DE102011119789A1

DE102011119789A1 - Umspritzter Stator mit Erdung

Info

Publication number: DE102011119789A1
Application number: DE102011119789A
Authority: DE
Inventors: Vladimir V. Popov; Rolf Efinger; Karl-Heinz Glatz
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-06

Abstract

Die Erfindung zeigt einen Stator (3) für einen Elektromotor (1) mit einem aus einzelnen Statorblechen (9) gestapelten Statorkern (8, 8'). Der Stator (3) ist vollständig mit einem Kunststoff umspritzt, um ihn gegen Umwelteinflüsse abzudichten. Der Stator (3) weist eine Erdung für den Statorkern (8, 8') auf. Dazu weist der Statorkern (8, 8') einen außerhalb des Kunststoffs elektrisch kontaktierbaren Erdungs-Kontakt (7) auf. Zudem weist der Statorkern (8, 8') eine Ausnehmung (15) auf, die über die gesamte axiale Länge des Statorkerns (8, 8') ausgedehnt ist, in die ein über die gesamte Länge durchgehender, elektrischer Leiter (16) eingepresst ist, der mit dem Erdungs-Kontakt (7) elektrisch leitend verbunden ist.

Description

Die Erfindung beschreibt einen Stator für eine permanentmagnetisch erregte elektrische Maschine, mit einem Statorkern und Statorwicklungen, die auf dem Kern angeordnet sind, wobei der Stator als Ganzes mit einem Kunststoff umspritzt ist.
Ein solcher Stator kann beispielsweise in einem Elektromotor eines Lüfters oder einer Pumpe eingesetzt werden, wo der Stator durch den Kunststoff gegen Umwelteinflüsse abgedichtet ist.
Je nach Einsatzgebiet müssen alle metallischen Bauteile eines elektrischen Geräts geerdet sein. Bei umspritzten Statoren ist die Befestigung der Erdung aufwändig, damit sie den Spritzgussvorgang übersteht. Zudem ist es sehr aufwändig, die Erdung zu überprüfen, da der metallische Statorkern nach dem Spritzgussvorgang nicht mehr zugänglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Stator der vorgenannten Art zu schaffen, der eine sichere und zuverlässige Erdung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Statur mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs erfüllt.
Der durchgehende Leiter in der über die axiale Länge des Statorkerns verlaufenden Ausnehmung gewährleistet, dass jedes einzelne Statorblech kontaktiert ist. Der Leiter und die Ausnehmung sind so aufeinander angepasst, dass durch das Einpressen des Leiters eine plastische Verformung des Leiters erfolgt.
Dadurch wird der Kontakt mit jedem einzelnen Statorblech sichergestellt. Zudem ist der Halt des Leiters in der Ausnehmung groß genug, dass er auch durch den Spritzgussdruck nicht aus der Ausnehmung gerissen wird. Die Erdung ist daher sicher und zuverlässig.
Die Ausnehmung kann beispielsweise eine radiale Öffnung aufweisen, durch die der Leiter zunächst mit Spiel einlegbar ist und erst durch eine plastische Verformung durch Pressen ein Formschluss erfolgt. Die Ausnehmung kann jedoch auch eine kleinere radiale Öffnung als der Leiterquerschnitt aufweisen, so dass eine plastische Verformung bereits beim Einpressen erfolgt.
Der Leiter kann beispielsweise mit einem Erdungs-Steckkontakt, der durch den Kunststoff hindurchfährt, elektrisch verbunden sein. Der Erdungs-Kontakt kann aber auch einstückig mit dem Leiter ausgebildet sein.
Um einen guten elektrischen Kontakt zum Statorkern herzustellen, ist der Leiter vorzugsweise ein verzinnter Kupferdraht. Das Kupfer ist weich genug, um beim Einpressen leicht plastisch verformt zu werden. Es kann aber auch ein Stahldraht verwendet werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Statorkern Mittel zum Klemmen des Leiters in der Ausnehmung auf. Die Klemmung erfolgt dabei durch das Einpressen des Leiters in die Ausnehmung. Zusätzlich kann durch die Klemmung eine plastische Verformung des Leiters erfolgen.
Insbesondere zweckmäßig ist es jedoch, wenn die Klemmung des Leiters durch plastische Verformung des Statorkerns erfolgt. Dazu weist der Statorkern vorzugsweise speziell zur Verformung ausgebildete Bereiche auf, die so gegen den Leiter in der Ausnehmung verformbar sind, dass dieser geklemmt und eventuell plastisch verformt wird.
In einer vorteilhaften Ausführung ist an mindestens einer Kante der Ausnehmung eine plastisch verformbare Klemmnase zum Klemmen des Leiters angeordnet. Die Klemmnase kann nach dem Einpressen oder Einlegen des Leiters in die Ausnehmung gegen den Leiter verformt werden, so dass dieser sicher fixiert ist.
Zweckmäßigerweise sind an beiden Kanten der Ausnehmung solche Klemmnasen angeordnet.
Insbesondere ist an jedem Statorblech eine solche Klemmnase angeordnet, so dass eine elektrische Verbindung der Erdung zu jedem Statorblech besteht.
In einer alternativen Ausführung ist die Ausnehmung als axiale Bohrung im Statorkern ausgebildet und der Leiter ist durch plastische Verformung einer Seitenwand geklemmt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
1 einen Elektromotor mit einem umspritzten Stator gemäß der Erfindung,
2 den Stator und den Rotor des Elektromotors der 1,
3 eine Schrägansicht des Statorkerns des Stators der 1 mit Statorwicklungen und erfindungsgemäßer Erdung,
4 eine Draufsicht des Statorkerns der 3,
5 eine Draufsicht eines alternativen Statorkerns mit einer plastischen Klemmung,
6 die Verfahrensschritte zur Klemmung des Erdungs-Leiters bei einer Klemmung gemäß der 5 und
7 die Verfahrensschritte bei einer alternativen Klemmung mit einer axialen Bohrung.
Die 1 zeigt beispielhaft einen Elektromotor 1 als Außenläufer mit einem Rotor 2, einem umspritzten Stator 3 und einem Gehäuse 4 mit Zuleitungen 5. Auf dem Rotor 2 ist beispielsweise ein Lüfterrad (nicht dargestellt) befestigt.
In 2 ist der Stator 3 ohne das Gehäuse 4 gezeigt. Neben den drei Steckverbindern 6 als Anschlüsse für die drei Motorphasen befindet sich ein weiterer Steckverbinder als Erdungskontakt 7.
Der Stator weist einen Statorkern 8 (3) auf, der aus einzelnen Statorblechen 9 gestapelt ist. In dem in 3 gezeigten Beispiel, hat der Statorkern 8 neun Statorpole 10, auf denen jeweils eine Statorwicklung 11 angeordnet ist. Im Zentrum des Statorkerns 8 ist eine Lager-Öffnung 12, in der die Lager 13 für die Welle 14 (2) angeordnet werden.
Wie in 4 gezeigt weist der Statorkern 8 erfindungsgemäß am Umfang der Lager-Öffnung 12 eine über die gesamte axiale Länge verlaufende Ausnehmung 15 mit einer radialen Öffnung auf. In dieser Ausnehmung 15 ist ein durchgehender elektrischer Leiter 16 eingepresst, der mit dem Erdungskontakt 7 verbunden ist, aber auch einstückig mit dem Leiter ausgebildet sein kann. Die Öffnung der Ausnehmung 15 ist im Beispiel etwas kleiner als der Durchmesser des Leiters, so dass schon eine Pressung beim Einbringen des Leiters 16 in die Ausnehmung 15 realisiert wird.
Durch das Einpressen wird der Leiter 16 daher teilweise plastisch verformt, so dass ein guter Kontakt zu den einzelnen Statorblechen 9 gewährleistet ist. Der Erdungs-Leiter 16 ist dadurch sicher in der Ausnehmung 15 fixiert.
Die Öffnung kann jedoch auch größer als der Leiter-Querschnitt sein, so dass eine plastische Verformung, beispielsweise durch ein Einpresswerkzeug, erfolgen muss.
Beim Umspritzen des Statorkerns 8 mit einem Kunststoff kann der Leiter 16 dann nicht mehr aus seiner Position verrutschen, so dass eine sichere Erdung des Statorkerns 8 gewährleistet ist.
Der Leiter besteht vorzugsweise aus einem weichen Material, beispielsweise aus verzinntem Kupfer, das zudem eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzt. Es kann aber auch ein Stahldraht verwendet werden.
In einer alternativen Ausführung der Erfindung ist der Leiter 16 in der Ausnehmung 15 zusätzlich durch eine Klemmung gesichert, die durch eine plastische Verformung des Statorkerns 8' realisiert ist. In 5 ist beispielhaft ein solcher Statorkern 8' gezeigt. Die Ausnehmung 15 weist beidseitig an ihren Kanten Klemmnasen 17 auf, die plastisch verformbar sind. Dazu wird beispielsweise ein spezielles Klemmwerkzeug verwendet.
In 6 ist beispielhaft ein solcher Klemmvorgang in verschiedenen Verfahrensschritten dargestellt. 6a zeigt die Ausnehmung 15 mit den seitlichen Klemmnasen 17. Zunächst wird der Leiter 16 in die Ausnehmung 15 eingebracht, 6b. Da im Beispiel die radiale Öffnung 18 der Ausnehmung 15 am Umfang des Innendurchmessers kleiner als der Durchmesser des Leiters 16 ist, wird der Leiter 16 vorzugsweise axial in die Ausnehmung 15 eingeschoben.
Danach wird ein Klemmwerkzeug 19 mit zwei beabstandeten Klemmbacken 20 außen an die Klemmnasen 17 herangeführt, 6c, und die Klemmbacken 20 werden aufeinander zu bewegt, 6d, so dass die Klemmnasen 17 die radiale Öffnung 18 weiter verringern und den Leiter 16 in der Ausnehmung 15 klemmen und damit eine sichere elektrische Verbindung zu allen Statorblechen 9 gewährleisten.
Die Ausnehmung kann auch ohne radiale Öffnung in Form einer axialen Bohrung 21 ausgebildet sein, wie in 7a gezeigt.
Auch hier wird der Leiter 16 zunächst in die Bohrung 21 eingeschoben, 7b. Das Klemmwerkzeug 19 mit den Klemmbacken 20 wird an die Klemmnasen 17 herangefahren, 7c und 7d. Die eigentliche Klemmung erfolgt hier jedoch durch einen zwischen den Klemmbacken 20 radial beweglichen Klemmdorn 22, der die Seitenwand 23 der Bohrung 21 radial gegen den Leiter 16 presst 7e. Die Klemmnasen 17 dienen hier nur zur Stabilisierung der Klemmung.
Neben den hier gezeigten Ausführungsbeispielen sind viele andere Klemmmechanismen denkbar, weshalb die Erfindung keinesfalls darauf beschränkt ist.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Rotor
3: Stator
4: Gehäuse
5: Zuleitungen
6: Steckverbinder
7: Erdungskontakt
8, 8': Statorkern
9: Statorblech
10: Statorpol
11: Statorwicklung
12: Lager-Öffnung
13: Lager
14: Welle
15: Ausnehmung
16: Leiter
17: Klemmnase
18: radiale Öffnung
19: Klemmwerkzeug
20: Klemmbacke
21: axiale Bohrung
22: Klemmdorn
23: Seitenwand

Claims

Stator (3) für eine permanentmagnetisch erregte elektrische Maschine (1), mit einem Statorkern (8, 8'), der aus einzelnen Statorblechen (9) gestapelt ist und mit Statorwicklungen (11), die auf dem Statorkern (8, 8') angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) einen elektrisch kontaktierbaren Erdungs-Kontakt (7) aufweist, dass der Statorkern (8, 8') eine Ausnehmung (15) aufweist, die über die gesamte axiale Länge des Statorkerns (8, 8') ausgedehnt ist und dass ein über die gesamte Länge durchgehender, elektrischer Leiter (16) in die Ausnehmung (15) eingepresst ist, der mit dem Erdungs-Kontakt (7) elektrisch leitend verbunden ist.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erdungs-Kontakt (7) einstückig mit dem Leiter (16) ausgebildet ist.
Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (16) ein verzinnter Kupferdraht oder ein Stahldraht ist.
Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkern (8, 8') Mittel zum Klemmen des Leiters (16) in der Ausnehmung (15) aufweist.
Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmung des Leiters (16) durch plastische Verformung des Statorkerns (8, 8') erfolgt.
Stator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Kante der Ausnehmung (15) eine plastisch verformbare Klemmnase (17) zum Klemmen des Leiters (16) angeordnet ist.
Stator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung als axiale Bohrung (21) im Statorkern (8, 8') ausgebildet ist und der Leiter (16) durch plastische Verformung der Bohrungswand geklemmt ist.
Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkern (8, 8') mit einem Kunststoff umspritzt ist, wobei der elektrisch kontaktierbare Erdungs-Kontakt (7) außerhalb des Kunststoffs liegt.
Elektromotor (1) mit einem Rotor (2) und einem Stator (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Lüfter mit einem Elektromotor (1) nach Anspruch 9, bei dem ein Lüfterrad auf dem Rotor (2) befestigt ist.