DE102017205532A1 - Stator of an electrical machine, an electric machine, and method for producing such - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Stator (16) einer elektrischen Maschine (10), eine elektrische Maschine (10), sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen, insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit einem Polgehäuse (15), an dessen Innenwand (115) elektrische Spulen (17) tragende Wicklungsträger (36) anliegen, wobei die Wicklungsträger (36) einen Statorzahn (120) aufweisen, der an einem Jochelement (118) angeformt ist, das radial an der Innenwand (115) anliegt, und auf dem Wicklungsträger(36) eine Isolationsmaske (61) angeordnet ist, die die elektrische Spule (17) gegenüber dem Wicklungsträger (36) isoliert, und die Isolationsmaske (61) sich mit einem axialen Fortsatz (102) axial über das Jochelement (118) hinaus erstreckt, wobei der axiale Fortsatz (102) mit einem in Umfangsrichtung (2) verlaufenden Bund (108) (108) radial an der Innenwand (115) des Polgehäuses (15) anliegt. The invention relates to a stator (16) of an electric machine (10), an electric machine (10), and a method for producing such, in particular for adjusting moving parts in the motor vehicle, with a pole housing (15) on its inner wall (115 ) carrying electrical coils (17) supporting winding support (36), wherein the winding support (36) have a stator tooth (120) which is integrally formed on a yoke member (118) which bears radially on the inner wall (115), and on the winding support (36) an insulation mask (61) is arranged, which isolates the electrical coil (17) from the winding support (36), and the insulation mask (61) extends axially beyond the yoke element (118) with an axial extension (102), wherein the axial extension (102) with a in the circumferential direction (2) extending collar (108) (108) bears radially on the inner wall (115) of the pole housing (15).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Maschine, eine elektrische Maschine, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a stator of an electric machine, an electric machine, and a method for producing such according to the preamble of the independent claims.
Mit der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Stator, die erfindungsgemäße elektrische Maschine, sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer solchen Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass durch das Anformen von Sicherungselementen an die Verschaltungsplatte, die sich in Radialrichtung erstrecken, eine zuverlässige Verdrehsicherung der Verschaltungsplatte realisiert werden kann. Dabei greifen die radialen Sicherungsselemente in entsprechende radiale Sicherungselementaufnahmen, die als Aussparung in Radialrichtung ausgebildet sind. Dabei kann der sowieso zur Verfügung stehende radiale Bauraum für die Verdrehsicherung genutzt werden, ohne dass zusätzlich in Axialrichtung weiterer Bauraum für die Verdrehsicherung notwendig ist. Durch den Formschluss zwischen der Verschaltungsplatte und dem Stator bezüglich der Umfangsrichtung kann die Verschaltungsplatte auch während deren elektrischer Kontaktierung mit den Spulen zuverlässig fixiert werden. Dadurch können beispielweise Schweißzangen sehr definiert an Befestigungsabschnitten der Verschaltungsplatte angelegt werden, so dass ein sehr zuverlässiger elektrischer Kontakt zwischen der Verschaltungsplatte und en Spulen erzeugt wird. Eine solche Kontaktierung der Verschaltungsplatte hat den Vorteil, dass eine solche elektrische Maschine auch bei extremen Temperaturschwankungen und äußeren Erschütterungen, beispielweise im Kraftfahrzeug, eingesetzt werden kann.The stator according to the invention, the electric machine according to the invention, as well as the inventive method for producing such a machine with the features of the independent claims have the advantage that realized by the molding of securing elements to the wiring plate, which extend in the radial direction, a reliable rotation of the wiring board can be. In this case, the radial securing elements engage in corresponding radial securing element receptacles, which are formed as a recess in the radial direction. In this case, the anyway available radial space for the rotation can be used without additional additional space in the axial direction for the rotation is necessary. Due to the form fit between the wiring plate and the stator with respect to the circumferential direction, the wiring plate can be reliably fixed even during their electrical contact with the coil. As a result, for example, welding guns can be very defined applied to mounting portions of the wiring board, so that a very reliable electrical contact between the wiring board and en coils is generated. Such a contacting of the circuit board has the advantage that such an electrical machine can be used even in extreme temperature fluctuations and external shocks, for example in the motor vehicle.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den abhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. So werden die Sicherungselementaufnahmen bevorzugt an der Isolationsmaske des Stators ausgeformt. Da in Umfangsrichtung zwischen den einzelnen Spulen fertigungsbedingt ein gewisser Abstand ausgebildet ist, kann dieser für die Ausformung der Sicherungselementaufnahmen genutzt werden, ohne dass zusätzlicher Bauraum beansprucht wird. Alternativ können die Sicherungselementaufnahmen jedoch auch direkt an der Innenwand des Poltopfes als Materialausnehmungen ausgebildet sein.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the given in the dependent claims embodiments are possible. Thus, the securing element receptacles are preferably formed on the insulating mask of the stator. Since a certain distance is formed in the circumferential direction between the individual coils due to production, this can be used for the formation of the fuse element receptacles, without additional space is claimed. Alternatively, however, the securing element receptacles can also be formed directly on the inner wall of the pole pot as Materialausnehmungen.
In einer bevorzugten Ausführung weist der Stator über den Umfang mehrere Statorzähne auf, auf denen jeweils eine Einzelspule gewickelt ist. Dabei ist zwischen den Blechlamellen des Statorzahns und der Spule auf jedem Statorzahn eine Isolationsmaske angeordnet, auf die der Spulendraht direkt aufgewickelt wird. Die Isolationsmaske des Statorzahns weist einen axialen Fortsatz auf, an dem beispielsweise die Spulendrahtenden fixiert und/oder zur nächsten Spule weitergeleitet werden. Diese axialen Fortsätze können derart ausgebildet werden, dass sie Sicherungselementaufnahmen ausbilden, ohne dass hierfür zusätzlicher Bauraum oder zusätzliche Fertigungsschritte notwendig wären. Besonders einfach können die Sicherungselementaufnahmen als radial durchgängige Spalte zwischen den einzelnen axialen Fortsätzen jedes Statorzahns ausgebildet werden. Dabei ist die Erstreckung der axialen Fortsätze in Umfangrichtung geringfügig geringer ausgebildet, als die Erstreckung in Umfangrichtung der jeweiligen Jochelemente der einzelnen Statorsegmente. Beispielsweise ist der Wicklungsträger des Stators aus einzelnen Winkelsegmenten mit jeweils genau einem Statorzahn zusammengesetzt, der sich jeweils von einem entsprechenden Jochelement radial nach innen erstreckt. Dabei wird auf jeden Statorzahn eine separate Isolationsmaske aufgesetzt, die sich beispielweise aus zwei Isolationsteilen zusammensetzt, die axial auf den jeweiligen Statorzahn aufschiebbar sind. Beim Zusammensetzen der einzelnen Winkelsegmente bleibt hierbei zwischen den einzelnen axialen Fortsätzen in Umfangsrichtung ein Spalt, der als Sicherungselementaufnahme ausgebildet ist.In a preferred embodiment, the stator has a plurality of stator teeth over the circumference, on each of which an individual coil is wound. In this case, an insulation mask is arranged between the laminations of the stator tooth and the coil on each stator tooth, on which the coil wire is wound directly. The insulation mask of the stator tooth has an axial projection on which, for example, the coil wire ends are fixed and / or forwarded to the next coil. These axial extensions can be formed such that they form securing element receptacles, without requiring additional space or additional manufacturing steps would be necessary. The securing element receptacles can be formed in a particularly simple manner as a radially continuous gap between the individual axial extensions of each stator tooth. The extent of the axial extensions in the circumferential direction is slightly smaller than the extent in the circumferential direction of the respective yoke elements of the individual stator segments. For example, the winding support of the stator is composed of individual angle segments, each with exactly one stator tooth, which extends in each case from a corresponding yoke element radially inwardly. In this case, a separate insulation mask is placed on each stator tooth, which is composed for example of two insulating parts, which are axially pushed onto the respective stator tooth. When assembling the individual angle segments in this case remains between the individual axial extensions in the circumferential direction, a gap which is formed as a fuse element holder.
An den Abstandshaltern der Verschaltungsplatte ist hierbei ein korrespondierendes Sicherungselement ausgebildet, das sich in Radialrichtung in die Spalte zwischen den benachbarten axialen Fortsätzen hinein erstreckt. Die Maße des Sicherungselements und der korrespondierenden Sicherungselementaufnahme in Umfangrichtung sind derart aufeinander abgestimmt, dass die Verschaltungsplatte spielfrei in Umfangsrichtung zwischen den axialen Fortsätzen fixiert ist. Stützt sich die Verschaltungsplatte über angeformte Abstandshalter, die sich in Axialrichtung erstrecken, an den Jochelementen ab, können an diesen axialen Abstandshaltern ohne fertigungstechnischen Mehraufwand direkt die radialen Sicherungselemente angeformt werden. Diese können beispielsweise mittels Kunststoffspritzgießen ausgebildet werden und sich über die gesamte axiale Länge der Abstandshalter erstrecken. Dadurch können die radialen Sicherungselemente in Umfangsrichtung sehr schmal ausgebildet werden, so dass diese in die schmalen Spalte zwischen den axialen Fortsätzen passen.At the spacers of the interconnection plate in this case a corresponding securing element is formed, which in the radial direction in the gaps between the adjacent axial Extends into extensions. The dimensions of the securing element and the corresponding securing element receptacle in the circumferential direction are matched to one another such that the interconnecting plate is fixed without play in the circumferential direction between the axial extensions. If the interconnection plate is supported on the yoke elements by means of integrally formed spacers which extend in the axial direction, the radial securing elements can be formed directly on these axial spacers without any additional manufacturing expense. These can be formed for example by means of plastic injection molding and extend over the entire axial length of the spacers. This allows the radial securing elements are formed in the circumferential direction very narrow, so that they fit into the narrow gaps between the axial extensions.
Die Verschaltungsplatte weist vorteilhaft einen ringförmigen Kunststoffkörper auf, indem die Leiterelemente eingespritzt sind. An der radialen Außenseite dieses Ringkörpers erstrecken sich die Abstandshalter in Axialrichtung zwischen dem Poltopfgehäuse und den Isoliermasken. Dadurch können die radialen Sicherungselemente in Radialrichtung sehr kurz ausgebildet werden, wodurch die Scherbeanspruchung der Sicherungselemente sehr gering gehalten werden kann.The circuit board advantageously has an annular plastic body by the conductor elements are injected. At the radial outside of this annular body, the spacers extend in the axial direction between the pole pot housing and the insulating masks. As a result, the radial securing elements in the radial direction can be made very short, whereby the shear stress of the securing elements can be kept very low.
In einem Schnitt quer zur Rotorachse weisen die Abstandshalter dann beispielweise einen L-förmigen oder T-förmigen Querschnitt auf, wobei sich der kürzere Steg als Sicherungselement in Axialrichtung erstreckt. Ein solcher kurzer radialer Steg kann beim normalen Spritzgießen der Verschaltungsplatte ohne Zusatzkosten an den Abstandshaltern ausgebildet werden.In a section transverse to the rotor axis, the spacers then have, for example, an L-shaped or T-shaped cross-section, with the shorter web extending as a securing element in the axial direction. Such a short radial web can be formed during normal injection molding of the wiring plate without additional costs to the spacers.
Für eine zuverlässige Verdrehsicherung zwischen der Verschaltungsplatte und dem Stator ist es beispielweise ausreichend, wenn lediglich nach jedem zweiten Statorzahn in Umfangsrichtung ein Sicherungselement in eine entsprechende Sicherungselementaufnahme eingreift. Weist der Stator beispielsweise 12 Statorzähne auf, sind vorzugsweise an der Verschaltungsplatte nur 6 Abstandshalter mit jeweils einem daran angeformten Sicherungselement ausgebildet. Bei dieser Ausführung wird nur jeder zweite Spalt zwischen den axialen Fortsätzen der Isoliermasken als Sicherungselementaufnahme genutzt.For a reliable rotation between the Verschaltungsplatte and the stator, it is sufficient, for example, if only after every second stator tooth in the circumferential direction, a securing element engages in a corresponding securing element receiving. If the stator has, for example, 12 stator teeth, only 6 spacers, each with a securing element formed on it, are preferably formed on the circuit board. In this embodiment, only every second gap between the axial extensions of the insulating masks is used as a fuse element receptacle.
Zur Ausbildung der elektrischen Kontaktierung zwischen den Spulen und dem Verschaltungselement ragen aus letzterem am äußeren Umfang Befestigungsabschnitte der Leiterelemente raus. Dabei werden die Drahtenden der Spulen zwischen den Abstandshaltern axial hindurchgeführt, um mit den Befestigungsabschnitten elektrisch verbunden zu werden. Dabei dienen die axialen Fortsätze der Isoliermasken zur Fixierung und zur Führung der Spulendrahtenden hin zu den Befestigungsabschnitten. Bevorzugt ist die Verdrehsicherung einem Stator ausgebildet, der sich aus Einzelzahnsegmenten zusammensetzt, die zuvor jeweils einzeln, oder beispielweise als Spulenpaar bewickelt werden. Nach dem Zusammensetzen der Einzelzahnsegmente sind zwischen den axialen Fortsätzen der jeweiligen Einzelzähne, Spalte als Sicherungselementaufnahmen ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführung berühren sich dabei die einzelnen Isoliermasken in Umfangsrichtung nicht. In einer alternativen Ausführung kann der Stator beispielweise auch als sogenannter Vollschnitt aus geschlossenen Blechringen mit daran angeformten Statorzähnen ausgebildet sein. Dabei kann eine über den Umfang geschlossene Isoliermaske auf beiden axialen Seiten aufgesetzt werden, in der ebenfalls radial verlaufende Spalte ausgeformt werden können, die als Sicherungselementaufnahme dienen.To form the electrical contact between the coil and the interconnection element protrude from the latter on the outer circumference mounting portions of the conductor elements out. At this time, the wire ends of the coils are axially passed between the spacers to be electrically connected to the mounting portions. The axial extensions of the insulating masks serve for fixing and guiding the coil wire ends towards the fastening sections. Preferably, the rotation against a stator is formed, which is composed of single tooth segments, each previously individually, or for example wound as a coil pair. After assembly of the single tooth segments are formed as securing element recordings between the axial extensions of the respective individual teeth, column. In a preferred embodiment, the individual insulating masks do not touch each other in the circumferential direction. In an alternative embodiment, the stator may for example also be designed as a so-called full section of closed sheet metal rings with stator teeth formed thereon. In this case, a closed over the circumference insulating mask can be placed on both axial sides, can also be formed in the radially extending column, which serve as a fuse element receiving.
In einer alternativen Ausführung erstrecken sich die Sicherungselemente radial von dem Abstandshalter nach außen zur Polgehäusewand hin. Dabei sind an der Innenseite des Polgehäuses entsprechende radiale Vertiefungen als Sicherungselementaufnahmen ausgebildet, in die hinein sich die radialen Sicherungselemente erstrecken. Solche Sicherungselementaufnahmen können fertigungstechnisch in einem Arbeitsgang mit dem Ausformen des Poltopfs hergestellt werden. Beispielsweise kann bei einem Tiefziehprozess an einen umlaufenden Bund innerhalb des Poltopfes radial verlaufende Nuten eingeprägt werden. Beim axialen Aufsetzen der Verschaltungsplatte auf die Wicklungsträger werden dann die radialen Sicherungselemente in Axialrichtung in die radialen Nuten eingefügt. Da die Wicklungsträger drehfest mit dem Polgehäuse verbunden sind, wird auch bei dieser Ausführung eine zuverlässige Verdrehsicherung zwischen der Verschaltungsplatte und den Spulen erzielt.In an alternative embodiment, the securing elements extend radially outward from the spacer towards the pole housing wall. In this case, corresponding radial depressions are formed on the inside of the pole housing as securing element receptacles into which the radial securing elements extend. Such securing element receptacles can be manufactured in a single operation with the shaping of the pole pot. For example, radially extending grooves can be embossed in a deep-drawing process to a circumferential collar within the pole pot. During axial placement of the wiring plate on the winding support then the radial securing elements are inserted in the axial direction in the radial grooves. Since the winding support rotatably connected to the pole housing, a reliable rotation between the interconnection plate and the coils is achieved in this embodiment.
Der erfindungsgemäße Stator wird in einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Elektromotor verwenden, bei der an der offenen Seite des Polgehäuses ein Steckergehäuse angeordnet ist, mit dem die elektrische Maschine mit Strom versorgt wird. Das Steckergehäuse weist an seiner Außenseite ein Anschlussstecker auf, dessen Pins elektrisch mit der Verschaltungsplatte verbunden sind. In solch einem Steckergehäuse kann vorteilhaft beispielweise eine Drehlagensensorik für den Rotor oder weitere Elektronikkomponenten - insbesondere ohne eine Leiterplatte - angeordnet werden. Das Abtriebselement der elektrischen Maschine ist hierbei auf der gegenüberliegenden Seite an einer Durchgangsöffnung im Poltopfboden angeordnet.The stator according to the invention is used in an electrical machine, in particular an electric motor, in which on the open side of the pole housing, a plug housing is arranged, with which the electric machine is supplied with power. The plug housing has on its outer side a connector, the pins are electrically connected to the wiring plate. In such a connector housing may advantageously, for example, a rotary position sensor for the rotor or other electronic components - in particular without a circuit board - are arranged. The output element of the electric machine is hereby arranged on the opposite side at a passage opening in the pole bottom.
Eine solche elektrische Maschine kann gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren vollständig in Axialrichtung montiert werden. Nachdem die Wicklungsträger mit den Spulen axial in den Poltopf eingesetzt und fixiert sind, wird anschließend die Verschaltungsplatte axial auf die Wicklungsträger aufgesetzt. Beim axialen Aufschieben der Verschaltungsplatte wird gleichzeitig die Verdrehsicherung zwischen der Verschaltungsplatte und den Isoliermasken und/oder dem Polgehäuse hergestellt. Durch diese Drehsicherung können die Drahtenden der Spulen, die sich in Axialrichtung zwischen dem Abstandshaltern erstrecken, zuverlässig mit den Leiterelementen der Verschaltungsplatte elektrisch verbunden werden. Dabei bedarf es weder für die Ausbildung der Sicherungselemente, noch der Sicherungselementaufnahmen zusätzlicher Fertigungsschritte. Such an electric machine can be mounted completely in the axial direction according to the manufacturing method according to the invention. After the winding carriers are axially inserted and fixed in the pole pot with the coils, the wiring plate is then placed axially on the winding support. When the circuit board is pushed axially, the rotation lock between the circuit board and the insulating masks and / or the pole housing is produced at the same time. As a result of this rotation lock, the wire ends of the coils, which extend in the axial direction between the spacers, can be reliably electrically connected to the conductor elements of the circuit board. It requires neither for the formation of the fuse elements, nor the fuse element receiving additional manufacturing steps.
Nach der elektrischen Verschaltung der Spulen mit der Verschaltungsplatte wird axial das Lagerschild auf den Poltopf aufgesetzt, um die Rotorwelle am offenen Ende des Poltopfes zu lagern. Anschließend wird auf das Lagerschild axial ein Steckergehäuse aufgesetzt, wobei dessen Steckerpins elektrisch mit der Verschaltungsplatte kontaktiert werden. Das Steckergehäuse wird beispielweise durch ein weiteres Metallgehäuse gehalten, das axial über das Steckergehäuse gestülpt wird, und mit dem Poltopf vorzugsweise verschweißt wird. Bei der axialen Montage des Lagerschildes und des Steckergehäuses wird gleichzeitig ein Formschluss zwischen dem Steckergehäuse oder dem Lagerschild und der Verschaltungsplatte ausgebildet, der ebenfalls eine Verdrehsicherung der Verschaltungsplatte gegenüber dem Stator ausbildet. Dabei wird das Lagerschild am äußeren Umfang drehfest mit der Polgehäusewand verbunden, beispielsweise in einen zylindrischen Absatz im Polgehäuse eingepresst.After the electrical connection of the coil with the wiring plate, the bearing plate is axially placed on the pole pot to support the rotor shaft at the open end of the pole pot. Subsequently, a plug housing is placed axially on the bearing plate, wherein the connector pins are electrically contacted with the wiring plate. The plug housing is held, for example, by a further metal housing, which is slipped over the connector housing axially, and is preferably welded to the pole pot. In the axial mounting of the bearing plate and the plug housing a form fit between the plug housing or the bearing plate and the interconnection plate is formed simultaneously, which also forms a rotation of the wiring plate relative to the stator. The bearing plate on the outer circumference rotatably connected to the Polgehäusewand, for example, pressed into a cylindrical shoulder in the pole housing.
Figurenlistelist of figures
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ausführungen der Beschreibung und der Zeichnungen, wie diese in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben sind. Es zeigt:
-
1 eine Ausführung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, -
2 . eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels im Schnitt, und -
3 eine Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels.
-
1 an embodiment of an electrical machine according to the invention, -
2 , a detailed view of another embodiment in section, and -
3 a partial view of another embodiment.
Axial oberhalb der Verschaltungsplatte
Oberhalb des Lagerschilds
Im Ausführungsbeispiel weist die Isolationsmaske
Am axial gegenüberliegenden Ende des Stators
In der Detailansicht gemäß
Die Verdrehsicherung der Verschaltungsplatte
In
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So bezieht sich die Erfindung sowohl auf die Verwendung von einzelner separat gewickelten Winkelsegmenten
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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