DE102017205532A1

DE102017205532A1 - Stator einer elektrischen Maschine, eine elektrische Maschine, sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen

Info

Publication number: DE102017205532A1
Application number: DE102017205532.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Meyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-10-04
Also published as: CN108696025A; CN108696025B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (16) einer elektrischen Maschine (10), eine elektrische Maschine (10), sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen, insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit einem Polgehäuse (15), an dessen Innenwand (115) elektrische Spulen (17) tragende Wicklungsträger (36) anliegen, wobei die Wicklungsträger (36) einen Statorzahn (120) aufweisen, der an einem Jochelement (118) angeformt ist, das radial an der Innenwand (115) anliegt, und auf dem Wicklungsträger(36) eine Isolationsmaske (61) angeordnet ist, die die elektrische Spule (17) gegenüber dem Wicklungsträger (36) isoliert, und die Isolationsmaske (61) sich mit einem axialen Fortsatz (102) axial über das Jochelement (118) hinaus erstreckt, wobei der axiale Fortsatz (102) mit einem in Umfangsrichtung (2) verlaufenden Bund (108) (108) radial an der Innenwand (115) des Polgehäuses (15) anliegt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Maschine, eine elektrische Maschine, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Mit der DE 10 3 28 720 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt geworden, bei der eine Verschaltungsplatte axial auf einen Spulen aufweisenden Stator aufgesetzt wird, um die einzelnen Spulen elektrisch miteinander zu verschalten. In der Verschaltungsplatte sind als Leiterbahnen Blechteile mit daran angeformten Kontaktfahnen eingesteckt. Die Verschaltungsplatte weist Haltefinger auf, die sich in Axialrichtung erstrecken und die Verschaltungsplatte auf dem Blechpaket des Stators festklemmen. Eine solche Verbindung der Verschaltungsplatte mit dem Blechpaket hat den Nachteil, dass die Klemmverbindung bei der elektrischen Kontaktierung der Kontaktfahnen mit den Spulen verrutschen kann. Dadurch besteht die Gefahr, dass die elektrischen Kontakte zwischen den Spulendrähten und der Verschaltungsplatte nicht zuverlässig ausgebildet sind, und sich insbesondere bei starker Schüttelbelastung oder Temperaturunterschieden lösen können. Dieses Problem soll durch die erfindungsgemäße Statorvorrichtung behoben werden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Stator, die erfindungsgemäße elektrische Maschine, sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer solchen Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass durch das Anformen von Sicherungselementen an die Verschaltungsplatte, die sich in Radialrichtung erstrecken, eine zuverlässige Verdrehsicherung der Verschaltungsplatte realisiert werden kann. Dabei greifen die radialen Sicherungsselemente in entsprechende radiale Sicherungselementaufnahmen, die als Aussparung in Radialrichtung ausgebildet sind. Dabei kann der sowieso zur Verfügung stehende radiale Bauraum für die Verdrehsicherung genutzt werden, ohne dass zusätzlich in Axialrichtung weiterer Bauraum für die Verdrehsicherung notwendig ist. Durch den Formschluss zwischen der Verschaltungsplatte und dem Stator bezüglich der Umfangsrichtung kann die Verschaltungsplatte auch während deren elektrischer Kontaktierung mit den Spulen zuverlässig fixiert werden. Dadurch können beispielweise Schweißzangen sehr definiert an Befestigungsabschnitten der Verschaltungsplatte angelegt werden, so dass ein sehr zuverlässiger elektrischer Kontakt zwischen der Verschaltungsplatte und en Spulen erzeugt wird. Eine solche Kontaktierung der Verschaltungsplatte hat den Vorteil, dass eine solche elektrische Maschine auch bei extremen Temperaturschwankungen und äußeren Erschütterungen, beispielweise im Kraftfahrzeug, eingesetzt werden kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den abhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. So werden die Sicherungselementaufnahmen bevorzugt an der Isolationsmaske des Stators ausgeformt. Da in Umfangsrichtung zwischen den einzelnen Spulen fertigungsbedingt ein gewisser Abstand ausgebildet ist, kann dieser für die Ausformung der Sicherungselementaufnahmen genutzt werden, ohne dass zusätzlicher Bauraum beansprucht wird. Alternativ können die Sicherungselementaufnahmen jedoch auch direkt an der Innenwand des Poltopfes als Materialausnehmungen ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführung weist der Stator über den Umfang mehrere Statorzähne auf, auf denen jeweils eine Einzelspule gewickelt ist. Dabei ist zwischen den Blechlamellen des Statorzahns und der Spule auf jedem Statorzahn eine Isolationsmaske angeordnet, auf die der Spulendraht direkt aufgewickelt wird. Die Isolationsmaske des Statorzahns weist einen axialen Fortsatz auf, an dem beispielsweise die Spulendrahtenden fixiert und/oder zur nächsten Spule weitergeleitet werden. Diese axialen Fortsätze können derart ausgebildet werden, dass sie Sicherungselementaufnahmen ausbilden, ohne dass hierfür zusätzlicher Bauraum oder zusätzliche Fertigungsschritte notwendig wären. Besonders einfach können die Sicherungselementaufnahmen als radial durchgängige Spalte zwischen den einzelnen axialen Fortsätzen jedes Statorzahns ausgebildet werden. Dabei ist die Erstreckung der axialen Fortsätze in Umfangrichtung geringfügig geringer ausgebildet, als die Erstreckung in Umfangrichtung der jeweiligen Jochelemente der einzelnen Statorsegmente. Beispielsweise ist der Wicklungsträger des Stators aus einzelnen Winkelsegmenten mit jeweils genau einem Statorzahn zusammengesetzt, der sich jeweils von einem entsprechenden Jochelement radial nach innen erstreckt. Dabei wird auf jeden Statorzahn eine separate Isolationsmaske aufgesetzt, die sich beispielweise aus zwei Isolationsteilen zusammensetzt, die axial auf den jeweiligen Statorzahn aufschiebbar sind. Beim Zusammensetzen der einzelnen Winkelsegmente bleibt hierbei zwischen den einzelnen axialen Fortsätzen in Umfangsrichtung ein Spalt, der als Sicherungselementaufnahme ausgebildet ist.
An den Abstandshaltern der Verschaltungsplatte ist hierbei ein korrespondierendes Sicherungselement ausgebildet, das sich in Radialrichtung in die Spalte zwischen den benachbarten axialen Fortsätzen hinein erstreckt. Die Maße des Sicherungselements und der korrespondierenden Sicherungselementaufnahme in Umfangrichtung sind derart aufeinander abgestimmt, dass die Verschaltungsplatte spielfrei in Umfangsrichtung zwischen den axialen Fortsätzen fixiert ist. Stützt sich die Verschaltungsplatte über angeformte Abstandshalter, die sich in Axialrichtung erstrecken, an den Jochelementen ab, können an diesen axialen Abstandshaltern ohne fertigungstechnischen Mehraufwand direkt die radialen Sicherungselemente angeformt werden. Diese können beispielsweise mittels Kunststoffspritzgießen ausgebildet werden und sich über die gesamte axiale Länge der Abstandshalter erstrecken. Dadurch können die radialen Sicherungselemente in Umfangsrichtung sehr schmal ausgebildet werden, so dass diese in die schmalen Spalte zwischen den axialen Fortsätzen passen.
Die Verschaltungsplatte weist vorteilhaft einen ringförmigen Kunststoffkörper auf, indem die Leiterelemente eingespritzt sind. An der radialen Außenseite dieses Ringkörpers erstrecken sich die Abstandshalter in Axialrichtung zwischen dem Poltopfgehäuse und den Isoliermasken. Dadurch können die radialen Sicherungselemente in Radialrichtung sehr kurz ausgebildet werden, wodurch die Scherbeanspruchung der Sicherungselemente sehr gering gehalten werden kann.
In einem Schnitt quer zur Rotorachse weisen die Abstandshalter dann beispielweise einen L-förmigen oder T-förmigen Querschnitt auf, wobei sich der kürzere Steg als Sicherungselement in Axialrichtung erstreckt. Ein solcher kurzer radialer Steg kann beim normalen Spritzgießen der Verschaltungsplatte ohne Zusatzkosten an den Abstandshaltern ausgebildet werden.
Für eine zuverlässige Verdrehsicherung zwischen der Verschaltungsplatte und dem Stator ist es beispielweise ausreichend, wenn lediglich nach jedem zweiten Statorzahn in Umfangsrichtung ein Sicherungselement in eine entsprechende Sicherungselementaufnahme eingreift. Weist der Stator beispielsweise 12 Statorzähne auf, sind vorzugsweise an der Verschaltungsplatte nur 6 Abstandshalter mit jeweils einem daran angeformten Sicherungselement ausgebildet. Bei dieser Ausführung wird nur jeder zweite Spalt zwischen den axialen Fortsätzen der Isoliermasken als Sicherungselementaufnahme genutzt.
Zur Ausbildung der elektrischen Kontaktierung zwischen den Spulen und dem Verschaltungselement ragen aus letzterem am äußeren Umfang Befestigungsabschnitte der Leiterelemente raus. Dabei werden die Drahtenden der Spulen zwischen den Abstandshaltern axial hindurchgeführt, um mit den Befestigungsabschnitten elektrisch verbunden zu werden. Dabei dienen die axialen Fortsätze der Isoliermasken zur Fixierung und zur Führung der Spulendrahtenden hin zu den Befestigungsabschnitten. Bevorzugt ist die Verdrehsicherung einem Stator ausgebildet, der sich aus Einzelzahnsegmenten zusammensetzt, die zuvor jeweils einzeln, oder beispielweise als Spulenpaar bewickelt werden. Nach dem Zusammensetzen der Einzelzahnsegmente sind zwischen den axialen Fortsätzen der jeweiligen Einzelzähne, Spalte als Sicherungselementaufnahmen ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführung berühren sich dabei die einzelnen Isoliermasken in Umfangsrichtung nicht. In einer alternativen Ausführung kann der Stator beispielweise auch als sogenannter Vollschnitt aus geschlossenen Blechringen mit daran angeformten Statorzähnen ausgebildet sein. Dabei kann eine über den Umfang geschlossene Isoliermaske auf beiden axialen Seiten aufgesetzt werden, in der ebenfalls radial verlaufende Spalte ausgeformt werden können, die als Sicherungselementaufnahme dienen.
In einer alternativen Ausführung erstrecken sich die Sicherungselemente radial von dem Abstandshalter nach außen zur Polgehäusewand hin. Dabei sind an der Innenseite des Polgehäuses entsprechende radiale Vertiefungen als Sicherungselementaufnahmen ausgebildet, in die hinein sich die radialen Sicherungselemente erstrecken. Solche Sicherungselementaufnahmen können fertigungstechnisch in einem Arbeitsgang mit dem Ausformen des Poltopfs hergestellt werden. Beispielsweise kann bei einem Tiefziehprozess an einen umlaufenden Bund innerhalb des Poltopfes radial verlaufende Nuten eingeprägt werden. Beim axialen Aufsetzen der Verschaltungsplatte auf die Wicklungsträger werden dann die radialen Sicherungselemente in Axialrichtung in die radialen Nuten eingefügt. Da die Wicklungsträger drehfest mit dem Polgehäuse verbunden sind, wird auch bei dieser Ausführung eine zuverlässige Verdrehsicherung zwischen der Verschaltungsplatte und den Spulen erzielt.
Der erfindungsgemäße Stator wird in einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Elektromotor verwenden, bei der an der offenen Seite des Polgehäuses ein Steckergehäuse angeordnet ist, mit dem die elektrische Maschine mit Strom versorgt wird. Das Steckergehäuse weist an seiner Außenseite ein Anschlussstecker auf, dessen Pins elektrisch mit der Verschaltungsplatte verbunden sind. In solch einem Steckergehäuse kann vorteilhaft beispielweise eine Drehlagensensorik für den Rotor oder weitere Elektronikkomponenten - insbesondere ohne eine Leiterplatte - angeordnet werden. Das Abtriebselement der elektrischen Maschine ist hierbei auf der gegenüberliegenden Seite an einer Durchgangsöffnung im Poltopfboden angeordnet.
Eine solche elektrische Maschine kann gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren vollständig in Axialrichtung montiert werden. Nachdem die Wicklungsträger mit den Spulen axial in den Poltopf eingesetzt und fixiert sind, wird anschließend die Verschaltungsplatte axial auf die Wicklungsträger aufgesetzt. Beim axialen Aufschieben der Verschaltungsplatte wird gleichzeitig die Verdrehsicherung zwischen der Verschaltungsplatte und den Isoliermasken und/oder dem Polgehäuse hergestellt. Durch diese Drehsicherung können die Drahtenden der Spulen, die sich in Axialrichtung zwischen dem Abstandshaltern erstrecken, zuverlässig mit den Leiterelementen der Verschaltungsplatte elektrisch verbunden werden. Dabei bedarf es weder für die Ausbildung der Sicherungselemente, noch der Sicherungselementaufnahmen zusätzlicher Fertigungsschritte.
Nach der elektrischen Verschaltung der Spulen mit der Verschaltungsplatte wird axial das Lagerschild auf den Poltopf aufgesetzt, um die Rotorwelle am offenen Ende des Poltopfes zu lagern. Anschließend wird auf das Lagerschild axial ein Steckergehäuse aufgesetzt, wobei dessen Steckerpins elektrisch mit der Verschaltungsplatte kontaktiert werden. Das Steckergehäuse wird beispielweise durch ein weiteres Metallgehäuse gehalten, das axial über das Steckergehäuse gestülpt wird, und mit dem Poltopf vorzugsweise verschweißt wird. Bei der axialen Montage des Lagerschildes und des Steckergehäuses wird gleichzeitig ein Formschluss zwischen dem Steckergehäuse oder dem Lagerschild und der Verschaltungsplatte ausgebildet, der ebenfalls eine Verdrehsicherung der Verschaltungsplatte gegenüber dem Stator ausbildet. Dabei wird das Lagerschild am äußeren Umfang drehfest mit der Polgehäusewand verbunden, beispielsweise in einen zylindrischen Absatz im Polgehäuse eingepresst.
Figurenliste
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ausführungen der Beschreibung und der Zeichnungen, wie diese in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben sind. Es zeigt:

1 eine Ausführung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
2. eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels im Schnitt, und
3 eine Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer fertig montierten elektrischen Maschine 10, bei der ein Stator 16 in einem Gehäuse 14 einer elektrischen Maschine 10 eingesetzt ist. Dabei weist der Stator 16 Spulenträger 36 auf, die beispielsweise als Einzelsegmente 62 separat ausgebildet sind, und mit elektrischen Spulen 17 bewickelt sind. Dabei dient das Gehäuse 14 als Poltopf 15, der einen magnetischen Rückschluss für die elektrischen Spulen 17 bildet. Der Poltopf 15 weist an seinem offenen Ende einen Flansch 32 auf, auf den weitere Bauteile aufgesetzt sind. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist der Poltopf 15 an seiner Bodenfläche 40 eine Öffnung auf, durch die eine Rotorwelle 20 hindurchragt, um ein Drehmoment der elektrischen Maschine 10 über ein Abtriebselement 64 an ein nicht dargestelltes Getriebeelement zu übertragen. An der Bodenfläche 40 ist ein erster Lagersitz 70 ausgeformt, in dem ein erstes Wälzlager 72 eingefügt ist. Der Innenring 73 des ersten Wälzlagers 72 ist dabei fest mit der Rotorwelle 20 verbunden. Somit bildet das erste Wälzlager 72, ein Festlager für den Rotor 18. Der Rotor 18 weist einen Rotorkörper 65 auf, der Permanentmagnete 68 trägt, die mit den elektrischen Spulen 17 zusammenwirken. Der Rotorkörper 65 besteht beispielsweise aus einzelnen, gestapelten Lamellenblechen 66, in denen Aussparungen 67 für die Permanentmagnete 68 ausgestanzt sind. Die Spulendraht-Enden 19 der Spulen 17 ragen in Axialrichtung 4 über die elektrischen Spulen 17 hinaus. Eine Verschaltungsplatte 22 ist axial auf den Stator 16 aufgesetzt, wobei aus einem Kunststoffkörper 21 ragende Leiterelemente 23 mittels Befestigungsabschnitten 25 mit dem Spulendraht der Spulen 17 verbunden sind. Dabei sind die elektrischen Verbindungen zwischen dem Spulendraht und den Befestigungsabschnitten 25 beispielsweise durch Verschweißen, Verlöten oder Vercrimpen gebildet. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel weisen genau drei Leiterelemente 23 jeweils einen Anschluss-Pin 26 für die Phasen U, V und W auf. Der Kunststoffkörper 21 ist ringförmig ausgebildet, so dass in seiner mittleren Ausnehmung 44 die Rotorwelle 20 des Rotors 18 hindurchragen kann. Der Kunststoffkörper 21 stützt sich in Axialrichtung 4 über angeformte Abstandshalter 42 am Stator 16 ab. Die Abstandshalter 42 der Verschaltungsplatte 22 sind an deren radial äußerem Rand angeformt. Im Ausführungsbeispiel liegen die Abstandshalter 42 axial unmittelbar an den Wicklungsträgern 36 an, auf die die elektrischen Spulen 17 gewickelt sind. Die Wicklungsträger 36 sind hier als Einzelsegmente 62 für jede Spule 17 ausgebildet. Dabei ist auf den Wicklungsträgern 36 jeweils eine Isoliermaske 61 für die elektrischen Spulen radial innerhalb der Abstandshalter 42 angeordnet.
Axial oberhalb der Verschaltungsplatte 22 ist ein Lagerschild 54 angeordnet, das an seinem radial äußeren Rand am Poltopf 15 anliegt. Das Lagerschild 54 weist einen zweiten Lagersitz 55 auf, der axial in die mittlere Ausnehmung 44 der Verschaltungsplatte 22 eingreift. Im zweiten Lagersitz 55 ist ein zweites Wälzlager 56 aufgenommen, mittels dessen die Rotorwelle 20 drehbar im Stator 16 gelagert ist. Das zweite Wälzlager 56 ist beispielsweise als Kugellager ausgebildet und stellt ein Loslager für den Rotor 18 dar. Dabei ist ein Außenring 58 des zweiten Wälzlagers 56 drehfest im zweiten Lagersitz 55 und der Innenring 57 axial verschiebbar auf der Rotorwelle 20 befestigt. Das zweite Wälzlager 56 ist dabei beispielsweise axial in der gleichen Ebene wie die Verschaltungsplatte 22 angeordnet, so dass die elektrische Maschine 10 in Axialrichtung 4 sehr kompakt ausgebildet ist. Das Lagerschild 54 weist im Ausführungsbeispiel einzelne radiale Stege 59 auf, zwischen denen hindurch die als Aufnahmehülsen 27 ausgebildeten Befestigungsabschnitte 25 axial nach oben ragen. Die Spulendraht-Enden 19 der Spulen 17 sind in die Aufnahmehülsen 27 eingefügt, und beispielsweise stoffschlüssig mit diesen verbunden. Ebenso erstrecken sich die Anschluss-Pins 26 von dem Kunststoffkörper 21 durch das Lagerschild 54 hindurch, um mit entsprechenden Kontakten 30 eines Anschluss-Steckers 37 verbunden werden zu können. Die Verschaltungsplatte 22 wird zur Vibrationsdämpfung mittels axialer Federmitteln 246 vom Lagerschild 54 axial nach unten gegen die Wicklungsträger 36 gepresst. Die Federmittel 246 erzeugen eine axiale Vorspannung, die die Verschaltungsplatte 22 auch über einen großen Temperaturbereich und bei großen Schüttelbelastungen exakt positioniert hält. Durch die Ausbildung der Federmittel 246 unabhängig vom Lagerschild 54 kann die Elastizität des Werkstoffs optimal an die Temperaturunterschiede und an die auftretenden Beschleunigungen angepasst werden. Der Rotor 18 ist axial gegenüber dem zweiten Wälzlager 56 mittels einer Druckfeder 86 vorgespannt. Die Druckfeder 86 stützt sich einerseits am Rotorkörper 65 und andererseits am Innenring 57 des zweiten Wälzlagers 56 ab.
Oberhalb des Lagerschilds 54 ist ein Steckergehäuse 33 angeordnet, an dem der nicht näher dargestellte äußere Anschlussstecker 37 zur Stromversorgung der elektrischen Maschine 10 angeordnet ist. Am Steckergehäuse 33 sind an dessen Innenseite 39 die elektrischen Kontakte 30 angeordnet, die mit den Anschluss-Pins 26 der Verschaltungsplatte 22 verbunden sind. Die Verschaltungsplatte 22 ist sowohl mit den Spulendraht-Enden 19 als auch mit den elektrischen Kontakten 30 des Anschlusssteckers 37 verbunden ist. Beispielsweise erstrecken sich die elektrischen Kontakte 30 als Kontaktlaschen 34 axial nach unten, so dass sie unmittelbar benachbart zu den Anschluss-Pins 26 angeordnet sind und dann beispielsweise miteinander verschweißt werden. Im Steckergehäuse 33 ist ein Sensorelement 74 befestigt, das mit einem Signalgeber 75 auf der Rotorwelle 20 zusammenwirkt, um deren Rotorlage zu erfassen. Dazu wird nach der Montage des Lagerschilds 54 ein Magnethalter 78 am freien Ende 80 der Rotorwelle 20 aufgepresst, der einen Sensormagnet 76 aufnimmt. Dessen rotierendes Magnetfeld wird vom Sensorelement 74 erfasst, das als hochauflösenden Magnetfeldsensor 77 ausgebildet ist. Auf dem Steckergehäuse 33 ist ein Metalldeckel 81 gefügt, der am Flansch 32 des Poltopfes 15 festgeschweißt ist. Das Steckergehäuse 33 weist eine kreisförmige Umfangswand 83 und der Metalldeckel 81 weist eine kreisförmige Umfangswand 82 auf, die radial nebeneinander angeordnet sind. Zwischen dem Steckergehäuse 33 und der Innenwand des Metalldeckels 81 ist ein Radialdichtring 84 eingepresst, der die elektrische Maschine 10 zum Anschlussstecker 37 hin abdichtet. Des Weiteren ist zwischen dem Steckergehäuse 33 und dem Metalldeckel 81 ein axiales Federelement 85 angeordnet, das das Steckergehäuse 33 axial gegen den Flansch 32 des Poltopfes 15 presst.
Im Ausführungsbeispiel weist die Isolationsmaske 61 eine axiale Verlängerung 102 auf, die in Axialrichtung 4 am unteren Ende über die Wicklungsträger 36 zum Gehäuseboden 40 hinausragt. Dabei bildet die axiale Verlängerung 102 eine radiale Anlagefläche 104 für die elektrischen Spulen 17. Am axialen Ende 106 der axialen Verlängerung 102 ist an der radial äußeren Seite ein in Umfangsrichtung 2 verlaufender Bund 108 ausgebildet, der in Radialrichtung 3 dicht an einer Innenwand 115 des Polgehäuses 15 anliegt und einen Aufnahmeraum 122 für bei der Montage auftretende Späne und Flitter bildet. Die axiale Verlängerung 102 liegt axial gegenüberliegend zum axialen Ende 106 an einer Stirnfläche 112 des Wicklungträgers 36 an. Der Wicklungsträger 36 setzt sich beispielsweise aus einzelnen aufgestapelten Blechlamellen 113 zusammen und weist ein Jochelement 118 auf, an dem sich mindestens ein Statorzahn 120 radial nach Innen erstreckt. Im dargestellten Schnitt durch das Jochelement 118 liegt dieses mit einer radialen Außenwand 119 radial mit einer Presspassung an der Innenwand 115 des Polgehäuses 15 an. Dabei können die Blechlamellen 113 optional auch als in Umfangsrichtung 2 geschlossene einstückige Ringlamellen ausgebildet sein, oder als einzelne Winkelsegmente, die zu mehreren Einzelsegmenten 62 des Stators 16 gehören.
Am axial gegenüberliegenden Ende des Stators 16 im Bereich des Flansches 32 weist die Isolationsmaske 61 axiale Fortsätze 222 auf, die sich axial über die Stirnfläche der Wicklungsträger 36 erstrecken. Diese axialen Fortsätze 222 bilden keinen umlaufenden Bund, sondern weisen zwischen den einzelnen Statorzähnen 120 radiale Spalte 210 auf, die eine formschlüssige Drehsicherung mit den Abstandshaltern 42 der Verschaltungsplatte 22 bilden. Hierzu sind an den Abstandshaltern 42 sich radial erstreckende Sicherungselemente 214 angeformt, die radial in die als Sicherungselementaufnahmen 212 ausgebildeten Spalte 210 eingreifen. Eine solche Verdrehsicherung zwischen der Verschaltungsplatte 22 und dem Stator 16 ist in 2 in einer Detailansicht dargestellt.
In der Detailansicht gemäß 2 ist ein Schnitt quer zur Axialrichtung 4 durch die axialen Fortsätze 222 und durch die Abstandshalter 42 dargestellt. Der Stator 16 weist hier als Wicklungsträger 36 Einzelsegmente 62 auf, die in den Poltopf 15 eingefügt sind. Die einzelnen Jochelemente 118 der Einzelsegmente 62 greifen in Umfangsrichtung 2 mittels eines Formschlusses 218 ineinander. Die Isolationsmaske 61 des Stators 16 ist bei dieser Ausführung für jeden Statorzahn 120 als separates Bauteil ausgeführt. Die Isolationsmaske 61 weist hier zwei U-förmige Isolationsteile 261 auf, die in Axialrichtung 4 von oben und unten auf den Statorzahn 120 aufgeschoben sind. Die Isoliermaske 61 erstreckt sich in Radialrichtung 3 im Wesentlichen über den gesamten Statorzahn 120 und bildet zum Rotor 18 hin einen radialen Anschlag 220, an dem die Spule 17 anliegt. Der axiale Fortsatz 222 ist radial außerhalb der Spule 17 und des Statorzahns 120 angeordnet und stützt sich in Axialrichtung 4 direkt am Jochelement 118 ab. Die Isolationsmaske 61 ist mit einer geringeren Breite in Umfangsrichtung 2 ausgebildet, als das Jochelement 118. Dadurch sind in Umfangsrichtung 2 zwischen den jeweiligen axialen Fortsätzen 222 der Isolationsmaske 61 radiale Spalte 210 ausgebildet. Dieser radiale Spalt 210 ist in Umfangsrichtung 2 zwischen jedem axialen Fortsatz 222 ausgebildet. Die radialen Spalten 210 bilden Sicherungselementaufnahmen 212 des Stators 16, in die entsprechende Sicherungselemente 214 der Verschaltungsplatte 22 radial eingreifen können. Hierzu sind an dem Abstandshaltern 42 Sicherungselemente 214 angeformt, die sich in Radialrichtung 3 nach innen erstrecken. In 2 ist im Schnitt quer zur Rotorachse ein L-förmiger Querschnitt der Abstandshalter 42 zu erkennen. Dabei erstreckt sich der längere Schenkel 224 in Umfangsrichtung 2 und der kürzere Schenkel 225 in Radialrichtung 3 in den entsprechenden Spalt 210. Das Sicherungselement 214 erstreckt sich mit dem Abstandshalter 24 über dessen gesamte axiale Ausdehnung. Der Abstandshalter 42 stützt sich hier an der Stirnseite der Wicklungsträger 36 ab und liegt optional radial an der Innenwand des Poltopfes 15 an. Die Breite des Sicherungselements 214 in Umfangsrichtung 2 entspricht der Breite des Spalts 210. Somit bildet das Sicherungselement 214, das in die Sicherungselementaufnahme 212 eingreift, eine Verdrehsicherung der Verschaltungsplatte 22 gegenüber dem Stator 16. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist zwar zwischen jedem Statorzahn 120 eine Sicherungselementaufnahme 212 ausgebildet, jedoch greift nur in Umfangsrichtung 2 in jede zweite Sicherungselementaufnahme 212 ein entsprechendes Sicherungselement 214 der Verschaltungsplatte 22 ein. Beispielsweise weist der Stator 16 zwölf Statorzähne 120 auf, und die Verschaltungsplatte 22 hat sechs Abstandshalter 42, an denen jeweils ein Sicherungselement 214 angeformt ist, das radial in jeden zweiten Spalte 210 zwischen den Statorzähnen 210 eingreift. Die auf die Isolationsmasken 61 aufgewickelten Spulen 17 weisen jeweils Spulendrahtenden 19 auf, die in einer Struktur 230 der axialen Fortsätze 222 geführt und fixiert sind. Da die Einzelzahnsegmente 62 jeweils zuvor separat gewickelt wurden, werden die Spulendrahtenden 19 mit der Verschaltungsplatte 22 kontaktiert. Hierzu werden die Spulendrahtenden 19 in Umfangsrichtung 2 zwischen den Abstandshaltern 42 in Axialrichtung 4 nach oben zu den Befestigungsabschnitten 25 der Leiterelemente 23 der Verschaltungsplatte 22 geführt (in 2 nicht dargestellt). Beim Bewickeln der Einzelzahnsegmente 62 können beispielweise auch zwei benachbarte Einzelzahnsegmente 62 mittels eines durchgängigen Wicklungsdrahtes durchgewickelt werden, so dass ein Einzelspulen-Paar entsteht, das gemeinsam nur einen Wicklungsdrahtanfang und ein Wicklungsdrahtende aufweist. Bei solch einer Ausführung wird in jedem axialen Fortsatz 222 nur genau ein Wicklungsdrahtende 19 geführt und gehalten.
Die Verdrehsicherung der Verschaltungsplatte 22 gegenüber dem Stator 16 ist notwendig, um eine zuverlässige definierte elektrische Kontaktierung zwischen den Spulendrahtenden 19 und den Befestigungsabschnitten 25 der Verschaltungsplatte 22 herzustellen. Diese elektrischen Kontakte werden beispielweise mittels Schweißzangen hergestellt, wobei es wichtig ist, dass die Verschaltungsplatte 22 zuverlässig im Stator 16 fixiert ist. Nach dem Herstellen dieser elektrischen Kontakte wird das Lagerschild 54 axial über der Verschaltungsplatte 22 montiert und am Poltopf 15 befestigt. Wie in 1 beschrieben, drückt dann beispielsweise ein Federelement 246 zwischen dem Lagerschild 54 und der Verschaltungsplatte 22 letztere axial gegen die Wicklungsträger 36. An der Verschaltungsplatte 22 ist hierbei eine axiale Haltelasche angeformt, die sich axial in eine entsprechende Laschenaufnahme des Lagerschilds 54 und/oder des Steckergehäuses 33 erstreckt. Diese formschlüssige Laschenverbindung zwischen der Verschaltungsplatte 22 und dem Lagerschild 54/Steckergehäuse 33 stellt eine weitere, über die gesamte Lebenszeit robuste Verdrehsicherung für die Verschaltungsplatte 22 dar. Die Isolationsmaske 61 sowie die Abstandshalter 42 sind vorzugsweise aus Kunststoff als Spritzgussteile hergestellt. Bei der axialen Montage der Verschaltungsplatte 22 werden die Abstandshalter 42 radial zwischen den axialen Fortsätzen 222 und der Innenwand des Poltopfes 15 eingefügt, wobei die Sicherungselemente 214 gleichzeitig axial in die Sicherungselementaufnahmen 212 eingeschoben werden.
In 3 ist eine weitere Ausführung mit einer Draufsicht auf die eingefügte Verschaltungsplatte 22 dargestellt. An dem Abstandshalter 42 ist wiederum ein Sicherungselement 214 angeformt, das sich bei dieser Ausführung jedoch in Radialrichtung 3 nach Außen erstreckt. Bei dieser Ausführung ist die entsprechende Sicherungselementaufnahme 214 direkt im Poltopf 15 ausgebildet. Dazu weist der Poltopf 15 im Bereich des Anschlussflansches 32 einen abgestuften Ringbund 236 auf, der auch zur Aufnahme des Lagerschilds 54 dient. An diesem Ringbund 236 sind als Sicherungselementaufnahmen 212 Nuten 238 in Radialrichtung 3 eingeprägt, die in Axialrichtung 4 eine Vertiefung in der Auflagefläche 237 des Ringbunds 236 darstellen. Am Abstandshalter 42 sind die Sicherungselemente 212 als radiale Zungen 240 ausgebildet, die in Radialrichtung 3 in die Nuten 238 eingreifen. Die Abmessung der radialen Zungen 42 ist dabei in Umfangsrichtung 2 größer als in Axialrichtung 4. Die radialen Zungen 42 sind hierbei bezüglich der Umfangsrichtung 2 in einem mittleren Bereich der Außenseite der Abstandshalter 42 angeformt. Die Nuten 238 werden beispielweise beim Tiefziehprozess der Poltopffertigung mit ausgebildet. Dabei wird Material an der Auflagefläche 237 des Ringbundes 236 axial nach unten verdrängt, beispielweise mittels eines Prägestempels. Mit dem axialen Aufsetzen der Verschaltungsplatte 22 auf die Wicklungsträger 36 werden dabei die radialen Zungen 42 axial in die entsprechenden Nuten 238 eingefügt. Die radialen Zungen 240 bilden somit zusammen mit den Nuten 238 eine alternative Ausführung einer Verdrehsicherung der Verschaltungsplatte 22 gegenüber dem Stator 16. In 3 ist zu erkennen, wie die Wicklungsdrahtenden 19 an den axialen Fortsätzen 222 fixiert sind, und sich in Axialrichtung 4 zu den Befestigungsabschnitten 25 der Verschaltungsplatte 22 hin erstrecken. Die Befestigungsabschnitte 25 sind hierbei als offene Hülsen 27 ausgebildet, die nach dem Aufsetzen der Verschaltungsplatte 22 mit den Wicklungsdrahtenden 19 verschweißt werden. Während dieses Schweißprozesses ist es wichtig, dass die Verschaltungsplatte 22 gegenüber einer Verdrehung im Polgehäuse 15 gesichert ist.
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So bezieht sich die Erfindung sowohl auf die Verwendung von einzelner separat gewickelten Winkelsegmenten 62 als auch auf geschlossene ringförmige Lamellenbleche 113. Die Anordnung und Ausformung der Sicherungselemente 214 an den Abstandshaltern 42 als auch der Sicherungselementaufnahmen 212 an der Isoliermaske 61 oder am Poltopf 15 können entsprechend den Anforderungen variiert werden. Die erfinderische Antriebseinheit 10 eignet sich besonders als Ausführung eines EC-Motors zur Verstellung beweglicher Komponenten im Kraftfahrzeug. Dabei kann ein solcher erfindungsgemäßer Elektromotor besonders günstig im Außenbereich, wie beispielsweise im Motorraum eingesetzt werden, wo er extremen Witterungsbedingungen und Erschütterungen ausgesetzt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10328720 A1 [0002]

Claims

Stator (16) einer elektrischen Maschine (10), insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit einem zylindrischen Polgehäuse (15), in dem elektrische Spulen (17) tragende Wicklungsträger (36) drehfest angeordnet sind, wobei auf den Wicklungsträgern (36) Isolationsmasken (61) angeordnet sind, die die elektrische Spulen (17) gegenüber den Wicklungsträgern (36) isolieren, und axial oberhalb der elektrischen Spulen (17) eine Verschaltungsplatte (22) angeordnet ist, mittels der die Spulen (17) bestromt werden, dadurch gekennzeichnet, dass an der Verschaltungsplatte (22) sich radial erstreckende Sicherungselemente (214) angeformt sind, die in korrespondierende radiale Sicherungselementaufnahmen (212) im Stator (10) eingreifen, um eine Verdrehsicherung der Verschaltungsplatte (22) gegenüber der Spulen (17) auszubilden.
Stator (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungselementaufnahmen (212) an dem Polgehäuse (15) oder an den Wicklungsträgern (36) oder an den Isolationsmasken (61) ausgebildet sind.
Stator (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsträger (36) jeweils einen Statorzahn (120) aufweisen, der an einem Jochelement (118) angeformt ist, das radial an der Innenwand (115) des Polgehäuses (15) anliegt, und die Isolationsmaske (61) einen axialen Fortsatz (222) aufweist, der sich axial über das Jochelement (118) hinaus in Axialrichtung (4) zur Verschaltungsplatte (22) hin erstreckt und eine Führungsstruktur (230) für Spulendrahtenden (19) der Spulen (17) aufweist, und die radialen Sicherungselementaufnahmen (212) durch die axialen Fortsätze (222) ausgebildet sind.
Stator (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf jedem Statorzahn (120) eine eigene separate - insbesondere zweiteilige - Isolationsmaske (61) aufgesetzt ist, und zwischen zwei axialen Fortsätzen (222) zweier in Umfangsrichtung (2) benachbarter Isolationsmasken (61) ein Spalt (210) ausgebildet ist, der als radiale Sicherungselementaufnahme (212) das entsprechende Sicherungselement (214) der Verschaltungsplatte (22) aufnimmt.
Stator (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Spalts (210) zwischen den Isoliermasken (61) in Umfangsrichtung (2) gleich groß ist, wie die Breite des Sicherungselements (214) in Umfangsrichtung (2) - und insbesondere der Spalt (210) zusammen mit dem Sicherungselement (212) eine Presspassung oder eine Übergangspassung bilden.
Stator (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltungsplatte (22) sich axial erstreckende Abstandshalter (42) aufweist, mit denen sich die Verschaltungsplatte (22) axial an den Wicklungsträgern (36) abstützt, wobei die Sicherungselemente (214) als radiale Stege (215) an den Abstandshaltern (42) angeformt sind und sich in Radialrichtung (3) von diesen nach Innen oder nach Außen erstrecken.
Stator (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (42) am äußeren Umfang der Verschaltungsplatte (22) angeformt sind und sich zwischen der Innenseite des Polgehäuses (15) und den axialen Fortsätzen (222) der Isolationsmasken (61) erstrecken, und insbesondere die Abstandshalter (42) axial direkt an den Jochelementen (118) - und vorzugsweise radial an der Gehäuseinnenseite (115) - anliegen.
Stator (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (42) quer zur Rotorwelle (20) einen L-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei sich der lange Schenkel (224) in Umfangsrichtung (2) erstreckt und sich der - vorzugsweise rechtwinklig - abgewinkelte kurze Schenkel (225) als radiales Sicherungselement (214) in Radialrichtung (3) in die Sicherungselementaufnahme (212) hinein erstreckt.
Stator (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Verschaltungsplatte (22) gleichmäßig über den Umfang verteilt mehrere - insbesondere drei oder sechs - Sicherungselemente (214) angeordnet sind, wobei vorzugsweise in Umfangsrichtung (2) nach jedem zweiten Statorzahn (120) ein Sicherungselement (214) in eine Sicherungselementaufnahme (212) eingreift.
Stator (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltungsplatte (22) einen ringförmigen Kunststoffkörper (21) aufweist, aus dem radial außen Befestigungsabschnitte (25) von umspritzten Leiterelementen 23 ragen, die mit Spulendrahtenden (19) der Spulen (17) verbunden sind, wobei sich in Umfangsrichtung (2) zwischen den Abstandshaltern (42) die Spulendrahtenden (19) von der Führungsstruktur (230) der axialen Fortsätze (222) der Isolationsmasken (61) axial zu den Befestigungsabschnitten (25) der Verschaltungsplatte (22) hin erstrecken.
Stator (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsträger (36) als separat bewickelbare Einzelzahnsegmente (62) ausgebildet sind, wobei jede Isolationsmaske (61) jeweils zwei U-förmige Isolationsteile aufweist, die vor dem Wickeln axial von entgegengesetzten Richtungen auf den Statorzahn (120) aufgeschoben sind, und der axiale Fortsatz (222) der Isolationsmaske (61) sich radial neben der Spule (17) axial oberhalb des Jochelements (118) erstreckt - und sich insbesondere axial an diesem abstützt.
Stator (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungselementaufnahmen (212) radial außerhalb der Abstandshalter (42) als radiale Aussparung (238) an der Gehäuseinnenwand (115) des Polgehäuses (15) ausgebildet ist, in den das radial nach außen vom Abstandshalter (42) abstehende Sicherungselement (214) formschlüssig als Verdrehsicherung eingreift, wobei insbesondere die Aussparung (238) an einem ringförmigen Absatz (236) des Polgehäuses (15) als Tiefziehnut ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (10) mit einem Stator (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine axial offene Seite des Polgehäuses (15), an dem die Verschaltungsplatte (22) angeordnet ist, mit einem Steckergehäuse (33) abgeschlossen ist, wobei aus dem Steckergehäuse (33) ein Anschluss-Stecker (37) ragt, dessen Stecker-Pins mit der Verschaltungsplatte (22) verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen eines Stators (16) nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass die die Isolationsmasken (61) aufweisenden Wicklungsträger (36) mit den Spulen (17) im Polgehäuse (15) angeordnet werden, und danach axial die Verschaltungsplatte (22) mit den Abstandshaltern (42) auf die Wicklungsträger (36) aufgesetzt wird, wobei die Sicherungselemente (214) radial in die Sicherungselementaufnahmen (212) eingreifen, um eine Verdrehsicherung und Zentrierung der Verschaltungsplatte (22) gegenüber dem Polgehäuse (15) zu realisieren, und die Spulendrahtenden (19) zwischen den Abstandshaltern (42) axial zur Verschaltungsplatte (22) geführt werden, um mit den Befestigungsabschnitten (25) der Leiterelemente (23) elektrisch verbunden zu werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass danach axial über der Verschaltungsplatte (22) ein Lagerschild für den Rotor (18) und ein Steckergehäuse (33) an der offenen Seite des Polgehäuses (15) drehfest befestigt wird, wobei am Lagerschild (54) und/oder am Steckergehäuse (33) ein Formschluss mit der Verschaltungsplatte (22) als weitere Drehsicherung ausgebildet ist, wobei insbesondere an der Verschaltungsplatte (22) eine axial sich zum Steckergehäuse (33) erstreckende axiale Lasche angeformt ist, die beim axialen Fügen des Steckergehäuses (33) in eine daran angeformte Gegenaufnahme eingreift.