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WO2019052782A1 - Stator für eine elektrische maschine, eine elektrische maschine und verfahren zum herstellen eines solchen stators - Google Patents

Stator für eine elektrische maschine, eine elektrische maschine und verfahren zum herstellen eines solchen stators Download PDF

Info

Publication number
WO2019052782A1
WO2019052782A1 PCT/EP2018/072477 EP2018072477W WO2019052782A1 WO 2019052782 A1 WO2019052782 A1 WO 2019052782A1 EP 2018072477 W EP2018072477 W EP 2018072477W WO 2019052782 A1 WO2019052782 A1 WO 2019052782A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stator
insulation displacement
axially
coils
circuit board
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/072477
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roman Koch
Janos Tamas Csoti
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to CN201880059023.6A priority Critical patent/CN111052559A/zh
Publication of WO2019052782A1 publication Critical patent/WO2019052782A1/de

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
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    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/03—Machines characterised by the wiring boards, i.e. printed circuit boards or similar structures for connecting the winding terminations
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    • H02K2211/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to measuring or protective devices or electric components
    • H02K2211/03—Machines characterised by circuit boards, e.g. pcb

Definitions

  • Stator for an electric machine an electric machine and method for producing such a stator
  • the invention relates to a stator for an electric machine, and to an electric machine and to a method for producing such a stator according to the preamble of the independent claims.
  • Receiving pockets are pressed.
  • the interconnection of the individual coils takes place here via the winding scheme by the order of the wound coils is realized via the corresponding peripheral wires.
  • the interconnection of the coils is finally determined by the winding order.
  • a variation of the interconnection is possible in this embodiment only by a completely new winding concept.
  • the pins preferably fully penetrate the pin holes, making them easier to handle Way can be soldered to the electronics board.
  • Solder connection will be the direct contact to the tracks on the
  • both all receiving pockets and the inserted therein cutting-clamping elements are arranged at the same radial distance from the stator axis.
  • all pins are preferably also at the same radius, so that the pin holes in the electronics board are also all in a constant circular path.
  • the pin holes are formed on the radially outer edge of the electronic circuit board, so that the conductor tracks run largely radially within the pin holes. The radial extent of the electronic board corresponds approximately to the radial
  • the pins are advantageously formed with a press-fit.
  • an eyelet is formed in the pin, for example, which is enclosed by thin axial webs. These axial webs can be compressed radially when pressed into the pin hole, so that the pin is firmly pressed in the pin hole.
  • a defined axial abutment surface is formed on the insulation displacement elements, against which the electronics board rests.
  • the electronic board can be plugged axially on the pins until it rests against the defined stop of the insulation displacement elements.
  • the axial abutment surface is preferably formed as a shoulder on both sides of the pins on which the insulation displacement element by means of a tool in the
  • Receiving pocket of Isolierlamelle can be pressed.
  • a plurality of circular strip conductors can be arranged in a space-saving manner, which extend adjacent to one another in the radial direction.
  • different pins are electrically connected to each other, whereby several coils are connected to different electrical phases.
  • the individual phases then have a phase connection contact, with which the individual phases can be energized from the outside.
  • Phase connection contacts are preferably designed as axial conductor strips, which are fastened directly to the electronic circuit board and are electrically connected to their conductor tracks.
  • phase connection contacts are formed on the printed circuit board, which can be connected to a mating connector, or can be welded to a power supply.
  • the electronic board advantageously has a sensor for the rotor position detection, which is electrically connected directly to the conductor tracks of the electronic board.
  • the sensor may be formed as a magnetic sensor which detects a corresponding signal of a sensor magnet on the rotor.
  • one or more Hall sensors or a GMX sensor can be contacted directly on the electronic board.
  • SMD components can be used, which can be fixed and contacted with a standard S MD soldering process on the printed circuit board.
  • the magnetic sensor is preferably arranged on the radially inner region of the printed circuit board, so that it directly on a radially opposite ring magnet on the
  • Rotor shaft can interact.
  • the ring magnet is magnetized particularly favorably in the radial direction, so that the magnetic polarity of the radial magnetic field changes constantly with a rotation of the rotor relative to the magnetic sensor of the electronic board.
  • the arrangement of the magnetic sensor radially directly opposite to the sensor magnet can be saved compared to an axial sensor arrangement axial space of the electric machine.
  • the ring magnet is arranged on a non-magnetic intermediate ring, for example molded.
  • the intermediate ring can be pressed directly on the rotor shaft or attached in an alternative embodiment to an output element that is pressed onto the rotor shaft.
  • an output pinion in axial extension to a socket on which the intermediate ring and / or the magnetic ring are mounted.
  • coils are connected in parallel to one another.
  • the layout of the electronic board via the pins in each case four coils are electrically connected in parallel to each other, so that the current in the conductor tracks is reduced accordingly.
  • Coils then form an electrical phase.
  • the coils are grouped into a total of three phases, wherein the phases are connected to each other for example via a star point circuit or a triangular circuit.
  • the phases are connected to each other for example via a star point circuit or a triangular circuit.
  • the coils are produced particularly favorably by means of needle windings, wherein in each case exactly one coil is wound on a stator tooth. If all the coils are wound one after the other with a continuous Wicknsnsdraht, the entire electrical winding has only one
  • an additional receiving pocket and an additional insulation displacement element are arranged for the wire beginning or the wire end.
  • the connecting portions of the extend Winding wire between the coils only over the circumferential angle of the stator. This prevents that the connecting portions between different coils are arranged axially one above the other, whereby the risk of short circuits is reduced and axial space is saved.
  • Such a winding method is particularly suitable for a so-called entangled stator, in which the stator teeth are not axially parallel to the
  • Stator axis are arranged, but in the circumferential direction obliquely to
  • Stator axis run.
  • Such an entangled stator is realized for example by means of laminations, each slightly in the circumferential direction
  • stator pack which has a circumferentially closed return ring, which is adjoined radially by the stator teeth.
  • the receiving pockets have a greater extent in the circumferential direction than in the radial direction.
  • the winding wire is guided by a first coil radially through the receiving pocket to the radial outer side of the stator and then guided radially in a circumferentially adjacent recess radially inward to the next stator tooth.
  • two adjacent coils are connected to each other by means of the connecting portion of the winding wire on the radially outer side of the insulating lamella in a direct shortest path.
  • the winding wire is within the
  • Receiving pockets held tight so that the fork contact of the insulation displacement element reliably cuts into the winding wire during axial pressing.
  • the insulation displacement clamped element in particular by means of molded locking lugs - in the receiving pocket.
  • Such a stator is particularly suitable for an electrical machine, in which the stator is inserted axially into a motor housing.
  • bearing caps are arranged on both sides of the stator on the motor housing, in which the rotor is accommodated.
  • the electric machine is designed for example as an internal rotor, so that the rotor is rotatable in the inner cavity of the stator.
  • the electronic board preferably receives a control electronics, which regulates the electronic commutation of the stator and is preferably directly arranged axially above the coils.
  • Such EC motor can be particularly advantageous for adjusting moving parts or as a rotary drive for
  • Components are used in the motor vehicle.
  • centering pins are formed on the insulating lamella and extend in the axial direction.
  • centering openings are formed in the axial direction on the electronics board, in which the centering pins engage axially. After centering and axial joining of the electronic board, the centering pins pass through
  • the plastic material conversion can be particularly easy by a
  • the board to be completely omitted.
  • a Isolierlamelle preferably a separately manufactured component - in particular a plastic injection molded part - pressed axially on the front side of the stator main body. After winding the individual coils on the individual stator teeth of the winding wire is inserted directly into the receiving pockets.
  • the separately formed insulation displacement elements are freely accessible axially from above for their axial mounting in the receiving pockets and can - be reliably accurately positioned in the receiving pockets - in particular by means of the molded shoulder.
  • the forks of the insulation displacement elements are freely accessible axially from above for their axial mounting in the receiving pockets and can - be reliably accurately positioned in the receiving pockets - in particular by means of the molded shoulder.
  • Opposite pins extend axially away from the stator main body so that the electronic circuit board with its pin holes can be pressed directly onto the pins.
  • the sweeping pins are soldered to the electronics board.
  • the electronic board preferably carries all the electronic components necessary for driving the individual coils are.
  • Control electronics can be dispensed with the manufacture and installation of an additional wiring board.
  • the rotor position sensor unmitelbar on the
  • Electronics board are arranged, whereby the mounting of a separate sensor element - and thus the electrical connection to the control electronics - is eliminated.
  • a separate sensor element - Is as a sensor, a magnetic field sensor in the radial inside of
  • this can directly detect the signal of a magnetic field emanating from a radially opposite sensor magnet.
  • a radial interaction of the sensor and signal generator axial space can be saved.
  • the magnetic sensors for example, two adjacent Hall sensors or a GMX sensor, can without
  • 1 is a plan view of a stator after a first stator tooth is wound
  • 2 shows a detailed view of the wire guide in a receiving pocket
  • Fig. 3 is a separately manufactured insulation displacement element
  • Fig. 4 is a stator with inserted insulation displacement elements
  • Fig. 5 is a sectional view through an electrical machine with a
  • a stator 10 of an electric machine 12 which has a closed in the circumferential direction 2 return ring 38 on which radial stator teeth 14 are formed.
  • the stator teeth 14 radially inward, so that within the stator teeth 14, a rotor 11 can be mounted, which is driven as an inner rotor of the stator 10.
  • the stator 10 is composed of individual laminations 36 which are stacked one above the other in the axial direction 3 and connected to a common plate pack 35.
  • Sheet metal laminations 36 are preferably punched out, so that the stator teeth 14 are integrally formed with the return ring 38.
  • the disk set 35 forms the stator base body 34, which may also be integrally formed without laminations 36 in an alternative embodiment.
  • the individual laminations 36 are slightly rotated in the circumferential direction 2 against each other, so that the stator teeth 14 do not extend parallel to the axial direction 3, but in
  • Circumferential direction 2 are formed crossed.
  • an insulating lamella 40 is arranged, which preferably completely covers the end face 39 with an insulating material.
  • the insulating lamella 40 is formed as a plastic injection molded part which axially on the
  • Stator groundêt Congress 34 is pressed.
  • the stator teeth 14 have at their radial ends on a tooth head 15 which is formed in the circumferential direction 2 wider than the actual stator tooth 14 in the radial region which is wound.
  • the insulating lamella 40 has a projection 33 which holds a corresponding coil 17 on the stator tooth 14.
  • grooves 43 are formed in the insulating lamella, in which the winding wire 22 is inserted.
  • the insulating lamella 40 Radially outward, the insulating lamella 40 has a closed circumference 41, are formed on the guide elements 44, the connecting portions 30 of the winding wire 22 between the individual coils 17 lead.
  • the guide elements 44 extend in the axial direction 3, wherein the winding wire 22 is guided in the radial direction 4 to the outside, to be guided on the radial outer side 45 of the guide elements 44 in the circumferential direction 2.
  • On the closed circumference 41 of the insulating lamella 40 further receiving pockets 46 are formed, in which the winding wire 22 is inserted to be connected to insulation displacement elements 70.
  • Receiving pockets 46 have a larger dimension in the circumferential direction 2 than in the radial direction 4. Preferably, all the receiving pockets 46 are arranged at the same radius with respect to the stator axis 20. As can be seen from Fig. 1, the receiving pockets 46 are preferably in the range of Statornuten 13 between the
  • Receiving pocket 46 associated with an additional receiving pocket 46 is arranged for the winding wire beginning.
  • the winding wire start is not shown, but only schematically the winding of a single coil 17.
  • the coil 17 is wound around the stator tooth 14 by means of a nozzle of a needle winding device. After the finished winding a coil 17 of the winding wire 22 is guided through the receiving pocket 46 radially outwardly and on the radial outer side 45 of the guide elements 44 in the circumferential direction 2 to the next
  • FIG. 2 is an enlarged view of the wire guide of two adjacent coils 17 is shown.
  • the receiving pocket 46 has a first radially inner pocket wall 61 and a second radially outer pocket wall 62. The first and the second
  • Pocket wall 61, 62 are arranged approximately parallel to each other. Both pocket walls 61, 62 have an axial slot 63, which is in each case designed as a radial passage opening 64. The second radial pocket wall 62 also forms the radial outer side 45 of the guide elements 44 at the same time
  • Guide member 44 an extension of the second radial pocket wall 62 in the circumferential direction 2.
  • the guide member 44 is followed in the circumferential direction 2, the recess 56, wherein the recess 56 has a side wall 66 which extends radially to the radial outer side 45 of the guide member 44.
  • the winding wire 22 is guided radially inwardly along the side wall 66 and wound around the next stator tooth 14.
  • the immediately adjacent stator teeth 14 are wound directly one after the other, so that the connecting wire 30 extends between two individual coils 17 each only via the stator 13 in the circumferential direction 2.
  • the axial extent of the guide member 44 is the same size as the axial extent of the receiving pocket 46 to mechanically stabilize the latter.
  • the axial slot 63 of the first and / or second pocket wall 61, 62 has a downwards taper
  • a base 49 of the receiving pocket 46 is located axially lower than the lower end of the slots 63, so that the
  • corresponding insulation displacement element 70 may extend in the axial direction 3 over the winding wire 30 out to the pocket base 49 back.
  • Slots 63 have at their axially open end an insertion phase 68, so that the winding wire 22 can be easily inserted.
  • joining aids 51 are formed on inner sides 50 of the receiving pocket 46, for example as bevels, which center the cutting-clamping elements 70 in the receiving pocket 46.
  • Fig. 3 shows a single insulation displacement element 70, as in the
  • Receiving pockets 46 of the stator base 34 can be inserted.
  • the insulation displacement member 70 has a fork 76 which is slid axially over the winding wire 22 in the receiving pocket 46.
  • the fork 76 has two opposite cutting edges 75, which are in the winding wire 22 during axial insertion into the receiving pocket 46th
  • latching lugs 72 are formed on the outer sides 77, for example, which dig into the inner side 50 of the receiving pocket 46. Thereby, the insulation displacement member 70 is firmly clamped in the receiving pocket 46, wherein a good conductive contact to the winding wire 22 is produced.
  • the insulation displacement member 70 has an axial pin 83 which is adapted to be inserted into a corresponding pin hole 86 of an electrical circuit board 52. The pin 83 is
  • Shoulders 69 optionally serve as an axial stop surface for the electronic board 52.
  • FIG. 4 46 individual cutting clamping elements 70 are axially pressed into all receiving pockets.
  • the stator 10 of FIG. 4 has twelve stator teeth
  • Winding wire end exactly add another receiving pocket 48, so that the stator 10 has a total of thirteen receiving pockets 46, 48, and accordingly thirteen inserted insulation displacement elements 70.
  • the insulation displacement elements 70 are arranged with their pins 83 regularly over the circumference in the region of the stator 13.
  • the additional thirteenth receiving pocket 48 for the winding wire end is arranged in the lower image area, so that in this area the three adjacent receiving pockets
  • centering pins 80 are integrally formed on the insulating lamella 40, which extend in the axial direction 3. With these centering pins 80, the electronic board 52 with respect to the stator main body
  • the patch electronics board 52 is shown in Fig. 5. The electronic board
  • stator base body 34 here has a ring shape which extends approximately over the radial region of the stator base body 34.
  • the pin holes 86 are formed through which extend axially the pins 83 of the insulation displacement elements 70.
  • conductor tracks 53 are formed, depending on the desired Interconnecting the coils 17 electrically connect the individual pins 83 together.
  • the pins 83 are soldered to the electronic board 52.
  • four coils 17 are four times electrically connected in parallel to one another to form a phase 26, whereby the current in the conductor tracks 53 is correspondingly reduced.
  • the individual phases 26 can in turn be connected to each other in a delta connection or a star point circuit.
  • Conductor tracks 53 are realized on the printed circuit board 52.
  • phase connection contacts 85 are arranged, which extend from the printed circuit board 52 in the axial direction 3.
  • On the printed circuit board 52 further electronic components 91 may be arranged, which are required for the electrical control of the coil 17. So is
  • the rotational position sensor 94 may be formed as a Hall sensor or GMX sensor, which are soldered on the printed circuit board 52 in particular in surface mounted devices (SMD).
  • SMD surface mounted devices
  • Drehlagensensor 94 has, for example, sensitive surfaces that can detect a radial magnetic field change.
  • the signal generator 97 is here
  • a ring magnet 98 which is mounted on a rotor shaft 99 of the rotor 11.
  • an output element 100 with an axial sleeve 103 formed thereon is arranged on the rotor shaft 99.
  • a non-magnetic intermediate ring 105 is arranged, on which the ring magnet 98 is fixed.
  • the ring magnet 98 is sprayed onto the intermediate ring 105, and preferably magnetized in the radial direction.
  • a bearing plate is inserted axially above the printed circuit board 52 in a motor housing, not shown, wherein the phase connection contacts 84, for example, through the bearing cap from the
  • the output gear 100 is made of steel, for example, and pressed directly onto the rotor shaft 99. Since the ring magnet 98 is relatively sensitive to mechanical and thermal stress, the intermediate ring 105 compensates for the stresses between the pinion 100 and the ring magnet 98.
  • the electric machine 12 is designed as an electronically commutated motor, in which the correct commutation time is detected via the rotational position sensor 94 in order to energize the individual coils 17 in a suitable manner in succession in order to drive the rotor 11.
  • the rotor 11 has permanent magnets 24, which are arranged here within a rotor core 25. The extent of the permanent magnets 24 in the circumferential direction 2 is greater than in the radial direction. 4
  • the permanent magnets 24 are in this embodiment radially within the outer circumference of the rotor 11 and thus form so-called buried magnets 24. It should be noted that with regard to the embodiments shown in the figures and in the description diverse combination possibilities of the individual features are possible with each other. Thus, for example, the specific training, the arrangement and number of coils 17, and the training and number of receiving pockets 46 can be varied accordingly. The receiving pockets 46 can directly into one of the Stator ground phenomenon
  • the location and configuration of the insulation displacement elements 70 and the formation of the phase connection contacts 85 can be adapted to the requirements of the electrical machine 12 and the manufacturing capabilities.
  • the inventive connection of the printed circuit board with the individual coils 17 through the insulation displacement elements 70 different interconnections can be realized by appropriate designs of the printed circuit board 52.
  • the formation of the fork 76 and the pins 83 of the insulation displacement elements 70 can be adjusted accordingly.
  • the invention is suitable in special way for the rotary drive of components or the adjustment of parts in the motor vehicle, especially outside the passenger compartment, but is not limited to this application.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

Stator (10) sowie Verfahren zum Herstellen eines Stators (10) für eine elektrische Maschine (12), mit einem Statorgrund körper (34), der radiale Statorzähne (14) zur Aufnahme von Spulen (17) einer elektrischen Wicklung (18) aufweist, und auf einer Stirnseite (39) des Statorgrundkörpers (34) eine Isolierlamelle (40) mit Aufnahmetaschen (46) für Schneid- Klemm- Elemente (70) aufweist, wobei die Spulen (17) mittels eines Wicklungsdraht (22) gewickelt sind, der in die Aufnahmetaschen (46) eingelegt ist, wobei Schneid- Klemm- Elemente (70) angeordnet sind, die mit einem Gabelkontakt (76) in die Aufnahmetaschen (46) axial eingreifen, um den Wicklungsdraht (22) elektrisch zu kontaktieren, wobei die Schneid- Klemm- Elemente (70) gegenüberliegend zu den Gabelkontakten (76) Pins (83) aufweisen, die direkt mit einer ringförmigen Elektronikplatine (52) elektrisch verbunden sind, wobei die Leiterplatine (52) axial über der Isolierlamelle (40) angeordnet ist, um die elektrische Wicklung (18) zu bestromen.

Description

Beschreibung Titel
Stator für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine und Verfahren zum Herstellen eines solchen Stators
Die Erfindung bezieht sich auf einen 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.
Stand der Technik
Mit der US 2005/0242678 AI ist ein Stator einer elektrischen Maschine bekannt geworden, bei dem Einzelzahnspulen auf den Statorzähnen mit einem ununterbrochenen Wickeldraht gewickelt sind. Dabei wird der Wickeldraht zwischen den einzelnen Spulen am äußeren Umfang der Isoliermaske geführt. Dabei werden mehrere Umfangsdrähte in Axialrichtung nebeneinander angeordnet, wodurch entsprechend axialer Bauraum benötigt wird. An einigen Stellen sind an den Isolierlamellen Aufnahmetaschen für Phasenanschluss- Laschen ausgebildet, die mittels Schneid- Klemm-Technik axial in die
Aufnahmetaschen eingepresst werden. Die Verschaltung der einzelnen Spulen erfolgt hierbei über das Wickelschema, indem die Reihenfolge der gewickelten Spulen über die entsprechende Umfangsdrähte realisiert wird. Bei dieser Ausführung ist die Verschaltung der Spulen durch die Wickelreihenfolge endgültig festgelegt. Eine Variation der Verschaltung ist bei dieser Ausführung nur durch ein vollständig neues Wickelkonzept möglich. Außerdem besteht das Risiko, dass die axial nebeneinanderliegenden Umfangsdrähte bei hoher Schüttelbelastung einen Kurzschluss bilden können. Diese Nachteile sollen durch die erfindungsgemäße Lösung behoben werden. Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass durch das axiale Einfügen der Schneid- Klemm- Elemente in die
Aufnahmetaschen des Statorgrundkörpers eine zuverlässige elektrische
Kontaktierung der elektrischen Spulen hergestellt ist, ohne dass weitere stoffschlüssige Verbindungsprozesse zum Wicklungsdraht hin notwendig sind. Durch die Ausbildung der Pins an den Schneid- Klemm- Elementen kann unmittelbar eine Leiterplatte auf diese Pins axial aufgesetzt werden und elektrisch kontaktiert werden. Dadurch können die einzelnen Spulen über die Pins der Schneid- Klemm- Elemente ohne weitere elektrische Leiter direkt mit den Leiterbahnen der Leiterplatte verbunden werden. Durch die Auslegung des Designs der Leiterbahnen auf der Leiterplatte können die einzelnen Spulen in unterschiedlicher Weise zu elektrischen Phasen verschaltet werden. Da für die Ansteuerung der Spulen sowieso eine Elektronikplatine notwendig ist, entfällt bei dieser Lösung die Zwischenschaltung einer sogenannten Verschalteplatte zwischen der Elektronikplatine und den Spulen. Dabei erstreckt sich die als Elektronikplatine ausgebildete Leiterplatte ringförmig über den gesamten Umfang des Statorgrundkörpers, sodass die Leiterplatte direkt über den Spulen mit ihren Schneid-Klemm-Elementen angeordnet ist.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Besonders günstig ist es, wenn in der Elektronikplatine zur Aufnahme der Pins der Schneid- Klemm- Elemente Durchgangslöcher als Pin-Löcher angeordnet sind. Dadurch kann die Elektronikplatine direkt axial auf die Pins der in die Aufnahmetaschen
eingesteckten Schneid- Klemm- Elemente aufgepresst werden. Die Pins durchdringen die Pin-Löcher bevorzugt vollständig, sodass diese in einfacher Weise mit der Elektronikplatine verlötet werden können. Durch diese
Lötverbindung wird der direkte Kontakt zu den Leiterbahnen auf der
Elektronikplatine hergestellt. Dabei kann ein Standard- Lötverfahren
(beispielsweise SMD) angewandt werden, da die Elektronikplatine für den Lötvorgang axial von oben frei zugänglich ist.
In einer vorteilhaften Ausführung sind sowohl alle Aufnahmetaschen und die darin eingesteckten Schneid-Klemm-Elemente mit gleichem radialem Abstand zur Statorachse angeordnet. Dadurch liegen bevorzugt auch alle Pins auf dem gleichen Radius, so dass die Pin-Löcher in der Elektronikplatine ebenfalls alle auf einer konstanten Kreisbahn liegen. Bevorzugt sind die Pin-Löcher am radial äußeren Rand der Elektronikplatine ausgebildet, sodass die Leiterbahnen weitgehend radial innerhalb der Pin-Löcher verlaufen. Dabei entspricht die radiale Erstreckung der Elektronikplatine näherungsweise der radialen
Ausdehnung des Statorgrund körpers, sodass der Außendurchmesser und der Innendurchmesser der Leiterplatine näherungsweise deckungsgleich sind mit dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser des Blechpakets.
Zur besseren Kontaktierung der Pins in den Pin-Löchern der Elektronikplatine sind die Pins vorteilhaft mit einem Einpresskontakt ausgebildet. Hierbei ist im Pin beispielsweise eine Öse ausgebildet, die durch dünne axiale Stege umschlossen ist. Diese axialen Stege können beim Einpressen in das Pin-Loch radial zusammengepresst werden, so dass der Pin im Pin- Loch fest eingepresst ist.
Von Vorteil ist es, wenn an den Schneid- Klemm- Elementen eine definierte axiale Anschlagsfläche ausgebildet ist, an der die Elektronikplatine anliegt. Dadurch kann die Elektronikplatine axial soweit auf die Pins aufgesteckt werden, bis sie an dem definierten Anschlag der Schneid-Klemm-Elemente anliegt. Die axiale Anschlagsfläche ist bevorzugt als Schulter beidseitig des Pins ausgebildet, an der das Schneid- Klemm- Element auch mittels eines Werkzeugs in die
Aufnahmetasche der Isolierlamelle eingepresst werden kann.
Auf der ringförmigen Elektronikplatine können platzsparend mehrere kreisförmige Leiterbahnen angeordnet werden, die in Radialrichtung benachbart zueinander verlaufen. Durch die konkrete Ausbildung der Leiterbahnen können unterschiedliche Pins elektrisch miteinander verbunden werden, wodurch mehrere Spulen zu unterschiedlichen elektrischen Phasen verschaltet werden. Die einzelnen Phasen weisen dann einen Phasenanschluss- Kontakt auf, mit dem die einzelnen Phasen von außen bestromt werden können. Die
Phasenanschluss- Kontakte sind bevorzugt als axiale Leiterstreifen ausgebildet, die direkt an der Elektronikplatine befestigt und elektrisch mit deren Leiterbahnen verbunden sind. Beispielsweise sind an der Leiterplatine zwei oder drei oder mehr Phasenanschlusskontakte ausgebildet, die mit einem Gegenstecker verbunden werden können, oder mit einer Stromzuführung verschweißt werden können.
Die Elektronikplatine weist vorteilhaft einen Sensor für die Rotorlagenerkennung auf, der elektrisch direkt mit den Leiterbahnen der Elektronikplatine verbunden ist. Beispielsweise kann der Sensor als Magnetsensor ausgebildet sein, der ein entsprechendes Signal eines Sensormagneten auf dem Rotor detektiert. Dabei können beispielsweise ein oder mehrere Hall-Sensoren oder ein GMX-Sensor direkt auf der Elektronikplatine kontaktiert sein. Hierbei können beispielsweise SMD-Bauteile verwendet werden, die mit einem Standard-S MD- Lötverfahren auf der Leiterplatine befestigt und kontaktiert werden können. Der Magnetsensor ist bevorzugt am radial inneren Bereich der Leiterplatine angeordnet, sodass er unmittelbar an einem radial gegenüberliegenden Ringmagneten auf der
Rotorwelle zusammenwirken kann. Dabei ist der Ringmagnet besonders günstig in Radialrichtung magnetisiert, sodass sich bei einer Drehung des Rotors gegenüber dem Magnetsensor der Elektronikplatine die Magnetpolung des radialen Magnetfelds ständig wechselt. Durch die Anordnung des Magnetsensors radial direkt gegenüberliegend zum Sensormagneten kann gegenüber einer axialen Sensoranordnung axialer Bauraum der elektrischen Maschine eingespart werden. Durch die Nutzung der Elektronikplatine einerseits für die
Drehlagesensorik und die elektronische Ansteuerung der Phasen und gleichzeitig durch die Verschaltung der einzelnen Spulen zu den elektrischen Phasen wird die Teilevielfalt und die Verbindungstechnik bei der Montage der elektrischen Maschine deutlich reduziert. Damit der Ringmagnet auch über große
Temperaturbereiche und bei hohen Erschütterungen zuverlässig auf der Rotorwelle gelagert ist, ist der Ringmagnet auf einem nicht magnetischen Zwischenring angeordnet, beispielsweise angespritzt. Der Zwischenring kann direkt auf der Rotorwelle aufgepresst sein oder in einer alternativen Ausführung an einem Abtriebselement befestigt sein, dass auf die Rotorwelle aufgepresst ist. Dazu weist beispielsweise ein Abtriebsritzel in axialer Verlängerung eine Buchse auf, auf dem der Zwischenring und/oder der Magnetring gelagert sind.
Wo ist Lagerschild angeordnet?
Wellen-orientiert: Zwischen Abtrieb (hier das Ritzel) und Rotorpaket;
Gehäuse-orientiert: Zwischen Kundenschnittstelle und
Statorpakel Verschalteplatte
Um die Stromstärke in den Leiterbahnen zwischen den Pins zu reduzieren, sind bevorzugt mehrere Spulen jeweils parallel zueinander verschaltet. Beispielsweise kann durch das Layout der Elektronikplatine über die Pins jeweils vier Spulen elektrisch parallel zueinander verschaltet werden, sodass sich der Strom in den Leiterbahnen entsprechend reduziert. Die vier parallel zueinander angeordneten
Spulen bilden dann eine elektrische Phase. Bevorzugt werden die Spulen zu insgesamt drei Phasen gruppiert, wobei die Phasen beispielsweise über eine Sternpunktschaltung oder eine Dreiecksschaltung miteinander verbunden sind. In einer bevorzugten Ausführung wird in Umfangsrichtung ein Statorzahn nach dem anderen in unmittelbar aufeinanderfolgender Reihenfolge in
Umfangsrichtung bewickelt. Die Spulen werden besonders günstig mittels Nadelwickeln gefertigt, wobei jeweils auf einem Statorzahn genau eine Spule gewickelt ist. Werden alle Spulen nacheinander mit einem ununterbrochenen Wicklungnsdraht gewickelt, weist die gesamte elektrische Wicklung nur einen
Drahtanfang und ein Drahtende auf, wodurch nur eine zusätzliche
Aufnahmetasche mit einem zusätzlichen Schneid-Klemm-Element gegenüber der Anzahl der Spulen notwendig. Für jede Spule sind dabei genau eine
Aufnahmetasche und genau ein Schneid-Klemm-Element angeordnet, wobei für den Drahtanfang bzw. das Drahtende eine zusätzliche Aufnahmetasche und ein zusätzliches Schneid-Klemm-Element angeordnet sind. Im einem Beispiel von zwölf Spulen sind also genau dreizehn Schneid- Klemm- Elemente angeformt, die dann mittels eines Montagewerkzeugs axial in genau dreizehn Aufnahmetaschen eingepresst werden. Durch die Wickelreihenfolge jeweils unmittelbar
benachbarter Statorzähne, erstrecken sich die Verbindungsabschnitte des Wicklungsdrahts zwischen den Spulen jeweils nur über den Umfangswinkel der Statornuten. Dadurch wird verhindert, dass die Verbindungsabschnitte zwischen verschiedenen Spulen axial übereinander angeordnet werden, wodurch die Gefahr von Kurzschlüssen reduziert und axialer Bauraum eingespart wird.
Ein solches Wickelverfahren eignet sich besonders auch für einen sogenannten verschränkten Stator, bei dem die Statorzähne axial nicht parallel zur
Statorachse angeordnet sind, sondern in Umfangsrichtung schräg zur
Statorachse verlaufen. Ein solch verschränkter Stator wird beispielsweise mittels Blechlamellen realisiert, die jeweils in Umfangsrichtung geringfügig
gegeneinander verdreht aufeinander gestapelt sind. Die einzelnen Blechlamellen bilden zusammen das Statorpaket, das einen in Umfangsrichtung geschlossenen Rückschlussring aufweist, an dem sich radial die Statorzähne anschließen.
Die Aufnahmetaschen weisen in Umfangsrichtung eine größere Erstreckung auf als in Radialrichtung. Dabei wird der Wicklungsdraht von einer ersten Spule radial durch die Aufnahmetasche hindurch an die radiale Außenseite des Stators geführt und anschließend in eine in Umfangsrichtung benachbarte Freisparung radial wieder nach innen zum nächsten Statorzahn geführt. Dadurch sind zwei benachbarte Spulen mittels des Verbindungsabschnitts des Wicklungsdrahtes an der radialen Außenseite der Isolierlamelle auf direktem kürzestem Wege miteinander verbunden. Dabei ist der Wicklungsdraht innerhalb der
Aufnahmetaschen straff gehalten, so dass der Gabelkontakt des Schneid- Klemm- Elements beim axialen Einpressen zuverlässig in den Wicklungsdraht einschneidet. Das Schneid- Klemm- Element verklemmt dabei , insbesondere mittels angeformter Rastnasen - in der Aufnahmetasche.
Ein solcher Stator eignet sich besonders für eine elektrische Maschine, bei der der Stator in ein Motorgehäuse axial eingeschoben wird. Dabei sind beidseitig des Stators Lagerdeckel am Motorgehäuse angeordnet, in denen der Rotor aufgenommen ist. Die elektrische Maschine ist beispielsweise als Innenläufer ausgebildet, so dass der Rotor im inneren Hohlraum des Stators drehbar ist. Die Elektronikplatine nimmt bevorzugt eine Ansteuerelektronik auf, die die elektronische Kommutierung des Stators regelt und ist bevorzugt unmittelbar axial oberhalb der Spulen angeordnet. Ein solcher EC-Motor kann besonders vorteilhaft zum Verstellen beweglicher Teile oder als Drehantrieb für
Komponenten im Kraftfahrzeug verwendet werden.
Damit die Elektronikplatine exakt zu den Aufnahmetaschen - und damit auch zu den Pins der Schneid- Klemm- Elemente - positioniert werden, sind an der Isolierlamelle Zentrierpins angeformt, die sich in Axialrichtung erstrecken.
Entsprechend sind an der Elektronikplatine Zentrieröffnungen in Axialrichtung ausgebildet, in die die Zentrierstifte axial eingreifen. Nach dem Zentrieren und dem axialen Fügen der Elektronikplatine durchgreifen die Zentrierpins
beispielsweise die als Durchgangsöffnungen ausgebildete Zentrieraufnahmen vollständig. Daher können die freien Enden der Zentrierpins nach dem Fügen der Elektronikplatine plastisch umgeformt werden, um einen Formschluss zu bilden. Dadurch ist die Leiterplatte zuverlässig axial auf dem Statorgrundkörper fixiert. Die plastische Materialumformung kann besonders einfach durch ein
Warmverprägen der aus Kunststoff hergestellten Zentrierpins durchgeführt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen des Stator kann durch die unmittelbare Schneid-Klemm-Verbindung zwischen den Spulen und der
Elektronikplatine die Verschalteplatte komplett weggelassen werden. Dabei wird als Isolierlamelle bevorzugt ein separat gefertigtes Bauteil - insbesondere ein Kunststoff-Spritzgussteil - axial auf die Stirnseite des Statorgrundkörpers gepresst. Nach dem Wickeln der einzelnen Spulen auf die einzelnen Statorzähne wird der Wicklungsdraht direkt in die Aufnahmetaschen eingelegt. Die separat ausgebildeten Schneid-Klemm-Elemente sind zu deren axialer Montage in die Aufnahmetaschen axial von oben frei zugänglich und können - insbesondere mittels der angeformten Schulter - zuverlässig exakt in den Aufnahmetaschen positioniert werden. Die den Gabeln der Schneid-Klemm-Elemente
gegenüberliegende Pins erstrecken sich axial vom Statorgrundkörper weg, so dass unmittelbar die Elektronikplatine mit ihren Pin-Löchern auf die Pins aufgepresst werden kann. Bevorzugt werden danach die durchgreifenden Pins mit der Elektronikplatine verlötet. Die Elektronikplatine trägt bevorzugt alle elektronischen Bauteile, die für die Ansteuerung der einzelnen Spulen notwendig sind. Durch die Integration der Spulenverschaltung in die Leiterplatte der
Ansteuerelektronik, kann auf die Fertigung und die Montage einer zusätzlichen Verschaltungsplatte verzichtet werden.
Besonders vorteilhaft kann der Rotorlagensensor unmitelbar auf der
Elektronikplatine angeordnet werden, wodurch die Montage eines separaten Sensorelements - und damit die elektrische Verbindung zur Ansteuerelektronik - entfällt. Ist als Sensor ein Magnetfeldsensor in der radialen Innenseite der
Elektronikplatine angeordnet, kann dieser direkt das Signal eines Magnetfelds detektieren, das von einem radial gegenüberliegenden Sensormagneten ausgeht. Durch solch eine radiale Wechselwirkung von Sensor und Signalgeber kann axialer Bauraum eingespart werden. Die Magnetsensoren, beispielsweise zwei benachbarte Hall-Sensoren oder ein GMX-Sensor, können ohne
zusätzlichen Aufwand zusammen mit den übrigen elektronischen Bauteilen auf der Elektronikplatine kontaktiert werden, vorzugsweise mittels S MD- Lötverfahren.
Die direkte Schneid- Klemm- Verbindung zwischen dem Wickeldraht der Spulen und der Elektronikplatine bleibt auch bei wechselnden Umgebungsbedingungen wie Temperaturschwankungen und Erschütterungen mechanisch stabil. Somit ist ein solcher Stator auch sehr robust gegen hohe Schüttelbelastungen und extreme Wetterbedingungen und deshalb für den Einsatz im Kraftfahrzeug - insbesondere auch außerhalb der Fahrgastzelle - geeignet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Stator, nachdem ein erster Statorzahn bewickelt ist, Fig. 2 eine Detailansicht der Drahtführung in einer Aufnahmetasche,
Fig. 3 ein separat gefertigtes Schneid- Klemm- Element
Fig. 4 ein Stator mit eingefügten Schneid- Klemm- Elementen, und
Fig. 5 eine Schnittdarstellung durch eine elektrische Maschine mit einer
montierten Leiterplatine.
In Fig. 1 ist ein Stator 10 einer elektrischen Maschine 12 dargestellt, der einen in Umfangsrichtung 2 geschlossenen Rückschlussring 38 aufweist, an dem radiale Statorzähne 14 angeformt sind. Bei dieser Ausführung weisen die Statorzähne 14 radial nach innen, so dass innerhalb der Statorzähne 14 ein Rotor 11 gelagert werden kann, der als Innenläufer vom Stator 10 angetrieben wird. Der Stator 10 ist aus einzelnen Blechlamellen 36 zusammengesetzt, die in Axialrichtung 3 übereinander gestapelt und zu einem gemeinsamen Lamellenpaket 35 verbunden sind. Die
Blechlamellen 36 sind bevorzugt ausgestanzt, so dass die Statorzähne 14 einstückig mit dem Rückschlussring 38 ausgebildet sind. Das Lamellenpaket 35 bildet den Statorgrundkörper 34, der in einer alternativen Ausführung auch einstückig ohne Blechlamellen 36 ausgebildet sein kann. In Fig. 1 sind beispielsweise die einzelnen Blechlamellen 36 in Umfangsrichtung 2 geringfügig gegeneinander verdreht, so dass die Statorzähne 14 nicht parallel zur Axialrichtung 3 verlaufen, sondern in
Umfangsrichtung 2 verschränkt ausgebildet sind. An einer ersten axialen Stirnseite 39 des Statorgrundkörpers 34 ist eine Isolierlamelle 40 angeordnet, die bevorzugt die Stirnseite 39 vollständig mit einem isolierenden Material überdeckt. Bevorzugt ist die Isolierlamelle 40 als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet, das axial auf den
Statorgrundkörper 34 gepresst ist. Die Statorzähne 14 weisen an ihren radialen Enden einen Zahnkopf 15 auf, der in Umfangsrichtung 2 breiter ausgebildet ist, als der eigentliche Statorzahn 14 im radialen Bereich, der bewickelt wird. Die Isolierlamelle 40 weist im Bereich des Zahnkopfes 15 in Axialrichtung 3 und in Umfangsrichtung 2 einen Überstand 33 auf, der eine entsprechende Spule 17 auf dem Statorzahn 14 hält. Über die Erstreckung des Statorzahns 14 in Radialrichtung 4 sind in der Isolierlamelle 40 Rillen 43 ausgeformt, in die der Wicklungsdraht 22 eingelegt wird. Radial außen weist die Isolierlamelle 40 einen geschlossenen Umfang 41 auf, an dem Führungselemente 44 angeformt sind, die Verbindungsabschnitte 30 des Wickeldrahts 22 zwischen den einzelnen Spulen 17 führen. Die Führungselemente 44 erstrecken sich in axialer Richtung 3, wobei der Wicklungsdraht 22 in Radialrichtung 4 nach außen geführt wird, um an der radialen Außenseite 45 der Führungselemente 44 in Umfangsrichtung 2 geführt zu werden. Am geschlossenen Umfang 41 der Isolierlamelle 40 sind des Weiteren Aufnahmetaschen 46 ausgebildet, in die der Wicklungsdraht 22 eingelegt wird, um mit Schneid- Klemm- Elementen 70 verbunden zu werden. Die
Aufnahmetaschen 46 weisen in Umfangsrichtung 2 eine größere Abmessung auf, als in Radialrichtung 4. Bevorzugt sind alle Aufnahmetaschen 46 auf dem gleichen Radius bezüglich der Statorachse 20 angeordnet. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Aufnahmetaschen 46 bevorzugt im Bereich von Statornuten 13 zwischen den
Statorzähnen 14 angeordnet. Dabei ist jedem Statorzahn 14 genau eine
Aufnahmetasche 46 zugeordnet, wobei eine zusätzliche Aufnahmetasche 46 für den Wicklungsdrahtanfang angeordnet ist. In Fig. 1 ist der Wicklungsdrahtanfang nicht dargestellt, sondern lediglich schematisch das Wickeln einer einzigen Spule 17. Die Spule 17 wird mittels einer Düse einer Nadelwickelvorrichtung um den Statorzahn 14 gewickelt. Nach dem fertigen Bewickeln einer Spule 17 wird der Wicklungsdraht 22 durch die Aufnahmetasche 46 radial nach außen hindurch geführt und an der radialen Außenseite 45 der Führungselemente 44 in Umfangsrichtung 2 zum nächsten
Statorzahn 14 geführt. Hierzu wird der Wicklungsdraht 22 durch eine Freisparung 56 zwischen den Führungselementen 44 wieder radial nach innen zum nächsten
Statorzahn 14 geführt.
In Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht der Drahtführung zweier benachbarter Spulen 17 dargestellt. Die Aufnahmetasche 46 weist eine erste radial innere Taschenwand 61 und eine zweite radial äußere Taschenwand 62 auf. Die erste und die zweite
Taschenwand 61, 62 sind etwa parallel zueinander angeordnet. Beide Taschenwände 61, 62 weisen einen axialen Schlitz 63 auf, der jeweils als radiale Durchgangsöffnung 64 ausgebildet ist. Die zweite radiale Taschenwand 62 bildet gleichzeitig auch die radiale Außenseite 45 der Führungselemente 44. Dabei bildet hier das
Führungselement 44 eine Verlängerung der zweiten radialen Taschenwand 62 in Umfangsrichtung 2. An das Führungselement 44 schließt sich in Umfangsrichtung 2 die Freisparung 56 an, wobei die Freisparung 56 eine Seitenwand 66 aufweist, die radial zur radialen Außenseite 45 des Führungselements 44 verläuft. Der Wicklungsdraht 22 wird entlang der Seitenwand 66 radial nach innen geführt und um den nächsten Statorzahn 14 gewickelt. In einer bevorzugten Ausführung werden jeweils die unmittelbar benachbarten Statorzähne 14 unmittelbar nacheinander bewickelt, so dass sich der Verbindungsdraht 30 zwischen zwei einzelnen Spulen 17 jeweils nur über die Statornut 13 in Umfangsrichtung 2 erstreckt. Bei dieser Ausführung ist die axiale Ausdehnung des Führungselement 44 gleich groß, wie die axiale Ausdehnung der Aufnahmetasche 46, um letztere mechanisch zu stabilisieren. Der axiale Schlitz 63 der ersten und/oder zweiten Taschenwand 61, 62 weist nach unten hin eine Verjüngung
65 auf, so dass der Wicklungsdraht 22 beim Einfügen in den Schlitz 63 in einer definierten Position verklemmt wird. Eine Grundfläche 49 der Aufnahmetasche 46 ist axial tiefer angeordnet, als das untere Ende der Schlitze 63, damit das
korrespondierende Schneid- Klemm- Element 70 sich in Axialrichtung 3 über den Wicklungsdraht 30 hinaus zur Taschengrundfläche 49 hin erstrecken kann. Die
Schlitze 63 weisen an ihrem axial offenen Ende eine Einführphase 68 auf, damit der Wicklungsdraht 22 leichter eingeführt werden kann. Ebenso sind an Innenseiten 50 der Aufnahmetasche 46 Fügehilfen 51 ausgeformt, beispielsweise als Schrägen, die die Schneid- Klemm- Elemente 70 in der Aufnahmetasche 46 zentrieren.
Die Fig. 3 zeigt ein einzelnes Schneid- Klemm- Element 70, wie es in die
Aufnahmetaschen 46 des Statorgrundkörpers 34 eingefügt werden kann. Am axial unteren Ende weist das Schneid- Klemm- Element 70 eine Gabel 76 auf, die axial über den Wicklungsdraht 22 in der Aufnahmetasche 46 geschoben wird.
Die Gabel 76 weist zwei gegenüberliegende Schneidkanten 75 auf, die sich beim axialen Einschieben in die Aufnahmetasche 46 in den Wicklungsdraht 22
einschneiden. Beim axialen Einfügen des Schneid- Klemm- Elements 70 stützen sich deren Außenseiten 77 bezüglich der Umfangsrichtung 2 an den
entsprechenden seitlichen Innenwänden 50 der Aufnahmetasche 46 ab.
Zusätzlich sind an den Außenseiten 77 beispielsweise Rastnasen 72 angeformt, die sich in die Innenseite 50 der Aufnahmetasche 46 eingraben. Dadurch wird das Schneid- Klemm- Element 70 fest in der Aufnahmetasche 46 verklemmt, wobei ein gut leitender Kontakt zum Wicklungsdraht 22 hergestellt wird. Axial oben, gegenüberliegend zur Gabel 76 weist das Schneid- Klemm- Element 70 einen axialen Pin 83 auf, der geeignet ist, in ein korrespondierendes Pin-Loch 86 einer elektrischen Leiterplatine 52 eingefügt zu werden. Der Pin 83 ist
beispielsweise als Einpresskontakt 84 ausgebildet, der eine Öse 87 mit
Seitenstegen 88 bildet, die quer zum Pin 83 elastisch verbiegbar sind. Beim
axialen Einschieben des Pins 83 in die Pin-Löcher 86 der Elektronikplatine 52 in wird durch das Zusammenpressen der Seitenstege 88 ein fester Presskontakt zwischen dem Pin 83 und dem Pin-Loch 86 ausgebildet. Zwischen dem Pin 83 und der Gabel 76 sind am Schneid- Klemm- Element 70 zu beiden Seiten des Pins 83 Schultern 69 angeformt, an denen das Schneid- Klemm- Element 70 axial in die Aufnahmetaschen 46 eingepresst werden kann. Gleichzeitig können die
Schultern 69 optional als axiale Anschlagfläche für die Elektronikplatine 52 dienen.
In Fig. 4 sind in alle Aufnahmetaschen 46 einzelne Schneid- Klemm- Elemente 70 axial eingepresst. Beispielsweise weist der Stator 10 der Fig. 4 zwölf Statorzähne
14 und entsprechend zwölf Spulen 17 auf. Da jeweils zwischen zwei Spulen 17 eine Aufnahmetasche 46 angeordnet ist, sind hierdurch zwölf Aufnahmetaschen 46 ausgebildet. Jedoch kommt für den Wicklungsdrahtanfang, bzw. das
Wickeldrahtende genau eine weitere Aufnahmetasche 48 hinzu, so dass der Stator 10 insgesamt dreizehn Aufnahmetaschen 46, 48, und entsprechend dreizehn eingefügte Schneid- Klemm- Elemente 70 aufweist. Beispielsweise sind die Schneid- Klemm- Elemente 70 mit ihren Pins 83 regelmäßig über den Umfang im Bereich der Statornuten 13 angeordnet. Im unteren Bildbereich ist hierbei die zusätzliche dreizehnte Aufnahmetasche 48 für das Wicklungsdrahtende angeordnet, so dass in diesem Bereich die drei benachbarten Aufnahmetaschen
46, 48 einen geringeren Abstand in Umfangsrichtung 2 aufweisen, so dass auch deren Pins 83 in Umfangsrichtung 2 einen kleineren Abstand aufweisen, als über den restlichen Umfang. Desweiteren sind in Fig. 4 Zentrierstifte 80 an die Isolierlamelle 40 angeformt, die sich in Axialrichtung 3 erstrecken. Mit diesen Zentrierstiften 80 wird die Elektronikplatine 52 gegenüber dem Statorgrundkörper
34 vorpositioniert, indem die Zentrierstifte 80 axial in korrespondierende
Zentrieraufnahmen 81 in der Elektronikplatine 52 eingreifen, die hier als axiale Durchgangslöcher 82 ausgebildet sind. Die aufgesetzte Elektronikplatine 52 ist in Fig. 5 dargestellt. Die Elektronikplatine
52 weist hier eine Ringform auf, die sich näherungsweise über den radialen Bereich des Statorgrund körpers 34 erstreckt. Am äußeren Umfang der
Elektronikplatine 52 sind die Pin-Löcher 86 ausgeformt, durch die hindurch axial die Pins 83 der Schneid- Klemm- Elemente 70 erstrecken. Auf der
Elektronikplatine 52 sind Leiterbahnen 53 ausgebildet, die je nach gewünschter Verschaltung der Spulen 17 die einzelnen Pins 83 elektrisch miteinander verbinden. Beispielsweise werden dazu die Pins 83 mit der Elektronikplatine 52 verlötet. Nach einer bevorzugten Ausführungen sind jeweils immer vier Spulen 17 vierfach elektrisch parallel zueinander zu einer Phase 26verschaltet verschaltet, wodurch sich der Strom in den Leiterbahnen 53 entsprechend reduziert. Die einzelnen Phasen 26 können wiederum in einer Dreieckschaltung oder einer Sternpunktschaltung miteinander verbunden sein. Die
unterschiedlichen Verschaltungskonzepte können durch das Layout der
Leiterbahnen 53 auf der Leiterplatine 52 realisiert werden. Auf der Leiterplatine 52 sind auch Phasenanschluss- Kontakte 85 angeordnet, die sich von der Leiterplatine 52 in Axialrichtung 3 erstrecken. Dabei können genau zwei
Phasenanschluss- Kontakte 85 - der mehrere - angeordnet werden, wobei auch mehr als drei Phasen 26 durch die Leiterplatine 52 realisiert werden können, um einen redundaten Elektromotor 10 zur Verfügung zu stellen, der auch dann noch betriebsbereit ist, wenn in einer Spule 17 ein Kurzschluss auftritt. Auf der Leiterplatine 52 können weitere elektronische Bauteile 91 angeordnet sein, die für die elektrische Ansteuerung der Spulen 17 benötigt werden. So ist
beispielsweise am radial inneren Bereich der Leiterplatine 52 ein
Drehlagensensor 94 angeordnet, der mit einem Signalgeber 97 des Rotors 11 zusammenwirkt. Beispielsweise kann der Drehlagensensor 94 als Hall-Sensor oder GMX-Sensor ausgebildet sein, die insbesondere in SMD-Technik (surface mounted devices) auf der Leiterplatine 52 aufgelötet sind. Ein solcher
Drehlagensensor 94 hat beispielsweise sensitive Flächen, die eine radiale Magnetfeldänderung detektieren können. Der Signalgeber 97 ist hier
beispielsweise als Ringmagnet 98 ausgebildet, der auf einer Rotorwelle 99 des Rotors 11 befestigt ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist auf der Rotorwelle 99 ein Abtriebselement 100 mit einer daran angeformten axialen Hülse 103 angeordnet. Auf dieser Hülse 103 ist ein nicht magnetischer Zwischenring 105 angeordnet, auf dem der Ringmagnet 98 befestigt ist. Beispielsweise wird der Ringmagnet 98 auf den Zwischenring 105 aufgespritzt, und vorzugsweise in Radialrichtung magnetisiert. Bei rotierendem Rotor 11 sieht der Drehlagensensor 94 wechselnde Magnetpole, aus der die Drehlage des Rotors 11 ermittelt werden kann. Durch das radiale Sensorsystem kann axialer Bauraum eingespart werden, wobei das Ritzel 100 auf der Rotorwelle 99 beispielsweise axial aus einem Motorgehäuse hinausragen, um ein Antriebsmoment abzugeben. Bei dieser Ausführung wird ein Lagerschild axial oberhalb der Leiterplatine 52 in ein nicht dargestelltes Motorgehäuse eingesetzt, wobei die Phasenanschluss- Kontakte 84 beispielsweise durch den Lagerdeckel hindurch aus dem
Motorgehäuse hinaustreten, um bestromt zu werden. Das Abtriebsritzel 100 ist beispielsweise aus Stahl hergestellt und unmittelbar auf die Rotorwelle 99 aufgepresst. Da der Ringmagnet 98 relativ empfindlich auf mechanische und thermische Belastung reagiert, gleicht der Zwischenring 105 die Spannungen zwischen dem Ritzel 100 und dem Ringmagneten 98 aus. Die elektrische Maschine 12 ist als elektronisch kommutierter Motor ausgebildet, bei dem über den Drehlagensensor 94 der richtige Kommutierungszeitpunkt erfasst wird, um die einzelnen Spulen 17 in geeigneter Weise nacheinander zu bestromen, um den Rotor 11 anzutreiben. Der Rotor 11 weist Permanentmagnete 24 auf, die hier innerhalb eines Rotorpakets 25 angeordnet sind. Dabei ist die Erstreckung der Permanentmagnete 24 in Umfangsrichtung 2 größer als in Radialrichtung 4.
Die Permanentmagnete 24 liegen in diesem Ausführungsbeispiel radial innerhalb des äußeren Umfangs des Rotors 11 und bilden somit sogenannte vergrabene Magnete 24. 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 Spulen 17, sowie die Ausbildung und Anzahl der Aufnahmetaschen 46 entsprechend variiert werden. Die Aufnahmetaschen 46 können unmittelbar in eine an den Statorgrundkörper
34 angespritzte Isolationsmaske oder in eine separat gefertigte Isolierlamelle 40 angeformt werden, die auf den Statorgrundkörper 14 aufgesetzt wird. Ebenso kann die Lage und Ausbildung der Schneid-Klemm-Elemente 70 und die Ausbildung der Phasenanschluss- Kontakte 85 den Anforderungen der elektrischen Maschine 12 und den Fertigungsmöglichkeiten angepasst werden.
Mittels der erfindungsgemäßen Verbindung der Leiterplatine mit den einzelnen Spulen 17 durch die Schneid-Klemm-Elemente 70 können durch entsprechende Designs der Leiterplatine 52 unterschiedliche Verschaltungen realisiert werden. Dabei kann die Ausbildung der Gabel 76 und der Pins 83 der Schneid- Klemm- Elemente 70 entsprechend angepasst werden. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für den Drehantrieb von Komponenten oder die Verstellung von Teilen im Kraftfahrzeug, insbesondere außerhalb der Fahrgastzelle, ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.

Claims

Stator (10) für eine elektrische Maschine (12), mit einem Statorgrundkörper (34), der radiale Statorzähne (14) zur Aufnahme von Spulen (17) einer elektrischen Wicklung (18) aufweist, und auf einer Stirnseite (39) des Statorgrundkörpers (34) eine Isolierlamelle (40) mit Aufnahmetaschen (46) für Schneid-Klemm-Elemente (70) aufweist, wobei die Spulen (17) mittels eines Wicklungsdraht (22) gewickelt sind, der in die Aufnahmetaschen (46) eingelegt ist, wobei Schneid-Klemm-Elemente (70) angeordnet sind, die mit einem Gabelkontakt (76) in die Aufnahmetaschen (46) axial eingreifen, um den Wicklungsdraht (22) elektrisch zu kontaktieren, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schneid-Klemm-Elemente (70) gegenüberliegend zu den Gabelkontakten (76) Pins (83) aufweisen, die direkt mit einer ringförmigen Elektronikplatine (52) elektrisch verbunden sind, wobei die Elektronikplatine (52) axial über der Isolierlamelle (40) angeordnet ist, um die elektrische Wicklung (18) zu bestromen.
Stator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Elektronikplatine (52) axial durchgehende Pin-Löcher (86) ausgebildet sind, durch die die Pins (83) axial hindurch ragen und mit der Elektronikplatine (52) verlötet werden - insbesondere auf der der Isolierlamelle (40) abgewandten Seite der Elektronikplatine (52).
Stator (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schneid-Klemm-Elemente (70) auf einem gleichen Radius angeordnet sind, der dem Radius entspricht, auf dem alle Aufnahmetaschen (46) angeordnet sind, und die Pins (83) auch alle auf einem gleichen Radius - insbesondere im radial äußeren Bereich der Elektronikplatine (52) - in die Elektronikplatine (52) eingreifen. Stator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Pins (83) einen Einpresskontakt (84) aufweisen, der in den Pin-Löchern (86) eingepresst ist, und insbesondere an den Schneid- Klemm- Elementen (70) ein axialer Anschlag ( 69) angeformt ist, an dem die Elektronikplatine (52) axial anliegt.
Stator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass auf der Elektronikplatine (52) kreisförmige
Leiterbahnen (53) ausgebildet sind, die einerseits mit den Pins (83) verbunden sind und andererseits mit Phasenanschluss- Kontakten (85) zur Stromversorgung des Stators (10).
Stator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass an der inneren radialen Seite der Elektronikplatine (52) ein Drehlagensensor (94) angeordnet ist, der mit einem Signalgeber (97) des Rotors (11) zusammenwirkt, wobei der Drehlagensensor (94) insbesondere als Magnetfeldsensor, vorzugsweise als ein Hallsenor oder GMX-Sensor, ausgebildet ist.
Stator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Rotor (11) über ein Lagerschild im Stator (10) gelagert ist und auf dem Rotor (11) ein Signalgeber (97) angeordnet ist, der insbesondere als Ringmagnet (98) ausgebildet ist, der vorzugsweise in Radialrichtung (4) magnetisierte Polsegmente aufweist.
Stator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass auf dem Rotor (11) ein Abtriebsritzel (100) angeordnet ist, das eine axiale Hülse (103) aufweist, auf der der Sensormagnet (97) angeordnet ist, wobei insbesondere zwischen der Hülse (103) und dem Sensormagnet (97) ein nicht magnetisch leitender Zwischenring (105) angeordnet ist, auf den der Ringmagnet (98) vorzugsweise aufgespritzt ist.
Stator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass mehrere - vorzugsweise jeweils vier - Spulen (17) elektrisch parallel zueinander zu einer Phase (26) verbunden sind, und die - vorzugsweise genau drei - Phasen (26) miteinander zu einer
Sternpunktschaltung oder einer Dreiecksschaltung verschaltet sind.
10. Stator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass alle Spulen (17) direkt nacheinander auf unmittelbar in Umfangsrichtung (2) benachbarte Statorzähne (14) mit einem
ununterbrochenen Wickeldraht (22) durchgewickelt sind - insbesondere mittels Nadelwickeln - wobei zwischen jeder Spule (17) der Wicklungsdraht (22) durch eine Aufnahmetasche (46) geführt ist.
11. Stator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Statorgrundkörper (34) aus einzelnen
Blechlamellen (36) gestapelt ist, die einen geschlossenen Jochring (38) und daran angeformte radiale Statorzähne (14) aufweisen, wobei insbesondere die einzelnen Blechlamellen (36) in Umfangsrichtung (2) verdreht zueinander angeordnet sind, so dass die Statorzähne (14) in Umfangsrichtung (2) verschränkt ausgebildet sind.
12. Stator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Aufnahmetaschen (46) zwei sich in
Umfangsrichtung (2) erstreckende radiale Wände (61, 62) aufweisen, in denen ein radialer Durchbruch (64) als axial nach oben offener Schlitz (63) ausgebildet ist, in den der Wicklungsdraht (22) eingelegt ist, wobei die Schneid- Klemm- Elemente (70) in Umfangsrichtung (2) breiter sind als in Radialrichtung (4) und mittig zur Umfangsrichtung (2) ein Gabelkontakt (76) mit Schneidkanten (75) bilden, die axial über den Wickeldraht (22) geschoben sind, um in diesen einzuschneiden und dadurch einen
elektrischen Kontakt auszubilden, wobei sich Außenseiten (77) der Schneid- Klemm- Elemente (70) in den Aufnahmetaschen (46) - vorzugsweise mittels Rastnasen (72) - festklemmen.
13. Elektrische Maschine (12) mit einem Stator (10) nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (10) in ein
zylindrischen Motorgehäuse eingefügt ist, wobei der Rotor (11) über
Lagerschilde des Motorgehäuses innerhalb des Stators (10) gelagert ist, und insbesondere auf der Elektronikplatine (52) alle elektronischen Bauelemente (91) zur Ansteuerung der Phasen (26) angeordnet sind.
14. Verfahren zum Herstellen eines Stators (10) nach einem der vorherigen Ansprüchen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
eine Isolierlamelle (40) wird axial auf eine Stirnseite (39) der Statorzähne (14) gefügt
danach werden auf die Statorzähne (14) Spulen (17) gewickelt, wobei nach jedem Wickeln einer Spule (17) der Wicklungsdraht (22) radial durch eine Aufnahmetasche (46) für ein Schneid- Klemm- Element (70) geführt wird
separat gefertigte Schneid- Klemm- Elemente (70) axial in die
Aufnahmetaschen (46) eingedrückt werden, um den Wicklungsdraht (22) elektrisch zu kontaktieren
eine Elektronikplatine (52) axial auf Pins (83) gefügt wird, die sich von den Schneid- Klemm- Elementen (70) in Axialrichtung (3) erstrecken, wobei auf der Elektronikplatine (52) Leiterbahnen (53) ausgeformt sind, die die einzelnen Spulen (17) elektrisch miteinander zu elektrischen Phasen (26) verschalten.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
In dem Stator (10) ein Rotor (11) gelagert wird, der als Signalgeber (97) einen Sensormagneten (98) aufweist, der radial unmittelbar gegenüber einem Magnetfeldsensor (94) angeordnet wird, der an einem radial inneren Bereich der ringförmigen Elektronikplatine (52) angeordnet ist.
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