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Dokumentenidentifikation DE102005050987A1 03.05.2007
Titel Stator für eine elektrische Maschine
Anmelder ZF Friedrichshafen AG, 88046 Friedrichshafen, DE
Erfinder Welke, Knut, Dipl.-Ing., 14612 Falkensee, DE;
Zimmer, Manfred, Dipl.-Ing., 97475 Zeil, DE
DE-Anmeldedatum 25.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005050987
Offenlegungstag 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse H02K 3/50(2006.01)A, F, I, 20060919, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine mit einem ringförmigen Statorjoch, an dem auf Wickelkörpern ausgeführte und in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Statorspulen angeordnet sind, welche mittels einer Verschaltungsanordnung elektrisch verschaltet sind, und wobei die Verschaltungsanordnung ein zum Zusammenbau mit dem Stator bestimmtes ringförmiges Trägerelement zur Aufnahme von Verbindungsleitern aufweist, welches radial zu den Wickelkörpern angeordnet ist. Es wird für eine einfache und sichere Anordnung des Trägerelementes an dem Stator vorgeschlagen, dass das Trägerelement mittels einer Rastverbindung axial verliersicher an den Wickelkörpern fixiert ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Im Besonderen betrifft die Erfindung die Anordnung eines zu einer Verschaltungsanordnung von Stator-Einzelspulen gehörenden ringförmigen Trägerelements, von welchem elektrische Verbindungsleiter zur Verschaltung des Stators aufgenommen werden.

Bekannte Statoren für elektrische Maschinen weisen ein Statorjoch mit einer Anzahl von Statorzähnen auf, welche die elektrische Wicklung bspw. in Form von einzelnen, aus einem Isolierdraht gewickelten Statorspulen tragen. Die Spulen sind mit ihren beiden Spulenenden einzelnen Strängen zugeordnet und mittels einer Verschaltungsanordnung untereinander in einer vorbestimmten Weise über gemeinsame Verbindungsleiter verschaltet. Im Fall einer Drehstrommaschine weist der Stator drei Stränge und damit zumindest drei Verbindungsleiter auf, die jeweils um 120° phasenversetzt mit Strom beaufschlagt werden. Die Verbindungsleiter werden zum Anschluss der elektrischen Maschine an eine Stromquelle einem Schaltkasten zugeführt. Die Verbindungsleiter können beispielsweise in einen integral mit den Wickelkörpern ausgebildeten Aufnahmeraum eingelegt und am Stator fixiert werden. Ein dafür geeigneter Wickelkörper ist beispielsweise in der DE 100 02 485 A1 dargestellt. Bei dieser Variante werden zunächst die vorgefertigten Einzelspulen am Statorjoch angeordnet und erst danach können die Verbindungsleiter in deren durch alle Wickelkörper segmentweise gebildeten Aufnahmeraum eingelegt und mit den Spulenenden verschaltet werden.

Es besteht jedoch auch alternativ die Möglichkeit, die Verbindungsleiter in einem von den Wickelkörpern separaten Trägerelement vorzumontieren und dieses Trägerelement als vorgefertigte Einheit am Stator festzulegen. Dazu offenbart die DE 101 28 769 A1 einen Stator, wobei das Trägerelement zur Aufnahme der elektrischen Verbindungsleiter axial benachbart zu den Statorspulen angeordnet ist. Das Trägerelement weist gemäß 7 der Druckschrift axial abstehende Befestigungsklauen auf, welche in Aussparungen der Wickelkörper eingreifen, die in einen stirnseitig, axial über die Spulenwicklung überstehenden Bereich eingebracht sind.

Es wird bei der erläuterten Anordnung als Nachteil empfunden, dass die Wickelkörper zur Ausbildung der Ausnehmung am Stator in axialer Richtung verlängert werden müssen und sich dadurch insgesamt eine unnötig axial groß bauende elektrische Maschine ergibt.

Ein Stator der eingangs genannten Art ist in der DE 198 50 818 A1 beschrieben, bei welchem sich die Verbindungsleiter in einem radial an den Wickelkörpern der Statorspulen angeordneten Trägerelement befinden. Der Schrift sind jedoch keine Hinweise entnehmbar, auf welche Weise das Trägerelement dort festgelegt ist.

Es ist von dem genannten Stand der Technik ausgehend, Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stator der vorgenannten Art vorzuschlagen, bei welchem insbesondere ein zu dessen Verschaltungsanordnung zugehöriges ringförmiges Trägerelement zur Führung von elektrischen Verbindungsleitern leicht montierbar und zugleich betriebssicher an dem Stator festgelegt ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem gattungsgemäßen Stator, welcher zusätzlich die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale aufweist.

Die Erfindung schlägt demzufolge einen Stator für eine elektrische Maschine vor, der ein ringförmiges Statorjoch aufweist, an dem auf Wickelkörpern ausgeführte und in Umfangsrichtung gleichmässig verteilte Statorspulen angeordnet sind. Diese Statorspulen sind mittels einer Verschaltungsanordnung elektrisch verschaltet, wobei die Verschaltungsanordnung ein zum Zusammenbau mit dem Stator bestimmtes ringförmiges Trägerelement zur Aufnahme von Verbindungsleitern aufweist, welches radial zu den Wickelkörpern angeordnet wird. Der Stator zeichnet sich dadurch aus, dass das Trägerelement mittels einer Rastverbindung axial verliersicher an den Wickelkörpern fixiert ist. Durch eine Rastverbindung ist sowohl eine betriebssichere Befestigung als auch eine schnelle Montage bzw. Demontage des Trägerelementes möglich. Dieses kann in einfacher Weise in axialer Richtung radial über die Wickelkörper oder in den durch die Wickelkörper definierten Innenraum eingeschoben und axial und in Umfangsrichtung an den Wickelkörpern verrastet werden. Das Einlegen von Verbindungsleitern in das Trägerelement und dessen Kapselung mittels Vergussmaterials kann bereits vor dessen Montage am Stator erfolgen. Nach dem Zusammenbau von Stator und Trägerelement können in bekannter Weise die elektrischen Verbindungen zwischen den Spulenenden und den in dem Trägerelement eingelegten Verbindungsleitern hergestellt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass an dem Trägerelement ausgebildete Rastelemente in Zwischenräume zwischen jeweils zwei am Stator benachbarte Wickelkörper eingreifen. Der Wickelkörper kann beispielsweise gemäß der DE 100 02 485 A1 ausgeführt sein und einen sich an einem Statorjoch radial erstreckenden Wickelträger und zwei den Wickelbereich in axialer begrenzende und mit dem Wickelträger verbundene Schenkel aufweisen. Die Rastelemente des Trägerelements können somit in Umfangsrichtung beidseitig in die benachbarten radial inneren bzw. radial äußeren Schenkel eingreifen bzw. diese zumindest teilweise hintergreifen und mit diesen verrasten.

Gemäß Anspruch 3 werden die Rastelemente des Trägerelements durch erste Radialvorsprünge gebildet, die mit jeweils zwei Gegenrastelementen benachbarter Wickelkörper zusammenwirken. Dazu eignen sich z.B. an den Schenkeln der Wickelkörper ausgebildete und einander zugewandte Federzungen, zwischen denen die ersten Radialvorsprünge bei der Montage des Trägerelements axial hindurchgeführt werden, wobei sich die Federzungen unter Vergrößerung deren Zwischenraumes verlagern und wobei die Federzungen nach dem Erreichen der Endlage des Trägerelements wieder entlastet werden. In dieser Position können die ersten Radialvorsprünge die Wickelkörper, genauer deren Federzungen hintergreifen und das Trägerelement axial sichern. Das Trägerelement liegt dabei zugleich mit einer Stirnseite an dem Statorjoch an, so dass durch diese Ausgestaltung eine definierte Festlegung in axialer als auch in Umfangsrichtung möglich ist.

Es ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 4 günstig, wenn das Trägerelement zweite Radialvorsprünge aufweist, die in die Zwischenräume zwischen jeweils zwei benachbarten Wickelkörpern eingreifen und sich dort zumindest an einem der Wickelkörper axial und ggf. auch in Umfangsrichtung abstützen. Dadurch kann das Trägerelement unabhängig von dessen Anlage an dem Statorjoch axial definiert festgelegt werden. Ebenso können nach Anspruch 5 die zweiten Radialvorsprünge des Trägerelements in dazu korrespondierende Aussparungen an der dem Statorjoch abgewandten Stirnseite der Wickelkörper eingreifen.

Bevorzugt sind die ersten und zweiten Radialvorsprünge gemäß Anspruch 6 axial versetzt an dem Trägerelement angeordnet und weiter bevorzugt ist das Trägerelement nach Anspruch 7 aus einem Kunststoff gefertigt.

Die Erfindung wird im Folgenden mittels der beigefügten Figur beispielhaft erläutert.

Die Figur zeigt in einer schematisch perspektivischen Darstellung mit Blickrichtung von radial innen nach radial außen einen Ausschnitt eines Stators 10 für eine zeichnerisch nicht weiter dargestellte elektrische Maschine mit einem ringförmigen aus lamellierten Elektroblech bestehenden Statorjoch 2, welches jedoch zum größten Teil von weiteren Elementen des Stators 10, wie diese nachfolgend erläutert werden, verdeckt wird. Es handelt sich hierbei um einen Stator 10 einer permanenterregten elektrischen Synchronmaschine in Innenläuferbauart, wobei der der gezeigte Stator 10 einen zylindrischen Innenraum 5 zur Aufnahme eines Rotors bereitstellt. Das Statorjoch 2 weist in bekannter Weise in Umfangsrichtung eine gleichmäßig verteilte Anzahl von radial nach innen gerichteten Zähnen 6a-d auf, welche mit Einzelspulen 8a-d bestückt sind. Die Spulen 8a-d sind in einem vorherigen Fertigungsschritt mit Hilfe von jeweils zwei aus einem Isoliermaterial bestehenden Wickelkörpern 12 separat gewickelt und anschließend über die Zähne 6a-d des Statorjochs 2 geschoben und dort mittels einer bekannten, jedoch zeichnerisch nicht dargestellten Rastverbindung gegen Verrutschen gesichert.

Die Wickelkörper 12 entsprechen in deren grundlegendem Aufbau den in der DE 100 02 485 A1 beschriebenen Wickelkörpern und weisen einen sich an dem Statorjoch 2 radial erstreckenden Wickelträger 12a und zwei den Wickelbereich in axialer begrenzende und mit dem Wickelträger 12a verbundene Schenkel 12b und 12c auf.

Die Spulen 8a-d umfassen eine Wicklung eines elektrischen Leiters, deren in der Figur nicht sichtbaren Wicklungsenden bzw. Spulenenden in bekannter Weise mit drei oder noch mehreren elektrischen Verbindungsleitern 14 elektrisch verbunden sind. Zur besseren Übersicht sind zeichnerisch lediglich die Spulen 8a und 8d zeichnerisch angedeutet.

Die Verbindungsleiter 14 sind als ringförmig gebogene Streifenleiter z.B. aus Kupfer ausgeführt und in einer vorbestimmten Weise mit den Spulenenden und Anschlüssen für eine Stromversorgungseinrichtung verbunden, was jedoch keinen Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet.

Die Verbindungsleiter 14 sind innerhalb eines Aufnahmeraumes 18 eines am Stator 10 angeordneten Trageelementes 16 angeordnet, welches als separater, d.h. von den Wickelkörpern unabhängiger Kunststoffring mit einem, eine einseitig offene Nut bildenden Aufnahmeraum 18 ausgeführt ist.

Das Trägerelement 16 ist auf die, von den radial außen liegenden Schenkeln 12b der Wickelkörper 12 gemeinsam definierten Umfangsfläche axial aufgeschoben, liegt mit dessen abgewandter Stirnseite am Statorjoch 2 an und ist, wie nachfolgend erläutert, mittels einer Rastverbindung axial verliersicher an den Wickelkörpern 12 fixiert.

Das Trägerelement 16 weist an dessen dem Statorjoch 2 zugewandter Stirnseite als Rastelemente wirkende erste Radialvorsprünge 20 auf, welche in Spaltzwischenräume 22 zwischen jeweils zwei am Stator 10 benachbarte Wickelkörper 12 eingreifen. Dazu sind an den, das Trägerelement 16 abstützenden Schenkeln 12b der Wickelkörper 12 beidseitig, d.h. bezüglich des Stators 10 in Umfangsrichtung, jeweils einander zugewandte Federzungen 24 ausgebildet, zwischen denen die ersten Radialvorsprünge 20 bei der Montage des Trägerelements 16 axial hindurchgeführt werden. Dabei werden die Federzungen 24 unter Vergrößerung der zwischen diesen vorhandenen Spaltzwischenräume 22 zu deren Wickelkörpern 12 verlagert und schnappen nach dem Passieren der ersten Radialvorsprünge 20 wieder in deren Ausgangslage zurück, wobei in dieser Position die ersten Radialvorsprünge 20 die Wickelkörper 12, genauer deren Federzungen 24, dann hintergreifen und das Trägerelement axial gesichert an dem Statorjoch 2 festlegen.

Das Trägerelement 16 weist zusätzlich auf der dem Statorjoch 2 abgewandten Stirnseite zu den ersten Radialvorsprüngen 20 axial und in Umfangsrichtung versetzte zweite Radialvorsprünge 26 auf, welche in Aussparungen 28 an der dem Statorjoch 2 abgewandten Stirnseite der Wickelkörper 12 eingreifen und sich dort an den Wickelkörpern 12 axial abstützen. Selbstverständlich können die zweiten Axialvorsprünge 26 auch zu den ersten Axialvorsprüngen 20 identische Umfangspositionen aufweisen und ebenso in die Spaltzwischenräume 22 zwischen jeweils zwei benachbarten Wickelkörpern 12 eingreifen und sich zumindest an einem der dazu benachbarten Wickelkörper 12 axial und in Umfangsrichtung abstützen.

2
Statorjoch
5
Innenraum
6a-d
Zahn
8a-d
Spule
10
Stator
12
Wickelkörper
12a
Wickelträger
12b,c
Schenkel
14
Verbindungsleiter
16
Trägerelement
18
Aufnahmeraum
20
erste Radialvorsprünge
22
Spaltzwischenraum
24
Federzunge
26
zweite Radialvorsprünge
28
Aussparung
A
Mittelachse


Anspruch[de]
Stator (10) für eine elektrische Maschine mit einem ringförmigen Statorjoch (2), an dem auf Wickelkörpern (12) ausgeführte und in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Statorspulen (8a-d) angeordnet sind, welche mittels einer Verschaltungsanordnung elektrisch verschaltet sind und wobei die Verschaltungsanordnung ein zum Zusammenbau mit dem Stator (10) bestimmtes ringförmiges Trägerelement (16) zur Aufnahme von Verbindungsleitern (18) aufweist, welches radial zu den Wickelkörpern (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (16) mittels einer Rastverbindung (20, 24) axial verliersicher an den Wickelkörpern (12) fixiert ist. Stator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Trägerelement (16) ausgebildete Rastelemente (20) in Spaltzwischenräume (22) zwischen jeweils zwei am Stator (10) benachbarte Wickelkörper (12) eingreifen. Stator (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente des Trägerelements (16) durch erste Radialvorsprünge (20) gebildet werden, die mit jeweils zwei Gegenrastelementen (24, 24) benachbarter Wickelkörper (12) zusammenwirken. Stator (10) nach einem der Ansprüche 1–3 dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (16) zweite Radialvorsprünge (26) aufweist, die in die Spaltzwischenräume (22) zwischen jeweils zwei benachbarten Wickelkörpern (12) eingreifen und sich dort zumindest an einem der Wickelkörper (12) axial abstützen. Stator (10) nach einem der Ansprüche 1–3 dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (16) zweite Radialvorsprünge (26) aufweist, welche in Aussparungen (28) an der dem Statorjoch (2) abgewandten Stirnseite der Wickelkörper (12) eingreifen. Stator (10) nach einem der Ansprüche 1–5 dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Radialvorsprünge (20, 26) axial versetzt an dem Trägerelement (12) angeordnet sind. Stator (10) nach einem der Ansprüche 1–6 dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (16) aus einem Kunststoff gefertigt ist.






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