Die Erfindung betrifft eine Statoreinheit für eine elektrische Maschine, mit einem Statorträger, einem am Statorträger befestigten Stator mit Statorzähnen, an den Statorzähnen angeordneten konzentrierten Wicklungen, mindestens einem Verschal tungsring zum Verschalten der Wicklungen und einer den mindestens einen Verschal tungsring tragenden Trägereinrichtung.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende elektrische Maschine mit einem Rotor und einer derartigen Statoreinheit.

Elektrische Maschinen kommen in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen zum Einsatz. Als Beispiel ist der Einsatz solcher elektrischen Maschinen in Kraftfahrzeugen in Form elektrischer Hybridfahrzeuge sowie in rein elektrisch fahrenden Fahrzeugen zu nennen. Die elektrischen Maschinen können dabei als Antriebsmaschinen, bei spielsweise als Radnabenmotoren ausgebildet sein. Eine elektrische Maschine verfügt in der Regel über einen Stator und einen Rotor, die magnetisch interagieren. Für den Stator sind zur Bildung der Spulen unterschiedliche Wickeltechniken bekannt. Für eine besonders dichte und kompakte Wicklung wird die so genannte konzentrierte Wick lung verwendet. Bei dieser Wickeltechnik sind auf den einzelnen Statorzähnen einzel ne Wicklungen vorgesehen, was eine sehr hohe Packungsdichte ermöglicht, die be nachbarten Wicklungen liegen äußerst eng aneinander an. Eine in letzter Zeit ver mehrt eingesetzte elektrische Maschine ist die permanenterregte Synchronmaschinen (PSM). Eine solche permanenterregte Synchronmaschine besteht aus einem zu bestromenden Stator und einen permanenterregten Rotor. Die Statoreinheit besteht zumeist aus einem Stator mit (Draht-)Wicklungen, einem Statorträger, ein Verschal tungsring und einem Anschlussterminal zum Anschluss einer Leistungselektronik (LE). Andere elektrische Maschinen mit konzentrierten Wicklungen des Stators sind Asyn chronmaschine (ASM) und fremderregte Synchronmaschine (FSM). Elektrische Maschinen mit konzentrierten Wicklungen besitzen eine unterschiedliche Anzahl an Statorzähnen. In der Regel bilden drei aufeinanderfolgende Statorzähne ein Polpaar. Für elektrische Maschinen mit konzentrierter Wicklungsanordnung und Sternverschaltung beim Stator müssen die einzelnen Polpaare, also beispielsweise drei Zähne, miteinander gekoppelt/verbunden werden.

Bei in Serie hergestellten permanenterregten Synchronmaschinen (PSM), Asyn chronmaschinen (ASM) und fremderregten Synchronmaschinen (FSM) sind häufig die Verschaltungsringe direkt auf den Statoren (1 Blechpaket bei verteilter Wicklung pro x Einzelzähnen bei konzentrierter Wicklung) angelegt, positioniert und zentriert. Auf der Trägereinrichtung sind drei phasenbezogene Sammelschienen und gegebenenfalls eine Sternschiene aufgebaut. Von diesen drei Sammelschienen ausgehend wird über das Anschlussterminal der Anschluss zur Leistungselektronik aufgebaut. Im Folgen den sollen diese Schienen als Verschaltungsringe bezeichnet werden. Abweichend davon werden manchmal die Schienen in ihrer Gesamtheit als Verschaltungsring be zeichnet.

Das Dokument DE 102018 119831 A1 beschreibt eine elektrische Maschine mit ei ner Statoreinheit, die einen Statorträger, einen am Statorträger befestigten Stator mit Statorzähnen, an den Statorzähnen angeordnete konzentrierte Wicklungen, mindes tens einen Verschaltungsring zum Verschalten der Wicklungen und eine den mindes tens einen Verschaltungsring tragende ringförmige Trägereinrichtung aufweist. An der Trägereinrichtung ist auch ein Anschlussterminal für eine entsprechende Leistungs elektronik befestigt.

Es ist Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, durch die eine maschinenfeste Ausrichtung von dem mindestens einen Verschaltungsring, der Trägereinrichtung und/oder daran ausgerichteten Komponenten der elektrischen Maschine auf einfache Weise gewährleistet wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Statoreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprü- chen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.

Bei der erfindungsgemäßen Statoreinheit für eine elektrische Maschine, die einen Statorträger, einen am Statorträger befestigten Stator mit Statorzähnen, an den Statorzähnen angeordnete konzentrierte Wicklungen, mindestens einen Verschal tungsring zum Verschalten der Wicklungen und eine den mindestens einen Verschal tungsring tragenden Trägereinrichtung aufweist, ist vorgesehen, dass die Statoreinheit weiterhin eine mehrere Positionierelemente aufweisende Positionieranordnung zum Positionieren der Trägereinrichtung und/oder des Verschaltungsrings relativ zu dem Statorträger aufweist. Dabei sind die Positionierelemente bezüglich einer die Dreh achse der elektrischen Maschine bildenden Achse umfänglich verteilt jeweils zwischen Statorträger und Trägereinrichtung angeordnet. Der Statorträger wird fest im Gehäuse der elektrischen Maschine installiert, ist also maschinenfest. Über die Positionierano rdnung werden dann auch die Trägereinrichtung, der mindestens eine Verschaltungs ring und/oder weitere daran ausgerichtete Komponenten der elektrischen Maschine auf einfache Weise maschinenfest ausgerichtet. Über die Positionierelemente erfolgt gegebenenfalls auch eine Befestigung dieser Komponenten am Statorträger.

Mittels dieser Maßnahme ergibt sich ein vereinfachter und genauerer Verschaltungs- ring-Aufbau und gegebenenfalls eine verbesserte Positionierung von einem An schlussterminal zu einer Leistungselektronik.

Im Folgenden werden nun vorteilhafte Ausgestaltungen der Positionierelemente und deren Zusammenwirken mit Konturen des Statorträgers angegeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Posi tionierelemente (i) an der Trägereinrichtung angeordnet sind und Ausrichtestrukturen zum Zusammenwirken mit einer jeweiligen Kontur des Statorträgers aufweisen oder (ii) an dem Statorträger angeordnet sind und Ausrichtestrukturen zum Zusammenwir ken mit einer jeweiligen Kontur der Trägereinrichtung aufweisen.

Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Positionieranordnung derart ausgestaltet ist, dass das Zusammenwirken von Ausrichtestrukturen und Konturen ein axiales Ausrich- ten und/oder radiales Ausrichten und/oder umfängliches Ausrichten bezüglich der Achse bewirkt.

Im Zusammenhang mit der Ausgestaltung der Positionierelemente ist weiterhin bevor zugt vorgesehen, dass die Konturen oder die Ausrichtestrukturen Stufenstrukturen umfassen. Dabei bewirken die Stufenstrukturen insbesondere das axiale und radiale Ausrichten.

Im Zusammenhang mit der Ausgestaltung der Positionierelemente ist weiterhin bevor zugt vorgesehen, dass zumindest eine der Konturen und die mit ihr zusammenwir kende Ausrichtestruktur ein Vorsprungs-Ausnehmungs-Eingriffsystem bilden. Mit an deren Worten ist (a) in der Kontur eine Ausnehmung und in der Ausrichtestruktur ein in die Ausnehmung eingreifender Vorsprung vorgesehen oder (b) in der Ausrich testruktur eine Ausnehmung und in der Kontur ein in die Ausnehmung eingreifender Vorsprung vorgesehen.

Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Vorsprungs-Ausnehmungs- Eingriffsystem derart ausgestaltet ist, dass es das umfängliche Ausrichten bewirkt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Statorein heit ein Anschlussterminal mit einer der Zahl der Verschaltungsringe entsprechenden Anzahl von Anschlusselementen auf.

Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass über das Anschlussterminal die Position einer an das Anschlussterminal anschließbaren Leistungselektronik direkt oder indirekt festgelegt wird.

Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einem Rotor und einer einen Stator umfassenden Statoreinheit ist vorgesehen, dass diese Statoreinheit als vorste hend genannte Statoreinheit ausgestaltet ist. Weiterhin weist die elektrische Maschine in der Regel ein Gehäuse und die besagte Leistungselektronik auf.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfol- gend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

Fig. 1 : Komponenten einer Statoreinheit für eine elektrische Maschine gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung,

Fig. 2: Details eines Statorträgers, eines Stators und einer entsprechenden Verschal tungsanordnung der Statoreinheit in einer Schnittdarstellung,

Fig. 3: entsprechende Details im Bereich eines Positionierelements zum Positionieren der Verschaltungsanordnung relativ zum Statorträger in einer Schnittdarstel lung,

Fig. 4: die Details der Fig. 3 aus einer anderen Perspektive und

Fig. 5: Details eines anderen Positionierelements und seines Umfelds innerhalb der Statoreinheit.

Die Figur 1 zeigt Komponenten einer Statoreinheit 10 für eine elektrische Maschine, nämlich die Komponenten eines Stators 12 der elektrischen Maschine und Kompo nenten, die einen direkten Bezug zu diesem Stator 12 haben. Der Stator 12 weist ei nen ringförmigen Statorträger 14 und eine Vielzahl von umfänglich um eine die Dreh achse der elektrischen Maschine bildende Achse angeordneten Statorzähnen 16 auf, die von entsprechenden Wicklungen 18 umgeben und daher nicht unmittelbar sichtbar sind. Die Wicklungen 18 sind konzentrierte Wicklungen, sodass sich ein konzentrierter Wicklungsaufbau ergibt. Exemplarisch ist einer der Statorzähne 16 in der Schnittdar stellung der Figur 2 dargestellt.

Des Weiteren zeigt die Figur 1 eine Verschaltungsanordnung 20 zur elektrischen Ver schaltung der an den Statorzähnen 16 angeordneten Statorwicklungen 18 des Stators 12. Die Kontaktierungsanordnung 20 weist drei den einzelnen Phasen U, V, W zuge ordnete Verschaltungsringe 22 auf, die von einer als Kunststoffring ausgebildeten Trägereinrichtung 24 gehalten werden. Jeder der Verschaltungsringe 22 ist eine Art ringförmige Sammelschiene (engl.: Busbar). Die Verschaltungsanordnung 20 weist weiterhin ein Anschlussterminal 26 mit Anschlusselementen 28 auf, von denen hier in Figur 1 nur zwei von drei Anschlusselementen 28 gezeigt sind. Diese Anschlussele mente 26 werden oftmals auch als HV-Kontaktierungen bezeichnet. Über das An schlussterminal wird die Position einer an das Anschlussterminal 26 angeschlosse nen/anschließbaren Leistungselektronik festgelegt.

Die Verschaltungsanordnung 20 weist weiterhin eine Positionieranordnung 30 mit Po sitionierelementen 32 zum Positionieren der Trägereinrichtung 24 und/oder der Ver schaltungsringe 22 relativ zu dem Statorträger 14 auf. Die Positionierelemente 32 sind hier im gezeigten Beispiel an der Trägereinrichtung 24 angeordnet und sind im kon kreten Fall Teil der Trägereinrichtung 24. Eines dieser Positionierelemente 32 ist in Figur 1 gezeigt. Detail zu der Positionieranordnung 30 und deren Positionierelemen ten 32 werden im Zusammenhang mit den Figuren 3 bis 5 diskutiert. Das fingerförmi ge Anschlusselement 26 ist über eine Gewindebuchse 34 mit der Trägereinrichtung 24 verbunden und kontaktiert über sein freies Ende 36 Kontakte 38 des entsprechen den Verschaltungsrings 22.

Die Figur 2 zeigt Details des Stators 12, des Statorträgers 14 und der entsprechenden Verschaltungsanordnung 20 der Statoreinheit 10 in einer Schnittdarstellung durch ei nen der Statorzähne 16. Neben diesem Statorzahn 16 ist auch ein Ansatz des die Statorzähne 16 tragenden Statorträgers 14 erkennbar. Die entsprechenden Wicklun gen 18 kontaktieren die Verschaltungsringe 22 mit ihren einen jeweiligen Phasenein gang bildenden Wicklungsenden elektrisch. Auf der anderen Seite der Trägereinrich tung 24 ist eines der Anschlusselemente 28 angeordnet.

Fig. 3 zeigt entsprechende Details im Bereich eines der Positionierelemente 32 zum Positionieren der Verschaltungsanordnung 20 relativ zum Statorträger 14 in einer Schnittdarstellung. Das Positionierelement 32 ist an einem Grundkörper der Träger einrichtung 24 angeordnet und weist eine Ausrichtestruktur 40 zum Zusammenwirken mit der Kontur 42 einer Kante des Statorträgers 14 auf. Die Trägereinrichtung 24 und die Positionierelemente 32 sind aus einem Stück oder anders ausgedrückt weist die Trägereinrichtung 24 die Positionierelemente 32 auf. Die Ausrichtestruktur 40 ist als Stufenstruktur 44 ausgebildet und stützt sich bezogen auf die Achse A radial uns axial an der Kontur 42 des Statorträgers 14 ab. Die Figur 4 zeigt die Details der Figur 3 aus einer anderen Perspektive. Dabei ist er kennbar, wie die Wicklungen 18 die Verschaltungsringe 22 mit Phaseneingänge bil denden Wicklungsenden 46 elektrisch kontaktieren. Die Ausrichtestruktur 40 des Posi tionierelements 32 der Trägereinrichtung 24 übergreift mit ihrer Stufenstruktur 44 die von Stirnfläche 46 und Innenradius 48 des Statorträgers 14 gebildete (Kanten-)Kontur 42. Die als Stufenstruktur 44 ausgebildete Ausrichtestruktur 40 stützt sich somit bezo gen auf die besagte Achse radial und axial an der Kontur 42 des Statorträgers 14 ab.

Die Figur 5 zeigt Details eines anderen Positionierelements 32 und seines Umfelds innerhalb der Statoreinheit 10. Dieses Positionierelement 32 ist eher nockenförmig.

Die Ausrichtestruktur 40 des Positionierelements 32 und die entsprechende Kontur 42 des Statorträgers sind etwas anders ausgestaltet. Die Kontur 42 wird von einer Aus nehmung 50 im Statorträger 14 und die Ausrichtestruktur 40 von einem in diese Aus nehmung 50 eingreifenden Vorsprung 52 geprägt. Zusammen bilden die Ausnehmung 50 und der in die Ausnehmung 50 eingreifende Vorsprung 52 ein Vorsprungs- Ausnehmungs-Eingriffsystem 54. Dieses Vorsprungs-Ausnehmungs-Eingriffsystem 54 ist nun so ausgestaltet, dass es ein umfängliches Ausrichten der Trägereinrichtung 24 relativ zu dem Statorträger 14 bezüglich der die Drehachse der elektrischen Maschine bildenden Achse bewirkt.

Im Folgenden sollen die wichtigsten Aspekte noch einmal kurz rekapituliert werden:

Die Trägereinrichtung 24 für den Verschaltungsring 22 wird mit ein gewissen Anzahl von fingerförmigen Positionierelementen 32 (kurz: Finger) am Außendurchmesser ge fertigt, wie die Figuren 1, 3 und 4 zeigen beziehungsweise mit nockenförmigen Positi onierelementen 32 (kurz: Nocken), wie in Figur 5 gezeigt. Der Statorträger 14 wird mit entsprechenden Ausnehmungen 50 (Kerben) hergestellt. Dabei

(a) liegen die Finger 32 axial am Statorträger 14 an, sodass der Freiheitsgrad entlang der Achse (Z-Achse) gesperrt ist (eingangs axiales Ausrichten genannt),

(b) werden die Finger 32 am Statorträger-Innendurchmesser zentriert, sodass ein Freiheitsgrad in X und Y Richtung gesperrt ist (eingangs radiales Ausrichten genannt) und (c) werden die Vorsprünge 52 der Nocken 32 in die Kerben 50 vom Statorträger 14 eingerastet, sodass der Rotationsfreitsgrad bezüglich der Achse (Z-Achse) gesperrt ist (eingangs umfängliches Ausrichten genannt).

Diese direkte Positionierung von Trägereinrichtung 24 und Verschaltungsring 22 an dem Statorträger sorgt für eine sehr kurze Toleranzkette zum Statorträger, daher ergibt sich eine genauere Position des Anschlussterminals 26 zur Gehäuse-Fixierung der elektrischen Machine. Diese erhöhte Positionierungsgenauigkeit ermöglicht ent weder „schärfere Genauigkeits-Anforderungen“ zu erfüllen oder bei „weicheren Ge nauigkeits-Anforderungen“ kann man nun andere Fertigungstoleranzen öffnen, wodurch sich Kosten für entsprechende Teile der elektrischen Maschine verringern lassen.

Zusätzlich ergibt sich ein sicherer, einfacherer und/oder schnellere Montage Prozess, durch diese Positionierung/Zentrierung des Verschaltungsrings 22.

Bezuqszeichenliste Statoreinheit Stator Statorträger Statorzahn Wicklung Verschaltungsanordnung Verschaltungsring Trägereinrichtung Anschlussterminal Anschlusselement Positionieranordnung Positionierelemente Gewindebuchse freies Ende (Anschlusselement) Kontakt (Verschaltungsring) Ausrichtestruktur Kontur Stufenstruktur Stirnfläche (Statorträger) Innenradius (Statorträger) Ausnehmung Vorsprung Vorsprungs-Ausnehmungs-Eingriffsystem