DE102009020610A1

DE102009020610A1 - Verfahren zur vereinfachten Herstellung eines Elektromotors

Info

Publication number: DE102009020610A1
Application number: DE200910020610
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl.-Ing. Eyssele; Florian Dr. Finsterwalder; Werner Dipl.-Ing. König; Erik Dipl.-Ing. Lamprecht (FH); Wolfgang Meyerheim; Rudolf Dipl.-Ing. Reinhardt (Fh); Christian Dr.-Ing. Thüringen
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-05-09
Filing date: 2009-05-09
Publication date: 2009-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vereinfachten Herstellung eines Elektromotors, bei dem - die Spulen (2) eines Stators (1) derart gewickelt werden, dass ihre elektrischen Anschlüsse den Stator (1) an vordefinierten Stellen einer Statornut verlassen, - eine Schaltspinne (3) mit zumindest drei Schaltringen und mehreren an den jeweiligen Schaltringen angeordneten Anschlussfahnen (4) auf dem Stator (1) positioniert wird, wobei die Anschlussfahnen (4) der Schaltringe auf die Anschlüsse des Stators (1) ausgerichtet sind, oder umgekehrt, - eine vorzugsweise automatisierte Verbindung der Anschlüsse mit den Anschlussfahnen (4), insbesondere eine Verschweißung, zur elektrischen Kontaktierung hergestellt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur vereinfachten Herstellung eines Elektromotors.
Beim Bau von Elektromotoren werden Spulen üblicherweise aus einer Vielzahl paralleler Einzeldrähte in einen Statur eingebracht. Je nach geforderter Eigenschaft und Leistung des Elektromotors können dabei unterschiedlich viele Spulen benötigt werden. Die fertig eingebrachten Spulen bilden dann einen Strauß von Drahtbündelenden, die auf Anschlüsse des Elektromotors (meist drei Phasen und ggf. einen Sternanschluss) kontaktiert werden müssen. Das Kontaktieren erfolgt bisher üblicherweise durch ein händisches Crimpen, Löten oder Hartlöten, was jedoch äußerst aufwendig und zudem Fehler behaftet ist.
Aus der DE 10 2004 036 368 A1 ist ein Elektromotor mit einem Rotor und einem Statur bekannt, der ein genutetes Blechpaket aufweist, in dessen Nuten eine Mehrzahl von Teilsträngen angeordnet sind. Zwischen den Nuten befinden sich dabei Statorzähne, die an ihren Enden Zahnköpfe aufweisen, wobei an mindestens einer Stirnseite des Blechpaketes Schaltringe und ein Sternpunktring angeordnet sind und der Sternpunktring radiale Fortsätze aufweist, die sich an einem Ende des Statorblechpakets längs vorgegebener Zähne im Wesentlichen bis zu deren Zahnköpfen hin erstrecken, von diesen Zähnen isoliert sind und im Bereich ihrer freien Enden zur Kontaktierung eines Strangendes ausgebildet sind. Die elektrische Kontaktierung der Strangenden mit den Schaltringen erfolgt dabei in der bisher bekannten, aufwendigen und Fehler behafteten Weise.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Verfahren zur vereinfachten Herstellung eines Elektromotors anzugeben.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Verbindungsprozess von Drahtenden von Statorspulen mit zugehörigen elektrischen Anschlüssen zu automatisieren bzw. zu standardisieren, indem zunächst die Spulen des Stators derart gewickelt werden, dass ihre elektrischen Anschlüsse an vordefinierten Stellen einer Statornut austreten. Anschließend wird eine vorgefertigte Schaltspinne mit zumindest drei Schaltringen und mehreren, an den jeweiligen Schaltringen angeordneten Anschlussfahnen derart auf dem Stator positioniert, dass die Anschlussfahnen der Schaltringe auf die Anschlüsse des Stators ausgerichtet sind oder umgekehrt. Denkbar ist somit, dass die elektrischen Anschlüsse der Spulen des Stators derart an der jeweiligen Statornut nach außen geführt werden, dass sie dort auf komplementär dazu ausgerichtete und sich an der Schaltspinne befindliche Anschlussfahnen treffen. Durch die vorausgerichtete Zuordnung der spulenseitigen Anschlüsse und der schaltringseitigen Anschlussfahnen, kann eine vorzugsweise automatisierte Verbindung der Anschlüsse mit den Anschlussfahnen, insbesondere eine automatisierte Verschweißung zur elektrischen Kontaktierung hergestellt werden. Durch den überwiegend automatisierten Verbindungsprozess kann nicht nur aufwendige und teure Handarbeit reduziert, sondern zugleich auch eine Fehlerquote gesenkt werden. Insbesondere entfällt durch ein derartig automatisiertes Verfahren die händische Zuordnung der einzelnen Anschlüsse an die zugehörigen Anschlussfahnen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird die Schaltspinne als Kunststoffspritzgussteil hergestellt, in welches die einzelnen Schaltringe eingespritzt sind. Hierdurch kann die komplette Schaltspinne vorgefertigt werden, wobei je nach gewählter Einlageposition der einzelnen Schaltringe bzw. eines Sternanschluss, die spätere Lage der an den Schaltringen angeordneten Anschlussfahnen exakt vordefiniert ist. Derartige Schaltspinnen lassen sich einerseits vergleichsweise kostengünstig herstellen und erleichtern andererseits den Zusammenbau des Elektromotors erheblich. Die Schaltspinne kann dabei am Außenradius spinnenartige Beine aufweisen, welche das Spritzgussteil auf dem Stator positionieren und dadurch die Lage der Anschlussfahnen relativ zum Stator bzw. zu den statorseitigen Anschlüssen vorgeben. Auch dies ermöglicht eine automatisierte Verschweißung der jeweiligen Kontaktstellen. Die spinnenartigen Beine sind dabei vorzugsweise nur an denjenigen Stellen angeordnet, an denen keine Anschlussfahne nach außen führt, um genügend Platz für bspw. Schweißzangen zu schaffen. Generell können die Schaltringe bspw. aus elektrisch gut leitendem Metall, wie insbesondere aus Kupfer-Stanz-Teilen hergestellt werden, in welche die Dreiphasen-Anschlüsse des Elektromotors bereits integriert sind. Eine besonders einfache Form stellt dabei eine Anschlussfahne mit einem Loch dar, durch welches eine Schraube zur Kontaktierung gesteckt und mittels bspw. einer Mutter verschraubt wird. Auch das Ausformen von Anschlussschienen zum direkten Anschluss an eine Leistungselektronik ist dabei denkbar. Durch die Kontaktierung am Leistungsanschluss werden auch die beiden voneinander isolierten Teile jedes Schaltrings erst bei der Montage des Elektromotors miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Schaltringe können dabei bzgl. ihres Durchmessers derart ausgebildet sein, dass sie als zwei konzentrische Kreisringe ineinander liegen und bis zu zwei Phasen übereinander angeordnet sind. Dadurch lässt sich eine besonders flache, Platz sparende Verschaltung auf einem Wickelkopf realisieren.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt einen erfindungsgemäß hergestellten Stator eines Elektromotors.
Entsprechend der 1, weist ein Stator 1, eines im Übrigen nicht dargestellten Elektromotors, mehrere Spulen 2 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes auf. Erfindungsgemäß sind nun die Spulen 2 des Stators 1 derart gewickelt, dass ihre elektrischen Anschlüsse den Stator 1 an vordefinierten Stellen einer nicht näher bezeichneten Statornut verlassen. Axial aufgesetzt auf den Stator 1 ist eine Schaltspinne 3, mit zumindest drei nicht näher bezeichneten Schaltringen und mehreren, an den jeweiligen Schaltringen angeordneten Anschlussfahnen 4. Die Schaltspinne 3 wird dabei erfindungsgemäß derart auf dem Stator 1 positioniert, dass die Anschlussfahnen 4 der Schaltringe 3 auf die nicht näher bezeichneten, elektrischen Anschlüsse des Stators 1 ausgerichtet sind, in einem sich daran anschließenden, vorzugsweise automatisierten Verbindungsverfahren, werden die Anschlüsse des Stators mit den Anschlussfahnen 4 der Schaltringe elektrisch kontaktiert, insbesondere verschweißt.
Erfindungsgemäß ist darüber hinaus die Schaltspinne 3 als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet, in welches die einzelnen Schaltringe und bspw. auch ein Sternring bzw. ein Sternanschluss eingespritzt werden. Generell korrelieren dabei die Anschlussfahnen 4 der Schaltringe exakt zu der Position der Statornut, an der die Anschlüsse der Spulen 2 die Statornut verlassen. Zwei Schaltringe haben dabei die Anschlussringe 4 nach radial außen, während der/die andere(n) Schaltring(e) üblicherweise die Anschlussfahnen 4 nach radial innen gerichtet haben. Die Anschlussfahnen 4 selbst bestehen üblicherweise aus zwei übereinander positionierten Blechen, sodass die Anschlüsse, welche bspw. als Drahtbüschel ausgebildet sind, zwischen den beiden Blechen eingeklemmt werden können. Diese beiden Bleche führen dabei auf zwei voneinander isolierte Teil-Schaltringe der gleichen elektrischen Phase, sodass die Drähte direkt in der Anschlussfahne 4 mittels Widerstandschweißen geschweißt werden können. Die Schweißung kann daher ohne Abisolieren der Anschlüsse, ohne vorheriges Kontaktieren der Drähte und ohne Hülsen, d. h. Crimpen, ausgeführt werden. Außerdem verklebt die Schweißelektrode nicht durch den Abbrand der Lackisolation der Drähte, was einen erheblichen Vorteil bedeutet.
Zur Erhöhung eines Widerstandes beim Schweißen können die Anschlussfahnen 4 zudem auf der den Anschlüssen zugewandten Seite einen Buckel aufweisen und verzinnt sein. Des Weiteren kann die Schaltspinne 3 am Außenradius spinnenartige Beine aufweisen, welche die Schaltspinne 3 auf dem Stator 1 positionieren. Aus diesem Grund ist die Lage der Anschlussfahnen 4 exakt zu den statorseitigen Anschlüssen positioniert und eine automatische Verbindung möglich. Die spinnenartigen Beine sind dabei günstigerweise nur an den Stellen angeordnet, an denen keine Anschlussfahne 4 nach außen führt, um genügend Platz für bspw. eine Schweißzange zu schaffen. Die Schaltringe selbst können bspw. als Kupfer-Stanz-(Biege)-Teile ausgebildet sein, in welche die drei Leistungsanschlüsse des Elektromotors, d. h. die drei Phasen, bereits integriert sind. Die hierfür einfachste Form wäre eine Anschlussfahne 4 mit einem Loch, durch welches eine Schraube zur Kontaktierung gesteckt und mittels einer Mutter verschraubt wird. Auch das Ausformen von Anschlussschienen zum direkten Anschluss an eine Leistungselektronik ist jedoch denkbar.
Durch die Kontaktierung an einem Leistungsanschluss werden auch die beiden bislang voneinander isolierten Teile eines jeden Schaltringes elektrisch leitend miteinander verbunden, jedoch erst bei der Montage des Elektromotors. Darüber hinaus sind die drei bis vier Schaltringe in ihrem Durchmesser vorzugsweise so ausgebildet, dass sie als zwei konzentrische Kreisringe ineinander liegen und bis zu zwei Phasen übereinander aufweisen. Dadurch lässt sich eine besonders flache, kompakt bauende Verschaltung auf einem Wickelkopf realisieren.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere eine bisher aufwändige, da händische Kontaktierung vereinfacht werden, wodurch die Herstellung des Elektromotors nicht nur kostengünstiger, sondern auch weniger fehleranfällig wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004036368 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur vereinfachten Herstellung eines Elektromotors, bei dem – die Spulen (2) eines Stators (1) derart gewickelt werden, dass ihre elektrischen Anschlüsse den Stator (1) an vordefinierten Stellen einer Statornut verlassen, – eine Schaltspinne (3) mit zumindest drei Schaltringen und mehreren an den jeweiligen Schaltringen angeordneten Anschlussfahnen (4) auf dem Stator (1) positioniert wird, wobei die Anschlussfahnen (4) der Schaltringe auf die Anschlüsse des Stators (1) ausgerichtet sind oder umgekehrt, – eine vorzugsweise automatisierte Verbindung der Anschlüsse mit den Anschlussfahnen (4), insbesondere eine Verschweißung, zur elektrischen Kontaktierung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussschienen (5) der drei Phasenanschlüsse in die Stanzbiegeteile der Schaltringe integriert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass spinnenartige Beine (6) am Schaltring angebracht sind, die den Schaltring auf dem Wickelkopf zentrieren und den Abstand der Anschlussfahnen (4) zum Statorblechpaket einstellen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beine (6) vorzugsweise an den Stellen angeordnet sind, an den keine Anschlussfahnen (4) liegen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei konzentrischen Schaltringe in mehreren Ebenen angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussfahnen (4) nach innen und außen geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Buckel in die Anschlussfahnen (4) eingeprägt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussfahnen (4) verzinnt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussschienen (5) derart geformt sind, dass ein direkter Anschluss an die Leistungselektronik möglich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltspinne (3) als Kunststoffspritzgussteil hergestellt wird, in welches die einzelnen Schaltringe eingespritzt werden.