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Die Erfindung bezieht sich auf den Stator für eine elektrische Maschine, sowie auf eine elektrische Maschine und auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Stators nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Mit der
DE 10 2012 224 153 A1 ist ein Stator einer elektrischen Maschine bekannt geworden, bei dem axial auf ein Lamellenpaket eine Isolierlamelle und eine Verschaltungsplatte angeordnet sind. Der Stator ist beispielsweise mittels Nadelwickeln bewickelt, wobei die einzelnen Teilspulen mittels Verbindungsdrähten am äußeren Umfang der Verschaltungsplatte miteinander verbunden sind. Dabei wird die gesamte Wicklung in einem Stück mittels eines einzigen Wicklungsdrahtes durchgewickelt. Für die elektrische Kontaktierung der Wicklung mit einem Steuergerät ist bei dieser Ausführung eine weitere kundenspezifische Anschluss-Platte notwendig, die – nicht dargestellte – Steckverbindungen zu dem Steuergerät aufweist. Eine solche Kundenanschluss-Platte wird axial auf die Verschaltungsplatte aufgesetzt, so dass sich die axialen Fertigungstoleranzen der Isolierlamelle, der Verschaltungsplatte und der Kundenanschluss-Platte aufsummieren. Dadurch weisen die Steckverbindungen zum Steuergerät keine klar definierte axiale Lage auf, wodurch es zu Kontaktierungsproblemen des Steuergeräts kommen kann.
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Mit der
US 2004 0 007 934 A1 und der
DE 10 2013 003 024 A1 ist ein Stator einer elektrischen Maschine bekannt geworden, bei dem auf isolierten Statorzähnen elektrische Wicklungen angeordnet sind. Über den Wicklungen ist eine separat gefertigte Verschaltungsplatte zur elektrischen Kontaktierung der Wicklungen angeordnet.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat dem gegenüber den Vorteil, dass durch das Anformen von axialen Abstandshaltern an die Verschaltungsplatte sich diese ohne Zwischenlagerung weiterer Bauelemente direkt an der Stirnfläche des Statorkörpers abstützen kann. Dadurch werden die Fertigungstoleranzen der Isolierlamelle und gegebenenfalls einer weiteren Verschaltescheibe eliminiert, wodurch die Toleranzen für die Anschluss-Stecker allein von der Fertigung und Montage der Verschaltungsplatte mit den daran befestigten Leiterelementen abhängt. Mit dieser kurzen Toleranzkette kann eine sehr exakte Positionierung der Anschluss-Stecker zu einer Referenzfläche des Motorgehäuses realisiert werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Besonders günstig ist die Verschaltungsplatte als geschlossener Kunststoffring ausgebildet, dessen innere Aussparung den Rotor aufnehmen kann. An dem Kunststoffkörper sind in Axialrichtung einerseits die Halteelemente für die Anschlussstecker und axial gegenüberliegend die Abstandshalter ausgebildet, die an der Stirnseite des Statorkörpers anliegen. Da die Leiterelemente mit den Anschluss-Steckern fest mit der Verschaltungsplatte verbunden sind, können durch die einteilige Ausbildung des gesamten Kunststoffkörpers der Verschaltungsplatte die Fertigungstoleranzen bezüglich der Axialposition der Steckverbindung mit dem Steuergerät deutlich reduziert werden.
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Damit es zu keiner Kollision der Verbindungsdrähte der einzelnen Teilspulen kommt, ist der ringförmige Bereich der Verschaltungsplatte radial innerhalb der Führungselemente der Isolierlamelle eingefügt. Somit stellen die Führungselemente eine radiale Trennung einerseits zwischen den innerhalb der Führungselemente angeordnetem Leiterelemente auf dem Kunststoffring und andererseits den radial außen an den Führungselementen angeordneten Verbindungsdrähten dar. Dadurch wird ein elektrischer Kurzschluss in der Verschaltung vermieden. Die Abstandshalter sind ebenfalls radial außerhalb der Führungselemente angeformt und erstrecken sich axial an den Verbindungsdrähten vorbei bis zur Stirnfläche des Stators.
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Besonders vorteilhaft ist es, die Abstandshalter axial exakt gegenüberliegend zu den Halteelementen anzuformen, da dann die auf die Halteelemente einwirkende Kraft beim Kontaktieren des Steuergeräts optimal abgefangen wird. Da die Abstandshalter radial am äußersten Umfang liegen, können diese vorteilhaft über Verbindungsstreben einstückig mit den Halteelementen – insbesondere mittels Spritzgießen – ausgebildet werden.
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Damit die Abstandshalter axial unmittelbar an der Stirnseite des Statorkörpers anliegen können, sind entsprechend in der Isolierlamelle axial Durchgangsöffnungen ausgespart, die den freien Zugang zur obersten Blechlamelle des Statorkörpers ermöglichen. Um eine Kollision der Abstandshalter mit den Führungselementen und Verbindungsdrähten zu vermeiden, sind die Durchgangsöffnungen in der Isolierlamelle ebenfalls am radial äußersten Rand angeordnet. Fertigungstechnisch sind die Durchgangsöffnungen mittels Spritzgießen sehr einfach als radial offene Löcher ausgebildet, wobei nach der Montage des Stators in das Motorgehäuse letzteres die Durchgangsöffnungen radial abschließt.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Abstandshalter mit den Durchgangsöffnungen eine Clips- oder Rasterbindung ausbilden, da dann die Verschaltungsplatte bis zum Verbinden der Leiterelemente mit den Verbindungsdrähten zuverlässig in Axialrichtung – und insbesondere auch bezüglich der Umfangsrichtung – fixiert ist.
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Bevorzugt sind am Abstandshalter elastisch bewegliche Rastelemente angeformt, die beispielsweise als federnde Stege ausgebildet sind, deren Längsachse sich etwa in Axialrichtung erstreckt. An dem federnden Steg ist dann beispielsweise ein Rasthaken ausgebildet, der in ein entsprechendes Gegenelement an der Durchgangsöffnung eingreift.
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Dazu ist beispielsweise an der Wand der Durchgangsöffnung axial zur Stirnseite des Statorkörpers hin eine Aussparung in Umfangsrichtung ausgeformt, die einen axialen Hinterschnitt für das Rastelement bildet.
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Somit wird der federnde Steg beim axialen Einfügen in die Durchgangsöffnung bezüglich der Umfangsrichtung ausgelenkt, wobei der Rasthaken nach vollständigem Einführen des Abstandshalter in die Durchgangsöffnung in den Hinterschnitt einrastet, um die Verschaltungsplatte axial am Statorkörper zu fixieren.
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Um ohne Zusatzaufwand auch eine zuverlässige exakte Positionierung bezüglich der Umfangsrichtung zu erzielen, sind an zumindest zwei Abstandshalter die federnden Stege in entgegengesetzten Umfangsrichtungen angeordnet. Dadurch werden diese beiden Abstandshalter bezüglich der Umfangsrichtung gegeneinander verspannt, wodurch Toleranzen ausgeglichen werden können, die zur Montage der Schaltungsplatte notwendig ist.
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Um die Anschluss-Stecker axial exakt zu positionieren, weisen die Halteelemente möglichst im Bereich ihrer freien axialen Enden eine axiale Anschlagsfläche auf, an der sich die Anschluss-Stecker axial abstützen. Dazu ist das Befestigungsverfahren der Leiterelemente auf der Verschaltungsplatte, beispielsweise mittels Kunststoffnieten entkoppelt von den axialen Positionierungen der Anschluss-Stecker. Dadurch führen eventuelle Ungenauigkeiten beim Verschweißen der Befestigungsabschnitte mit den Verbindungsdrähten oder beim Verbinden der Mittelabschnitte mit dem Kunststoffkörper zu keiner Positionsabweichung der Anschluss-Stecker gegenüber der Stirnseite, beziehungsweise der Referenzfläche des Motorgehäuses.
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Besonders günstig kann der Statorkörper durch die gestanzten Blechlamellen aufgebaut werden, die einen in Umfangsrichtung geschlossenen Blechschnitt aufweisen. Ein solcher „Vollschnitt”-Stator kann in einfacher Weise – beispielsweise mittels Nadelwickel-Verfahren bewickelt werden, wobei optional eine sogenannte Zahn-Schrägung erzeugt werden kann, indem die Blechlamellen in Umfangsrichtung um einen kleinen Winkel gegeneinander verdreht werden. Dadurch kann trotz identisch gefertigter Blechlamellen, das Rastmoment eines Elektromotors deutlich reduziert werden.
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Durch die Reduzierung der axialen Toleranzen bei der Montage der Verschaltungsplatte, kann eine erfindungsgemäße elektrische Maschine gefertigt werden, bei der sowohl die Stirnseite des Statorpakets, als auch die axialen Enden der Anschlussstecker ein exakt vorgegebenes Maß bezüglich einer Referenzfläche am Motorgehäuse ausweisen. Dadurch kann auch der Lagerdeckel für den Rotor der elektrischen Maschine axial exakt positioniert werden, so dass dessen Durchführungen die Halteelemente mit den Anschluss-Steckern als Steckersockel aufnehmen können, wodurch eine klar definierte Schnittstelle für das Steuergerät zur Verfügung steht.
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Das Herstellungsverfahren des Stators mit den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten hat den Vorteil, dass einerseits die Verschaltungsplatte mit geringer Toleranz unmittelbar an der Stirnseite des Statorkörpers anliegt, und gleichzeitig durch die Ausbildung der Rastverbindung die Verschaltungsplatte sowohl axial als auch in Umfangsrichtung zuverlässig am Statorkörper fixiert wird. Dadurch wird verhindert, dass es während der Montage zu einer Verschiebung der Verschaltungsplatte kommt, bis die Leiterelemente der Verschaltungsplatte fest mit den Verbindungsdrähten kontaktiert sind. Durch die Reduzierung der axialen Toleranzkette kann eine klar definierte Schnittstelle zwischen dem Lagerdeckel mit den Anschluss-Steckern zu den Verbindungssteckern des Steuergeräts geschaffen werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch ein erfindungsgemäßes Wickelschema
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2 eine erfindungsgemäße Isolierlamelle
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3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines gewickelten Stators mit Isolierlamelle
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4 eine entsprechende Draufsicht gemäß 3
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5 und 6 ein Ausführungsbeispiel gemäß 3 mit einer ersten Ausführung einer aufgesetzten Verschaltungsplatte
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7 und 8 ein Ausführungsbeispiel gemäß 3 mit einer zweiten Ausführung einer aufgesetzten Verschaltungsplatte
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9 die Verschaltungsplatte gemäß 7 und 8 ohne Stator, und
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10 ein in ein Motorgehäuse eingefügter Stator
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In 1 ist schematisch ein aufgeschnittener Stator 10 dargestellt, auf dessen Statorzähnen 14 das Wickelschema einer elektrischen Wicklung 16 dargestellt ist. Der Stator 10 weist beispielsweise zwölf Statorzähne 14 auf, wobei auf jeden Statorzahn 14 jeweils immer genau eine Teilspule 18 gewickelt ist. Dabei sind jeweils zwei unmittelbar nebeneinander liegende Teilspulen 18 mittels eines kurzen Verbindungsdrahts 31 zu einem benachbarten Teilspulen-Paar 17 verbunden. Mit dem Wickeln wird beispielsweise mit einem ersten Drahtanfang 28 am zweiten Statorzahn 14 begonnen und ein Verbindungsdraht 30 zum fünften Statorzahn 14 geführt. Unmittelbar nach dem fünften Statorzahn 14 wird der sechste Statorzahn 14 gewickelt, so dass dieses Teilspulen-Paar 17 mittels des kurzen Verbindungsdrahts 31 zweier unmittelbar benachbarten Teilspulen 18 verbunden ist. Nach dem sechsten Statorzahn 14 wird der Wickeldraht 22 mittels des Verbindungsdrahts 30 zum dritten Statorzahn 14 geführt, um dort ein mittels des Verbindungsdrahts 31 verbundenes Teilspulenpaar 17 mit dem vierten Statorzahn 14 auszubilden. Vom vierten Statorzahn 14 wird der Wickeldraht 22 über den Verbindungsdraht 30 im ersten Statorzahn 14 geführt, wo das Drahtende 29 des ersten Wicklungsstranges 24 unmittelbar benachbart zum Drahtanfang 28 geordnet wird. Der zweite Wicklungsstrang 25 wird mit einem separaten Wicklungsdraht 22 entsprechend der Wicklung des ersten Wicklungsstranges 24 gewickelt, so dass weitere drei Teilspulenpaare 17 aus unmittelbar benachbarten angeordneten Teilspulen 18 entstehen, die mittels eines kurzen Verbindungsdrahts 31 verbunden sind. Der Drahtanfang 28 und das Drahtende 29 der beiden Wicklungsstränge 24, 25 sind jeweils elektrisch miteinander verbunden. Bei dieser Ausführung werden nach dem Wickeln immer zwei Spulen-Paare 17 zu einer Phase 26 verbunden, so dass insgesamt genau drei Phasen U, V, W mit jeweils vier Teilspulen entstehen. Die ersten drei Teilspulen-Paare 17 bilden einen eigene Wicklungsstrang 24, der aus einem separaten Wicklungsdraht 22 gewickelt ist, und gegenüber dem zweiten Wicklungsstrang 25 mit ebenfalls drei Teilspulen-Paaren 17 isoliert ist (wie dies durch die Strichpunkt-Linie zwischen dem sechsten und siebten Statorzahn 14 dargestellt ist). Daher könnten bei solch einer Wicklung sechs separate Phasen angesteuert werden. Bei unserer Ausführung werden jedoch zwei radial genau gegenüberliegende Teilspulenpaare 17 aus unterschiedlichen Wicklungssträngen 24, 25 mittels Leiterelementen 58 einer Verschaltungsplatte 52 elektrisch miteinander verbunden, um den elektronischen Aufwand des Steuergeräts zu reduzieren.
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In 3 ist nun eine räumliche Ansicht eines Stators 14 gezeigt, der entsprechend dem Wickelschema aus 1 gewickelt ist. Der Stator 14 weist einen Statorkörper 34 auf, der beispielsweise aus einzelnen Blechlamellen 36 zusammengesetzt ist. Der Statorkörper 34 umfasst dabei ein ringförmiges geschlossenes Rückschlussjoch 38, an dem radial nach innen die Statorzähne 14 angeformt sind. Im Inneren weist der Stator 14 eine kreisförmige Aussparung 37 auf, in die ein nicht dargestellter Rotor einfügbar ist, wie dies besser in 4 ersichtlich ist. Die Statorzähne 14 erstrecken sich in Radialrichtung 4 nach innen und in Axialrichtung 3 entlang der Rotorachse. Im Ausführungsbeispiel sind die Statorzähne 14 in Umfangsrichtung 2 verschränkt ausgebildet, um das Rastmoment des Rotors zu verringern. Hierzu werden beispielsweise die Blechlamellen 36 in Umfangsrichtung 2 entsprechend gegeneinander verdreht. Bevor der Statorkörper 34 bewickelt wird, werden an beiden axialen Stirnseiten 39 Isolierlamellen 40 aufgesetzt, um den Wicklungsdraht 22 gegenüber dem Statorkörper 34 elektrisch zu isolieren. Zumindest eine der beiden Isolierlamellen 40 weist einen ringförmig geschlossenen Umfang 41 auf, von dem sich in Radialrichtung 4 Isolatorzähne 42 erstrecken, die die Stirnseiten 39 der Statorzähne 14 bedecken. Am ringförmigen Umfang 41 der Isolierlamelle 40 sind Führungselemente 44 ausgebildet, in denen die Verbindungsdrähte 30, 31 zwischen den Teilspulen 18 geführt werden. Hierzu sind beispielsweise am äußeren Umfang 41 Rillen 45 in Umfangsrichtung 2 ausgebildet, so dass die Verbindungsdrähte 30, 31 in axial versetzten Ebenen angeordnet sind, um ein Überkreuzen der Verbindungsdrähte 30, 31 zu verhindern. Die kurzen Verbindungsdrähte 31 zwischen den Teilspulen-Paaren 17 sind in der obersten axialen Ebene angeordnet, wobei insbesondere alle sechs Verbindungsdrähte 31 für die Kontaktierung der Phasenanschlüsse alle in der gleichen axialen Ebene verlaufen. Hierzu sind immer zwischen zwei Teilspulen 18 eines Teilspulen-Paares 17 zwei axiale Fortsätze 46 ausgebildet, die durch einen dazwischenliegenden radialen Durchbruch 47 voneinander getrennt sind. Somit sind die kurzen Verbindungsdrähte 31 der Teilspulenpaare 17 von allen Seiten frei zugänglich und liegen insbesondere im Bereich des radialen Durchbruches 47 nicht an der Isolierlamelle 40 an. Die beiden Drahtanfänge 28 und Drahtenden 29 sind in diesem Ausführungsbeispiel in einer Labyrinthanordnung 50 fixiert, die jeweils in Umfangsrichtung 2 unmittelbar benachbart zu den zwei axialen Fortsätzen 46 angeordnet sind, die durch einen radialen Durchbruch 47 beabstandet sind. So ist in 3 ersichtlich, dass der Drahtanfang 28 des ersten Wicklungsstrangs 24 über den Umfangsbereich des radialen Durchbruchs 47 parallel und unmittelbar benachbart zum Drahtende 29 des ersten Wicklungsstrangs 24 verläuft. Dabei ist der Drahtanfang 28 in einer ersten Labyrinthanordnung 50 an einer Seite des radialen Durchbruchs 47, und das Drahtende 29 des ersten Wicklungsstrangs 24 in einer zweiten Labyrinthanordnung 50 in Umfangsrichtung gegenüberliegend zum radialen Durchbruch 47 angeordnet ist. Durch diese parallele Anordnung der kurzen Verbindungsdrähte 31 können diese in gleicher Weise wie die Verbindungsdrähte 31 der durchgewickelten Teilspulenpaare 17 zum Zwecke der Phasenansteuerung elektrisch kontaktiert werden.
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In 4 ist ebenfalls gut ersichtlich, dass die beiden parallel verlaufenden Verbindungsdrähte 31 auf den gleichen Radius angeordnet sind. Die freien Enden des Drahtanfangs 28 und des Drahtendes 29 enden direkt nach den entsprechenden Labyrinthanordnungen 50, so dass sie radial nicht über die Verbindungsdrähte 30, 31 überstehen. Die Verbindungsdrähte 30, 31 verlaufen alle in Umfangsrichtung 2 entlang den Führungselementen 44 und liegen radial außerhalb der auf den Statorzähnen 14 gewickelten Teilspulen 18. In 4 sind die beiden Motorhälften 11 schematisch ebenfalls durch die strichpunktierte Linie getrennt, wobei die linke Motorhälfte 11 elektrisch von der rechten Motorhälfte 13 isoliert ist. Die elektrische Wicklung 16 wird beispielsweise mittels Nadelwickeln gefertigt, wobei die Verbindungsdrähte 30, 31 zwischen den Teilspulen 18 mittels eines Wickelkopfs radial nach außen geführt und in den Führungselementen 44 abgelegt werden können. Bei dieser Ausführung sind alle Verbindungsdrähte 30, 31 axial auf einer Seite des Statorkörpers 34 angeordnet. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführung ist es auch möglich einen Teil der Verbindungsdrähte 30, 31 auf die axial gegenüberliegende Seite des Stators 14 zu verlegen. Dabei können beispielsweise die kurzen Verbindungsdrähte 31 zur Kontaktierung der Phasenansteuerung in einer ersten Isolierlamelle 40 angeordnet werden, und die anderen Verbindungsdrähte 30, die die verschiedenen Teilspulenpaare 17 jeweils miteinander verbinden, auf der axial gegenüberliegend angeordneten Isolierlamelle 40 geführt werden.
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In 5 ist auf die Ausführung des Stators 10 gemäß 3 eine erste Ausführung einer Verschaltungsplatte 52 aufgesetzt, mittels der die elektrische Wicklung 16 angesteuert wird. Hierfür weist die Verschaltungsplatte 52 Anschluss-Stecker 54 auf, auf die kundenspezifische Verbindungs-Stecker 56 eines Steuergeräts gefügt werden können. Bei dieser Ausführung sind genau sechs Anschluss-Stecker 54 angeordnet, die jeweils mit einem Teilspulen-Paar 17 der elektrischen Wicklung 16 elektrisch verbunden sind. Dabei werden genau sechs Phasen 26 durch jeweils genau ein Teilspulen-Paar 17 gebildet, so dass die sechs Anschluss-Stecker 54 mit genau sechs Verbindungsdrähten 31 von benachbarten Teilspulen-Paaren 17 kontaktiert sind. Die Verschaltungsplatte 52 weist hierzu genau sechs Leiterelemente 58 auf, die an einem axial abgewinkelten Ende die Anschluss-Stecker 54 aufweisen, und am anderen Ende einen Befestigungsabschnitt 60, der mit den Verbindungsdrähten 31 verbunden – beispielsweise verschweißt – wird. Die Verschaltungsplatte 52 weist einen Kunststoffkörper 62 auf, der als geschlossener Ring ausgebildet ist, durch den der Rotor in den Stator 10 eingefügt werden kann. An dem Kunststoffkörper 62 sind einstückig Halteelemente 63 angeformt, die sich in Axialrichtung 3 vom Statorkörper 34 weg erstrecken. Die Leitelemente 58 erstrecken sich in Umfangsrichtung 2 entlang des Kunststoffkörpers 62, wobei die abgewinkelten Anschluss-Stecker 54 innerhalb der Halteelemente 63 in Axialrichtung 3 geführt werden. Am anderen Ende weisen die Leiterelemente 58 den Befestigungsabschnitt 60 auf, dessen freies Ende als Schlinge 64 ausgebildet ist, die die Verbindungsdrähte 31 umschließt. Dabei ist die Schlinge 64 aus einem Blechmaterial gebildet, dessen Querschnitt näherungsweise rechteckig ist. Im Ausführungsbeispiel sind die Leiterelemente 58 als Biegestanzteile 59 aus Blech gebildet, so dass die Schlinge 64 aus dem freien Ende des Befestigungsabschnitts 60 bei dessen Montage um den Verbindungsdraht 31 umgebogen werden kann. Nach dem Anordnen der offenen Schlinge 64 um den Verbindungsdraht 31, werden beispielsweise an beiden radial gegenüberliegenden Flächen der Schlinge 64 Elektroden angelegt, die in Radialrichtung 4 zusammengedrückt werden, während sie zum Verschweißen der Schlinge 64 mit dem Verbindungsdraht 31 bestromt werden.
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Hierbei wird der Isolierlack des Verbindungsdrahts 31 aufgeschmolzen, so dass es zu einem metallischen Stoffschluss zwischen dem Befestigungsabschnitt 60 und dem Verbindungsdraht 31 kommt. Die Schlinge 64 wird im Bereich des radialen Durchbruchs 47 um den Verbindungsdraht 31 gelegt, da in diesem Bereich kein Führungselement 44 zwischen dem Verbindungsdraht 31 und der Schlinge 64 angeordnet ist. Dadurch ist genügend Freiraum für das Anlegen der Elektroden vorhanden, so dass ein freies Schenkelende 65 der Schlinge 64 gegen den Befestigungsabschnitt 60 gedrückt werden kann, wodurch die Schlinge 64 geschlossen wird. Dabei umschließt die Schlinge 64 je nach Teilspulenpaar 17 nur einen einzigen Verbindungsdraht 31 oder gleichzeitig 2 parallel nebeneinander verlaufende Verbindungsdrähte 31 die aus dem Drahtanfang 28 und dem Drahtende 29 eines einzigen Wicklungsstrangs 24, 25 gebildet werden. Die Anschluss-Stecker 54 sind beispielsweise als Schneidklemmverbindung 55 ausgebildet, die an ihrem freien axialen Ende 68 eine Kerbe 69 aufweisen, in die ein Draht oder ein Klemmelement des korrespondierenden Verbindungsstecker 56 des Kunden eingefügt werden können. Dazu sind beispielsweise Am Ende 68 Verrastungen 124 angeformt, die sich im korrespondierenden Verbindungs-Stecker 56 festkrallen. Am Anschluss-Stecker 54 ist des Weiteren ein Quersteg 70 in Radialrichtung 4 ausgebildet, der sich entsprechend an einem axialen Anschlag 72 des Halteelements 63 abstützt. Des Weiteren sind am Halteelement 63 eine erste Führungsfläche 74 und eine zweite Führungsfläche 75 ausgebildet, die den Anschluss-Stecker 54 in beide gegenüberliegenden Umfangsrichtungen 2 abstützen. Dadurch wird verhindert, dass die Anschluss-Stecker 54 beim Einfügen der Verbindungsstecker 56 in Umfangsrichtung 2 um- oder ausknicken, wodurch die axiale Toleranzen der Steckverbindung gewährleistet ist.
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Die Leiterelemente 58 sind zumindest teilweise radial nebeneinander angeordnet, wodurch es notwendig ist, dass die Befestigungsabschnitte 60 der inneren Leiterelemente 58 die äußeren Leiterelemente 58 radial überqueren, um mit den Verbindungsdrähten 31 kontaktiert zu werden. Daher sind die radial inneren Leiterelemente 58 auf einer axial höheren Bahn 76 angeordnet und die radial äußeren Leiterelemente 58 auf einer axial tiefer gelegenen Bahn 77 des Kunststoffkörpers 62. Dabei liegen die als Blechstreifen ausgebildeten Mittelabschnitte 78 der Leiterelemente 58 flächig am Kunststoffkörper 62 an und sind beispielsweise mittels Nietverbindungen oder Rast-Bauteilen mit diesem verbunden. Dazu sind beispielsweise am Kunststoffkörper 62 axiale Nietstifte 79 ausgebildet, die in entsprechende axiale Durchbrüche 80 der Leiterelemente 58 durchgreifen. Mittels Wärme – insbesondere Ultraschall – können die Enden der Nietstifte 79 zu einem Nietkopf 81 umgeformt werden, der einen Formschluss mit den Leiterelementen 58 bildet.
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Im Ausführungsbeispiel der 5 und 6 sind immer zwei Anschluss-Stecker 54 in einem gemeinsamen Halteelement 63 angeordnet, wobei diese in Umfangsrichtung 2 durch einen Mittelsteg 82 des Halteelements 63 voneinander getrennt sind. Dabei bildet der Mittelsteg 82 beidseitig jeweils eine erste bzw. zweite Führungsfläche 74, 75 für die jeweils anliegenden Anschluss-Stecker 54. Die jeweils dem Mittelsteg 82 gegenüberliegenden zweiten und ersten Führungsflächen 75, 74 sind durch entsprechende Gegenflächen 83 gebildet, die sich in Radialrichtung 4 und Axialrichtung 3 erstrecken. Im Bereich der Halteelemente 63 sind – diesen axial gegenüberliegend – Abstandshalter 84 angeformt, die die Verschaltungsplatte 52 axial gegenüber dem Statorkörper 34 abstützten. Im Ausführungsbeispiel der 5 und 6 weist genau ein Halteelement 63 eine größere Breite 85 in Umfangsrichtung 2 auf, als die anderen beiden Halteelemente 63. Dadurch wird eine Verdrehsicherung geschaffen für einen nicht dargestellten Lagerdeckel, der axial mit entsprechend ausgeformten axialen Öffnungen auf die Halteelemente 63 gefügt wird.
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6 zeigt, wie die beiden Anschluss-Stecker 54 beidseitig an dem Mittelsteg 82 anliegen. Jeweils in entgegengesetzte Umfangsrichtungen 2 abgewinkelt schließt sich der jeweilige Mittelabschnitt 78 des Leiterelements 58 an. Da die radial nebeneinanderliegenden Leiterelemente 58 auf axial unterschiedlichen Bahnen 76, 77 angeordnet sind, berühren sich diese nicht, so dass sie elektrisch gegeneinander isoliert sind. Der Innenring des Kunststoffkörpers 62 ist leicht gewellt ausgebildet, damit ein Stempelwerkzeug zum Einfügen des Stator 10 in ein Motorgehäuse direkt an der Stirnseite 39 der radial inneren Bereiche der Statorzähne 14 angesetzt werden kann.
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In 7 ist auf die Ausführung des Stators 10 gemäß 3 als weiteres Ausführungsbeispiel eine alternative Verschaltungsplatte 52 aufgesetzt, mittels der die elektrische Wicklung 16 angesteuert wird. Diese Ausführung entspricht der Ansteuerung mit genau drei Phasen U, V, W gemäß der schematischen Darstellung in 1. Bei dieser Ausführung weist die Verschaltungsplatte 52 genau drei Anschluss-Stecker 54 auf, auf die kundenspezifische Verbindungs-Stecker 56 eines Steuergeräts gefügt werden können. Jeder Anschluss-Stecker 54 ist Bestandteil eines Leiterelements 58, das ein erstes Teilspulen-Paar 17 mit einem zweiten – insbesondere radial genau gegenüberliegenden – Teilspulen-Paar 17 elektrisch verbindet. Dazu sind ausgehend von dem sich in Axialrichtung 3 erstreckenden Anschluss-Stecker 54 ein erster Zweig 90 und ein weiter Zweig 91 in Umfangsrichtung 2 abgewinkelt angeordnet. Die beiden Zweige 90, 91 bilden zusammen etwa einen Halbkreis, und erstrecken sich entlang des ringförmigen Kunststoffkörpers 62, wobei sie an ihren vom Anschluss-Stecker 54 abgewandten Enden Befestigungsabschnitte 60 zur elektrischen Kontaktierung mit den Verbindungsdrähten 30, 31 der Teilspulen 18 aufweisen. Der erste Zweig 90 eines ersten Leiterelements 58 ist radial innerhalb des zweiten Zweigs 91 eines zweiten Leiterelements 58 angeordnet. Der Befestigungsabschnitt 60 des ersten inneren Zweigs 90 kreuzt daher den zweiten äußeren Zweig 91 des zweiten Leiterelements 58 in Radialrichtung 4, ohne diesen zu berühren. Dabei sind die radial inneren Zweige 90 auf einer axial höheren Bahn 76 angeordnet als die radial äußeren Zweige 91, die auf einer axial tiefer gelegenen Bahn 77 des Kunststoffkörpers 62 angeordnet sind. Die als Blechstreifen ausgebildeten Leiterelemente 58 liegen flächig am Kunststoffkörper 62 an und sind beispielsweise mittels Nietverbindungen oder Rast-Bauteilen mit diesem verbunden. Dazu sind beispielsweise am Kunststoffkörper 62 axiale Nietstifte 79 ausgebildet, die in entsprechende axiale Durchbrüche 80 der Leiterelemente 58 greifen. Mittels Wärme – insbesondere Ultraschall – können die Enden der Nietstifte 79 zu einem Nietkopf 81 umgeformt werden, der einen Formschluss mit den Leiterelementen 58 bildet. So ist beispielsweise jeder Zweig 90, 91 mittels je zwei Nietköpfen 81 an der Verschaltungsplatte 52 befestigt, wie besonders gut in 8 zu sehen ist. An dem Kunststoffkörper 62 sind wieder einstückig Halteelemente 63 angeformt, die sich in Axialrichtung 3 vom Statorkörper 34 weg erstrecken und die Anschluss-Stecker 54 aufnehmen. Die Anschluss-Stecker 54 sind beispielsweise wie in 5 ebenfalls als Schneidklemmverbindung 55 ausgebildet, die an ihrem freien axialen Ende 68 eine Kerbe 69 aufweisen, in die ein Draht oder ein Klemmelement des korrespondierenden Verbindungsstecker 56 des Kunden eingefügt werden können. Die Halteelemente 63 sind bei dieser Ausführung zweiteilig ausgebildet. Ein radial innerer Axialfortsatz 92 bildet eine erste Führungsfläche 74 in eine erste Umfangsrichtung 2 und ein radial äußerer Axialfortsatz 93 bildet die zweite Führungsfläche 75 für die entgegengesetzte Umfangsrichtung 2. Die beiden Axialfortsätze 92, 93 sind in Umfangsrichtung 2 versetzt angeordnet, so dass sich zwischen deren Führungsflächen 74, 75 der Anschluss-Stecker 54 in Axialrichtung 3 erstreckt. Die Axialfortsätze 92, 92 weisen jeweils eine Stützfläche 95 bezüglich der Radialrichtung 4 auf, an denen sich der Anschluss-Stecker 54 radial abstützt. Dazu weisen die Axialfortsätze 92, 92 beispielsweise einen L-förmigen oder U-förmigen Querschnitt quer zur Axialrichtung 3 auf. Bezüglich der Axialrichtung 3 stützt sich der sich radial erstreckende Quersteg 70 an axialen Anschlägen 72 des Halteelements 63 ab. Die Axialfortsätze 92, 92 sind in Radialrichtung 4 so weit versetzt, dass sich diese in Radialrichtung 4 nicht überlappen. Dadurch sind in dem Halteelement 63 in beide Umfangsrichtungen 2 jeweils Öffnungen 98 ausgebildet, aus denen die beiden Zweige 90, 91 in entgegengesetzten Umfangsrichtungen 2 aus dem Halteelement 63 austreten. Damit die Leiterelemente 58 axial in die Halteelemente 63 montiert werden können, sind die Öffnungen 98 in Axialrichtung 3 nach oben offen. Die Abwinkelungen 100 der Zweige 90, 91 zum Anschluss-Stecker 54 hin sind radial nebeneinander und auf axial unterschiedlichen Ebenen angeordnet, damit sich die Zweige 90, 91 auf den axial unterschiedlichen Bahnen 76, 77 des Kunststoffkörpers 62 erstrecken können.
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Aus 8 ist ersichtlich, dass die Zweige 90, 91 radial im Bereich der Statorzähne 14 und radial innerhalb der Führungselemente 44 der Isolierlamelle 40 angeordnet sind. Die drei Halteelemente 63 sind in Umfangsrichtung 2 gleichmäßig verteilt in circa 120° Abstand angeordnet. Ein Halteelement 63 weist als Verdrehsicherung wieder eine größere Breite 85 in Umfangsrichtung 2 auf. Hierzu sind die beiden Axialfortsätze 92, 93 U-förmig ausgebildet, so dass deren freie Schenkel 87 in Umfangsrichtung 2 aufeinander zu zeigen. Die Stirnflächen 88 der freien Schenkel 87 bilden hierbei Führungsflächen 106 in Umfangsrichtung 2 (die den ersten und zweiten Führungsflächen 74, 75 entsprechen), zwischen denen die Anschluss-Stecker 52 angeordnet sind.
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In 2 ist eine erfindungsgemäße Ausführung einer Isolierlamelle 40 ohne Statorkörper 34 dargestellt. Die radialen Isolatorzähne 42 weisen Rillen 43 zum kompakten Bewickeln der einzelnen Teilspulen 17 auf. Die Führungselemente 44, die über den ganzen Umfang verteilt angeordnet sind und sich axial erstrecken, bilden die radiale Trennung zwischen den hier nicht gezeigten Teilspulen 17 und den Verbindungsdrähten 30, 31. Am ringförmigen Umfang 41 sind – beispielsweise drei – axiale Durchgangsöffnungen 108 ausgebildet, in die noch nicht dargestellte Abstandshalter 84 einer Verschaltungsplatte 52 hindurchgreifen können, um sich unmittelbar am Statorkörper 34 abzustützen. Die Isolierlamelle 40 liegt axial ebenfalls direkt an der Stirnseite 39 des Statorkörpers 34 an, die direkt von der axial äußersten Blechlamelle 36 gebildet wird. Der äußere Umfang 41 erstreckt sich radial näherungsweise bis zum Außenumfang des Lamellenpakets 35. Dabei sind die Durchgangsöffnungen 108 radial offen ausgebildet, damit die Abstandshalter 84 am radial äußersten Rand des Statorkörpers 34 anliegen. Am Rand 109 der Durchgangsöffnung 108 sind als Gegenrastelemente 111 Hinterschnitte 115 ausgeformt, mit denen die korrespondierende Rastelemente 110 der Abstandshalter 84 eine Rastverbindung 112 bilden. Die Hinterschnitte 115 sind an der axial dem Statorkörper 34 zugewandten axialen Seite der Isolierlamelle 40 ausgeschnitten und bilden somit eine Rastfläche, an denen sich die Rastelemente 110 der Abstandshalter 84 mit Rasthaken 113 axial am Statorkörper 34 festklemmen können. Die Hinterschnitte 115 erstrecken sich beispielsweise in Umfangsrichtung 2, vorzugsweise an beiden in Umfangsrichtung 2 gegenüberliegenden Rändern 109. Sie erstrecken sich im Ausführungsbeispiel bis zum radial äußeren Rand 41 der Isolierlamelle 40. Radial nach innen erstrecken sich die Durchgangsöffnungen 108 und die Hinterschnitte 115 nicht weiter nach innen, als der Außenumfang der Verbindungsdrähte 30, 31.
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Nach dem Bewickeln der auf dem Statorkörpers 34 angeordneten Isolierlamelle 40, wird eine Verschaltungsplatte 52 gemäß der 5–8 axial über der Isolierlamelle 40 eingefügt. Die Verschaltungsplatte 52 der 7 ist in 9 nochmals ohne Statorkörper 34 vergrößert dargestellt. Die freien Enden der Befestigungsabschnitte 60 sind wie in 5 wieder als Schlingen 64 ausgebildet, die vor der Montage der Leiterelemente 58 noch offen sind, und nach deren Montage die Verbindungsdrähte 31 umschließen. Wie in 9 zu erkennen ist, sind die Abstandshalter 84 einstückig mit den Halteelementen 63 axial gegenüber zu diesen am Kunststoffkörper 62 angeformt. Die Abstandshalter 84 überragen den ringförmigen Kunststoffkörper 62 der Verschaltungsplatte 52 in Axialrichtung 3 und sind radial außerhalb des Kunststoffrings 62 angeformt. Dabei sind sie mittels Stützstegen 66 an der Verschaltungsplatte 52 einstückig angebunden. Beim Aufsetzen auf den Statorkörper 34 übergreifen die Abstandshalter 84 die Verbindungsdrähte 30, 31 in Radialrichtung 4, um außerhalb der letzteren axial in die Durchgangsöffnungen 108 der Isolierlamelle 40 zu greifen. Dadurch kann sich die Verschaltungsplatte 52 mit den Anschluss-Steckern 54 ohne irgendwelche Zwischenbauteile direkt am Statorkörper 34 abstützen. Im Ausführungsbeispiel sind drei Halteelemente 63 und daher auch drei korrespondierende Durchgangsöffnungen 108 ausgebildet, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. An den Abstandshaltern 84 sind die Rastelemente 110 einstückig ausgebildet, die in die Gegenrastelemente 111 der Isolierlamelle 40 greifen, um die Verschaltungsplatte 52 zuverlässig auf dem Statorkörper 34 zu fixieren. Die Rastelemente 110 sind als Federzungen 114 ausgebildet, die sich in Axialrichtung 3 etwa parallel zu den Abstandshaltern 84 erstrecken und zumindest bezüglich der Umfangsrichtung 2 federnd ausgebildet sind. Somit ergibt sich ein axialer Spalt 116 gegen den das Rastelement 110 beim Einfügen in die Durchgangsöffnung 108 gedrückt wird. Am freien Ende der Rastelemente 110 sind Rasthaken 113 angeformt, die bei vollständig eingefügten Abstandshaltern 84 in Umfangsrichtung 2 in die Hinterschnitte 115 einrasten und eine axialen Formschluss bilden. Werden die Rastelemente 110 derart angeordnet, dass zwei von ihnen in entgegengesetzter Umfangsrichtung 2 mit den Gegenrastelementen 111 verrasten, wird die Verschaltungsplatte 52 auch zuverlässig bezüglich der Umfangsrichtung 2 exakt zum Blechpaket 35 positioniert. Beispielsweise weisen daher nur genau zwei Abstandshalter 84 je genau ein Rastelement auf, wobei an mindestens zwei Durchgangsöffnungen 108 je zwei Gegenrastelemente 113 ausgeformt sind. Im Ausführungsbeispiel weist der dritte Abstandshalter 84 kein Rastelement 110 auf, damit dieser bezüglich der Umfangsrichtung 2 präziser gefertigt werden kann, um bzgl. der Umfangsrichtung 2 eine exakte Passung mit der dritten Durchgangsöffnung 108 zu bilden, an der bevorzugt keine Gegenrastelemente 111 angeformt sind.
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In der Ausführung gemäß 5 sind die Durchgangsöffnungen 109 derart ausgebildet, dass am äußeren Umfang 41 der Isolierlamelle 44 radiale Haltestege 107 angeformt sind, die die Abstandshalter 84 in Umfangsrichtung 2 positionieren. Hierbei ist der Radius des Umfangs 41 kleiner als der Radius des Statorkörpers 34, so dass der Querschnitt des Abstandshalters 84 radial in diese Radiusdifferenz hinein passt. Bei dieser Ausführung sind keine Rastelemente 110 am Abstandshalter 84 und keine Gegenrastelemente 113 an der Isolierlamelle 40 angeformt. Bei der Ausführung gemäß 7 ist der Radius des Umfangs 41 etwa gleich dem Radius des Statorkörpers 34, so dass die Durchgangsöffnungen 108 aus dem Umfang 41 der Isolierlamelle 44 ausgeschnitten sind. Die Abstandshalter 84 weisen hier Rastelemente 110 auf, die in die entsprechenden Gegenrastelemente 113 der Durchgangsöffnungen 108 eingreifen.
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In 10 ist der Stator 10 in ein Motorgehäuse 120 eingefügt, vorzugsweise eingeschrumpft. Dabei wird fertigungstechnisch die Stirnfläche 39 des Statorkörpers 34 mit einem definierten Abstand 118 zu einer Referenzfläche 119 des Motorgehäuses 120 befestigt. Dadurch dass die Verschaltungsplatte 52 mit den Abstandshaltern 84 direkt an der Stirnfläche 39 anliegt, weisen auch die freie Enden 68 der Anschluss-Stecker 54 der Verschaltungsplatte 52 einen definierten Abstand 117 zur Referenzfläche 119 auf. Somit kann ein Lagerdeckel 121 axial in eine definierte Position zur Referenzfläche 119 in das Motorgehäuse 120 eingesetzt werden, so dass die Halteelemente 63 durch entsprechende Durchbrüche 122 im Lagerdeckel 121 ragen. Zumindest ein Durchbruch 122 weist zur Ausbildung der Drehsicherung eine unterschiedliche Kontur auf, und ist beispielsweise in Umfangsrichtung 2 breiter ausgebildet als die anderen beiden Durchbrüche 122. Durch dieses Fertigungsverfahren steht eine exakt reproduzierbare Schnittstelle für das Steuergerät zur Verfügung.
