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Die Erfindung bezieht sich auf die verschaltungsplatte für einen Stator einer elektrischen Maschine, sowie auf eine elektrische Maschine und auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Stators nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Mit der
DE 10 2012 224 153 A1 ist ein Stator einer elektrische Maschine bekannt geworden, bei dem axial auf ein Blechlamellenpaket eine Isolierlamelle und eine Verschaltungsscheibe angeordnet sind. Der Stator ist beispielsweise mittels Nadel-Wickeln bewickelt, wobei die einzelnen Teilspulen mittels Verbindungsdrähten am äußeren Umfang der Verschaltungsscheibe miteinander verbunden sind. Bei einem solchen Stator werden die Phasenanschlüsse für die Spulen beispielsweise mittels eines flexiblen Kabels aus dem Stator herausgeführt und mit einem räumlich getrennt angeordneten Steuergerät des Elektromotors verbunden. Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine günstige Kontaktierung der Statorspulen mit einer direkt axial über dem Stator angeordneten Elektronikeinheit mit einer kundenseitig vorgegebenen Elektronik-Schnittstellte zu schaffen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass durch die Ausbildung der Leiterelemente mit einem abgeflachten Befestigungsabschnitt dieser zuverlässig mit dem runden Verbindungsdraht kontaktiert werden kann. Durch die ebenen Außenflächen des Endes des Leiterelements kann dieses mit einer definierten Anlagefläche um den runden Verbindungsdraht geschlungen werden, und andererseits Elektroden definiert an die äußere Anlagefläche dieser Schlinge angelegt werden. Dadurch ist ein reproduzierbarer Stromfluss durch die Elektroden zu der Schlinge gewährleistet und ebenfalls ein flächigere Anlage der Schlinge an den Verbindungsdraht, damit beim Hot-Stacking-Schweißverfahren ein zuverlässiger elektrischer Kontakt entsteht, bei dem der Isolierlack des Verbindungsdrahts ausreichend entfernt wird. Die abgeflachten Befestigungsabschnitte können fertigungstechnisch günstig durch einen näherungsweise rechteckigen Drahtquerschnitt – mit insbesondere zwei parallelen gegenüberliegenden Außenflächen – hergestellt werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Ist von der kundenseitigen Elektronik-Schnittstelle als Anschluss-Stecker ein runder Draht-Pin erforderlich, ist es von besonderem Vorteil, wenn das einstückige Leiterelement von einem runden Drahtquerschnitt am Anschluss-Stecker in den abgeflachten Drahtquerschnitt mit den ebenen Außenflächen am Befestigungsabschnitt übergeht.
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Der befestigungsabschnitt für den Verbindungsdraht ist etwa rechtwinklig von einem Mittelabschnitt des Leiterelements radial nach außen umgebogen und weist vorteilhaft erst nach diesem Biegebereich einen abgeflachten Querschnitt auf. Dadurch lässt sich der Mittelabschnitt und die abgewinkelten Anschluss-Stecker leichter entsprechend der Bahn auf der Verschaltungsplatte biegen und mittels Clipsverbindungen auf dieser fixieren.
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Besonders einfach kann der abgeflachte Drahtquerschnitt mittels zweier gegenüberliegender Stempel- oder Walzwerkzeugen hergestellt werden, wodurch bei dieser Kaltumformung die Querschnittsfläche über die Drahtlänge näherungsweise konstant bleibt. Dadurch weisen die Leiterelemente über deren gesamten Länge gleichbleiben gute elektrische Leitungseigenschaften auf.
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Die Mittelabschnitte der Leiterelemente erstrecken sich ringförmig in einer Ebene entlang dem geschlossenen Ring der Verschaltungsplatte und stützen sich axial an diesem Ring ab. Die Anschluss-Stecker sind dann axial abgewinkelt und werden in axialen Führungskanälen der sich axial erstreckenden Halteelemente geführt, wobei deren Enden die Draht-Pins für die Verbindungs-Stecker bilden. Am gegenüberliegenden Ende der Leiterelemente sind dann die abgeflachten als Schleifen ausgebildete Befestigungsabschnitte radial nach außen abgewinkelt.
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Besonders günstig ist es, wenn immer zwei Anschluss-Stecker in einem gemeinsamen Halteelement geführt werden, so dass bei sechs Anschluss-Steckern nur drei axiale Fortsätze als Halteelemente gebildet sind. Dabei sind die beiden benachbart angeordneten Anschluss-Stecker durch die Kunststoffführungen der Halteelemente elektrisch gegeneinander isoliert. Bei einem 12-zähnigen Stator werden so alle Teilspulen-Paare als sechs separate Phasen angesteuert, wobei auf dem Kunststoffring sechs separate Leiterelemente mit insgesamt sechs Anschluss-Steckern angeordnet sind. Die Halteelemente können vorteilhaft mittels einer separaten kundenspezifischen Abdeckplatte umhüllt werden, die dann die Steckersockel für den Anschluss an das Steuergerät mit den Verbindungs-Steckern bildet.
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Weiterhin verlaufen die Mittelteile der Leiterelemente radial versetzt auf axial unterschiedlichen Ebenen, so dass hier eine Berührung der Leiterelemente untereinander vermieden wird. Aufgrund der höheren Anordnung der inneren Leiterelemente können deren radial nach außen abgewinkelte Befestigungsabschnitte die Mittelteile der äußeren Mittelabschnitte überqueren, ohne diese zu kontaktieren.
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Vorteilhaft weist die Isolierlamelle einstückig an der Isolierlamelle ausgeformte Führungselemente auf, in die die Verbindungsdrähte zwischen den Teilspulen beim Bewickeln eingelegt werden. Damit sich die einzelnen Verbindungsdrähte nicht berühren sind diese auf axial unterschiedlichen Ebenen auf der Isolierlamelle angeordnet. Um den Verschaltungsaufwand der einzelnen Teilspulen zu minimieren, sind immer jeweils zwei geometrisch in Umfangsrichtung direkt nebeneinanderliegenden Teilspulen zu einem sogenannten Teilspulen-Paar verbunden, das beispielsweise bei einem 12-zähningen Stator jeweils eine vollständige Phase ausbildet. Besonders vorteilhaft werden dabei zwei unmittelbar benachbarte Teilspulen ununterbrochen zeitlich direkt nacheinander gewickelt, wodurch ein sehr kurzer Verbindungsdraht zwischen diesen beiden Teilspulen des Teilspulen-Paars gebildet wird.
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Diese kurze Verbindungsdrähte dieser Teilspulen-Paare sind besonders günstig alle in der axial obersten Ebene (maximal vom Statorkörper beabstandet) angeordnet, damit diese besonders leicht zugänglich sind für die Befestigungsabschnitte mit deren Schlingen. Dadurch ist an diesen Verbindungsdrähten genügend Freiraum für die Elektroden des Hot-Stacking-Verfahren vorhanden. Hierzu weisen die zylinderförmigen Führungselemente radiale Aussparungen auf, in denen die Verbindungsdrähte ganz frei ohne Anlage an ein Kunststoffbauteil verlaufen.
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Bei einem 12-Zahn-Stator werden mit einem ersten Wicklungsdraht sechs Statorzähne auf der radial ersten Statorhälfte gewickelt und zeitlich danach die restlichen sechs Statorzähne mit einem zweiten separaten Wicklungsdraht gewickelt. Dabei wird bevorzugt der Drahtanfang und das Drahtende eines einzigen Wicklungsstrangs in der Isolierlamelle parallel nebeneinander geordnet – insbesondere in entsprechende labyrinthförmige Aufnahmen der Isolierlamelle eingeklemmt, um diese zuverlässig zu fixieren – so dass diese beiden benachbarten Drähte gemeinsam elektrisch durch die Befestigungsabschnitte der Leiterelemente kontaktiert werden können – in gleicher Weise wie die einzelnen kurzen Verbindungsdrähte der durchgewickelten Teilspulen-Paare. Die Schlinge mit dem abgeflachten Drahtquerschnitt wird somit um einen oder zwei parallel verlaufende Verbindungsdrähte gelegt und mittels der Hot-Stacking-Elektroden radial zusammengedrückt.
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist einen Statorkörper auf, der aus einzelnen Blechlamellen aufgeschichtet ist, die zusammen ein Lamellenpaket ergeben. Dabei bilden jeweils alle Statorzähne mit dem äußeren Jochring des Stators jeweils eine einstückige in Umfangsrichtung geschlossene Statorlamelle. Auf zwei unmittelbar benachbarten Statorzähnen ist ein mit einem Verbindungsdraht verbundenes Teilspulen-Paar gewickelt, das jeweils über ein eigenes Leiterelement an mit dem Steuergerät verbunden ist. Der Strom fließt dabei über den Verbindungs-Stecker zum Draht-Pin über den Mittelabschnitt und den Befestigungsabschnitt zum Verbindungsdraht des Teilspulen-Paars.
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Beim erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird die Verschaltungsplatte axial mit deren Abstandshalter unmittelbar an die Stirnfläche des Statorkörpers angelegt, und die Leiterelemente danach mit den Verbindungsdrähten der Teilspulen-Paare elektrisch verbunden. Dazu werden die ebenen Außenflächen der Schlinge quer an die Verbindungsdrähte angelegt und zu einer zumindest näherungsweise geschlossenen Schlinge umgebogen und elektrisch kontaktiert.
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Beim Hot-Stacking-Verfahren werden die beiden Elektroden jeweils an die flachen radialen Außenflächen der Schlinge angelegt und radial in den radialen Durchbruch der Führungselement gedrückt. Während der Bestromung der Elektroden wird die Drahtisolation aufgeschmolzen und das Material der Schlinge verformt, so dass ein zuverlässiger elektrischer Kontakt zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Verbindungsdraht geschaffen wird.
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Nach der Montage und Kontaktierung der Verschaltungsplatte mit den Verbindungsdrähten kann der Statorkörper axial in ein Motorgehäuse montiert, beispielsweise eingepresst oder eingeklebt werden. Danach kann ein Lagerschild axial auf die Verschaltungsplatte gefügt werden, wobei das Lagerschild an den Stellen der Halteelemente entsprechende Durchbrüche hat, um die Steckersockel mit den Anschluss-Steckern aufzunehmen. Diese Durchbrüche im Lagerdeckel bilden dann die elektrischen Durchführungen vom Motorsteuergerät zur elektrischen Wicklung des Stators.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch ein erfindungsgemäßes Wickelschema
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2 eine erfindungsgemäße Verschaltung der einzelnen Phasen
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3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines gewickelten Stators mit Isolierlamelle
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4 eine entsprechende Draufsicht gemäß 3
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5 und 6 ein Ausführungsbeispiel gemäß 3 mit aufgesetzter Verschaltungsplatte und
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7 das Ausführungsbeispiel gemäß 5 mit einer Kundenabdeckplatte, und
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8 ein erfindungsgemäßes Leiterelement ohne Verschaltungsplatte, und
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9 schematisch das Hot-Stacking-Verbindungsverfahren.
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In 1 ist schematisch ein aufgeschnittener Stator 10 dargestellt, auf dessen Statorzähnen 14 das Wickelschema der erfindungsgemäßen elektrischen Wicklung 16 dargestellt ist. Der Stator 10 weist beispielsweise zwölf Statorzähne 14 auf, wobei auf jeden Statorzahn 14 jeweils immer genau eine Teilspule 18 gewickelt ist. Dabei sind jeweils zwei unmittelbar nebeneinander liegende Teilspulen 18 mittels eines kurzen Verbindungsdrahts 31 zu einem benachbarten Teilspulen-Paar 17 verbunden, die in dieser Ausführung jeweils eine eigene Phase 26 V1, U1, W1, V2, U2, W2 bilden. Dabei bilden die drei Phasen 26 V1, U1, W1 einen eigenen Wicklungsstrang 24, der aus einem separaten Wicklungsdraht 22 gewickelt ist. Die drei Phasen 26 V2, U2 und W2 bilden einen zweiten Wicklungsstrang 25, der aus einem separaten Wicklungsdraht 22 gewickelt ist und elektrisch gegenüber dem ersten Wicklungsstrang 24 isoliert ist, wie dies durch die Strichpunkt-Linie zwischen dem sechsten und siebten Statorzahn 14 dargestellt ist. Mit der elektrischen Wicklung 16 wird beispielsweise mit einem ersten Drahtanfang 28 am zweiten Statorzahn 14 begonnen und ein Verbindungsdraht 30 zum fünften Statorzahn 14 geführt. Unmittelbar nach dem fünften Statorzahn 14 wird der sechste Statorzahn 14 gewickelt, so dass das Teilspulen-Paar 17 mittels des kurzen Verbindungsdrahts 31 verbunden ist. Nach dem sechsten Statorzahn 14 wird der Wickeldraht 22 mittels des Verbindungsdrahts 30 zum dritten Statorzahn 14 geführt, um dort ein mittels des Verbindungsdrahts 31 verbundenes Teilspulenpaar 17 mit dem vierten Statorzahn 14 auszubilden. Vom vierten Statorzahn 14 wird der Wickeldraht 22 als Verbindungsdraht 30 zum ersten Statorzahn 14 geführt, wo das Drahtende 29 des ersten Wicklungsstranges 24 unmittelbar benachbart zum Drahtanfang 28 geordnet wird. Der zweite Wicklungsstrang 25 wird mit einem separaten Wicklungsdraht 22 entsprechend der Wicklung des ersten Wicklungsstranges 24 gewickelt, so dass weitere drei Teilspulenpaare 17 aus unmittelbar benachbarten angeordneten Teilspulen 18 entstehen, die mittels eines kurzen Verbindungsdrahts 31 verbunden sind. Der Drahtanfang 28 und das Drahtende 29 der beiden Wicklungsstränge 24, 25 sind jeweils elektrisch miteinander verbunden. So können sechs Phasen 26 separat voneinander angesteuert werden.
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Dies ist beispielsweise für eine Dreiecksschaltung in 2 gezeigt, bei der der erste Wicklungsstrang 24 mit den drei Phasen 26 V1, U1, W1 elektrisch komplett getrennt ist vom zweiten Wicklungsstrang 25 mit den drei Phasen 26 V2, U2, W2. Somit sind für je drei Phasen 26 zwei getrennte Dreiecksschaltungen realisiert. Dabei werden die sechs Phasen 26 (bestehend aus je einem Teilspulem-Paar 17) jeweils über die kurzen Verbindungsdrähte 31 bestromt, die jeweils zwischen zwei benachbart angeordneten Teilspulen 18 auf unmittelbar benachbart angeordneten Statorzähnen 14 angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel weist der Stator 10 insgesamt zwölf Statorzähne 14 auf. Es sind jedoch auch Ausführungen vorstellbar, bei denen jede der sechs Phasen 26 beispielsweise insgesamt drei oder vier Teilspulen 18 aufweist, die entsprechend auf 18 oder 24 Statorzähnen 14 gewickelt sind.
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In 3 ist nun eine räumliche Ansicht eines Stators 14 gezeigt, der entsprechend dem Wickelschema aus 1 gewickelt ist. Der Stator 14 weist einen Statorkörper 34 auf, der beispielsweise aus einzelnen Blechlamellen 36 zusammengesetzt ist. Der Statorkörper 34 umfasst dabei ein ringförmiges geschlossenes Rückschlussjoch 38, an dem radial nach innen die Statorzähne 14 angeformt sind. Im Inneren weist der Stator 14 eine kreisförmige Aussparung 37 auf, in die ein nicht dargestellter Rotor einfügbar ist, wie dies besser in 4 ersichtlich ist. Die Statorzähne 14 erstrecken sich in Radialrichtung 4 nach innen und in Axialrichtung 3 entlang der Rotorachse. Im Ausführungsbeispiel sind die Statorzähne 14 in Umfangsrichtung 2 verschränkt ausgebildet, um das Rastmoment des Elektromotors 12 zu verringern. Hierzu werden beispielsweise die Blechlamellen 36 in Umfangsrichtung 2 entsprechend gegeneinander verdreht. Bevor der Statorkörper 34 bewickelt wird, werden an beiden axialen Stirnseiten 39 Isolierlamellen 40 aufgesetzt, um den Wicklungsdraht 22 gegenüber dem Statorkörper 34 elektrisch zu isolieren. Zumindest eine der beiden Isolierlamellen 40 weist einen ringförmig geschlossenen Umfang 41 auf, von dem sich in Radialrichtung 4 Isolatorzähne 42 erstrecken, die die Stirnseiten 39 der Statorzähne 14 bedecken. Am ringförmigen Umfang 41 der Isolierlamelle 40 sind Führungselemente 44 ausgebildet, in denen die Verbindungsdrähte 30, 31 zwischen den Teilspulen 18 geführt werden. Hierzu sind beispielsweise am äußeren Umfang 41 Rillen 45 in Umfangsrichtung 2 ausgebildet, so dass die Verbindungsdrähte 30, 31 in axial versetzten Ebenen angeordnet sind, um ein Überkreuzen der Verbindungsdrähte 30, 31 zu verhindern. Die kurzen Verbindungsdrähte 31 zwischen den Teilspulen-Paaren 17 sind in der obersten axialen Ebene 32 angeordnet, wobei insbesondere alle sechs Verbindungsdrähte 31 für die Kontaktierung der Phasenanschlüsse alle in der gleichen axialen Ebene 32 verlaufen. Hierzu sind immer zwischen zwei Teilspulen 18 eines Teilspulen-Paares 17 zwei axiale Fortsätze 46 an der Isolierlamelle 40 ausgebildet, die durch einen dazwischenliegenden radialen Durchbruch 47 voneinander getrennt sind. Somit sind die kurzen Verbindungsdrähte 31 der Teilspulen-Paare 17 von allen Seiten frei zugänglich und liegen insbesondere im Bereich des radialen Durchbruches 47 nicht an der Isolierlamelle 40 an. Die beiden Drahtanfänge 28 und Drahtenden 29 sind in diesem Ausführungsbeispiel in einer Labyrinthanordnung 50 fixiert, die jeweils in Umfangsrichtung 2 unmittelbar benachbart zu den zwei axialen Fortsätzen 46 angeordnet sind, die durch den radialen Durchbruch 47 beabstandet sind. So ist in 3 ersichtlich, dass der Drahtanfang 28 des ersten Wicklungsstrangs 24 über den Umfangsbereich des radialen Durchbruchs 47 parallel und unmittelbar benachbart zum Drahtende 29 des ersten Wicklungsstrangs 24 verläuft. Dabei ist der Drahtanfang 28 in einer ersten Labyrinthanordnung 50 an einer Seite des radialen Durchbruchs 47, und das Drahtende 29 des ersten Wicklungsstrangs 24 in einer zweiten Labyrinthanordnung 50 in Umfangsrichtung gegenüberliegend zum radialen Durchbruch 47 angeordnet ist. Durch diese parallele Anordnung der kurzen Verbindungsdrähte 31 können diese in gleicher Weise wie die Verbindungsdrähte 31 der durchgewickelten Teilspulen-Paare 17 zum Zwecke der Phasenansteuerung elektrisch kontaktiert werden.
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In 4 ist ebenfalls gut ersichtlich, dass die beiden parallel verlaufenden Verbindungsdrähte 31 auf dem gleichen Radius angeordnet sind. Die freien Enden des Drahtanfangs 28 und des Drahtendes 29 enden direkt nach den entsprechenden Labyrinthanordnungen 50, so dass sie radial nicht über die Verbindungsdrähte 30, 31 überstehen. Die Verbindungsdrähte 30, 31 verlaufen alle in Umfangsrichtung 2 entlang den Führungselementen 44 und liegen radial außerhalb der auf den Statorzähnen 14 gewickelten Teilspulen 18. In 4 sind die beiden Motorhälften 11, 13 schematisch ebenfalls durch die strichpunktierte Linie getrennt, wobei die linke Motorhälfte 11 elektrisch von der rechten Motorhälfte 13 isoliert ist. Die elektrische Wicklung 16 wird beispielsweise mittels Nadelwickeln gefertigt, wobei die Verbindungsdrähte 30, 31 zwischen den Teilspulen 18 mittels eines Wickelkopfs radial nach außen geführt und in den Führungselementen 44 abgelegt werden können. Bei dieser Ausführung sind alle Verbindungsdrähte 30, 31 axial auf einer Seite des Statorkörpers 34 angeordnet. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführung ist es auch möglich einen Teil der Verbindungsdrähte 30, 31 auf die axial gegenüberliegende Seite des Stators 14 zu verlegen. Dabei können beispielsweise die kurzen Verbindungsdrähte 31 zur Kontaktierung der Phasenansteuerung in einer ersten Isolierlamelle 40 angeordnet werden, und die anderen Verbindungsdrähte 30, die die verschiedenen Teilspulenpaare 17 jeweils miteinander verbinden, auf der axial gegenüberliegend angeordneten Isolierlamelle 40 geführt werden.
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In 5 ist auf die Ausführung des Stators 10 gemäß 3 eine Verschaltungsplatte 52 aufgesetzt, mittels der die elektrische Wicklung 16 angesteuert wird. Hierfür weist die Verschaltungsplatte 52 Anschluss-Stecker 54 auf, auf die kundenspezifische Verbindungs-Stecker 56 eines Steuergeräts gefügt werden können. Bei dieser Ausführung sind genau sechs Anschluss-Stecker 54 angeordnet, die jeweils mit einer Phase 26 der elektrischen Wicklung 16 elektrisch verbunden sind. Dabei wird hier jede Phase 26 durch genau ein Teilspulen-Paar 17 gebildet, so dass die sechs Anschluss-Stecker 54 mit genau sechs Verbindungsdrähten 31 von benachbarten Teilspulen-Paaren 17 kontaktiert sind. Die Verschaltungsplatte 52 weist hierzu genau sechs Leiterelemente 58 auf, die an einer axialen Abwinkelung 100 die Anschluss-Stecker 54 aufweisen, und am anderen Ende 67 einen Befestigungsabschnitt 60, der mit den Verbindungsdrähten 31 verbunden – beispielsweise verschweißt – ist. Die Verschaltungsplatte 52 weist einen Kunststoffkörper 62 auf, der als geschlossener Ring 61 ausgebildet ist, durch den der Rotor in den Stator 10 eingefügt werden kann. An dem Kunststoffkörper 62 sind einstückig Halteelemente 63 angeformt, die sich in Axialrichtung 3 vom Statorkörper 34 weg erstrecken. Die Leitelemente 58 erstrecken sich in Umfangsrichtung 2 entlang des Kunststoffkörpers 62, wobei die abgewinkelten Anschluss-Stecker 54 innerhalb von Führungskanälen 99 der Halteelemente 63 in Axialrichtung 3 geführt werden. Am anderen Ende 67 weisen die Leiterelemente 58 einen an einem Biegebereich 70 radial abstehenden Befestigungsabschnitt 60 auf, dessen freies Ende als Schlinge 64 ausgebildet ist, die die Verbindungsdrähte 31 umschließt. Dabei ist die Schlinge 64 aus einem Blechmaterial gebildet, dessen Querschnitt näherungsweise rechteckig ist. Im Ausführungsbeispiel sind die Leiterbereiche 57, die Anschluss-Stecker 54 und die Mittelabschnitte 78 als Runddraht gebildet, der an dem Biegebereich 70 in den abgeflachten – insbesondere rechteckförmigen – Querschnitt der Schlinge 64 übergeht. Das freie Ende des Befestigungsabschnitts 60 kann bei dessen Montage um den Verbindungsdraht 31 umgebogen werden. Nach dem Anordnen der offenen Schlinge 64 um den Verbindungsdraht 31 werden beispielsweise an beiden radial gegenüberliegenden ebenen Flächen 79 der Schlinge 64 mit dem rechteckförmigen Drahtquerschnitt Elektroden 71 angelegt, die in Radialrichtung 4 zusammengedrückt werden, während sie zum Verschweißen der Schlinge 64 mit dem Verbindungsdraht 31 bestromt werden. Hierbei wird der Isolierlack des Verbindungsdrahts 31 aufgeschmolzen, so dass es zu einem metallischen Stoffschluss zwischen dem Befestigungsabschnitt 60 und dem Verbindungsdraht 31 kommt. Die Schlinge 64 wird im Bereich des radialen Durchbruchs 47 um den Verbindungsdraht 31 gelegt, da in diesem Bereich kein Führungselement 44 zwischen dem Verbindungsdraht 31 und der Schlinge 64 angeordnet ist. Dadurch ist genügend Freiraum für das Anlegen der Elektroden 71 vorhanden, so dass ein freies Schenkelende 65 der Schlinge 64 gegen den Befestigungsabschnitt 60 gedrückt werden kann, wodurch die Schlinge 64 geschlossen wird. Dabei umschließt die Schlinge 64 je nach Teilspulen-Paar 17 nur einen einzigen Verbindungsdraht 31 oder gleichzeitig zwei parallel nebeneinander verlaufende Verbindungsdrähte 31, die aus dem Drahtanfang 28 und dem Drahtende 29 eines einzigen Wicklungsstrangs 24, 25 gebildet werden. Die Anschluss-Stecker 54 sind hier als Draht-Pins 55 ausgebildet, die mit ihrem freien axialen Ende 68 in einen korrespondierenden Verbindungs-Stecker 56 des Kunden – beispielsweise mittels einer Schneid-Klemm-Verbindung – eingefügt werden können. Der als Draht-Pin 55 ausgebildete Anschluss-Stecker 54 stützt sich axial mit der Abwinkelung 100 an dem Kunststoffring 62 als Axialanschlag 72 ab. Des Weiteren sind am Halteelement 63 eine erste Führungsfläche 74 und eine zweite Führungsfläche 75 ausgebildet, die den Anschluss-Stecker 54 in beide gegenüberliegenden Umfangsrichtungen 2 abstützen. Dadurch wird verhindert, dass die Anschluss-Stecker 54 beim Einfügen der Verbindungsstecker 56 in Umfangsrichtung 2 um- oder ausknicken, wodurch die axiale Toleranzen der Steckverbindung gewährleistet ist. Die erste Führungsfläche 74 und die zweite Führungsfläche 75 sind hier in die Führungskanäle 99 der Haltelemente 63 integriert ausgebildet. Die Leiterelemente 58 sind zumindest teilweise radial nebeneinander angeordnet, wodurch es notwendig ist, dass die Befestigungsabschnitte 60 der inneren Leiterelemente 58 die äußeren Leiterelemente 58 radial überqueren, um mit den Verbindungsdrähten 31 kontaktiert zu werden. Daher sind die radial inneren Leiterelemente 58 auf einer axial höheren Bahn 76 des Kunststoffkörpers 62 angeordnet, und die radial äußeren Leiterelemente 58 auf einer axial tiefer gelegenen Bahn 77. Dabei liegen die als runder Draht ausgebildeten Mittelabschnitte 78 der Leiterelemente 58 am Kunststoffkörper 62 an und sind beispielsweise mittels Clips-Elementen 48 mit diesem verbunden. Dazu sind beispielsweise am Kunststoffkörper 62 axiale zwei gegenüberliegende Rasthaken 49 ausgebildet, zwischen die der runde Draht der Leiterelemente 58 axial eingeclipst ist. Dabei sind die Rasthaken 49 bevorzugt einstückig mit dem Kunststoffkörper 62 mittels Spritzgießen hergestellt.
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Im Ausführungsbeispiel sind immer zwei Anschluss-Stecker 54 in einem gemeinsamen Halteelement 63 angeordnet, wobei die Halteelemente 63 jeweils zwei getrennte axiale Führungskanäle 99 für die Draht-Pins 55 aufweisen. Dadurch sind die Draht-Pins 55 in Umfangsrichtung 2 voneinander elektrisch getrennt angeordnet. Dabei bilden die Führungskanäle 99 jeweils die erste und zweite Führungsfläche 74, 75 für die jeweils anliegende Anschluss-Stecker 54. Die beiden Führungskanäle 99 sind durch eine Umfangswand 97 miteinander verbunden, und bilden somit zusammen die einteiligen Halteelemente 63 zur Aufnahme von jeweils zwei Draht-Pins 55. Im Bereich der Halteelemente 63 sind – diesen axial gegenüberliegend – Abstandshalter 84 angeformt, die die Verschaltungsplatte 52 axial gegenüber dem Statorkörper 34 abstützten. Im Ausführungsbeispiel der 5 und 6 weist genau ein Halteelement 63 beispielsweise einen unterschiedlichen axialen Querschnitt und/oder axiale Längenausdehnung auf, als die anderen beiden Halteelemente 63. Dadurch wird eine Verdrehsicherung geschaffen für einen nicht dargestellten Lagerdeckel, der axial mit entsprechend ausgeformten axialen Öffnungen auf die Halteelemente 63 gefügt wird. Der Lagerdeckel wird mittels eines Montagewerkzeugs auf die Halteelemente 63 gefügt, das sowohl die axialer Erstreckung der Halteelemente 63 und deren axialen Querschnitt ertasten kann. In dieser definierten Drehlage wird dann auch das Steuergerät mit den Verbindungs-Steckern mit den Anschluss-Steckern 54 kontaktiert. Die Haltelemente 63 greifen dabei in die Durchbrüche des Lagerdeckels ein und bilden somit eine Kunststoffisolierung der Draht-Pins 55 gegenüber dem Lagerdeckel. Axial gegenüberliegend zu den Halteelementen 63 sind axiale Abstandshalter 84 angeformt, die in Durchgangsöffnungen 108 in der Isolierlamelle 40 eingreifen. Die Abstandshalter 84 liegen unmittelbar an der Stirnfläche 39 des Statorkörpers 34 an, damit die Enden 68 der Draht-Pins 55 einen definierten Abstand zum Stator 10 und dem diesen umgebenden Motorgehäuses haben. Die Abstandshalter 84 sind über Stützstege 66 einstückig mit den Halteelementen 63 verbunden.
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6 zeigt, wie die beiden Draht-Pins 55 beidseitig an ihren Führungskanälen 99 anliegen. Im Bereich der axialen Abwinkelung 100 verläuft das Leiterelement 58 zuerst radial nach innen, wobei dieser Bereich an einem winkelförmigen Stützelement 73 anliegt und insbesondere unmittelbar benachbart mittels der Clipsverbindung 48 fixiert ist. Jeweils in entgegengesetzte Umfangsrichtungen 2 abgewinkelt schließt sich der jeweilige Mittelabschnitt 78 des Leiterelements 58 an, der ebenfalls als Runddraht ausgebildet ist. Da die radial nebeneinanderliegenden Leiterelemente 58 auf axial unterschiedlichen Bahnen 76, 77 angeordnet sind, berühren sich diese nicht, so dass sie elektrisch gegeneinander isoliert sind.
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In 7 ist der Stator 10 aus 5 und 6 mit einer Kundenabdeckplatte 51 abgedeckt, die axial über der Verschaltungsplatte 58 befestigt wird. Dabei deckt die Kundenabdeckplatte 51 die Leiterelemente 58 an ihren Mittelabschnitten 78 axial und radial ab. Die Kundenabdeckplatte 51 ist aus isolierendem Material vorzugsweise Kunststoff hergestellt, so dass die Mittelabschnitte 78 isoliert sind. Im Bereich der Halteelemente 63 weist die Kundenabdeckplatte 51 Abdeckkästen 53 auf, die die Führungskanäle 99 umschließen und axiale Löcher 105 zur Durchführung Draht-Pins 55 aufweisen. Somit stellen die Abdeckkästen 53 Steckersockel 103 für die Kontaktierung mit den Verbindungs-Steckern 56 dar. Zumindest einer der Abdeckkästen 53 weist einen von den anderen abweichend axialen Querschnitt auf, der mit dem entsprechenden axialen Durchbruch im Lagerdeckel korrespondiert. Die Verdrehsicherung für den Lagerdeckel kann daher auch ausschließlich durch die Abdeckkästen 53 der Kundenabdeckplatte 51 oder in Verbindung mit dem axialen Querschnitt der Halteelemente 63 realisiert werden. Durch das Ausformen der Drehsicherung direkt am Kunststoffkörper 62 kann die axiale Fertigungs- und Montagetoleranz der Kundenabdeckplatte 51 eliminiert werden. Zusätzlich kann durch diese Verdrehsicherung bei der Montage der Steuerelektronikeinheit eine definierte Drehlage des Stators 10 zum axial zu montierenden Steuergerät erzielt werden.
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In 8 ist ein Leiterelement 58 nochmals ohne Kunststoffkörper 62 der Verschaltungsplatte 52 dargestellt, um die Herstellung der Leiterelemente 58 zu veranschaulichen. Das Ausgangsmaterial ist ein Draht mit einem näherungsweisen runden Drahtdurchmesser, der entsprechend dem Verlauf auf der Verschaltungsplatte 52 gebogen oder abgeknickt wird. Die Draht-Pins 55 werden an den Abwinkelungen 100 axial um etwa 90° umgebogen, die Mittelabschnitte 78 verlaufen entlang der nicht dargestellten Verschaltungsplatte 52. Die Befestigungsbereiche 60 sind in einem Biegebereich 70 radial nach außen umgebogen und weisen die offene Schlinge 64 mit dem freien Schenkel 65 auf der nach der Montage auf die Drahtverbindung 31 zu einer geschlossenen Schleife 64 zugebogen wird, wie dies in 9 dargestellt ist. Ab dem Biegebereich 70 ist der ursprünglich runde Drahtdurchmesser abgeflacht, so dass der Querschnitt zwei ebene, etwa parallel zueinander sich erstreckende Außenflächen 79 aufweist. Im Ausführungsbeispiel ist der Draht im Befestigungsabschnitt 60 näherungsweise zu einem etwa rechteckförmigen Querschnitt umgeformt. Dies erfolgt bevorzugt durch plastische Kaltumformung des Drahts mittels zwei gegenüberliegenden Anpresswerkzeugen, bevor der Draht zu Schlinge 64 umgebogen wird. Dadurch ist die gesamte Schlinge 64 mit dem etwa rechteckförmigen Querschnitt ausgebildet. Dadurch können die Elektroden 71 beim Hot-Stacking, bzw. Schweißverfahren an den ebenen Flächen 79 der Schlinge 64 angelegt werden, und dadurch der freie Schenkel 65 zuverlässiger gegen den gegenüberliegenden Bereich der Schlinge 64 gepresst werden. Die Elektroden 71 liegen dabei an zwei gegenüberliegenden näherungsweise parallelen äußeren Flächen 79 der Schlinge 64, wodurch diese definiert zusammengedrückt werden können. Dabei wird der Verbindungsdraht 31 von der Schlinge 64 umschlossen und dessen Isolierlack beim Schweißen aufgeschmolzen. Dabei entsteht eine feste elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Verbindungsdraht 31 und der Schlinge 64.
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In 9 ist das Hot-Stacking-Fertigungsverfahren für die Kontaktierung der Leiterelemente 58 mit den Verbindungsdrähten 31 dargestellt. Die zuerst noch offene Schlinge 64 wird um den Verbindungsdraht 31 gelegt. Im Falle des Teilspulen-Paares 17, das sich aus der zuerst und zuletzt gewickelten Teilspule 18 eines Wicklungsstrangs 24, 25 zusammensetzt, wird die Schlinge 64 um die parallel zueinander verlaufenden Verbindungsdrähte 31 des Drahtanfang 28 und des Drahtendes 29 gelegt. Dann werden die Elektroden 71 an die äußeren ebenen Flächen 79 der Schlinge 64 angelegt, radial zusammengedrückt und bestromt. Dabei wird die Leiterschleife 64 näherungsweise um die Verbindungsdrähte 31 geschlossen, da in dem radialen Durchbruch 47 der Isolierlamelle 40 keine störenden Führungselemente 44 im Wege stehen. Der Befestigungsbereich 60 ist mittels der Clipsverbindung 48 an der Verschaltungsplatte 52 fixiert. Über die Verbindungs-Stecker 56 wird die elektrische Wicklung 16 mit einem Steuergerät kontaktiert, in dem beispielsweise die Verschaltung nach 2 realisiert werden kann, wobei die sechs Befestigungsabschnitte 60 mit den jeweiligen Schlingen 64 die sechs Phasen 26 V1, U1, W1. V2, U2, W2 entsprechend dem Wickelschema der 1 über die jeweiligen Draht-Pins 55 bestromen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012224153 A1 [0002]
