DE102009001402A1

DE102009001402A1 - Elektromotor mit mindestens zwei Spulen und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Elektromotors

Info

Publication number: DE102009001402A1
Application number: DE200910001402
Authority: DE
Inventors: Yvan Bourqui; Sebastien Dousse
Original assignee: Johnson Electric Switzerland AG
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2009-09-17

Abstract

Der Elektromotor mit einem um eine Rotationsachse (8) drehbaren Rotor umfasst mindestens zwei, um die Rotationsachse verlaufende Spulen (14, 15), die auf einem einteiligen Spulenkörper (10) angeordnet sind, und Kontaktstifte (12), welche jeweils ein erstes Ende, ein zweites Ende und einen zwischen den beiden Enden angeordneten Haltebereich zum Halten des Kontaktstiftes aufweisen. An den ersten Enden der Kontaktstifte (12) ist ein elektrischer Leiter anschließbar oder angeschlossen, während die Spulen an den zweiten Enden (12b) angeschlossen sind. Zur Herstellung des Elektromotors werden die Statorelemente (16-19) zur Bildung eines einteiligen Spulenkörpers (10) von Kunststoff umgeben. Nachfolgend wird der Spulenkörper (10) mit den Spulen (14, 15) bewickelt, die an den zweiten Enden der Kontaktstifte (12) angeschlossen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor mit mindestens zwei Spulen gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf ein Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors gemäss Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
Nebst Elektromotoren, bei welchen die Spulen sternartig um die Rotationsachse angeordnet sind (vgl. beispielsweise DE 10 2007 021 946 A1 der gleichen Anmelderin), sind auch solche bekannt, bei welchen die Spulen um die Rotationsachse verlaufen. Derartige Elektromotoren sind beispielsweise aus der EP 1 168 576 A1 und EP 1 603 216 A1 der gleichen Anmelderin bekannt. Diese weisen für die jeweilige Spule einen eigenen Spulenkörper auf, was den Aufbau und die Herstellung relativ kompliziert macht.
Um den Elektromotor beispielsweise an eine Energiequelle anschliessen zu können, sind Kontaktstifte vorgesehen (siehe z. B. US 5,057,732 oder GB 2 245 107 A ).
Aus der japanischen Patentanmeldung JP-A-05 207725 ist ein Elektromotor bekannt, an dessen axialer Endseite Kontaktstifte angeordnet sind. Diese sind jeweils an einem ihrer Enden gehalten und parallel zur Rotationsachse ausgerichtet. Zum Anschluss eines Kabels ist ein zusätzliches Zwischenstück vorzusehen, was den Aufbau verkompliziert.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Elektromotor mit einem vereinfachteren Aufbau sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Elektromotors anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Elektromotor gemäss Patentanspruch 1 und dem Verfahren gemäss dem unabhängigen Verfahrensanspruch. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Ausführungen des erfindungsgemässen Elektromotors sowie Verfahrens an.
Beim erfindungsgemässen Elektromotor sowie Verfahren sind Kontaktstifte vorgesehen, an deren einen Enden Spulen angeschlossen sind und an deren anderen Enden ein elektrischer Leiter anschliessbar oder angeschlossen ist. Es resultiert dadurch ein einfacherer Aufbau.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Figuren erläutert. Es zeigen
1 einen erfindungsgemässen Elektromotor in einer Explosionsansicht, wobei der Rotor nicht dargestellt ist;
2 den Elektromotor gemäss 1 im zusammengesetzten Zustand;
3 den Elektromotor gemäss 1 in einem Längsschnitt, wobei der Rotor, die Statorhülse und die Anschlussabdeckung weggelassen sind; und
4 den Elektromotor gemäss 1 in einem Längsschnitt, wobei der Rotor und die Spulen weggelassen sind.
In 1 ist der Statorteil des Elektromotors gezeigt, welcher eine Statorhülse 1, eine Anschlussabdeckung 5 und einen Spulenkörper 10 aufweist. Dieser ist mit einer im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmung versehen, in welcher ein um die Rotationsachse 8 drehbarer, zylinderförmiger Rotor aufgenommen ist (in der 1 nicht ersichtlich).
Der Spulenkörper 10 trägt eine erste Spule 14 und eine zweite Spule 15, die jeweils um die Rotationsachse 8 verlaufen und axial, d. h. in Richtung der Rotationsachse 8 versetzt zueinander angeordnet sind.
Der Spulenkörper 10 ist am Kopf mit einem einteilig angeformten Anschlusselement 11 versehen, welches ein Steckergehäuse bildet und Kontaktstifte 12 aufweist, die quer zur Rotationsachse 8 verlaufen. Das Anschlusselement 11 umfasst eine Wandung 11a, welche die beiden Enden der Kontaktstifte 12 voneinander trennt. Die Spulendrähte 14a und 15a der Spulen 14 und 15 enden an den vorderen, in 1 sichtbaren Enden der Kontaktstifte 12 und sind dort z. B. durch Löten befestigt. Die rückwärtigen Enden der Kontaktstifte 12 bilden einen Stecker, an welchem ein mit einem Anschlussstück, z. B. einer Kupplung versehenes Kabel anschliessbar ist.
In den Spulenkörper 10 sind Statorelemente 16–18 fest integriert, welche jeweils in Form eines Ringes mit abgebogenen Polzähnen ausgebildet sind. Die erste Spule 14 befindet sich zwischen den Ringen der beiden Statorelemente 16 und 17 und die zweite Spule 15 befindet sich zwischen den Ringen der beiden Statorelemente 18 und 19.
Die drei, dem Anschlusselement 11 am nächsten liegenden Statorelemente 16–18 weisen jeweils eine Ausnehmung 16a, 17a, 18a auf, durch welche die Enden 15a der zweiten Spulen 15 hindurchgeführt und an den Kontaktstiften 12 befestigt sind. Dabei verlaufen die Enden 15a der Spulendrähte über die erste Spule 14 hinweg, da sich diese näher zu den Kontaktstiften 12 befindet als die zweite Spule 15. Die Enden 14a der ersten Spule 14 verlaufen durch die Ausnehmung 16a des Statorelements 16 und sind an den Kontaktstiften 12 befestigt.
In der 1 sind bei den Statorelementen 16–19 weitere Ausnehmungen 16b–19b zu sehen, die zum Ausrichten bei der Herstellung dienen.
Optional dient einer der Kontaktstifte 12 als Masseanschluss, welcher über ein Kontaktelement 21 mit dem Statorelement 16 verbunden ist. Das Kontaktelement 21 ist aus einem Blechstück geformt.
Die Anschlussabdeckung 5 dient zum Schutz des Anschlussbereichs der Kontaktstifte 12 und ragt im zusammengesetzten Zustand durch eine in der Statorhülse 1 gebildete Aussparung 1a nach aussen, wie dies aus 2 ersichtlich ist.
Zum Anschluss eines Kabels ist das Anschlusselement 11 an den steckerseitigen Enden 12a der Kontaktstifte 12 offen. Dies ist in 3 ersichtlich. Wie ebenfalls ersichtlich sind die Spulen 14, 15 an den spulenseitigen Enden 12b der Kontaktstifte 12 angeschlossen. Zwischen dem Ende 12a und dem Ende 12b weist ein Kontaktstift 12 einen Haltebereich 12c auf, welcher in der Wandung 11a gehalten ist.
In der Schnittansicht gemäss 3 sind ebenfalls die von der ersten Spule 14 umgebenen Polzähne 16c und 17c sichtbar, welche die Statorelemente 16, 17 aufweisen und welche abwechselnd nach oben und unten gebogen um die Rotationsachse des Rotors angeordnet sind. In analoger Weise sind die Statorelemente 18 und 19 mit Polzähnen 18c, 19c versehen, die von der zweiten Spule 15 umgeben und abwechselnd nach oben und unten gebogen sind. Die Statorelemente 16–19 sind im Spulenkörper 10 derart eingebettet, dass die dem Rotor zugewandte Seite des jeweiligen Polzahns 16c–19c vom Spulenkörper 10 weitgehend unverdeckt ist. Es ist auch möglich, dass die Polzähne 16c–19c vollständig vom Spulenkörper 10 umgeben sind, da dieser für das erzeugte Magnetfeld durchlässig ist.
Wie 4 zeigt, kontaktiert die Statorhülse 1 die Statorelemente 16–19 an ihren ringförmigen Enden. Die Statorhülse 1 dient einerseits als Gehäuse, welches u. a. die Spulen 14 und 15 vor äusseren Einflüssen schützt, und ist andererseits ein Statorelement, welches Teil vom im Betrieb gebildeten magnetischen Kreis ist.
Im Betrieb werden mittels einer elektronischen Steuerschaltung die Spulen 14 und 15 so bestromt, dass die Polzähne 16c–19c in geeigneter Weise magnetisiert werden, um den Rotor in Drehung zu versetzen, welcher permanentmagnetisch und abwechslungsweise mit magnetischen Nordpolen und Südpolen versehen ist. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor ohne Bürsten ausgebildet, z. B. in Form eines Schrittmotors, bürstenlosen Gleichstrommotors oder eines anderen Motors mit einem schrittweise antreibbaren Rotor.
Der Elektromotor ist wie folgt herstellbar:
Die Statorelemente 16–19 werden in der gewünschten Form aus einem weichmagnetischen Blech, z. B. einem weichmagnetischen Stahlblech gestanzt, gebogen und in das Spritzgiesswerkzeug eingefügt. Die Ausnehmungen 16b–19b dienen dabei als Führungen zur präzisen Ausrichtung der Statorelemente 16–19 im Spritzgiesswerkzeug. Anschliessend werden diese mit Kunststoff, z. B. einem Thermoplast umspritzt, sodass der Spulenkörper 10 zusammen mit dem Anschlusselement 11 in der gewünschten Form entsteht. Spulenkörper 10 und Anschlusselement 11 sind somit aus einem Stück gefertigt. Anschliessend werden die Kontaktstifte 12 in die Wandung 11a des Anschlusselements 11 gepresst.
Nachfolgend wird die erste Spule 14 gewickelt, wobei die Enden 14a durch die Ausnehmung 16a zu den Kontaktstiften 12 geführt werden. Danach wird die zweite Spule 15 gewickelt, wobei die Enden 15a durch die Ausnehmungen 18a, 17a, die erste Spule 14 hinweg und durch die Ausnehmung 16a zu den Kontaktstiften 12 geführt werden.
Die Enden 14a, 15a der Spulen 14, 15 werden mit den Enden 12b der Kontaktstifte 12 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise durch Löten. Die Wandung 11a des Anschlusselements 11 verhindert dabei, dass die steckerseitigen Enden 12a der Kontaktstifte 12 verunreinigt werden.
Schliesslich wird die Anschlussabdeckung 5 aufgesteckt und die Statorhülse 10, welche aus Blech einstückig und vorzugsweise aus demselben Material wie die Statorelemente 16–19 gefertigt ist, über den Spulenkörper 10 geschoben.
Aus der oben dargestellten Konzeption des Elektromotors ergeben sich u. a. folgende Vorteile:

– Die einteilige Ausgestaltung des Spulenkörpers 10 reduziert die Anzahl benötigter Teile zur Herstellung des Elektromotors. Dadurch sind der Aufbau und die Fertigung einfacher und kostengünstiger.
– Ein einfacherer Aufbau resultiert auch dadurch, dass die Kontaktstifte so ausgestaltet sind, dass beide Enden zugänglich sind zum Anschluss der Spulen bzw. eines elektrischen Leiters, z. B. Kabels.
– Ist das Anschlusselement nicht seitlich, sondern am Kopf des Spulenkörpers angeordnet, kann der Elektromotor in eine schlankere Form gebracht werden, insbesondere dann, wenn das Anschlusselement und die Kontaktstifte in der Draufsicht gesehen innerhalb des Aussendurchmessers des Spulenkörpers liegen. Eine stirnseitige Kontaktanordnung erlaubt ebenfalls, eine Statorhülse mit einer ununterbrochenen Mantelfläche vorzusehen und so den Schluss des magnetischen Kreises zu verbessern.

Aus der vorangehenden Beschreibung sind dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen zugänglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert ist.
So ist es z. B. denkbar, mehr als zwei Spulen vorzusehen. Entsprechend ist die Anzahl der Polzähne aufweisenden Statorelemente angepasst.
Die Anschlussabdeckung 5 kann auch als integraler Bestandteil der Statorhülse 1 ausgebildet sein.
Das Anschlusselement 11 muss nicht unbedingt ein integraler Bestandteil des Spulenkörpers 10 sein, sondern kann auch separat gefertigt sein.
Die Kontaktstifte 12 können auch so ausgelegt sein, dass anstelle eines Kabels ein anderer elektrischer Leiter, z. B. eine Schiene, eine oder mehrere Leiterbahnen einer Leiterplatte, etc. anschliessbar oder angeschlossen ist.
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

- DE 102007021946 A1 [0002]
- EP 1168576 A1 [0002]
- EP 1603216 A1 [0002]
- US 5057732 [0003]
- GB 2245107 A [0003]
- JP 05207725 A [0004]

Claims

Elektromotor mit einem um eine Rotationsachse (8) drehbaren Rotor und mindestens zwei, um die Rotationsachse verlaufende Spulen (14, 15) die auf einem einteiligen Spulenkörper (10) angeordnet sind, gekennzeichnet durch Kontaktstifte (12), welche jeweils ein erstes Ende (12a), ein zweites Ende (12b) und einen zwischen den beiden Enden (12a, 12b) angeordneten Haltebereich (12c) zum Halten des Kontaktstiftes (12) aufweisen, wobei an den ersten Enden (12a) ein elektrischer Leiter anschliessbar oder angeschlossen ist und die Spulen (14, 15) an den zweiten Enden (12b) der Kontaktstifte (12) angeschlossen sind.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die ersten Enden (12a) der Kontaktstifte (12) einen Stecker bilden.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der jeweilige Haltebereich (12c) der Kontaktstifte (12) an einer Wandung (11a) gehalten ist, die einteilig an den Spulenkörper (10) angeformt und/oder an einer axialen Endseite des Spulenkörpers (10) angeordnet ist.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ersten Enden (12a) der Kontaktstifte (12) von einem Steckergehäuse (11) umgeben sind, das einteilig an den Spulenkörper (10) angeformt und/oder an einer axialen Endseite des Spulenkörpers (10) angeordnet ist.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kontaktstifte (12) im Wesentlichen gerade sind und quer zur Rotationsachse (8) verlaufen.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit Statorelementen (16–19), welche in den Spulenkörper (10) eingebettet sind.
Elektromotor nach Anspruch 6, wobei mindestens eines (16–18) der Statorelemente mindestens eine Ausnehmung (16a–18a) aufweist, durch welche die Enden (14a, 15a) mindestens einer der beiden Spulen (14, 15) hindurchgeführt sind.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Statorelemente (16–19) in Form eines Ringes mit abgebogenen Polzähnen (16c–19c) ausgebildet sind.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Enden (15a) der einen Spule (15) die andere Spule (14) queren.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kontaktstifte (12) innerhalb des Aussendurchmessers des Spulenkörpers (10) angeordnet sind.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Abdeckung (5), welche die ersten Enden (12a) der Kontaktstifte (12) abdeckt.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Statorhülse (1), welche die Statorelemente (16–19) kontaktiert.
Elektromotor nach Anspruch 12, wobei die Statorhülse (1) einteilig ausgebildet ist und/oder eine ununterbrochene Mantelfläche aufweist.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Spulenkörper (10) den Rotor umgibt, welcher vorzugsweise permanentmagnetisch ist.
Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors mit Statorelementen (16–19) und mindestens zwei Spulen (14, 15), wobei die Statorelemente (16–19) zur Bildung eines einteiligen Spulenkörpers (10) von Kunststoff umgeben werden und nachfolgend der Spulenkörper (10) mit den Spulen (14, 15) bewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Kontaktstifte (12) angebracht werden, welche jeweils ein erstes Ende (12a), ein zweites Ende (12b) und einen zwischen den beiden Enden (12a, 12b) angeordneten Haltebereich (12c) zum Halten des Kontaktstiftes (12) aufweisen, wobei die Spulen (14, 15) an den zweiten Enden (12b) angeschlossen werden und an den ersten Enden (12a) der Kontaktstifte (12) ein elektrischer Leiter anschliessbar ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die ersten Enden (12a) der Kontaktstifte (12) einen Stecker bilden.
Verfahren nach einem Ansprüche 15 bis 16, wobei die Kontaktstifte (12) an einer Wandung (11a) angebracht werden, die einteilig an den Spulenkörper (10) angeformt und/oder an einer axialen Endseite des Spulenkörpers (10) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die ersten Enden (12a) der Kontaktstifte (12) von einem Steckergehäuse (11) umgeben sind, das einteilig an den Spulenkörper (10) angeformt und/oder an einer axialen Endseite des Spulenkörpers (10) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei nach dem Wickeln der ersten Spule (14) die zweite Spule (15) so gewickelt wird, dass ihre Enden (15a) die erste Spule (15) queren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der Spulenkörper (10) durch Spritzgiessen erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Statorelemente (16–19) zu deren Ausrichtung im Spritzgiesswerkzeug Ausnehmungen (16b–19b) aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei eine Statorhülse (1) über die Statorelemente (16–19) geschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, bei welchem ein Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt wird.