DE102012006020A1 - Stator für eine elektrische Maschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Stator (2), insbesondere für einen Elektromotor (1), mit einem Statorkörper (5), der elektrisch leitend mit einem Erdungskontaktstift (15) verbunden ist. Der Statorkörper weist mindestens eine in axialer Richtung ausgedehnte Einführöffnung (9) auf, in die der Erdungskontaktstift (15) eingesetzt ist.

Description

• Die Erfindung beschreibt einen Stator, insbesondere für einen Elektromotor, mit einem Statorkörper, der elektrisch leitend mit einem Erdungskontaktstift verbunden ist.
• In vielen Anwendungen ist es vorgeschrieben, dass der Statorkörper eines Stators elektrisch geerdet werden kann. Dies erfolgt in der Regel über einen Erdungskontaktstift, der am Außenumfang des Statorkörpers angeordnet ist und außerhalb eines Motorgehäuses zugänglich ist. Der Erdungskontaktstift oder ein Erdungskabel ist dazu beispielsweise mit dem Statorkörper verschraubt oder verschweißt.
• Diese Art der Befestigung ragt jedoch in der Regel über den Außenumfang des Statorkörpers hinaus, wodurch der Einbau in ein Motorgehäuse erschwert wird. Durch den vergrößerten Stator kann ein damit ausgestatteter Motor ebenfalls zu groß sein, um für bestimmte Anwendungsgebiete geeignet zu sein.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Stator der vorgenannten Art zu schaffen, der kompakter aufgebaut ist und einfacher montierbar ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stator mit den im Hauptanspruch genannten Merkmalen gelöst.
• Die Einführöffnung ist vorzugsweise vollständig innerhalb des Statorkörpers angeordnet, so dass der darin eingesetzte Erdungskontaktstift nicht über den Außenumfang des Statorkörpers hervorsteht. Der Erdungskontaktstift benötigt dadurch keinen darüber hinausreichenden Bauraum.
• Der Erdungskontaktstift ist einfach in die Einführöffnung eingesetzt so dass kein zusätzlicher Montageaufwand durch Schweißen oder Schrauben besteht. Der Erdungskontaktstift weist dazu beispielsweise eine Passung auf, die einen Kraft- und/oder Formschluss mit der Einführöffnung ergibt.
• Der Erdungskontaktstift kann beispielsweise zumindest teilweise konisch ausgebildet sein, wobei die mechanische Festigkeit durch die Einstecktiefe bestimmt ist.
• Die Form der Einführöffnung spielt für die Erfindung keine Rolle. Sie kann beispielsweise als Bohrung oder Sackloch ausgebildet sein. In einer vorteilhaften Ausführung ist die Einführöffnung in Form eines Langlochs ausgebildet. Sie kann jedoch auch beispielsweise einen rechteckigen, runden, trapezförmigen oder beliebig anders geformten Querschnitt haben.
• Der Erdungskontaktstift kann an die Form der Einführöffnung angepasst sein. Vorzugsweise weist er jedoch einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Insbesondere zweckmäßig ist es, wenn der Erdungskontaktstift in axialer Richtung leicht konisch ausgebildet ist, so dass ein Kraftschluss zwischen Statorkörper und Erdungskontaktstift möglich ist und die Haltekraft durch die Einstecktiefe veränderbar ist.
• In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist die Einführöffnung am Außenumfang des Statorkörpers radial offen ausgebildet. Dies ermöglicht es, den Außenumfang des Stators kleiner zu wählen, ohne die Stabilität des Statorkörpers zu beeinträchtigen. Zum Beispiel ist in dieser Ausführung kein Randabstand der Ausnehmung notwendig, wie er beim Stanzen der geschlossenen Ausnehmung erforderlich ist, um eine durch den Stanzprozess bedingte minimale Stegbreite b zwischen Ausnehmung und Statoraußenumfang sicherzustellen.
• Vorzugsweise weist wenigstens eine der Kanten der radialen Öffnung einen Hinterschnitt auf. Dadurch kann beispielsweise ein Kraft- und/oder Formschluss mit dem Erdungskontaktstift erreicht werden, der ein radiales Herausfallen verhindert. Zweckmäßigerweise weisen beide Kanten einen Hinterschnitt auf.
• Eine oder auch beide Kanten können zusätzlich spitz zulaufend ausgebildet sein. Vorzugsweise wird der Erdungskontaktstift durch die spitzen Kanten geklemmt und gehalten. Dabei ragt der Erdungskontaktstift zweckmäßigerweise radial aus der Einführöffnung heraus, so dass eine ausreichende Klemmung gewährleistet ist wobei auch ein Kraft- oder Formschluss erzielt werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, für die Kanten des Hinterschnittes einen Spitzenwinkel a > 30° zu wählen.
• Die Einführöffnung ist vorzugsweise über die ganze Länge des Statorkörpers ausgedehnt. Da der Erdungskontaktstift in der Regel wesentlich kürzer ist, als der Statorkörper, kann die Einführöffnung jedoch auch kürzer ausgebildet sein.
• In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der Statorkörper aus einzelnen Statorblechen gestapelt. Die Statorbleche sind in der Regel gestanzt. Die Einführöffnung ist dann zweckmäßigerweise ebenfalls in den einzelnen Blechen gestanzt. Dies kann in einem separaten Stanzprozess oder gemeinsam mit dem Statorblech erfolgen.
• Der Statorkörper kann auch aus verschiedenen Statorblechen gestapelt sein, so dass die Einführöffnung in der Länge variierbar ist.
• Um eine sichere elektrische Kontaktierung aller Statorbleche zu gewährleisten ist es vorteilhaft, wenn die Statorbleche jeweils miteinander elektrisch verbunden sind. In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung weist jedes Statorblech mindestens zwei Paketierlaschen und auf der anderen Blechseite dazu komplementäre Aussparungen auf. Beim Stapeln des Statorkörpers greifen dann jeweils die Paketierlaschen eines Statorblechs in die Aussparungen des nächsten Statorblechs ein, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen allen Statorblechen gewährleistet ist.
• Der erfindungsgemäße Stator ist prinzipiell für alle elektrischen Maschinen geeignet. Insbesondere vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Stator in einem Elektromotor einsetzbar.
• Eine vorteilhafte Ausführung eines Elektromotors umfasst einen erfindungsgemäßen Stator, einen Rotor und ein Motorgehäuse.
• Das Motorgehäuse ist vorzugsweise aus einem Kunststoff spritzgegossen, wobei der Stator vollständig umspritzt ist.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
• Es zeigt:
• 1: einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor ohne Rotor,
• 2: eine Frontansicht eines erfindungsgemäßen Stators,
• 3: ein Längsschnitt des Stators der 5,
• 4: ein Ausschnitt eines Statorblechs mit einer radial offenen Einführöffnung,
• 5: eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Stators mit einer radial offenen Einführöffnung und eingesetztem Erdungskontaktstift,
• 6: eine Detailansicht einer alternativen Ausführung eines Erdungskontaktstifts mit zwei benachbarten Befestigungsstiften,
• 7: eine Detailansicht einer alternativen Ausführung eines Erdungskontaktstifts mit zwei benachbarten Befestigungsstiften und
• 8: eine Detailansicht einer alternativen Ausführung eines Erdungskontaktstifts mit zwei benachbarten Befestigungsstiften.
• In 1 ist ein Elektromotor 1 als Innenläufer mit einem erfindungsgemäßen Stator 2 und einem Motorgehäuse 3 jedoch ohne Rotor gezeigt.
• Der Stator 2 weist einen aus einzelnen Statorblechen 4 gestapelten Statorkörper 5 auf. An den Stirnseiten des Statorkörpers 5 sind jeweils Wicklungsträger 6 aus Kunststoff angeordnet, über die die Statorwicklungen 7 der einzelnen Statorpole 11 geführt sind.
• Der Statorkörper 5 weist an seinem Außenring 8 mehrere in axialer Richtung verlaufende, radial nach Außen vorstehende Rippen 12 auf. In einigen der oder allen Rippen 12 sind in axialer Richtung ausgedehnte Einführöffnungen 9 angeordnet. Die Wicklungsträger 6 weisen jeweils mindestens einen zapfen 10 auf, der jeweils in eine Einführöffnung 9 eingreift und somit ein Verdrehen des Wicklungsträgers 5 verhindert.
• Im Wicklungsträger 6 sind darüber hinaus Kontaktstifte 13 zur elektrischen Kontaktierung der Statorwicklungen 7 angeordnet. Die Kontaktstifte 13 ragen als Steckverbinder aus dem Kunststoff-Motorgehäuse 3 heraus.
• Der Statorkörper 5 und die Wicklungsträger 6 mit den Statorwicklungen 7 und die Kontaktstifte 13 bilden als Einheit den Stator 2. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Stator 2 vollständig mit einem Kunststoff umspritzt, der das Motorgehäuse 3 bildet. Der Stator 2 kann jedoch auch in einem vorgefertigten Motorgehäuse eingesetzt sein, das beispielsweise aus Metall oder Kunststoff besteht.
• Erfindungsgemäß weist der Stator 2 einen Erdungskontaktstift 15 auf, der, wie die anderen Kontaktstifte 13, aus dem Motorgehäuse 3 nach Außen geführt ist. Zur elektrischen Verbindung mit dem Statorkörper 5 ist dieser Erdungskontaktstift 15 in eine der Einführöffnungen 9 des Statorkörpers 5 gesteckt. Da der Erdungskontaktstift 15 im Beispiel im Motorgehäuse 3 vollständig umspritzt ist, spielt die mechanische Festigkeit, mit der der Erdungskontaktstift 15 in der Einführöffnung 9 gehalten ist, primär keine Rolle. Um eine sichere elektrische Verbindung zu gewährleisten, ist jedoch eine kraftschlüssige Passung zwischen Erdungskontaktstift 15 und Einführöffnung 9 vorteilhaft.
• Die Einführöffnungen 9 und der Erdungskontaktstift 15 weisen im Beispiel jeweils im Wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt auf. Für die Erfindung spielt die Form jedoch keine Rolle, weshalb die Einführöffnung 9 und der Erdungskontaktstift 15 jeweils auch anders und insbesondere auch unterschiedlich geformt sein können. So kann ein rechteckiger Erdungskontaktstift 15 beispielsweise auch in eine runde Einführöffnung 9 eingesetzt sein.
• Vorzugsweise werden die Einführöffnungen 9 bereits beim Stanzen der einzelnen Statorbleche 4 mitgestanzt. Sind alle Statorbleche 4 gleich, erstreckt sich die Einführöffnung 9 über die gesamte Länge des Statorkörper 5. Der Statorkörper 5 kann jedoch auch aus verschiedenen Statorblechen gestapelt sein, wodurch die Einführöffnungen 9 auch kürzer sein können.
• Die Einführöffnung 9 kann alternativ auch durch eine Bohrung realisiert sein, wobei die Bohrung als Sackloch oder durchgängig ausgeführt sein kann.
• Die 2 zeigt eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Stators 2. Am Außenring 8 des Statorkörpers 5 sind mehrere Rippen 12 teilweise mit Einführöffnungen 9 vorhanden, von denen einige unbenutzt sind. Insgesamt sind am Stator 2 vier Kontaktstifte 13 angeordnet, von denen drei mit den Motorphasen der Statorwicklungen 7 verbunden sind und einer als Erdungskontaktstift 15 in einer Einführöffnung 9 eingesetzt ist.
• Der Statorkörper 5 kann auch ohne solche Rippen 12 ausgebildet sein, solange der Außenring 8 des Statorkörpers 5 breit genug ist, um die Einführöffnungen 9 aufzunehmen.
• In den 3 bis 5 ist eine alternative Ausgestaltung der Erfindung mit einem Stator 102 und einem Wicklungsträger 106 zu erkennen, in welcher der Erdungskontaktstift 115 in der Einführöffnung 109 eingesetzt ist. Der in 3 gezeigte Erdungskontaktstift 115 ist im Beispiel wesentlich kürzer als die Einführöffnung 109 und die Kontaktstifte 113 sind hier in einer leicht modifizierten Variante ausgeführt. Damit dennoch alle Statorbleche 104 über den Erdungskontaktstift 115 geerdet sind, ist es in diesem Fall zwingend notwendig, dass die einzelnen Statorbleche 104 elektrisch miteinander verbunden sind.
• Dies kann beispielsweise durch Paketierlaschen 14 erfolgen, die jeweils an einer Seite der Statorbleche 104 angeordnet sind. Dazu weisen die Statorbleche 104 jeweils an der anderen Blechseite komplementäre Aussparungen 16 auf, so dass die Paketierlaschen 114 jeweils in die Aussparungen 16 des benachbarten Statorblechs 104 eingreifen. Die Paketierlaschen 14 und/oder die Aussparungen 16 können zusätzlich konisch ausgebildet sein, um eine sichere elektrische Verbindung zu gewährleisten.
• Die 4 zeigt eine Detailansicht eines Statorblechs 104 mit einer alternativen Ausführung einer Einführöffnung 109 für einen Erdungskontaktstift. Die Einführöffnung 109 ist in dieser Ausführung als Langloch ausgebildet, das radial nach Außen offen ist. Die Einführöffnung 109 benötigt in diesem Fall wesentlich weniger Bauraum. Der Statorkörper 105 kann daher ohne Rippen ausgebildet sein, ohne an Stabilität zu verlieren.
• In einer solchen radial offenen Einführöffnung 109 kann ein Erdungskontaktstift 115 trotzdem sicher und fest gehalten sein.
• Durch die Ausführung als Langloch, weisen die Kanten 17 der Einführöffnung 109 jeweils einen Hinterschnitt auf und laufen spitz zu. Die Einführöffnung 109 kann jedoch beispielsweise auch gerade Kanten ohne Hinterschnitt oder eine beliebige andere Form aufweisen.
• Wie in 5 erkennbar ist, sitzt der Erdungskontaktstift 115 bei dieser Ausführung zwischen den spitzen Kanten 17 und wird durch diese geklemmt. Dies sorgt für mechanische Stabilität und einen sicheren elektrischen Kontakt zum Statorkörper 5. Der Statorkörper 105 hat in dieser Ausführung eine Anschlagfläche, die auf der Stirnseite des Statorkörpers 105 aufliegt.
• In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung, wie sie in 6 dargestellt ist, weist der Erdungskontaktstift 215 zwei voneinander beabstandete Befestigungsstifte 218 auf, die in zwei benachbarte Einführöffnungen 209 eingesetzt sind. Die Befestigungsstifte 218 können sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung konisch ausgebildet sein, so dass ein Form- und/oder Kraftschluss mit dem Statorkörper 5, 105 möglich ist. Die beiden Einführöffnungen 209 sind vorzugsweise radial nach Außen offen ausgebildet. Damit der Erdungskontaktstiftstift 215 bis zum Spritzguss ausreichend fest sitzt, ist er vorzugsweise in die Einführöffnungen geklemmt. Dazu kann beispielsweise jeweils eine Kante 17 der Einführöffnungen 309 spitz zulaufen, so dass diese Kante 17 jeweils in einen Befestigungsstift 318 einschneidet (7). Die Einführöffnungen 409 und die Befestigungsstifte 418 können beispielsweise auch eine Art Schwalbenschwanzführung aufweisen, die einen Formschluss realisiert (8). Darüber hinaus können die Befestigungsstifte (218, 318, 418) auf vielfältige andere Art geklemmt sein, weshalb die Beispiele in keiner Weise einschränkend sind.
• Bezugszeichenliste

1

Elektromotor

2

Stator

3

Motorgehäuse

4, 104

Statorblech

5, 105

Statorkörper

6, 106

Wicklungsträger

7

Statorwicklung

8, 108, 208, 308, 408

Außenring

9, 109, 209, 309, 409

Einführöffnung

10

Zapfen

11

Statorpol

12

Rippe

13

Kontaktstift

14

Paketierlaschen

15, 115, 215

Erdungskontaktstift

16

Aussparung

17

Kante

18, 118, 218, 318, 418

Befestigungsstifte

a

Spitzenwinkel

b

Stegbreite

Claims (10)

1. Stator, insbesondere für einen Elektromotor (1), mit einem Statorkörper (5, 105), der elektrisch leitend mit einem Erdungskontaktstift (15, 115, 215) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkörper (5, 105) wenigstens eine in axialer Richtung ausgedehnte Einführöffnung (9; 109) aufweist, in die der Erdungskontaktstift (15, 115, 215) eingesetzt ist.
2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführöffnung (9, 109) in Form eines Langlochs ausgebildet ist.
3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführöffnung (109, 209, 309, 409) am Außenumfang des Statorkörpers (5, 105) radial offen ausgebildet ist.
4. Stator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (17) der radial offenen Einführöffnung (109, 209) jeweils spitz zulaufen und einen Hinterschnitt aufweisen.
5. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführöffnung (9, 109, 209, 309, 409) über die ganze Länge des Statorkörpers (5, 105) ausgedehnt ist.
6. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Erdungskontaktstift (215) zwei Befestigungsstifte (218, 318, 418) aufweist, die in zwei benachbarten Einführöffnungen (209, 309, 409) eingreifen.
7. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkörper (5, 105) aus einzelnen Statorblechen (4, 104) gestapelt ist.
8. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorbleche (4, 104) jeweils mindestens zwei Paketierlaschen (14) und auf der anderen Blechseite dazu komplementäre Aussparungen (16) aufweisen, so dass beim Stapeln der Statorbleche (4, 104) jeweils die Paketierlaschen (14) eines Statorblechs (4, 104) in die Aussparungen (16) des nächsten Statorblechs (4, 104) eingreifen und somit eine elektrische Verbindung zwischen allen Statorblechen (4, 104) gewährleistet ist.
9. Elektromotor mit einem Stator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Elektromotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) mit einem Kunststoff umspritzt ist, der ein Motorgehäuse (3) bildet.

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