DE102023210722A1

DE102023210722A1 - Electrical machine, stator for an electrical machine, and method for producing such a stator

Info

Publication number: DE102023210722A1
Application number: DE102023210722.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Groezinger; Michael Urich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2023-10-30
Filing date: 2023-10-30
Publication date: 2025-05-15

Abstract

Elektrische Maschine (11), Stator (10) für eine elektrische Maschine (11), sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen, mit einem ringförmigen Jochbereich (14), an dem einzelne, radial nach innen gerichtete Statorzähne (16) angeordnet sind, wobei auf jedem Statorzahn (16) eine Isoliermaske (40) angeordnet ist, auf die mittels einem Wickeldraht (22) eine Einzelzahnspule (20) gewickelt ist, wobei an der Isoliermaske (40) zumindest am radial äußeren Ende des Statorzahns (16) an einer ersten tangentialen Seite (31) der Isoliermaske (40) ein Wickelleitelement (30) angeformt ist, das sich in Axialrichtung (8) erstreckt, wobei das Wickelleitelement (30) näherungsweise einen Querschnitt (29) in der radialen Ebene aufweist, der etwa dem Querschnitt des Wickeldrahts (22) entspricht.

Electrical machine (11), stator (10) for an electrical machine (11), and method for producing the same, having an annular yoke region (14) on which individual, radially inwardly directed stator teeth (16) are arranged, wherein an insulating mask (40) is arranged on each stator tooth (16), onto which a single-tooth coil (20) is wound by means of a winding wire (22), wherein a winding guide element (30) is formed on the insulating mask (40) at least at the radially outer end of the stator tooth (16) on a first tangential side (31) of the insulating mask (40), which extends in the axial direction (8), wherein the winding guide element (30) has an approximately cross-section (29) in the radial plane which corresponds approximately to the cross-section of the winding wire (22).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, einen Stator für eine elektrische Maschine, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stators nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to an electrical machine, a stator for an electrical machine, and a method for producing such a stator according to the preamble of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Mit der DE 10 2016 223 003 A1 ist ein Stator für eine elektrische Maschine bekannt geworden, bei dem auf einen Statorgrundkörper axial eine Isoliermaske aufgesetzt ist. Die Isoliermaske weist einen in Umfangsrichtung geschlossenen Kunststoffring auf, von dem sich in Radialrichtung die Isolierungen für die Statorzähne erstrecken. Dabei decken die Isolierungen sowohl die Stirnseiten, als auch zumindest in Teilen die tangentialen Seiten der Statorzähne ab. Ist die radiale Innenseite des Kunststoffrings gewölbt ausgebildet, ist es sehr schwierig mit einer Nadelwickel-Düse die erste radial äußerste Drahtwindung radial unmittelbar an der radialen Innenwand des Kunststoffrings abzulegen, da die Nadelwickel-Düse nicht beliebig nahe an die radiale Innenwand herangeführt werden kann. Dadurch können Wickelfehler entstehen, die den Kupferfüllfaktor der Zahnwicklung negativ beeinflussen. Dieses Problem soll mit der erfindungsgemäßen in Isoliermaske und der erfindungsgemäßen Statoranordnung behoben werden.With the DE 10 2016 223 003 A1 A stator for an electrical machine has become known in which an insulating mask is placed axially on a stator base body. The insulating mask has a circumferentially closed plastic ring, from which the insulation for the stator teeth extends in the radial direction. The insulation covers both the end faces and, at least in part, the tangential sides of the stator teeth. If the radial inner side of the plastic ring is curved, it is very difficult to place the first radially outermost wire turn radially directly on the radial inner wall of the plastic ring using a needle winding nozzle, since the needle winding nozzle cannot be brought as close to the radial inner wall as desired. This can lead to winding errors that negatively influence the copper fill factor of the tooth winding. This problem is to be solved with the insulating mask and the stator arrangement according to the invention.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Stator, sowie die erfindungsgemäße elektrische Maschine beinhaltend einen solchen Stator, sowie das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eines Stators nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch das Anformen eines Wickelleitelements an der Isoliermaske der Statorzähne der Wickeldraht in der ersten Winkellage sehr genau positioniert abgelegt werden kann. Dadurch kann auch die zweite und die weiteren Wickellagen definiert positioniert abgelegt werden, wodurch eine sehr kompakte orthozyklische Wicklung realisiert werden kann, die einen sehr hohen Kupferfüllfaktor aufweist. Das Wickelleitelement hat näherungsweise die Form eines Wickeldrahtes, der sich in Axialrichtung entlang dem Statorzahn erstreckt. Dadurch kann beim Wickeln der Einzelzahnspule der Wickeldraht sehr exakt radial benachbart zum Wickelleitelement auf der Isoliermaske des Statorzahns abgelegt werden. Die Außenkontur des Wickelleitelements ist dabei bezüglich der Tangentialrichtung näherungsweise gleich ausgebildet, wie die Außenkontur der benachbarten Wickeldrähte, die dann zusammen mit dem Wickelleitelement die erste Wickellage bilden.The stator according to the invention, as well as the electrical machine according to the invention comprising such a stator, and the method according to the invention for manufacturing a stator according to the preamble of the independent claims have the advantage that, by molding a winding conducting element onto the insulating mask of the stator teeth, the winding wire can be deposited in a very precisely positioned manner in the first angular position. This also allows the second and further winding layers to be deposited in a defined position, thus realizing a very compact orthocyclic winding with a very high copper fill factor. The winding conducting element has approximately the shape of a winding wire extending axially along the stator tooth. This allows the winding wire to be deposited very precisely radially adjacent to the winding conducting element on the insulating mask of the stator tooth when winding the single-tooth coil. The outer contour of the winding conducting element is approximately the same in the tangential direction as the outer contour of the adjacent winding wires, which then form the first winding layer together with the winding conducting element.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Ausbildungen möglich. Um den Wickeldraht der ersten Wickellage definiert auf der Isoliermaske zu positionieren, sind zumindest an deren beiden Stirnseiten Führungsrillen ausgeformt, in denen der Wickeldraht eingelegt wird. Dabei erstrecken sich die Führungsrillen an der oberen Stirnseite, an der die Einzelzahnspule beginnt, exakt in Tangentialrichtung bezüglich einer Mittelachse des Statorzahns. Die Führungsrillen an der axial unteren Stirnseite des Statorzahns verlaufen hingegen schräg zu dieser Tangentialrichtung, wodurch jeweils der Übergang von einer ersten Drahtwindungen zur nächsten benachbarten Drahtwindungen realisiert wird. Dabei wird der Steigungswinkel der Führungsrillen an der axial unteren Stirnseite im Wesentlichen durch die Drahtdicke des Wickeldrahtes und die Breite des Statorzahns bestimmt.The measures listed in the dependent claims enable advantageous further developments and improvements of the designs specified in the independent claims. In order to position the winding wire of the first winding layer in a defined manner on the insulating mask, guide grooves into which the winding wire is inserted are formed at least on its two end faces. The guide grooves on the upper end face, where the single-tooth coil begins, extend exactly in the tangential direction with respect to a central axis of the stator tooth. The guide grooves on the axially lower end face of the stator tooth, on the other hand, run obliquely to this tangential direction, thereby realizing the transition from a first wire winding to the next adjacent wire winding. The pitch angle of the guide grooves on the axially lower end face is essentially determined by the wire thickness of the winding wire and the width of the stator tooth.

Die Isoliermaske weist axiale Wände auf, die sich an den Jochbereichen von den Stirnseiten des Statorgrundkörpers axial von diesem weg erstrecken. Diese axialen Wände halten die Drahtwindungen der Einzelzahnspulen auf dem Statorzahn, wobei die axialen Wände bevorzugt axial über die Einzelzahnspulen hinaus ragen. Am Außenumfang der axialen Wand können insbesondere Führungselemente für einen Verbindungsdraht zwischen zwei Einzelzahnspulen angeformt sein, die beispielsweise als Nasen oder tangentiale Rillen ausgebildet sind. Vorteilhaft können in der axialen Wand der oberen Isoliermaske radiale Durchgangsöffnungen ausgeformt sein, durch die der Wickeldraht radial durch die axiale Wand hindurch geführt wird. Dadurch kann der Wickeldraht radial über den Jochbereich zum Statorzahn geführt werden, um auf diesem dann die Einzelzahnspule zu beginnen. Dabei wird der Wickeldraht von der Durchgangsöffnung an der radialen Innenseite des Jochbereichs entlang dem Statorzahn - tangential gegenüberliegend zum Wickelleitelement - an einer ersten tangentialen Seite direkt axial nach unten zur unteren Stirnseite geführt.The insulating mask has axial walls that extend axially away from the end faces of the stator base body in the yoke areas. These axial walls hold the wire windings of the single-tooth coils on the stator tooth, with the axial walls preferably projecting axially beyond the single-tooth coils. Guide elements for a connecting wire between two single-tooth coils, designed, for example, as lugs or tangential grooves, can be formed on the outer circumference of the axial wall. Advantageously, radial through-openings can be formed in the axial wall of the upper insulating mask, through which the winding wire is guided radially through the axial wall. This allows the winding wire to be guided radially over the yoke area to the stator tooth, whereupon the single-tooth coil then begins. The winding wire is guided from the through-opening on the radial inside of the yoke area along the stator tooth—tangentially opposite the winding guide element—on a first tangential side directly axially downwards to the lower end face.

An der unteren Stirnseite wird dann der Wickeldraht in die schrägen Führungsrillen eingelegt, und zur Ausbildung der ersten Drahtwindung wieder in Axialrichtung nach oben zur oberen Stirnseite geführt. An der zweiten tangentialen Seite, die der ersten tangentialen Seite des Stadttorzahns gegenüber liegt, wird der Wickeldraht radial unmittelbar benachbart zum Wickelleitelement axial nach oben geführt. Durch das Wickelleitelement wird dabei der Wickeldraht derart geführt, dass er aufgrund des benachbart angeordneten Wickelleitelements etwa um eine Drahtdicke radial beabstandet zur radialen Innenwand des Jochbereichs auf der Isoliermaske liegt.The winding wire is then inserted into the inclined guide grooves on the lower end face and guided upwards in the axial direction to the upper end face to form the first wire winding. On the second tangential side, which is opposite the first tangential side of the city gate tooth, the winding wire is guided axially upwards radially, immediately adjacent to the winding guide element. The winding wire is guided by the winding guide element in such a way that, due to the adjacent winding guide element, it is radially spaced by approximately one wire thickness. to the radial inner wall of the yoke area on the insulating mask.

Zur Ausbildung der ersten Wickellage wird der Wickeldraht immer jeweils radial benachbart zur vorherigen Drahtwindung auf der die Isoliermaske abgelegt. An der radialen Innenseite des Statorzahns ist im Bereich des Zahnkopfes bevorzugt ein weiteres Wickelleitelement auf der Isoliermaske angeformt, das an der dem ersten Wickelleitelement tangential gegenüberliegenden Seite des Statorzahns angeordnet ist. An der radial inneren Seite des Statorzahns wird beim Übergang von der ersten Wickellage zur zweiten Wickellage der Wickeldraht auf dem zweiten Wickelleitelement abgelegt, dessen tangentiale Außenkontur ebenfalls näherungsweise der Außenkontur des radial benachbarten Wickeldraht der ersten Wickellage entspricht. Die erste Drahtwindung wird dabei insbesondere radial zwischen dem zweiten Wickelleitelement und der radialen Außenseite der Zahnkopf-Isolierung abgelegt. Bevorzugt wird die zweite Wickellage um einen halben Drahtdurchmesser in Radialrichtung versetzt zur ersten Wickellage gewickelt. Da das zweite Wickelleitelement unverschiebbar an der Isoliermaske befestigt ist, wird durch dieses die erste Drahtwindung der zweiten Wickellage sehr definiert positionsgenau auf der Isoliermaske angeordnet. Dabei kann der Wickeldraht auch mit großer Kraft tangential gegen die erste Wickellage gepresst werden, da das Wickelleitelement hierbei nicht verschoben werden kann.To form the first winding layer, the winding wire is always laid radially adjacent to the previous wire turn on the insulating mask. On the radial inside of the stator tooth, in the area of the tooth tip, a further winding guide element is preferably formed on the insulating mask, which is arranged on the side of the stator tooth tangentially opposite the first winding guide element. On the radially inner side of the stator tooth, at the transition from the first winding layer to the second winding layer, the winding wire is laid on the second winding guide element, the tangential outer contour of which also approximately corresponds to the outer contour of the radially adjacent winding wire of the first winding layer. The first wire turn is laid in particular radially between the second winding guide element and the radial outside of the tooth tip insulation. The second winding layer is preferably wound offset from the first winding layer by half a wire diameter in the radial direction. Since the second winding guide element is fixedly attached to the insulating mask, it positions the first wire turn of the second winding layer in a very precisely defined position on the insulating mask. The winding wire can also be pressed tangentially against the first winding layer with great force, since the winding guide element cannot be moved.

In einer alternativen Ausführung kann die erste Windung der zweiten Wickellage bezüglich der Radialrichtung auch zwischen dem zweiten Wickelleitelement und der letzten Windung aus der ersten Wickellage positioniert werden, soweit dies die Platzverhältnissen im Stator erlauben.In an alternative embodiment, the first turn of the second winding layer can also be positioned between the second winding guide element and the last turn of the first winding layer with respect to the radial direction, as far as the space conditions in the stator allow.

Die Abmessung der Führungsrillen in Radialrichtung entspricht näherungsweise dem Drahtdurchmesser des Wickeldrahtes, wobei die Führungsrillen vorzugsweise ein halbkreisförmiges oder trapezförmiges Profil aufweisen. Wesentlich ist, dass die Führungsrillen am Übergang von der axialen Erstreckung zur tangentialen Erstreckung des Statorzahns ausgebildet sind. Daher werden die Führungsrillen erfindungsgemäß bevorzugt an den Stirnseiten des Statorzahns ausgebildet, sie können jedoch auch alternativ oder zusätzlich an den tangentialen Flächen des Statorzahns auf der Isoliermaske ausgeformt sein.The dimension of the guide grooves in the radial direction approximately corresponds to the diameter of the winding wire, with the guide grooves preferably having a semicircular or trapezoidal profile. It is essential that the guide grooves are formed at the transition from the axial extension to the tangential extension of the stator tooth. Therefore, according to the invention, the guide grooves are preferably formed on the end faces of the stator tooth; however, they can also be formed alternatively or additionally on the tangential surfaces of the stator tooth on the insulating mask.

Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung der Wickelleitelemente auf der Isoliermaske bei der Verwendung eines Statorgrundkörpers, der als sogenannter Vollschnitt ausgebildet ist. Dabei sind alle Jochbereiche als über den gesamten Umfang geschlossener Jochring ausgebildet, an dem in Radialrichtung nach innen jeweils die Statorzähne einstückig angeformt sind. Bei dieser Ausführung ist der Innenraum der Statornuten begrenzt vorgegeben, sodass innerhalb der Statornuten nur wenig Platz für die Nadelwickel-Düse zur Verfügung steht. Aufgrund der Wickelleitelemente kann der Wickeldraht präzise definiert auf der Isoliermaske positioniert werden, wodurch auch innerhalb der relativ kleinen Statornuten mittels Nadelwickeln eine exakte orthozyklische Wicklung erzeugt werden kann. Die Statorzähne sind bevorzugt aus einzelnen ringförmigen Blechlamellen zusammengesetzt, die beispielsweise mittels Stanzpaketierungen axial miteinander verbunden sind.The design of the winding guide elements on the insulating mask is particularly advantageous when using a stator base body that is designed as a so-called solid section. In this case, all yoke areas are designed as a yoke ring that is closed over the entire circumference, with the stator teeth integrally formed on each yoke ring in the radially inward direction. In this design, the interior of the stator slots is limited, so that only a small amount of space is available within the stator slots for the needle winding nozzle. Thanks to the winding guide elements, the winding wire can be positioned precisely on the insulating mask, which means that an exact orthocyclic winding can be created using needle winding even within the relatively small stator slots. The stator teeth are preferably composed of individual ring-shaped sheet metal laminations that are axially connected to one another, for example by means of stamped laminations.

Bei der Verwendung eines Vollschnitt-Stators ist auch die Isoliermaske vorteilhaft als in Umfangsrichtung ununterbrochener Ring ausgebildet, der sowohl die Stirnseiten aller Statorzähne, als auch zumindest den radial inneren Teil der Jochbereiche abdeckt. Dabei erstreckt sich die Isoliermaske auch über wesentliche axiale Bereiche der Statorzähne und der radialen Innenseiten der Jochbereiche, sodass die gewickelten Wickeldrähte zuverlässig gegenüber dem Statorgrundkörper isoliert sind. Das Wickelleitelement ist dabei integraler Bestandteil der Isoliermaske, wobei das erste Wickelleitelement bevorzugt an der radialen Innenseite des Jochbereichs am Beginn der ersten Wickellage angeordnet ist. Das zweite Wickelleitelement ist vorzugsweise am radialen Ende der ersten Wickellage im Bereich der Zahnkopf-Isolierung ausgebildet, wobei das zweite Wickelleitelement tangential gegenüberliegend zum ersten Wickelleitelement am Statorzahn angeordnet ist.When using a full-section stator, the insulating mask is also advantageously designed as a circumferentially continuous ring that covers both the end faces of all stator teeth and at least the radially inner part of the yoke regions. The insulating mask also extends over significant axial regions of the stator teeth and the radial inner sides of the yoke regions, so that the wound winding wires are reliably insulated from the stator base body. The winding conducting element is an integral component of the insulating mask, with the first winding conducting element preferably being arranged on the radial inner side of the yoke region at the beginning of the first winding layer. The second winding conducting element is preferably formed at the radial end of the first winding layer in the region of the tooth tip insulation, with the second winding conducting element being arranged tangentially opposite the first winding conducting element on the stator tooth.

In einer bevorzugten Ausführung weisen die Statorzähne radial innen zur Stator-Mittelachse hin jeweils einen Zahnkopf auf, dessen Erstreckung in Umfangsrichtung größer ist, als die des Zahnhalses, auf dem die Einzelzahnspule angeordnet ist. Der Zahnkopf bildet einen Statorpol aus, der mit den Permanentmagneten des Rotors zusammenwirkt, der radial innerhalb der Zahnköpfe drehbar angeordnet ist. Gleichzeitig stellt der Zahnkopf eine radiale Begrenzung für die Einzelzahnspule dar, damit diese auf dem Startortzahn fixiert bleibt. Die radiale Außenseite des Zahnkopfs, die der radialen Innenseite des Jochbereichs zugewandt ist, ist mit einer Zahnkopf-Isolierung verkleidet, so dass die Drahtwicklung radial direkt an der Zahnkopf-Isolierung anliegen kann. Das zweite Wickelleitelement ist dabei bevorzugt im Bereich der Zahnkopf-Isolierung ausgeformt, so dass die erste Drahtwindung der zweiten Wickellage radial zwischen den zweiten Wickelleitelement und der Zahnkopf-Isolierung abgelegt werden kann, wodurch der Wickeldraht zuverlässig positioniert bleibt.In a preferred embodiment, the stator teeth each have a tooth tip radially inward toward the stator center axis, the circumferential extent of which is greater than that of the tooth neck on which the single-tooth coil is arranged. The tooth tip forms a stator pole that interacts with the permanent magnets of the rotor, which is rotatably arranged radially within the tooth tips. At the same time, the tooth tip represents a radial limitation for the single-tooth coil so that it remains fixed on the starting tooth. The radial outer side of the tooth tip, which faces the radial inner side of the yoke area, is covered with tooth tip insulation so that the wire winding can radially rest directly against the tooth tip insulation. The second winding guide element is preferably formed in the area of the tooth tip insulation so that the first wire turn of the second winding layer can be deposited radially between the second winding guide element and the tooth tip insulation, whereby the winding wire remains reliably positioned.

Besonders günstig kann die Isoliermaske als zwei Halbschalen hergestellt werden, die von oben und von unten axial auf den Statorgrundkörper aufgesetzt werden. Dabei können die beiden Halbschalen jeweils als geschlossene Kunststoffringe hergestellt werden, die sowohl die Stirnseiten der Statorzähne als auch zumindest einen Teil der Stirnseiten der Jochbereiche überdecken. Besonders kostengünstig können diese Halbschalen als Spritzgussteile hergestellt werden, an denen einstückig auch die Wickelleitelemente mit angeformt werden können. Ist die Isoliermaske aus zwei axial gegenüberliegenden Halbschalen zusammengesetzt, ist das entsprechende Wickelleitelement sowohl an der ersten Halbschale, als auch axial direkt gegenüberliegend an der zweiten Halbschale angeformt. Axial zwischen den beiden Halbschalen kann es einen axialen Bereich geben, an dem der Statorgrundkörper keine Isolierung - und damit auch kein Wickelleitelement - aufweist. Dieser axial mittlere Bereich wird aber durch die Drahtspannung der Drahtwindungen derart überbrückt, dass der Wickeldraht nicht unmittelbar am Statorgrundkörper anliegt. Alternativ kann die Isolierungsmaske als Umspritzung ausgebildet sein, die direkt auf den Statorgrundkörper aufgespritzt wird.The insulation mask can be manufactured particularly advantageously as two half-shells that are placed axially onto the stator base body from above and below. The two half-shells can each be manufactured as closed plastic rings that cover both the end faces of the stator teeth and at least part of the end faces of the yoke areas. These half-shells can be manufactured particularly cost-effectively as injection-molded parts, to which the winding conducting elements can also be integrally molded. If the insulation mask is composed of two axially opposing half-shells, the corresponding winding conducting element is molded both onto the first half-shell and axially directly opposite onto the second half-shell. Axially between the two half-shells, there can be an axial region where the stator base body has no insulation - and thus no winding conducting element either. However, this axially central region is bridged by the wire tension of the wire windings in such a way that the winding wire does not lie directly against the stator base body. Alternatively, the insulation mask can be designed as an overmolding that is injection-molded directly onto the stator base body.

Erfindungsgemäß kann entweder nur ein Wickelleitelement an der radialen Innenseite des Jochbereichs ausgeformt sein, oder in einer alternativen Ausführung zusätzlich ein zweites Wickelleitelement an der radialen Außenseite der Zahnkopf-Isolierung. Durch das Anformen des ersten Wickelleitelements kann verhindert werden, dass beim Nadelwickeln eine radiale Lücke zwischen der ersten Drahtwindung der ersten Wickellage und der Innenwand des Jochbereichs entsteht, wodurch auch die folgenden Drahtwindungen nicht präzise auf der Isoliermaske abgelegt werden könnten. Am radialen Innenbereich des Statorzahns im Bereich des Zahnkopfes kann die Nadelwickel-Düse flexibler bewegt werden. Hier kann jedoch durch das zweite Wickelleitelement eine definierte Ablage der radial ersten Drahtwindung der zweiten Wickellage an der schrägen Zahnkopf-Isolierung gewährleistet werden.According to the invention, either only one winding guide element can be formed on the radial inner side of the yoke region, or in an alternative embodiment, a second winding guide element can be additionally formed on the radial outer side of the tooth tip insulation. By forming the first winding guide element, a radial gap can be prevented from forming between the first wire turn of the first winding layer and the inner wall of the yoke region during needle winding, which would also prevent the subsequent wire turns from being deposited precisely on the insulation mask. On the radial inner side of the stator tooth in the area of the tooth tip, the needle winding nozzle can be moved more flexibly. Here, however, the second winding guide element can ensure a defined deposition of the radial first wire turn of the second winding layer on the inclined tooth tip insulation.

Aufgrund der Ausbildung des zweiten Wickelleitelements, das unbeweglich an der Isoliermaske einstückig mit angeformt ist, kann die erste Drahtwindung der zweiten Wickellage mit einer hohen tangentialen Anpress-Kraft in Tangentialrichtung gegen das zweite Wickelleitelement gedrückt werden, ohne dass Gefahr besteht, dass sich die Wickeldrähte der ersten und/oder der zweiten Wickellage dabei verschieben. Da auch die Zahnkopf-Isolierung örtlich fest fixiert ist, kann die erste Drahtwindung der zweiten Wickellage definiert in der kerbförmigen axialen Rinne zwischen dem zweiten Wickelleitelement und der schrägen Zahnkopf-Isolierung positioniert werden. Die Wirkung des zweiten Wickelleitelementes ist im Wesentlichen, dass man wieder in den klassischen Spulenaufbau zurückkehrt, bei dem die Lagensprünge auf der oberen Stirnseite der Statorzähne ausgebildet sind.Due to the design of the second winding conducting element, which is integrally formed and immovable with the insulation mask, the first wire turn of the second winding layer can be pressed against the second winding conducting element with a high tangential contact force in the tangential direction, without there being any risk of the winding wires of the first and/or second winding layer shifting. Since the tooth tip insulation is also firmly fixed in place, the first wire turn of the second winding layer can be positioned in a defined manner in the notched axial groove between the second winding conducting element and the inclined tooth tip insulation. The effect of the second winding conducting element is essentially to return to the classic coil structure, in which the layer jumps are formed on the upper end face of the stator teeth.

Gemäß einer weiteren Ausführung können im Umfangsbereich der Statornuten an der radialen Innenseite der Jochbereiche Aussparungen ausgeformt sein, die sich über die gesamte axiale Ausdehnung der Einzelzahnspule erstrecken. In diesen radialen Aussparungen können Wickeldrähte von der einen Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite geführt werden, um die Einzelzahnspulen elektrisch zu verschalten. Die radialen Aussparungen können dabei einen Hinterschnitt bezüglich der Radialrichtung aufweisen, so dass der Wickeldraht in den Hinterschnitt fixierend eingeclipst werden kann.According to a further embodiment, recesses can be formed in the circumferential area of the stator slots on the radial inside of the yoke areas, extending over the entire axial extent of the single-tooth coil. Winding wires can be routed through these radial recesses from one end face to the opposite end face to electrically connect the single-tooth coils. The radial recesses can have an undercut in the radial direction, so that the winding wire can be clipped into the undercut.

In einer weiteren Ausführung kann nach dem Wickeln einer ersten Einzelzahnspule auch eine zweite und/oder eine dritte oder weitere Einzelzahnspulen mittels einem ununterbrochenen Wickeldraht weiter gewickelt werden. Dabei können Einzelzahnspulen, die unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind - oder auch beabstandet angeordnete Einzelzahnspulen - mit dem ununterbrochenen Wickeldraht durchgewickelt werden.In a further embodiment, after winding a first single-tooth coil, a second and/or third or further single-tooth coils can be wound using a continuous winding wire. Single-tooth coils that are arranged directly adjacent to one another—or even spaced-apart single-tooth coils—can be wound with the continuous winding wire.

Der erfindungsgemäße Stator wird bevorzugt in elektronisch kommutierten Maschinen eingesetzt, beispielsweise in Aggregaten, welche in Kraftfahrzeugen Verwendung finden. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich bevorzugt um einen Innenläufermotor mit einem außen liegenden, ringförmigen Stator und einem innen liegenden Rotor, der mehrere Permanentmagnete aufnimmt. Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Isoliermaske mit den angeformten Wickelleitelementen für die Verwendung von Statoren mit einem relativ kleinen Durchmesser, und beispielsweise einer Anzahl von sechs oder neun Statorzähnen.The stator according to the invention is preferably used in electronically commutated machines, for example, in units used in motor vehicles. The electric machine is preferably an internal rotor motor with an external, annular stator and an internal rotor that accommodates several permanent magnets. The insulating mask according to the invention with the integrally formed winding guide elements is particularly suitable for use with stators with a relatively small diameter, for example, with six or nine stator teeth.

Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren kann ein Stator mittels Nadelwickeln hergestellt werden, bei dem auch bei kleinen Statornuten eine saubere, dichte orthozyklische Wicklung auf die Statorzähne gewickelt werden kann. Durch die Ausbildung des Wickelleitelements am radialen äußeren Ende der Einzelzahnwicklung kann die erste Drahtwindung der ersten Wickellage definiert unmittelbar axial entlang dem Wickelleitelement abgelegt werden. Dadurch werden auch alle radial nach innen folgenden Drahtwindungen sauber in die entsprechenden Führungsrillen der Isoliermaske abgelegt. Am Ende der zweiten Wickellage kann die letzte Drahtwindung wieder präzise auf dem unbeweglichen, radial äußeren Wickelleitelement abgelegt werden, so dass auch bei hohen tangentialen Anpress-Kräften die darunter liegenden Wickeldrähte nicht verschoben werden. Somit wird einerseits die erste Drahtwindung der ersten Wickellage in Radialrichtung unmittelbar radial neben dem Wickelleitelement definiert positioniert. Andererseits wird die letzte Drahtwindung der zweiten Wickellage durch das Wickelleitelement sowohl bezüglich der Radialrichtung, als auch bezüglich der Tangentialrichtung präzise auf der ersten Wickellage positioniert, wodurch ein hoher Kupferfüllfaktor erzielt werden kann.With the manufacturing method according to the invention, a stator can be manufactured by means of needle winding, in which a clean, dense orthocyclic winding can be wound onto the stator teeth even with small stator slots. By forming the winding guide element at the radially outer end of the single-tooth winding, the first wire turn of the first winding layer can be laid down directly axially along the winding guide element. This also ensures that all wire turns following radially inwards are laid cleanly into the corresponding guide grooves of the insulating mask. At the end of the second winding layer, the last wire turn can again be laid precisely on the immobile, radially outer winding guide element, so that even with high tangential contact forces, the underlying windings wires cannot be displaced. Thus, on the one hand, the first wire turn of the first winding layer is positioned radially directly next to the winding guide element. On the other hand, the last wire turn of the second winding layer is precisely positioned on the first winding layer by the winding guide element, both in the radial direction and in the tangential direction, thereby achieving a high copper fill factor.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 und 2 schematisch ein Wickelverfahren nach dem Stand der Technik,
3 und 4 eine erfindungsgemäße Ausführung einer ersten Wickellage einer Statorwicklung,
5 und 6 eine erfindungsgemäße Ausführung einer zweiten Wickellage der Statorwicklung gemäß 3 und 4, und
6 und 7 eine weitere erfindungsgemäße Ausführung einer Statorwicklung.

Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. They show:

1 and 2 schematically shows a winding process according to the state of the art,
3 and 4 an inventive embodiment of a first winding layer of a stator winding,
5 and 6 an inventive embodiment of a second winding layer of the stator winding according to 3 and 4 , and
6 and 7 a further embodiment of a stator winding according to the invention.

In 1 ist ein Teilbereich eines Stators 10 dargestellt, wie er beispielsweise in elektrischen Maschinen 11, insbesondere in einem bekannten elektrisch kommutierten Elektromotor verwendet wird. Der Stator 10 weist einen ringförmigen Jochbereich 14 auf, von dem sich in Radialrichtung 7 nach innen die Statorzähne 16 erstrecken. Die Jochbereiche 14 bilden zusammen mit den Statorzähnen 16 einen Statorgrundkörper 12, auf dem eine Isoliermaske 40 angeordnet ist. Auf die isolierten Statorzähne 16 werden Einzelzahnspulen 20 mittels einer Nadelwickel-Düse 24 aufgebracht. Da die Nadelwickel-Düse 24 beim Bewickeln eines Statorzahns 16 von innen radial in eine Statornut 13 zwischen zwei Statorzähnen16 eingreift, kann diese den Wickeldraht 22 in einer ersten Drahtwindung 23 nicht unmittelbar an einer radialen Innenseite 15 des Jochbereichs 14 ablegen. Da die Innenseite 15 des Jochbereichs 14 zwischen den Statorzähnen 16 gewölbt ausgebildet ist, bleibt eine radiale Lücke 25 zwischen der ersten radial äußeren Drahtwindung 23 und der radialen Innenseite 15 des Jochbereichs 14. Diese radiale Lücke 25 führt dazu, dass der Wickeldraht 22 nicht exakt in Führungsrillen 41, 42 der Isoliermaske 40 eingelegt wird, die sich im Bereich des Statorzahns 14 in Tangentialrichtung 9 erstrecken. In 1 ist eine Draufsicht auf eine obere Stirnseite 51 mit oberen Führungsrillen 41 dargestellt, die hier unter einem spitzen Steigungswinkel 44 zur Tangentialrichtung 9 in Wickelrichtung weg von der Innenseite 15 des Jochbereichs 16 verlaufen. Der Wickeldraht 22 verläuft als Beginn der Einzelzahnspule 20 von der oberen Stirnseite 51 an einer ersten tangentialen Seite 31 des Statorzahns 16 in Axialrichtung 8 zur unteren Stirnseite 52 des Statorzahns 16. An der ersten tangentialen Seite 31 kann der Wickeldraht 22 radial bündig an der Innenseite 15 des Jochbereichs 14 verlegt werden. Der Wickeldraht 22 wird dann um die untere Stirnseite 52 des Statorzahns 16 geführt und an einer zweiten tangentialen Seite 32 wieder nach oben zur ersten Stirnseite 51 gelegt. In 2 ist in einer Ansicht von unten erkennbar, dass an der unteren Stirnseite 52 die unteren Führungsrillen 42 genau in Tangentialrichtung 9 verlaufen, der Wickeldraht 22 hier jedoch nicht exakt in Tangentialrichtung 9 in die untere Führungsrille 42 eingelegt werden kann, da die Nadelwickel-Düse 24 nicht weiter radial nach außen verfahren werden kann. Liegt die erste Drahtwindung 23 der ersten Wickellage 33 nicht korrekt in den Führungsrillen 41, 42 der Isoliermaske 40, wird dadurch auch die Anordnung einer darauf liegenden zweiten Wickellage 34 negativ beeinträchtigt.In 1 1 shows a portion of a stator 10, such as is used, for example, in electrical machines 11, in particular in a known electrically commutated electric motor. The stator 10 has an annular yoke region 14, from which the stator teeth 16 extend inward in the radial direction 7. The yoke regions 14, together with the stator teeth 16, form a stator base body 12, on which an insulating mask 40 is arranged. Single-tooth coils 20 are applied to the insulated stator teeth 16 by means of a needle winding nozzle 24. Since the needle winding nozzle 24 engages radially from the inside into a stator slot 13 between two stator teeth 16 when winding a stator tooth 16, it cannot deposit the winding wire 22 in a first wire turn 23 directly on a radial inner side 15 of the yoke region 14. Since the inner side 15 of the yoke region 14 between the stator teeth 16 is curved, a radial gap 25 remains between the first radially outer wire winding 23 and the radial inner side 15 of the yoke region 14. This radial gap 25 results in the winding wire 22 not being inserted exactly into guide grooves 41, 42 of the insulating mask 40, which extend in the region of the stator tooth 14 in the tangential direction 9. In 1 1 shows a plan view of an upper end face 51 with upper guide grooves 41, which here extend at an acute pitch angle 44 to the tangential direction 9 in the winding direction away from the inner side 15 of the yoke region 16. The winding wire 22, as the beginning of the single-tooth coil 20, runs from the upper end face 51 on a first tangential side 31 of the stator tooth 16 in the axial direction 8 to the lower end face 52 of the stator tooth 16. On the first tangential side 31, the winding wire 22 can be laid radially flush with the inner side 15 of the yoke region 14. The winding wire 22 is then guided around the lower end face 52 of the stator tooth 16 and laid back up to the first end face 51 on a second tangential side 32. In 2 A view from below shows that on the lower end face 52, the lower guide grooves 42 run exactly in the tangential direction 9, but the winding wire 22 cannot be inserted exactly in the tangential direction 9 into the lower guide groove 42 because the needle winding nozzle 24 cannot be moved further radially outwards. If the first wire winding 23 of the first winding layer 33 is not correctly positioned in the guide grooves 41, 42 of the insulating mask 40, the arrangement of a second winding layer 34 lying thereon is also negatively affected.

In 3 bis 6 ist nun eine erfindungsgemäße Ausführung eines Stators 10 dargestellt, bei der an der Isoliermaske 40 Wickelleitelemente 30 angeformt sind, die dazu führen, dass der Wickeldraht 22 der ersten Wickellage 33 exakt in die oberen und unteren Führungsrillen 41,42 eingelegt wird. In 3 ist entsprechend 1 eine Draufsicht auf die obere Stirnseite 51 eines Statorzahns 16 dargestellt. Bei dieser Ausführung verlaufen die oberen Führungsrillen 41 exakt in Tangentialrichtung 9, wobei das erste Wickelleitelement 30 an der zweiten tangentialen Seite 32 des Statorzahns 16 an der Isoliermaske 40 angeformt ist. Dabei verläuft das erste Wickelleitelement 30 über die gesamte axiale Erstreckung des Statorzahns 16 unmittelbar entlang der radialen Innenseite 15 des Jochbereichs 16. Der Querschnitt 29 des Wickelleitelements 30 in der dargestellten, radialen Ebene entspricht etwa dem runden Querschnitt 28 des Wickeldrahtes 22. Der Wickeldraht 22 wird zu Beginn der Einzelzahnspule 20 durch einen radialen Durchbruch 45 der Isoliermaske 40 radial über den Jochbereich 16 nach innen zum Statorzahn 16 geführt. Dabei wird der Wickeldraht 22 in axialer Richtung 8 direkt an der Innenseite 15 des Jochbereichs 14 zur axial unteren Stirnseite 52 des Statorzahns 16 geführt.In 3 until 6 An embodiment of a stator 10 according to the invention is now shown, in which winding guide elements 30 are formed on the insulating mask 40, which lead to the winding wire 22 of the first winding layer 33 being inserted exactly into the upper and lower guide grooves 41, 42. In 3 is accordingly 1 a plan view of the upper end face 51 of a stator tooth 16 is shown. In this embodiment, the upper guide grooves 41 run exactly in the tangential direction 9, with the first winding guide element 30 being formed on the second tangential side 32 of the stator tooth 16 on the insulating mask 40. The first winding guide element 30 runs over the entire axial extent of the stator tooth 16 directly along the radial inner side 15 of the yoke region 16. The cross section 29 of the winding guide element 30 in the radial plane shown corresponds approximately to the round cross section 28 of the winding wire 22. At the beginning of the single-tooth coil 20, the winding wire 22 is guided radially inwards over the yoke region 16 to the stator tooth 16 through a radial opening 45 in the insulating mask 40. The winding wire 22 is guided in the axial direction 8 directly on the inner side 15 of the yoke area 14 to the axially lower end face 52 of the stator tooth 16.

4 zeigt eine Sicht auf die axial unteren Stirnseite 52, an der die unteren Führungsrillen 42 hier unter einen Steigungswinkel 44 zur Tangentialrichtung 9 der Zahnmittelachse 17 verlaufen. Der Wickeldraht 22 verläuft in seiner ersten Drahtwindung 23 an der unteren Stirnseite 52 von der Innenseite 15 des Jochbereichs 16 radial weg entlang der schrägen, unteren Führungsrillen 42 und wird radial innerhalb des ersten Wickelleitelements 30 an diesem entlang in axialer Richtung 8 zur oberen Stirnseite 51 in geführt. In 4 ist schematisch die Nadelwickel-Düse 24 in der Position dargestellt, wenn die allererste Drahtwindung 23 dieser Einzelzahnspule 20 gewickelt wird. Da an der unteren Stirnseite 52 der Wickeldraht 22 radial schräg nach innen geführt wird, und an der zweiten tangentialen Seite 32 radial innerhalb des ersten Wickelleitelements 30 abgelegt wird, muss die Nadelwickel-Düse 24 nicht vollständig radial nach außen bis zur Innenseite 15 des Jochbereichs 14 verfahren werden. Alle weiteren Drahtwindungen 23 werden dann parallel zur ersten Drahtwindung 23 bis zu einem Zahnkopf 18 am radial inneren Ende des Statorzahns 16 gewickelt. 4 shows a view of the axially lower end face 52, on which the lower guide grooves 42 run at a pitch angle 44 to the tangential direction 9 of the tooth center axis 17. The winding wire 22 runs in its first wire turn 23 on the lower end face 52 from the inner side 15 of the yoke area 16 radially away along the oblique, lower guide grooves 42 and is guided radially inside the first winding guide element 30 along the latter in the axial direction 8 to the upper end face page 51 in. In 4 The needle winding nozzle 24 is schematically shown in the position when the very first wire winding 23 of this single-tooth coil 20 is wound. Since the winding wire 22 is guided radially inward at an angle on the lower end face 52 and is deposited radially within the first winding guide element 30 on the second tangential side 32, the needle winding nozzle 24 does not have to be moved completely radially outward to the inner side 15 of the yoke area 14. All further wire windings 23 are then wound parallel to the first wire winding 23 up to a tooth tip 18 at the radially inner end of the stator tooth 16.

In 3 ist zu erkennen, dass an der ersten tangentialen Seite 31 an der radialen Außenseite 19 des Zahnkopfes 18 ein zweites Wickelleitelement 30 an der Isoliermaske 40 angeformt ist. Auch hier entspricht die Außenkontur 61 des zweiten Wickelleitelements 30 wieder näherungsweise der Außenkontur 63 des radial benachbarten Wickeldrahts 22 der ersten Wickellage 33. Als Beginn der zweiten Wickellage 34 wird in 3 der Wickeldraht 22 an der ersten tangentialen Seite 31 zwischen dem zweiten Wickelleitelement 30 und der radialen Außenseite 19 des Zahnkopfes 18 gelegt, so dass nun die zweite Wickellage 34 radial um etwa einen halben Drahtdurchmesser 21 versetzt bis zur radialen Innenseite 15 des Jochbereichs 14 gewickelt werden kann, wie dies in 5 dargestellt ist. An der zweiten tangentialen Seite 32 wird der erste Wickeldraht 22 der zweiten Wickellage 34 zwischen dem letzten Winkeldraht 22 der ersten Wickellage 33 und der radialen Außenseite 19 des Zahnkopfes 18 gelegt.In 3 It can be seen that a second winding guide element 30 is formed on the insulating mask 40 on the first tangential side 31 on the radial outer side 19 of the tooth tip 18. Here, too, the outer contour 61 of the second winding guide element 30 again approximately corresponds to the outer contour 63 of the radially adjacent winding wire 22 of the first winding layer 33. The beginning of the second winding layer 34 is 3 the winding wire 22 is placed on the first tangential side 31 between the second winding guide element 30 and the radial outer side 19 of the tooth head 18, so that the second winding layer 34 can now be wound radially offset by about half a wire diameter 21 up to the radial inner side 15 of the yoke area 14, as shown in 5 is shown. On the second tangential side 32, the first winding wire 22 of the second winding layer 34 is placed between the last angle wire 22 of the first winding layer 33 and the radial outer side 19 of the tooth tip 18.

Bei dieser Ausführung mit dem zweiten Wickelleitelement 30 verläuft der Wickeldraht 22 an der oberen Stirnseite 51 jeweils unter einem Steigungswinkel 44 gegenüber der exakten Tangentialrichtung 9. In 5 ist zu erkennen, dass der letzte, radial äußere Wickeldraht 22 der zweiten Wickellage 34 an der zweiten tangentialen Seite 32 radial zwischen dem ersten Wickelleitelement 30 und dem radial benachbarten Wickeldraht 22 der ersten Wickellage 33 abgelegt ist. Von der zweiten tangentialen Seite 32 verläuft der Wickeldraht 22 an der oberen Stirnseite 51 schräg nach außen zur ersten tangentialen Seite 31. Hier beginnt die dritte Wickellage 35 mit dem Wickeldraht 22, der in der dritten Wickellage 35 unmittelbar an der radialen Innenseite 15 des Jochbereichs 14 anliegt, und daher an der ersten tangentialen Seite 31 in einer gemeinsamen tangentialen Ebene mit dem ersten Wickeldraht 22 der ersten Wickellage 33 liegt. Von hier kann die dritte Wickellage 35 wieder radial nach innen in Richtung zum Zahnkopf 18 hin weitergewickelt werden.In this embodiment with the second winding guide element 30, the winding wire 22 runs on the upper end face 51 at a pitch angle 44 relative to the exact tangential direction 9. In 5 it can be seen that the last, radially outer winding wire 22 of the second winding layer 34 is laid on the second tangential side 32 radially between the first winding guide element 30 and the radially adjacent winding wire 22 of the first winding layer 33. From the second tangential side 32, the winding wire 22 runs obliquely outwards on the upper end face 51 to the first tangential side 31. This is where the third winding layer 35 begins with the winding wire 22, which in the third winding layer 35 lies directly against the radial inner side 15 of the yoke region 14 and is therefore located on the first tangential side 31 in a common tangential plane with the first winding wire 22 of the first winding layer 33. From here, the third winding layer 35 can be wound further radially inwards in the direction of the tooth tip 18.

In 6 ist die zweite Wickellage 34 auf der unteren Stirnseite 52 dargestellt, wobei hier die erste Drahtwindung 23 am Zahnkopf 18 ohne Steigungswinkel 44 parallel zur Tangentialrichtung 9 der Zahnmittelachse 17 verläuft. Das erste und das zweite Wickelleitelement 30 stabilisieren den Wickeldraht 22 der ersten Wickellage 33 in den Führungsrillen 41, 42 der Isoliermaske 40, und erleichtern daher eine Ausbildung eines sauberen orthozyklischen Lageaufbaus der Einzelzahnspulen 20. Der Zahnkopf 18 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine abgeschrägte radiale Außenseite 19 auf, wodurch entsprechend auch die Isoliermaske 40 an der radialen Außenseite 19 des Zahnkopfes 18 ebenfalls abgeschrägt ist.In 6 the second winding layer 34 is shown on the lower end face 52, wherein here the first wire turn 23 on the tooth tip 18 runs without a pitch angle 44 parallel to the tangential direction 9 of the tooth center axis 17. The first and second winding guide elements 30 stabilize the winding wire 22 of the first winding layer 33 in the guide grooves 41, 42 of the insulating mask 40, and therefore facilitate the formation of a clean orthocyclic layer structure of the individual tooth coils 20. The tooth tip 18 in this embodiment has a beveled radial outer side 19, whereby the insulating mask 40 on the radial outer side 19 of the tooth tip 18 is also beveled accordingly.

Die Isoliermaske 40 ist beispielsweise aus zwei Halbschalen aufgebaut, die jeweils axial von oben und von unten auf die obere Stirnseite 51 und auf die untere Stirnseite 52 des Statorgrundkörpers 12 gefügt werden. Der Startgrundkörper 12 ist hier als sogenannter Vollschnitt ausgebildet, bei dem die Jochbereiche 14 in Umfangsrichtung 9 ununterbrochen einen geschlossenen Ring ausbilden. Daran sind die radialen Statorzähne 16 monolithisch angeformt. Bevorzugt setzt sich der Statorgrundkörper 12 aus einzelnen ringförmigen Blechlamellen zusammen, die in axialer Richtung 8 insbesondere miteinander verpresst sind. Der Zahnkopf 18 weist dabei eine größere Erstreckung in Umfangsrichtung 9 auf, als der Statorzahn 14 im radialen Bereich der darauf gewickelten Einzelzahnspule 22. Die Zahnköpfe 18 bilden dabei die Statorpole, die mittels einer elektronischen Kommentierung der Einzelzahnspulen 20 einen Rotor 60 antreiben können, der radial innerhalb der Statorzähne 14 mit einem radialen Luftspalt 62 angeordnet ist. Auf dem Rotor 60 sind bevorzugt mehrere Permanentmagnete angeordnet, die mit den magnetischen Polen der Einzelzahnspulen 20 zusammenwirken können. Beispielsweise weist die elektrische Maschine 11 genau sechs oder neun Statorzähne 16 auf. Das erzeugte Drehmoment kann dann über eine Rotorwelle des Rotors 60 zur Verfügung gestellt werden.The insulating mask 40 is constructed, for example, from two half-shells, each of which is joined axially from above and below to the upper end face 51 and the lower end face 52 of the stator base body 12. The starting base body 12 is designed here as a so-called full-section, in which the yoke regions 14 form a continuous, closed ring in the circumferential direction 9. The radial stator teeth 16 are monolithically formed thereon. The stator base body 12 is preferably composed of individual annular sheet metal laminations, which are, in particular, pressed together in the axial direction 8. The tooth tip 18 has a greater extension in the circumferential direction 9 than the stator tooth 14 in the radial region of the single-tooth coil 22 wound thereon. The tooth tips 18 form the stator poles, which, by means of electronic commenting of the single-tooth coils 20, can drive a rotor 60 arranged radially within the stator teeth 14 with a radial air gap 62. Preferably, several permanent magnets are arranged on the rotor 60, which can interact with the magnetic poles of the single-tooth coils 20. For example, the electric machine 11 has exactly six or nine stator teeth 16. The generated torque can then be made available via a rotor shaft of the rotor 60.

Die Isoliermasken 40 weisen ebenfalls einen in Umfangsrichtung 9 geschlossenen Ring auf, der im Wesentlichen die Stirnseiten 51, 52 der Jochbereiche 14 abdeckt. Zwischen den Startorzähnen 16 sind hier beispielsweise an der radialen Innenseite 15 der Jochbereiche 14 in der Isoliermaske 40 in Axialrichtung 8 verlaufende Aussparungen 48 ausgeformt, in denen ein Wicklungsdraht 22 zur Kontaktierung der Einzelzahnspulen 20 verlegt werden kann. Die Aussparungen 48 sind bevorzugt als Hinterschnitt 49 bezüglich der Radialrichtung 7 ausgebildet, sodass der darin verlegte Kontaktierungsdraht 22 zuverlässig elektrisch gegenüber der Einzelzahnspulen 22 isoliert ist. Im Jochbereich 14 können an der Isoliermaske 40 zusätzliche Zentrierelemente 46 ausgeformt sein, an denen Wickeldrähte 22 zur Kontaktierung und/oder Verschaltung der Einzelzahnspulen 20 befestigt werden können.The insulating masks 40 also have a ring which is closed in the circumferential direction 9 and which essentially covers the end faces 51, 52 of the yoke regions 14. Between the stator teeth 16, for example on the radial inner side 15 of the yoke regions 14, recesses 48 extending in the axial direction 8 are formed in the insulating mask 40 in the axial direction 8, in which recesses a winding wire 22 can be laid for contacting the single-tooth coils 20. The recesses 48 are preferably designed as an undercut 49 with respect to the radial direction 7, so that the contacting wire 22 laid therein is reliably electrically insulated from the single-tooth coils 22. In the yoke region 14, additional centering elements 46 can be formed on the insulating mask 40, to which winding wires 22 can be laid for con timing and/or interconnection of the single tooth coils 20 can be attached.

In 7 und 8 ist eine weitere Ausführung einer Isoliermaske 40 dargestellt, bei der nur ein erstes Wickelleitelement 30 an der radialen Innenseite 15 des Jochbereichs 14 angeformt ist, jedoch kein zweites Wickelleitelement 30 am Zahnkopf 18. In 7 ist wieder die obere Stirnseite 51 des Statorzahns 16 mit den oberen Führungsrillen 41 in Tangentialrichtung 9 dargestellt. Das Wickelverfahren der ersten Wickellage 33 verläuft entsprechend der Beschreibung nach 3. Am Ende der ersten Wickellage 33 wird der Wickeldraht 22 jedoch hier an der oberen Stirnseite 51 unmittelbar an der radialen Außenseite 19 des Zahnkopfes 18 abgelegt - hier insbesondere exakt in Tangentialrichtung 9 der Zahnmittelachse 17, da hier an der ersten tangentialen Seite 31 kein zweites Wickelleitelement 30 angeordnet ist.In 7 and 8 a further embodiment of an insulating mask 40 is shown, in which only a first winding guide element 30 is formed on the radial inner side 15 of the yoke area 14, but no second winding guide element 30 is formed on the tooth head 18. In 7 The upper end face 51 of the stator tooth 16 is again shown with the upper guide grooves 41 in the tangential direction 9. The winding process of the first winding layer 33 proceeds according to the description according to 3 . At the end of the first winding layer 33, however, the winding wire 22 is deposited here on the upper end face 51 directly on the radial outer side 19 of the tooth tip 18 - here in particular exactly in the tangential direction 9 of the tooth center axis 17, since no second winding guide element 30 is arranged on the first tangential side 31.

In 8 ist entsprechend der 4 die untere Stirnseite 52 des Statorzahns 16 dargestellt, bei der in der ersten Wickellage 33 die Wickeldrähte 22 mit den unteren Führungsrillen 42 unter einem Steigungswinkel 44 zur Tangentialrichtung 9 verlaufen. Am Zahnkopf 18 beginnt die zweite Wickellage 34 an der zweiten tangentialen Seite 32, indem der erste Wickeldraht 22 der zweiten Wickellage 34 radial zwischen dem letzten Wickeldraht 22 der ersten Wickellage 33 und der radialen Außenseite 19 des Zahnkopfes 18 abgelegt wird. Von hier kann die zweite Wickellage 34 wieder zur radialen Innenseite 15 des Jochbereichs 14 hin gewickelt werden. Durch den Verzicht auf das zweite Wickelleitelement 30 am Zahnkopf 18 kann in der ersten Wickellage 33 eine halbe Drahtwindung 23 mehr gewickelt werden. In der Ausführung nach 7 und 8 sind in Umfangsrichtung 9 zwischen den Statorzähnen 16 keine Aussparungen 48 in Axialrichtung 8 ausgeformt, sondern die Anfänge und Enden der Einzelzahnspulen 20 werden durch radiale Durchbrüche 45 im Umfangsbereich der Einzelzahnspulen 22 radial über den Jochbereich 14 zur Verschaltung nach außen geführt.In 8 is according to the 4 the lower end face 52 of the stator tooth 16 is shown, in which in the first winding layer 33 the winding wires 22 with the lower guide grooves 42 run at a pitch angle 44 to the tangential direction 9. At the tooth tip 18, the second winding layer 34 begins on the second tangential side 32, in that the first winding wire 22 of the second winding layer 34 is deposited radially between the last winding wire 22 of the first winding layer 33 and the radial outer side 19 of the tooth tip 18. From here, the second winding layer 34 can be wound again towards the radial inner side 15 of the yoke area 14. By omitting the second winding guide element 30 at the tooth tip 18, half a wire turn 23 more can be wound in the first winding layer 33. In the embodiment according to 7 and 8 In the circumferential direction 9 between the stator teeth 16, no recesses 48 are formed in the axial direction 8, but the beginnings and ends of the single-tooth coils 20 are led outwards radially over the yoke area 14 for connection through radial openings 45 in the circumferential area of the single-tooth coils 22.

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 Statorzähne 16 und der Einzelzahnspulen 20, sowie die Ausbildung und die Anzahl der Führungsrillen der oberen und unteren Isoliermasken 40 entsprechend variiert werden. Ebenso kann die genaue Lage und Ausbildung der Wickelleitelemente 30 an den Wickeldraht 22 und die Ausformung der Statorzähne 16 angepasst werden. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für einen elektrisch kommutierten InnenläuferMotor, wie er beispielsweise für den Antrieb von Pumpen oder Aggregaten im Kraftfahrzeug - insbesondere für die elektrische Bremse oder Servolenkung oder einem Wischermotor - eingesetzt wird, ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt, und kann insbesondere auch für ein eBike eingesetzt werden.It should be noted that, with regard to the exemplary embodiments shown in the figures and in the description, a wide variety of possible combinations of the individual features are possible. For example, the specific design, arrangement, and number of the stator teeth 16 and the single-tooth coils 20, as well as the design and number of guide grooves of the upper and lower insulating masks 40, can be varied accordingly. Likewise, the exact position and design of the winding guide elements 30 can be adapted to the winding wire 22 and the shape of the stator teeth 16. The invention is particularly suitable for an electrically commutated internal rotor motor, such as is used, for example, to drive pumps or units in motor vehicles—in particular, for the electric brake or power steering system or a wiper motor—but is not limited to this application and can also be used, in particular, for an e-bike.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2016 223 003 A1 [0002]

Claims

Stator (10) for an electrical machine (11), having an annular yoke region (14) on which individual, radially inwardly directed stator teeth (16) are arranged, wherein an insulating mask (40) is arranged on each stator tooth (16), onto which a single-tooth coil (20) is wound by means of a winding wire (22), wherein a winding guide element (30) is formed on the insulating mask (40) at least at the radially outer end of the stator tooth (16) on a first tangential side (31) of the insulating mask (40), which extends in the axial direction (8), wherein the winding guide element (30) has an approximately cross-section (29) in the radial plane which corresponds approximately to the cross-section of the winding wire (22).

Stator (10) after Claim 1 , characterized in that guide grooves (41, 42) for receiving the winding wire (22) are formed on an axially upper end face (51) and on an axially lower end face (52) of the insulating mask (40) in the region of the stator teeth (16), wherein the guide grooves (41) on the upper end face (51) run in the tangential direction (9) to the stator tooth (16), and on the lower end face (52) the lower guide grooves (42) run obliquely, at a pitch angle (44) to the tangential direction (9).

Stator (10) according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the winding wire (22) as the beginning of the single-tooth coil (20) is guided in a first winding layer (33) on the axially upper end face (51) of the insulating mask (40) radially from the outside over the yoke region (14) to the stator tooth (16) - in particular through a radial through-opening (45) in the yoke region (14) - and on a second tangential side (32) opposite the first tangential side (31) of the stator tooth (16) in the axial direction (8) along a radial inner side (15) of the yoke region (14) to the axially lower end face (52).

Stator (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the winding wire (22) in the first winding layer (33) at the radially outer end of the stator tooth (16) is guided from the axially lower end face (52) of the insulating mask (40) in the axial direction (8) on the first tangential side (31) directly along the winding guide element (30) to the axially upper end face (51).

Stator (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the winding wire (22) is guided in a second winding layer (34) at the radially outer end of the stator tooth (16) from the axially lower end face (52) of the insulating mask (40) in the axial direction (8) along the winding guide element (30) to the axially upper end face (51), wherein the winding wire (22) is arranged with respect to the radial direction (7) exactly between the winding guide element (30) and the radially adjoining first wire turn (23) of the first winding layer (33) - and is pressed in particular in the tangential direction (9) against the winding guide element (30) and against the radially adjoining first wire turn (23).

Stator (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the extension of the guide grooves (41, 42) in the radial direction (7) corresponds approximately to the wire diameter (28) of the winding wire (22) - and in particular the guide grooves (41, 42) are formed on the axial end faces (51, 52) and/or on the tangential sides (31, 32) of the stator teeth (16).

Stator (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the yoke region (16) is designed as a yoke ring closed in the circumferential direction (9) and, together with the stator teeth (16) formed integrally thereon, represents a stator base body (12) designed as a solid section - wherein in particular the stator base body (12) is composed of individual axially stacked sheet metal laminations.

Stator (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating mask (40) is designed as a ring closed in the circumferential direction (9), and the upper and lower end faces (51, 52) and the radial inner side (15) cover the yoke regions (16) in an insulating manner - wherein in particular the winding guide element (30) is formed at the radially outer end of the stator tooth (16) directly on the radial inner side (15) of the yoke region (16).

Stator (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a tooth tip (18) is formed on the radially inner side of the stator tooth (16), which is wider in the circumferential direction (9) than a radial central region of the stator tooth (16) - and in particular the insulating mask (40) with a tooth tip insulation (43) covers a tooth tip side radially facing the yoke region (16).

Stator (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating mask (40) consists of an axially upper and an axially lower insulating half-shell, which are each placed on the stator base body (12) from axially opposite directions (8), or in particular the insulating mask is designed as an overmolding of the stator base body (12).

Stator (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a further winding guide element (30) is arranged on the radially inner End of the stator tooth (16) is formed on the second tangential side (32) of the insulating mask (40), wherein the further winding guide element (30) extends in the axial direction (8) - and in particular is arranged radially directly adjacent to the tooth head insulation (43).

Stator (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a first wire winding (23) of the second winding layer (34) is arranged radially between the further winding guide element (30) and the tooth head insulation (43) - and in particular is pressed tangentially against the further winding guide element (30) and the tooth head insulation (43).

Stator (10) according to one of the preceding claims, characterized in that an undercut (49) is formed on the radial inner side (15) of the yoke regions (14) between two adjacent stator teeth (16) with respect to the radial direction (7), into which undercut a winding wire (22) for electrically contacting the single-tooth coils (20) can be inserted.

Electrical machine (11), in particular an electronically commutated motor, with a stator (10) according to one of the Claims 1 - 13 into which a rotor (60) having permanent magnets is inserted, wherein the electrical machine (11) has in particular six or nine stator teeth (16).

Method for producing a stator (10), in particular according to one of the preceding claims, characterized by the following steps: - providing a stator base body (12) and arranging an insulating mask (40) on the stator base body (12), wherein a winding guide element (30) is formed on the insulating mask (40) at least at the radially outer end of the stator tooth (16) on a first tangential side (31) of the insulating mask (40), which extends in the axial direction (8), - winding a single-tooth coil (20) on a stator tooth (16), wherein a winding wire (22) for forming the first winding layer (33) is first wound from an upper end face (51) of the stator tooth (16) on a second tangential side (32) of the stator tooth (16) in the axial direction (8) along a radial inner side (15) of the yoke region (14) to the lower end face (52) of the stator tooth (16) is guided, and then on the first tangential side (31) directly along the winding guide element (30) in the axial direction (8) upwards to the first end face (51) - and in the second winding layer (34) the winding wire (22) is arranged radially between the winding guide element (30) and the immediately adjacent winding wire (22) of the first winding layer (33) and is pressed on the first tangential side (31) in the circumferential direction (9) against the first winding layer (33).