DE102017209896A1

DE102017209896A1 - Elektrische Maschinen mit Verschaltring sowie Verfahren zur Montage einer solchen

Info

Publication number: DE102017209896A1
Application number: DE102017209896.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Bäck; Nicolai Schmölzer
Original assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Current assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2018-12-13

Abstract

Elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator (1) stirnseitig einen Verschaltring (2) mit Kontaktnasen (3)aufweist und der Stator (1) und der Verschaltring (2) wenigstens an seiner Stirnseite (9) mit Kunststoff umspritzt sind, wobei der Verschaltring (2) Kontaktnasen (3) aufweist, die als elektrische Verbindungen und als mechanische Verliersicherung für Montagemittel dienen.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator stirnseitig einen Verschaltring mit Kontaktnasen aufweist und der Stator und der Verschaltring wenigstens an seiner stirnseitigen Oberfläche mit Kunststoff umspritzt sind.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine.
Stand der Technik
In modernen Kraftfahrzeugen finden elektrische Maschinen in Form von Elektromotoren und/oder Generatoren vielfach Anwendung. So werden beispielsweise Verdichter-Systeme vermittels Elektromotoren angetrieben, oder sie dienen der Initiierung der Aktuierung von Lamellenkupplungen, etc.
Bei einem z.B. nach Art eines Dreiphasenmotors (Drehstrommotors) ausgebildeten Elektromotors kann ein zugeordneter Stator in Sternschaltung (Y-Schaltung) und in Dreieckschaltung betrieben werden.
Zur Herstellung unterschiedlicher Schaltungen müssen jeweils den Einzelwicklungen zugeordnete Wicklungsenden in verschiedener Weise miteinander verbunden werden, was viel Handarbeit erfordert. Z.B. werden beim Motor nach der US 6 177 741 B1 , dessen Stator mit einer Sternschaltung versehen ist, entsprechende Enden lackierter Kupferdrähte durch Löt- oder Crimpverbindungen mit zugeordneten Bahnenden von flachen Leiterbahnen verbunden, die auf einer isolierenden Platte befestigt sind. Eine dieser Leiterbahnen dient als Sternpunktverbinder, und drei andere Leiterbahnen dienen als Anschlüsse für drei Phasen U, V und W.
Aus der DE102013111868 A1 ist ein Elektromotor bekannt, der Verschaltringe aufweist, die aus nichtleitendem Kunststoff hergestellt sind. Daran sind Kontaktelemente angebracht, die aus Metall bestehen und mit den Wicklungen der Statorkerne elektrisch verbunden sind.
Aus der WO 2007065929 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt, die ein kreisförmiges Verbindungsstück für die Anbindung der Statorwicklungen an die Leitungselektronik aufweist. Dabei werden nur die Kontaktbereiche in Form von Armen aus einer Isolierung nach außen geführt und liegen auch in einer gebogenen Form vor.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine einfache Kontaktierung des Stators zu erzielen, wobei auch die Montage der elektrischen Maschine optimiert ist.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator stirnseitig einen Verschaltring mit Kontaktnasen aufweist und der Stator und der Verschaltring wenigstens an seiner stirnseitigen Oberfläche mit Kunststoff umspritzt sind, wobei der Verschaltring Kontaktnasen aufweist, die als elektrische Verbindungen und als mechanische Verliersicherung für Montagemittel dienen.
Durch die Kombination von elektrischer Anbindung, und mechanischer Verlierersicherung wird eine optimierte und kostengünstige Lösung für die Kontaktierung und die Anbindung einer Platine hergestellt.
Vorteilhafterweise wird dafür die Umspritzung der Oberfläche des Stators mit Ausnehmungen für die Aufnahme von Montagemitteln hergestellt.
Es ist dabei von Vorteil, dass die Umspritzung der Oberfläche des Stators Rippen parallel zur Querachse der Kontakte Nasen aufweist.
Durch den Kunststoffspritzguss wird die Oberfläche des Stators mit Mitteln versehen, die für die weitere Anbindung und für die Kontaktierung der Platine genutzt werden können.
Es ist dabei von Vorteil, dass die Kontaktnasen gebogen mit Öffnungen auf den in den Ausnehmungen eingelegten Montagemitteln aufliegen und so federnde Verbindungen als auch Verlierersicherungen darstellen.
Die Ausnehmungen ermöglichen ein radiales Spiel sowie einen Höhenausgleich für die installierten Montagemittel, die im einfachsten Fall Muttern sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine weist folgende Schritte auf:

Umspritzen eines Stators mit Kunststoff unter Ausbildung von Ausnehmungen sowie Rippen,
Einlegen von Muttern,
Umbiegen der durch die Oberfläche des Kunststoffs ragenden Kontaktnasen,
Auflegen einer Platine,
Verschrauben der Platine durch die Öffnungen der Kontakte Nasen mit den Muttern.

Das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht die Herstellung und die Montage der elektrischen Maschine sowie die Anbindung der Elektronik auf einer Platine.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

1 zeigt eine schematische Darstellung der beispielhaften Ausführungsform in Aufsicht
2 zeigt eine Aufsicht nach weiteren Verfahrensschritten,
3 und 4 zeigen Schnittbilder des Ausführungbeispiels.

Der Stator 1 umfasst mehrere Statorsegmente und mehrere Statorwicklungen. Jeweils eine Statorwicklung wird auf jeweils einen Statorzahn eines Statorsegments gewickelt.
Der Stator 1 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist einen zentralen Hohlraum auf, in dem ein nicht dargestellter Rotor angeordnet ist.
In 1 ist eine Sicht auf eine stirnseitige Oberfläche 6 des Stators 1 dargestellt. Es ist die Stirnseite, die auch zur Installation der Elektronik verwendet werden soll. Der Stator wird zu Isolierung gegenüber elektrischen Einflüssen aber auch gegenüber Einflüssen der Umwelt mit Kunststoff komplett umspritzt. Für den Umspritzungsvorgang wird bereits ein Verschaltring 2, dessen Details in der Figur nicht sichtbar sind, eingesetzt. Der Verschaltring 2 wird dabei größtenteils bereits bei der Herstellung mit Kunststoff umspritzt. Ausgenommen sind Kontaktnasen 3, die parallel zur Längsachse A des Stators von der Oberfläche 6 nach außen ragen. Durch die parallele Anordnung der Kontaktnasen 3 zur Achse A ist die Entformung des Stators aus einem Kunststoff-Spritzgusswerkzeug vereinfacht. Die Kontaktnasen 3 sind mit dem Verschaltring 2 verbunden und stellen die Kontakte für die Phasen des Stators dar. Der Verschaltring 2 umgibt ein zentrales Rotorlager 4 zentrisch.
In die Oberfläche 6 des Stators sind Ausnehmungen 9 eingegossen, die als Aufnahme für Montagemittel, wie es beispielsweise Muttern 7 sind, dienen. Weiterhin weist die Oberfläche 6 Rippen 8 auf. Diese Rippen erstrecken sich parallel zu einer Querachse Q der Kontaktnasen 3. Sie sind in einem definierten Abstand D von den Kontaktnasen 3 angeordnet und weisen eine Höhe H auf. Die Kontaktnasen 3 selbst besitzen im Bereich ihrer abgerundeten Kontaktnasenspitze 3a jeweils eine Öffnung 5. Der Durchmesser der Öffnung ist dem Montagemittel, der Mutter oder der später zu montierenden Schraube angepasst. Dadurch, dass alle Montagevorkehrungen wie die Ausnehmungen 9 sowie die Rippen 8 auf der stirnseitigen Oberfläche dargestellt sind, kann ein einfaches Spritzgusswerkzeug eingesetzt werden. Idealerweise sind die zylinderförmigen Wände des Stators ganz glatt, Strukturen sind somit nur stirnseitig vorhanden.
Nach dem Umspritzen des Stators und der Ausbildung der Öffnungen 9 für die Muttern sowie der Rippen 8 und der Durchgänge für die Kontaktnasen 3, wird im nächsten Verfahrensschritt jeweils eine Mutter 7 in eine dafür vorgesehene Öffnung 9 eingelegt. Die eingelegten Muttern sind beweglich, um einen möglichen radialen Versatz der später zu montierende in Platine ausgleichen zu können. Nach dem Einlegen der Muttern werden die Kontaktnasen radial nach außen und nach unten gebogen. Dabei definieren die Rippen 8, genauer die Höhe H der Rippen sowie der Abstand D von den Kontaktnasen 3, den entsprechenden Biegeradius und somit die entsprechende Federstärke. Über das Umbiegen der Kontaktnasen bis zum Anliegen der Kontaktnasenfläche auf den Muttern 7 wird eine federnde Kontaktverbindung erzeugt.
In der 2 ist eine Ansicht auf die stirnseitige Oberfläche 6 des Stators dargestellt, nachdem die Kontaktzungen 3 über die Rippen 8 gebogen sind und die Öffnungen 5 konzentrisch oder nahezu konzentrisch zu den Muttern 7 liegen.
Durch das Umbiegen der Kontaktnasen werden zwei Funktionen erreicht: zum einen erlaubt das Umbiegen eine federnde Verbindung zwischen Stator, genauer der Statorwicklung und der Platine für die Leistungselektronik und die Ansteuerung, zum anderen ist eine mechanische Aufgabe erfüllt, nämlich eine Verlierersicherung für die Muttern 7 herzustellen.
In 3 ist ein Schnittbild des Stators nach 2 mit bereits umgebogenen Kontaktnasen dargestellt. Man erkennt, dass die Kontaktnase 3 die Mutter 7 sicher in der dafür vorgesehenen Öffnung 9 hält. Die Öffnung selbst nimmt die Mutter mit einer gewissen Toleranz auf, so dass sich die Mutter 7 entlang des Pfeils P1 radial verschieben kann. Auch ein Höhenausgleich der Mutter entlang des Pfeils P2 ist durch die federnde Kraft der Kontaktnase 3 möglich.
In 4 ist der weitere Aufbau der elektrischen Maschine dargestellt. Eine Platine 10 wird mit einer Schraube 11 auf der Oberfläche 6 verschraubt. Die Platine 10 ist über Hülsen 12 von der Kontaktnase 3 beabstandet angeordnet. Auf diese Weise gewinnt man den Bauraum für die Komponenten auf der Platine. Die Schraube 11 greift durch die Platine in Hülsen oder Einpresskontakte 12 ein und wird mit der Mutter 7 verschraubt. Die Schraubmomente, die bei der Montage der Schraube auftreten, werden von der Umspritzung der Oberfläche 6 des Stators, somit von den Wänden der Ausnehmung 9 aufgenommen.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Verschaltring
3: Kontaktnasen
3a: Kontaktnasenspitze
4: Rotorlager
5: Öffnung
6: Oberfläche
7: Mutter
8: Rippe
9: Ausnehmung
10: Platine
11: Schraube
12: Hülse / Einpressskontakt
A: Längsachse
Q: Querachse
D: Abstand
H: Höhe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6177741 B1 [0003]
DE 102013111868 A1 [0004]
WO 2007065929 A1 [0005]

Claims

Elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator (1) stirnseitig einen Verschaltring (2) mit Kontaktnasen (3) aufweist und der Stator (1) und der Verschaltring (2) wenigstens an seiner Stirnseite (9) mit Kunststoff umspritzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschaltring (2) Kontaktnasen (3) aufweist, die als elektrische Verbindungen und als mechanische Verliersicherung für Montagemittel dienen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umspritzung der Oberfläche (6) des Stators (1) Ausnehmungen (9) für die Aufnahme von Montagemitteln (7) aufweist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die Umspritzung der Oberfläche (6) des Stators (1) Rippen (8) parallel zur Querachse (Q) der Kontaktnasen aufweist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die Höhe (H) der Rippen (8) sowie der Abstand (D) zu den Kontaktnasen ein Maß für die Federwirkung der umgebogenen Kontaktnasen darstellen.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktnasen (3) gebogen mit Öffnungen (5) auf den in den Ausnehmungen (9) eingelegten Montagemitteln (7) aufliegen.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (9) ein radiales Spiel (P1) sowie ein Höhenausgleich (P2) für die installierten Montagemittel ermöglichen.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagemitteln Muttern (7) sind.
Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine nach den Ansprüchen 1-7 gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Umspritzen des Stators (1) mit Kunststoff und Ausbildung von Ausnehmungen (9) sowie Rippen (8), auf der Oberfläche (6), Einlegen von Montagemittel, wie Muttern (7), Umbiegen der durch die Oberfläche (6) des Kunststoffs ragenden Kontaktnasen (3), Auflegen einer Platine (10), Verschrauben der Platine (10) durch die Öffnungen (5) der Kontaktnasen mit den Muttern (7).