DE102010039335A1

DE102010039335A1 - Kontakteinrichtung in einem Stator einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102010039335A1
Application number: DE102010039335A
Authority: DE
Inventors: Zoltan Lampert; Thomas Keller; Christian Meyer; Bjoern Nommensen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2012-02-16

Abstract

Eine Kontakteinrichtung in einem Stator einer elektrischen Maschine kontaktiert eine Mehrzahl von über den Umfang angeordneter Spulen im Stator elektrisch, wobei die Kontakteinrichtung einen ringförmigen Kontaktträger aus elektrisch isolierendem Material sowie elektrisch leitende Leitungsbahnen zur Kontaktierung der Spulen aufweist. Die Leitungsbahnen sind in verschiedenen Ebenen aufgenommen, die parallel zur Kontaktträgerebene liegen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontakteinrichtung in einem Stator einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2008 054 529 A1 ist ein Elektromotor bekannt, der als Innenläufermotor ausgeführt ist und einen zylindrischen Stator mit einer Rotorwelle umfasst, welche im Stator drehbar gelagert ist und Träger eines Rotorpaketes ist. Der Stator weist über den Umfang mehrere Spulen auf, welche über eine Kontakteinrichtung bestromt werden, die an der Stirnseite des Stators angeordnet ist. Die Kontakteinrichtung umfasst einen Kontaktring, bestehend aus mehreren Einzelringen, die jeweils Träger von Schneidklemmen sind, welche zur elektrischen Kontaktierung zu den Spulen am Stator dienen. Die Einzelringe bestehen aus einem elektrisch leitenden Material und sind axial aufeinander gestapelt. Zwischen jeweils zwei Einzelringen befindet sich ein Trennring aus nicht-leitendem Material, welche die Einzelringe elektrisch voneinander isoliert. Die axiale Dicke des Kontaktrings hängt hierbei von der Anzahl der gestapelten Einzelringe sowie der zwischenliegenden Trennringe ab.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine kompakt bauende elektrische Kontaktierung des Stators in einer elektrischen Maschine anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Die erfindungsgemäße Kontakteinrichtung kann in einem Stator einer elektrischen Maschine wie zum Beispiel einem Generator oder einem Elektromotor eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen elektronisch kommutierten Synchronmotor. Der Motor kann in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, beispielsweise als Servomotor in Lenksystemen oder als Antriebsmotor bzw. Generator in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen. Darüber hinaus sind auch Anwendungen für Hilfsaggregate im Fahrzeug möglich, beispielsweise als Scheibenwischermotoren, Fensterhebermotoren oder Motoren zur Sitzverstellung. Der Motor kann aber auch unabhängig von Fahrzeugen eingesetzt werden, beispielsweise als Antriebsmotor in Fahrrädern oder in elektrisch betätigten Werkzeugmaschinen, insbesondere Handwerkzeugmaschinen.
Mithilfe der Kontakteinrichtung im Stator der elektrischen Maschine werden die Spulen im Stator mit Strom beaufschlagt. Die Kontakteinrichtung umfasst einen ringförmigen Kontaktträger aus einem elektrisch isolierenden Material sowie elektrisch leitende Leitungsbahnen zur Kontaktierung der Spulen im Stator. Die Leitungsbahnen befinden sich in verschiedenen Ebenen am Kontaktträger, die parallel zur Mittelebene des Kontaktträgers (Kontaktträgerebene) verlaufen Diese Ausführung zeichnet sich zum einen durch konstruktive Einfachheit aus, zum andern durch eine kompakte Bauweise der Kontakteinrichtung. Grundsätzlich genügt ein einziger Kontaktträger zur Aufnahme der elektrischen Leitungsbahnen, es ist nicht erforderlich, mehrere Kontaktträgerringe für die Leitungsbahnen vorzusehen. Dementsprechend weist die Kontakteinrichtung in Achsrichtung eine verhältnismäßig geringe Dicke auf. Dem Kontaktträger kommt hierbei eine Doppelfunktion zu: Zum einen dient der Kontaktträger zur Halterung der Leitungsbahnen, zum andern zur elektrischen Isolation einzelner Leitungsbahnen.
Die elektrische Isolierung wird dadurch erreicht, dass die Leitungsbahnen in verschiedenen Ebenen am Kontaktträger aufgenommen sind. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, verschiedene Leitungsbahnen an den beiden gegenüberliegenden Stirnseiten des Kontaktträgers anzuordnen, so dass die Kontaktträgerscheibe diese Leitungsbahnen elektrisch voneinander isoliert. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, an einer Stirnseite des Kontaktträgers die Leitungsbahnen in verschiedenen Ebenen anzuordnen, so dass diese Leitungsbahnen gegenüber der Stirnseite einen unterschiedlichen axialen Abstand aufweisen. Der axiale Abstand wird über Stütz- und Trägerkörper realisiert, welche vorzugsweise einteilig mit dem Kontaktträger ausgebildet sind und in denen die Leitungsbahnen aufgenommen sind. Beispielsweise kann eine erste Leitungsbahn unmittelbar an einer Stirnseite des Kontaktträgers verlaufen, weitere Leitungsbahnen werden über Stütz- und Trägerkörper mit Abstand zur Stirnseite geführt.
Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, die Leitungsbahnen konzentrisch zueinander oder parallel in Tangential- oder Radialrichtung verlaufend anzuordnen. Des Weiteren ist es möglich, dass an einer Seite zwei konzentrische Leitungsbahnen abschnittsweise wechselnd radial innen und radial außen liegend verlaufen. Gemäß bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass im Bereich einer Stirnseite des Kontaktträgers mehrere Leitungsbahnen in einem unterschiedlichen axialen Abstand zur Stirnseite angeordnet sind und außerdem verschiedene Leitungsbahnabschnitte einen unterschiedlichen radialen Abstand zum Mittelpunkt aufweisen, wobei sich gegebenenfalls Leitungsbahnen an der gleichen Stirnseite des Kontaktträgers kreuzen. An der gegenüberliegenden Stirnseite können sich mehrere Leitungsbahnen in einer gemeinsamen Ebene an der Stirnseite befinden, jedoch konzentrisch zueinander verlaufen, wobei gegebenenfalls ein Wechsel einer Leitungsbahn zwischen zwei verschiedenen konzentrischen Linien in Betracht kommt und eine zweite Leitungsbahn, welche gegenüber der ersten Leitungsbahn in Umfangsrichtung winkelversetzt ist, ebenfalls einen Wechsel zwischen zwei verschiedenen radial beabstandeten Linien vollzieht.
Der Kontaktträger besteht vorzugsweise aus Kunststoff und ist beispielsweise als ein Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgebildet. Auch die Stütz- und Trägerkörper, welche zur Aufnahme und Abstützung der Leitungsbahnen dienen, sind zweckmäßigerweise aus Kunststoff gefertigt und insbesondere einteilig mit dem Grundkörper des Kontaktträgers ausgebildet.
Grundsätzlich kommt aber auch eine Ausführung des Kontaktträgers aus einem sonstigen, nicht-leitenden Material in Betracht, beispielsweise aus einem Keramikmaterial.
Die Befestigung der Leitungsbahnen erfolgt vorteilhaft in mechanischer, formschlüssiger Weise, beispielsweise durch Einclipsen. Zusätzlich oder alternativ ist auch eine Befestigung und Fixierung der Leitungsbahnen in kraft- oder stoffschlüssiger Weise zum Beispiel durch Kleben oder durch einen Warmverstemmvorgang möglich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung verlaufen die Leitungsbahnen in verschiedenen Ebenen auf der gleichen Stirnseite des Kontaktträgers. Die Leitungsbahnen können in nutförmigen Stütz- und Trägerkörpern unterschiedlicher axialer Höhe aufgenommen sein. so dass sich verschiedene Leitungsbahnen auf der gleichen Stirnseite des Kontaktträgers kontaktfrei kreuzen können.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 einen Kontaktträger einer Kontakteinrichtung, über die Spulen eines Stators einer elektrischen Maschine mit Strom versorgt werden, in einer Ansicht von oben,
2 der Kontaktträger in einer Ansicht von unten,
3 einen Kontaktträger in einer weiteren Ausführung,
4 einen Schnitt durch einen Kontaktträger mit eingeclipstem Flachdraht,
5 bis 7 weitere Ausführungsvarianten von Verbindungen zwischen einem Kontaktträger und als Flachdraht ausgeführten elektrischen Leitungsbahnen.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In den 1 und 2 ist ein Kontaktträger 2 dargestellt, welcher Bestandteil einer Kontakteinrichtung 1 ist, über die die Spulen eines Stators einer elektrischen Maschine mit Strom versorgt werden. Der ringförmige Kontaktträger 2 besteht vorteilhafterweise aus Kunststoff und wird insbesondere im Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellt. Auf der oberen Stirnseite des ringförmigen Kontaktträgers 2 befinden sich eine Mehrzahl von elektrischen Leitungsbahnen 4, die als Flachdraht bzw. Bandabschnitt ausgeführt sind und sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Kontaktträgers 2 erstrecken. Die Leitungsbahnen 4 werden über axial überstehende Anschlusskontakte 5, 6 und 7 elektrisch mit Strom versorgt.
Alternativ zu der Ausführung als Flachdraht bzw. Bandabschnitt können die Leitungsbahnen 4 auch als Leitungs- bzw. Wicklungsdraht ausgeführt sein.
Die sich zum Teil kreuzenden Leitungsbahnen 4 sind in verschiedenen Stütz- und Trägerkörpern 8 aufgenommen und gehalten, welche einteilig mit dem Kontaktträger 2 ausgeführt sind. Um einen unerwünschten elektrischen Kontakt zwischen unterschiedlichen Leitungsbahnen 4 zu vermeiden, befinden sich die Leitungsbahnen unterschiedlichen Ebenen, bezogen auf die Mittelebene durch den Kontaktträger 2, und außerdem zum Teil in einem unterschiedlichen radialen Abstand zueinander.
Ebenfalls einteilig mit dem Kontaktträger 2 sind Laschen 3 ausgebildet, die sich am äußeren Umfang des Kontaktträgers 2 befinden und sich in Achsrichtung nach unten, also von der Oberseite des Kontaktträgers 2 weg erstrecken. Über die Laschen 3 wird der Kontaktträger 2 formschlüssig mit dem Statorgehäuse verbunden. An den Laschen 3 befinden sich, wie 2 zu entnehmen, Rastnasen 10, die im eingesteckten Zustand in eine Rastverbindung mit dem Statorgehäuse stehen.
Wie 2 weiter zu entnehmen, sind an der Unterseite des Kontaktträgers 2 ebenfalls elektrische Leitungsbahnen 11 angeordnet. Vorgesehen sind insgesamt drei einzelne, sich in Umfangsrichtung erstreckende Leitungsbahnen 11, von denen jeweils zwei Leitungsbahnen konzentrisch zueinander verlaufen. Jede Leitungsbahn 11 weist einen ersten Abschnitt auf, der in einer umlaufenden Nut an der Unterseite des Kontaktträgers 2 benachbart zur radialen Innenseite verläuft, sowie einen zweiten Abschnitt, der in einer konzentrischen, radial weiter nach außen versetzten Nut an der Unterseite des Kontaktträgers 2 verläuft. Um einen Kontakt zwischen verschiedenen Leitungsbahnen 11 zu vermeiden, bestehen im Bereich des Übergangs zwischen radial innen liegender und weiter außen liegender Nut zur Aufnahme einer Leitungsbahn 11 keine Kreuzungen verschiedener Leitungsbahnen. Vielmehr sind die Leitungsbahnen in Umfangsrichtung so zu einander verschoben, dass eine kreuzungsfreie Anordnung trotz des Wechsels sämtlicher Leitungsbahnen zwischen einem radial innen liegenden und einem radial außen liegenden Abschnitt gegeben ist.
Die Leitungsbahnen 11 an der Unterseite des Kontaktträgers 2 ragen mit jeweils einem Endabschnitt 11a durch den Kontaktträger 2 hindurch und erstrecken sich bis zur oberen Stirnseite des Kontaktträgers 2 (1). Die Endabschnitte 11a der Leitungsbahnen 11 stehen im Bereich der oberen Stirnseite in elektrischem Kontakt mit den dort verlaufenden Leitungsbahnen 4.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Kontakteinrichtung 1 auf einem Stator 13 einer elektrischen Maschine dargestellt. Die Kontakteinrichtung 1 umfasst wie beim ersten Ausführungsbeispiel einen ringförmigen Kontaktträger 2 aus einem elektrisch nicht-leitenden Material wie Kunststoff oder Keramik, der auf die Stirnseite des Stators 13 aufgesetzt ist. Die Kontakteinrichtung 1 umfasst zusätzlich zu dem Kontaktträger 2 verschiedene Leitungsbahnen 18, die im Ausführungsbeispiel nach 3 als Leitungsdrähte ausgebildet sind und einen runden Querschnitt aufweisen; bei den Leitungsdrähten handelt es sich insbesondere um den gleichen Draht wie die Wicklungsdrähte der Spulen am Stator 13. Über die Leitungsbahnen 18 wird ein elektrischer Kontakt zu den Spulen bzw. zwischen verschiedenen Spulen des Stators hergestellt.
Die Leitungsbahnen 18 verlaufen auch im Ausführungsbeispiel gemäß 3 in verschiedenen Ebenen, bezogen auf die Mittelebene des Kontaktträgers 2. Zum Teil liegen die Leitungsbahnen 18 unmittelbar auf der oberen Stirnseite des Kontaktträgers 2 auf, wobei die Leitungsbahnen in nutförmigen Stütz- und Trägerkörpern 8 aufgenommen sind, zum Teil weisen die Leitungsbahnen 18 einen axialen Abstand zur oberen Stirnseite des Kontaktträgers 2 auf, in dem die Leitungsbahnen 18 ebenfalls in nutförmigen Stütz- und Trägerkörpern 8 aufgenommen sind, die jedoch axial höher ausgebildet sind, um den entsprechenden axialen Abstand herstellen zu können. Auf diese Weise können sich verschiedene Leitungsbahnen 18 auf der gleichen Stirnseite des Kontaktträgers kontaktfrei kreuzen.
Zu erkennen sind in 3 außerdem Löthülsen 17, die über die Stirnseite des Kontaktträgers 2 überstehen und in denen jeweils mehrere, insbesondere drei Enden von Leitungsbahnen 18 aufgenommen sind. Über die Löthülsen 17 bzw. die darin enthaltenen Leitungsbahnen 18 wird der elektrische Kontakt zu den Spulen im Stator hergestellt. Hierbei kann eine motorindividuelle Verschaltung zwischen den Spulen realisiert werden.
Über Kontaktfahnen 14, 15 und 16 erfolgt der Anschluss an die Stromzufuhr.
In den 4 bis 7 sind verschiedene Verbindungen zwischen jeweils einer Leitungsbahn 4 und dem Kontaktträger 2 dargestellt. Gemäß 4 sind einteilig mit dem Kontaktträger 2 Klemmlaschen 19 ausgebildet, wobei zwei gegenüberliegende Klemmlaschen 19 die zwischenliegende Leitungsbahn 4 festklemmen. Die Klemmlaschen 19 weisen Rastnasen auf, welche die Leitungsbahn 4 formschlüssig an dem Kontaktträger 2 sichern.
In 4 ist die als Flachdraht ausgeführte Leitungsbahn 4 mit ihrer Längsseite auf den Kontaktträger 2 gelegt. In 5 steht die Leitungsbahn 4 hochkant und befindet sich in einer Nut am Kontaktträger 2, wobei eine Nutwandung als Klemmlasche 19 mit einer Rastnase ausgeführt ist.
Gemäß 6 sind zwei hochkant stehende Leitungsbahnen in einer verbreiterten Nut am Kontaktträger 2 aufgenommen und von einer zwischenliegenden Klemmlasche 19, welche zwei mit einem Rasthaken versehene Klemmarme aufweist, in der Nut formschlüssig gehalten.
Gemäß 7 ist die Leitungsbahn 4 in einer Nut am Kontaktträger 2 aufgenommen und mittels einer Klebeschicht 20 in der Nut gesichert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008054529 A1 [0002]

Claims

Kontakteinrichtung in einem Stator (13) einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Stell- oder Antriebsmotor in Fahrzeugen, wobei die Kontakteinrichtung (1) eine Mehrzahl von über den Umfang angeordneter Spulen im Stator (13) elektrisch kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung (1) einen ringförmigen Kontaktträger (2) aus elektrisch isolierendem Material sowie elektrisch leitende Leitungsbahnen (4, 11, 18) zur Kontaktierung der Spulen aufweist, wobei die Leitungsbahnen (4, 11, 18) in verschiedenen Ebenen, die parallel zur Kontaktträgerebene liegen, im Kontaktträger (2) aufgenommen sind.
Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Leitungsbahnen (4, 11, 18) an je einer Stirnseite des ringförmigen Kontaktträgers (2) angeordnet sind und parallel zur Kontaktträgerebene verlaufen.
Kontakteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Leitungsbahnen (4, 11, 18) an der gleichen Stirnseite des Kontaktträgers (2) zumindest abschnittsweise konzentrisch verlaufen.
Kontakteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die konzentrischen Leitungsbahnen (4, 11, 18) in der gleichen Ebene liegen.
Kontakteinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei konzentrische Leitungsbahnen (4, 11, 18) abschnittsweise wechselnd radial innen und außen liegend verlaufen.
Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Leitungsbahnen (4, 11, 18) auf der gleichen Stirnseite des Kontaktträgers (2) angeordnet und in unterschiedlichen Ebenen fixiert sind.
Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Leitungsbahnen (4, 11, 18) auf der gleichen Stirnseite des Kontaktträgers (2) sich kontaktfrei kreuzen.
Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Stütz- und Trägerkörper (8) zur Aufnahme und Abstützung der Leitungsbahnen (4, 11, 18) einteilig mit dem Kontaktträger (2) ausgebildet sind.
Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsbahnen (4, 11, 18) als Leitungsdraht ausgeführt sind.
Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsbahnen (4, 11, 18) als Flachdraht bzw. Bandabschnitt ausgeführt sind.
Kontakteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger (2) aus Kunststoff besteht und insbesondere als Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgeführt ist.
Stator einer elektrischen Maschine mit einer Kontakteinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor mit einem Stator (13) nach Anspruch 12.