motorgehäuse 36 eingesetzt wird. Der Rotor 13 in 1 weist mehrere Permanentmagnete 80 auf, die in einem Rotorgrundkörper 82 aufgenommen sind. Die Permanentmagnete 80 sind hier beispielweise an der radialen Oberfläche des Rotorgrundkörpers angeordnet. In Tangentialrichtung 9 zwischen den Permanentmagneten 80 sind hier Haltestege 84 am Rotorgrundkörper 82 ausgebildet, die die vorzugsweise in Radialrichtung 7 magnetisierten Permanentmagnete 80 in Umfangsrichtung 9 voneinander trennen. Im Ausführungsbeispiel sind die Permanentmagnete 80 Brotlaib-förmig ausgebildet, so dass der Außenumfang 86 des Rotors 15 näherungsweise kreisförmig ausgebildet ist. Insbesondere sind auf dem Rotor 13 acht Permanentmagnete 80 angeordnet, die mit den zwölf durch die T-förmigen Statorsegmente 14 gebildeten Statorpole zusammenwirken. In alternativen Ausführungen werden 6/4- oder 12/10- oder 18/14 oder 12/8 - Motor-Topologien verwendet. Die einzelnen Blechlamellen 20 jeder Lamellenschicht 21 sind durch seitliche Trennlinien 40 unterteilt, die sich näherungsweise in Radialrichtung 7 vom Außenumfang 35 des Jochbereichs 28 zu dessen Innendurchmesser 34 erstrecken. An der Trennlinie 40 einer ersten tangentialen Seite 18 des Jochbereichs 28 erstreckt sich in Tangentialrichtung 9 eine Verbindungsnase 30, die im zusammengefügten Zustand in eine korrespondierende Ausnehmung 31 an der zweiten tangentialen Seite 19 des Jochbereichs 28 eines benachbarten Zahnsegments 24 eingreift. Die Trennlinie 40 zwischen den einzelnen T-förmigen Zahnsegmenten 24 einer Lamellenschicht 21 wird bevorzugt mittels der sogenannten Precut-Technik (oder Kiri-Make) hergestellt. Dabei werden aus einer über den ganzen Umfang geschlossenen Blechlamelle 20 die einzelnen Zahnsegmente 24 in einem ersten Schritt mittels einem Stanzwerkzeug axial nicht vollständig voneinander getrennt, und in einem zweiten Schritt zur Ausbildung einer Sollbruchstelle zwischen den Zahnsegmenten 24 wieder axial in die ursprüngliche Position zurückgedrückt (Push Back). Dadurch entsteht ein über den gesamten Umfang geschlossener Statorgrundkörper 16, der erst zum Bewickeln der einzelnen T-förmigen Statorsegmente 14 vereinzelt wird. Die Ausnehmung 31 weist eine zur gegenüberliegenden Verbindungsnase 30 korrespondierende Geometrie auf, zwischen denen die Trennlinie 40 der beiden in Tangentialrichtung 9 gegenüberliegenden Zahnsegmenten 24 in Radialrichtung 7 verläuft. Die Verbindungsnase 30 und die gegenüberliegende Ausnehmung 31 werden dabei im gleichen Prozess-Schritt mittels der identischen Stanzkante des Stanzwerkzeugs hergestellt. Beim Stanzprozess wird der äußere Umfang 35 des Statorgrundkörpers 16 vollständig durchtrennt, wobei die einzelnen Zahnsegmente 24 über die Sollbruchstelle der Trennlinie 40 in Umfangsrichtung 9 verbunden bleiben. Der Außenumfang 35 des Statorgrundkörpers 16 ist beispielswiese näherungsweise kreisrund ausgeführt, kann in weiteren Ausführungen, wie in 4, aber auch abgeflachte, ebene Abschnitte 83 aufweisen.
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In 2 ist dargestellt, wie die Statorsegmente 14 zum Bewickeln auf einem Segmententräger 48 angeordnet werden. Die einzelnen Statorsegmente 14 können anstelle des Precut-Technik gemäß 1 auch in anderer Weise als Einzelzahnsegmente hergestellt werden, wobei die Zahnsegmente 24 in gewöhnlicher Weise aus dem Blech ausgestanzt werden, und anschließend beispielsweise mittels Stanzpaketierungen 54 axial miteinander verbunden werden. Die Statorsegmente 14 werden mit den Isoliermasken 56 ummantelt und dann in einem Kreisring 15 auf dem Segmententräger 48 fixiert. Dabei sind die Achsen der Zahnschäfte 22 alle auf den Mittelpunkt 11 des Statorgrundkörpers 16 gerichtet. Zwischen den Jochbereichen 28 ist in Tangentialrichtung 9 ein tangentialer Abstand 29 ausgebildet, in dem ein Abstandshalter 49 angeordnet ist. Beispielseise weisen die Abstandshalter 49 Ausformungen 50 auf, in die die Verbindungsnasen 30 und die Ausnehmungen 31 der Jochbereiche 28 formschlüssig eingreifen. Dadurch sind die Statorsegmente 14 zuverlässig auf dem Segmententräger 48 fixiert, und können dadurch in derselben Weise bewickelt werden, wie ein Vollschnitt-Stator. Dazu wird eine Drahtdüse 52 eines Nadelwicklers innerhalb des Kreisrings 15 axial auf und ab bewegt, um einen Statorzahn 26 zu bewickeln. Durch die Abstandshalter 48 ist ein Nutbereich 25 zwischen den Statorzähnen 26 breit genug ausgebildet, dass die Drahtdüse 52 zwei benachbarte Einzelzahnspulen 59 wickeln kann, ohne dass im fertig bewickelten Stator 12 tangentialer Platz für die Drahtdüse 52 vorgehalten werden muss. Somit können alle Statorzähne 26 mit einem ununterbrochenen Wickeldraht 41 durchgewickelt werden, wobei die Wickelreihenfolge der Statorzähne 26 beliebig ist. Um zwei nacheinander zu bewickelnde Statorzähne 26 ununterbrochen zu verbinden, wird der Wickeldraht 41 als Verbindungsdraht 42 am Außenumfang der Isoliermasken 56 geführt. Die Isoliermasken 56 weisen radiale Durchführungen 62 auf, durch die der Wickeldraht 41 in Radialrichtung 7 geführt wird. An der Isoliermaske 56 können des Weiteren als radiale Durchführungen 62 Taschen 64 für Schneid-Klemm-Verbindungen (SKV) ausgebildet sein, in die der Wickeldraht 41 eingelegt wird. In diese SKV-Taschen 64 können korrespondierende SKV-Elemente eingesteckt werden, mittels denen die elektrische Wicklung 58 kontaktiert wird. Durch die Anordnung der SKV-Taschen 64 zwischen unterschiedlichen Einzelzahnspulen 59 können verschiedene Verschaltungsanordnungen realisiert werden. Dabei kann auch ein Drahtanfang 66 und ein Drahtende 67 in eine solche SKV-Tasche 64 eingelegt werden. Zwischen den radialen Durchführungen 62 und/oder den SKV-Taschen 64 überspannen die Verbindungsdrähte 42 am Außenumfang der Isoliermasken 56 auch die tangentialen Abstände 29 zwischen den Jochbereichen 28.
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In 3 ist schematisch eine fertig bewickelte Anordnung gemäß 2 dargestellt, bei der die Abstandshalter 49 bereits entfernt sind. Die Statorsegmente 14 sind im Uhrzeigersinn mit Nr. 1 - 6 durchnummeriert. Der Drahtanfang 66 ist beispielsweise am Statorsegment Nr. 1, wobei dann der Wickeldraht 41 nach dem Bewickeln des Statorsegments Nr. 1 als Verbindungsdraht 42 beispielsweise im Uhrzeigersinn zu Statorsegment Nr. 4 weitergeführt, und dort durch eine radiale Durchführung 64 radial von außen nach innen zum Statorzahn 26 geführt wird. Danach wird das Statorsegment Nr. 5 bewickelt, wobei der Verbindungsdraht 42 nur den einen radialen Abstand 29 zwischen diesen unmittelbar benachbarten Jochbereichen 28 überspannt. Statorsegment Nr. 5 ist dann über einen Verbindungsdraht 42 mit Statorsegment Nr. 2, und dieses mit Nr. 3 und dieses mit Nr. 6 verbunden, an welchem das Drahtende 67 angeordnet ist. Somit ist die Wickelreihenfolge der sechs Statorsegmente 14 gemäß dem Wickelschema 1-4-5-2-3-6 realisiert. Werden nun beispielsweise am Spulenanfang vom Statorsegment Nr.1 und am Spulenende der Einzelzahnspulen vom Statorsegment Nr. 4, Nr. 2 und Nr. 5 die radialen Durchführungen 62 als SKV-Taschen 64 ausgeführt, können drei Phasen mit jeweils zwei gegenüberliegenden, in Reihe geschalteten Einzelzahnspulen 59 gebildet werden. Diese können von einer nicht dargestellten Elektronik angesteuert werden, die bevorzugt axial oberhalb der Verbindungsdrähte 42 angeordnet ist.
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Nach dem fertigen Bewickeln werden gleichzeitig die Statorsegmente 14 entlang den Pfeilen 71 radial zum Mittelpunkt 11 hin, und die Hilfswerkzeuge 44 entlang den Pfeilen 72 ebenfalls radial nach innen gedrückt. In 3 ist in Schritt 2 der Stator 12 im zusammengefügten Zustand dargestellt, bei dem sich insbesondere alle Jochbereiche 28 tangential einander berühren. Dabei greifen die Verbindungsnasen 30 formschlüssig in die korrespondierenden Ausnehmungen 31. Der Übersichtlichkeit halber ist hier nur ein einziger Verbindungsdraht 42 eingezeichnet, der durch die Biegefinger 45 radial nach innen umgeformt wurde. Dabei ist der Verbindungsdraht 42 radial innerhalb des Außenumfangs 35 der Jochbereiche 28 angeordnet, und ragt radial nach innen über die Einzelzahnspulen 59, im Umfangsbereich zwischen den Statorzähnen 26. Zwischen zwei benachbarten Einzelzahnspulen 59 kann die tangentiale Entfernung 93 insbesondere kleiner ausgebildet sein, als der Durchmesser 53 der Drahtdüse 52 oder insbesondere auch kleiner als ein tangentialer Nutschlitz 94 zwischen zwei benachbarten Zahnfüssen 23.
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Im Schritt 3 ist in 3 das Hilfswerkzeug 44 bereits entfernt und die Statorsegmente 14 zumindest provisorisch miteinander verbunden. Die Statorsegmente 14 werden in ein Statorgehäuse 36 eingefügt, das in 3 und 1 nur angedeutet ist. Das Statorgehäuse 36 kann beispielsweise sechseckig oder alternativ auch rund ausgebildet sein. Der Verbindungsdraht 42 ragt nun mit freien Schleifen 43 radial nach innen über die Einzelzahnspulen 59. Beim Zusammenbau der elektrischen Maschine 10 wird der Rotor 13 montiert, der bevorzugt Permanentmagnete 80 aufweist, insbesondere genau vier Permanentmagnete 80 für sechs Statorsegmente 14, die die Statorpole bilden. Um die freien Schleifen 43 im Betriebszustand am Schwingen zu hindern, werden diese mit einer Halteplatte 99 fixiert. Diese ist beispielweise in eine Verschalteplatte zur elektrischen Kontaktierung der Einzelzahnspulen 59 oder in ein Lagerschild für den Rotor 13 integriert. Die Statorsegmente 14 gemäß 2 und 3 können mittels Precut-Technik gefertigt werden, oder als Einzelzahnsegmente 14 mit herkömmlicher Stanztechnik. Auch können die Statorsegmente 14 anstelle der ebenen Jochbereiche 28 auch kreisförmige Jochbereiche 28 aufweisen.
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In 4 ist eine weitere Ausführung anhand eines mittels Precut-Technik hergestellten einzelnen Statorsegments 14 dargestellt. Die T-förmigen Zahnsegmente 24 der einzelnen Lamellenschichten 21 werden mittels der Stanzpaketierungen 54 axial zu einem Lamellenpaket zusammengehalten. Die Stanzpaketierungen 54 sind hier insbesondere kreisrund ausgebildet - wobei in der obersten Blechlamelle 20a kreisrunde Durchstanzungen 95 ausgestanzt sind, in die das Material der Blechlamelle 20b der darunter liegenden Lamellenschicht 21 plastisch eingedrückt ist. Um zwei benachbarte - mittels Precut-Technik hergestellte - Statorsegmente 14 des Statorgrundkörpers 16 zu trennen, wird bevorzugt in eine Statornut 25 zwischen den beiden Zahnschäften 22 axial mindestens ein Trennkeil eingepresst. Dieser Trennkeil erzeugt eine Trennkraft zwischen den beiden Jochbereichen 28, durch die die Sollbruchstelle getrennt wird. Nach dem Vereinzeln der als Lamellenpakete ausgebildeten Statorsegmente 14 werden auf diese die Isoliermasken 56 aufgesetzt, und dann gemäß 3 mit Einzelzahnspulen 59 bewickelt. Eine Markierung 81 an der Stirnseite - oder auch am Außenumfang 35 - dient dazu, dass die Statorsegmente 14 zum Bewickeln im Segmententräger 48 in genau der gleichen Reihenfolge wie vor dem Vereinzeln angeordnet werden, so dass die individuelle „Abbruchstruktur“ jeder Sollbruchstelle beim radialen Zusammendrücken nach dem Bewickeln wieder zusammen findet. An dem ersten tangentialen Ende 18 des Jochbereichs 28 ist die Verbindungsnase 30 ausgebildet, die nach dem Zusammenfügen wieder in die Ausnehmung 30 des benachbarten Jochbereichs 28 eingreift. Dabei liegt die Verbindungsnase 30 mit tangentialen Flanken 33 an gegenüberliegenden Gegenflanken 36der Ausnehmung 31 in Radialrichtung 7 an. Am Außenumfang 35 der Jochbereiche 28 wird in einem ersten tangentialen Bereich zumindest ein abgeflachter Abschnitt 83 ausgestanzt, der in Umfangsrichtung 9 den Zahnschaft 22 überdeckt. Jeweils benachbart zu dem abgeflachten Abschnitt 83 sind beidseitig den Zahnsegmenten 24 kreisförmige Abschnitte 84 des Außenumfangs 35 ausgestanzt. Um nach dem Bewickeln die einzelnen Statorsegmente 14 wieder zum Stator 12 zusammenzusetzen, werden die Statorsegemnte 14 axial in ein Montagewerkzeug eingefügt, das zylindrisch und konisch ausgebildet ist. Die kreisrunden Abschnitte 84 der Jochbereiche 28 liegen dabei radial am Montagewerkzeug an, und werden radial zueinander gedrückt, so dass die Statorsegmente 14 über den Torbogen-Effekt exakt zueinander positioniert werden. Es ist erkennbar, dass die beiden tangentialen Enden 18, 19 des Jochbereichs 28 eine größere radiale Erstreckung 89 an den kreisrunden Abschnitten 88 aufweisen, als die radiale Erstreckung 85 an dem abgeflachten Abschnitt 83 des Jochbereichs 24 am Statorzahn 26. Bei dieser Ausführung können auch relativ kleine Außendurchmesser 35 für einen solchen Statorgrundkörper 16 mittels Precut-Technik realisiert werden, die beispielsweise 25 - 60 mm betragen.
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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 Kontur der einzelnen T-förmigen Zahnsegmente 24, die Anordnung und Anzahl der Statorzähne 26, sowie die Ausbildung der Jochbereiche 28 entsprechend variiert werden. Auch kann die Ausformung und Abmessungen sowie das Fertigungsverfahren der Trennlinie 40 mit der Verbindungsnase 30 an die Anforderungen der elektrischen Maschine 10 und deren Fertigungsmöglichkeiten angepasst werden. Beispielsweise kann anstatt der Verbindungsnase 30 und der korrespondierenden Ausnehmungen 31 auch eine gerade Trennlinie 40 ausgebildet sein. Ebenso kann die konkrete Wickelreihenfolge und die Verschaltung der Einzelzahnspulen 59 einfach variiert werden. Alternativ zu den SKV-Verbindungen können als Kontaktelemente für die Einzelzahnspulen 59 auch Schweißhaken oder Schweißgabeln verwendet werden. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für den Drehantrieb von Komponenten oder für die Verstellung von beweglichen Teilen im Kraftfahrzeug, ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt. Durch die Ausbildung der abgeflachten Abschnitte 83, können auch kleine Motoren 10 mit hoher Leistungsdichte zur Verfügung gestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007006095 A1 [0001]
