-
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einer Statoranordnung und einer Rotoranordnung.
-
Elektromotoren mit einer Statoranordnung und einer Rotoranordnung weisen im Allgemeinen an der Statoranordnung eine Wicklungsanordnung auf, wobei diese Wicklungsanordnung einen Wicklungsdraht und eine Kontaktiervorrichtung zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Kontaktes zwischen dem Wicklungsdraht und der Kontaktiervorrichtung aufweist. Mit Hilfe des elektrisch leitfähigen Kontaktes wird die Wicklungsanordnung zur Erzeugung eines Magnetfelds bestromt, derart, dass die Rotoranordnung zur Rotation angeregt wird. Der elektrisch leitfähige Kontakt wird dadurch hergestellt, dass ein Kontaktelement der Kontaktiervorrichtung den Wicklungsdraht aufnimmt, wobei zur Aufnahme in der Regel ein Schlitz im Kontaktelement ausgebildet ist. Der Wicklungsdraht ist in der Kontaktiervorrichtung zu zentrieren, so dass das Kontaktelement den Wicklungsdraht aufnehmen kann. Hierzu sind üblicherweise Klemmmittel in Form von dünnen Rippen zur verengten Drahtführung vorgesehen, welche an der Kontaktiervorrichtung ausgebildet sind.
-
Problematisch ist, dass die dünnen Rippen bei der Herstellung der Kontaktiervorrichtung nicht immer ausreichend mit Material gefüllt sind, so dass der Wicklungsdraht nicht exakt zwischen den dünnen Rippen geführt und zentriert wird und dies eine zeitaufwendige und kostenintensive Nachbearbeitung des Elektromotors bzw. Ausschuss zur Folge hat.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen Elektromotor mit einer Statoranordnung und einer Rotoranordnung bereitzustellen, welcher eine gesicherte und bauraumoptimierte Verbindung zwischen dem Wicklungsdraht und der Kontaktiervorrichtung realisiert.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Elektromotor mit einer Statoranordnung und einer Rotoranordnung mit den Merkmalen das Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
-
Erfindungsgemäß weist der Elektromotor mit einer Statoranordnung und einer Rotoranordnung, die zur Rotation um eine Drehachse des Elektromotors ausgebildet ist, auf, wobei die Drehachse eine axiale Richtung und eine radiale Richtung des Elektromotors definiert. Die Statoranordnung umfasst eine Wicklungsanordnung mit einem Wicklungsdraht und eine Kontaktiervorrichtung zur Kontaktierung des Wicklungsdrahtes, wobei die Kontaktiervorrichtung ein Gehäuse mit einer Wandung, einer Steckfläche, einer ersten Seitenfläche sowie einer von der ersten Seitenfläche abgewandt ausgebildeten zweiten Seitenfläche aufweist. In der Wandung sind eine erste Aufnahmeöffnung zur Aufnahme eines Kontaktelementes der Kontaktiervorrichtung und eine zweite Aufnahmeöffnung zur Aufnahme des Wicklungsdrahtes eingebracht, wobei das Kontaktelement einen Schlitz aufweist, in welchem der Wicklungsdraht zumindest teilweise aufnehmbar ist. Die zweite Aufnahmeöffnung erstreckt sich nach Art einer Rinne zwischen der ersten Seitenfläche und der zweiten Seitenfläche, wobei eine Auflagefläche der zweiten Aufnahmeöffnung zur Auflage des Wicklungsdrahtes ausgebildet ist. Die erste Aufnahmeöffnung ist die zweite Aufnahmeöffnung durchquerend, somit quer zur zweiten Aufnahmeöffnung ausgebildet. Im Bereich der ersten Aufnahmeöffnung erstreckt sich der Wicklungsdraht in eine erste Wicklungsdrahtrichtung. Zur Zentrierung des Wicklungsdrahtes relativ zum Schlitz ist in einem ersten Endbereich der Auflagefläche, welcher an der ersten Seitenfläche positioniert ist, ein Zentrierprisma ausgebildet.
-
Der Vorteil der Erfindung ist die Zentrierung des Wicklungsdrahtes in der Kontaktiervorrichtung relativ zum Schlitz des Kontaktelementes, so dass der Wicklungsdraht mit Hilfe des Zentrierprismas fixiert ist. Das bedeutet, dass bei der Herstellung des Kontaktes zwischen dem Wicklungsdraht und dem Kontaktelement, d. h. bei der Aufnahme des Wicklungsdrahtes im Schlitz des Kontaktelementes, der Wicklungsdraht nicht seine vorgesehenen Position verlässt. Ohne Zentrierung des Wicklungsdrahts besteht die Gefahr, dass der Wicklungsdraht nicht in den Schlitz des Kontaktelements hinein gleitet und stattdessen durch das Kontaktelement beschädigt wird. Dies ist unerwünscht, da dadurch der elektrisch leitfähige Kontakt nicht zuverlässig hergestellt ist und somit der Elektromotor ausfallanfällig oder sogar funktionsuntüchtig ist. Das bedeutet einen hohen Kostenaufwand bei möglicherweise nachträglichen Reklamationen. Mit Hilfe des Zentrierprismas kann somit die Ausfallwahrscheinlichkeit reduziert und der Kostenaufwand gesenkt werden.
-
Ein weiterer Vorteil des Zentrierprismas ist, dass es in einem einfachen spritzgusstechnischen Verfahren herstellbar ist. Die Qualität des Elektromotors steigt bei gleichzeitiger Reduzierung der Herstellungskosten.
-
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektromotors ist das Zentrierprisma mit Hilfe einer ersten Zentrierfläche und einer zweiten Zentrierfläche ausgebildet, wobei die erste Zentrierfläche und die zweite Zentrierfläche gegeneinander geneigt positioniert sind, derart, dass ein Winkel zwischen der ersten Zentrierfläche und der zweiten Zentrierfläche ausgebildet ist, und wobei die erste Zentrierfläche und die zweite Zentrierfläche mit Hilfe einer Verbindungsfläche miteinander verbunden sind. Bevorzugterweise ist der Winkel in einem Wertebereich zwischen 50° und 130° ausgebildet. Mit Hilfe der beiden Zentrierflächen wird der Wicklungsdraht quasi trichterartig in der zweiten Aufnahmeöffnung aufgenommen, so dass eine Zentrierung aufgrund der dem Winkel zueinander angeordneten Zentrierflächen. Zur verbesserten Zentrierung ist die Verbindungsfläche bogenförmig ausgebildet. Der Vorteil der bogenförmig ausgebildeten Verbindungsfläche ist eine mindestens punktuelle Auflage des Wicklungsdrahtes auf der Auflagefläche, wodurch der Wicklungsdraht zusätzlich in der zweiten Aufnahmeöffnung und relativ zum Schlitz positioniert wird. Die bogenförmige Verbindungsfläche ist mit einem zweiten Radius zu gestalten, welcher eine Größe eines kleinsten Wicklungsdrahtradius aufweist. Auf diese Weise ist ausgehend von einem Wicklungsdraht mit einem kleinsten Wicklungsdrahtradius bis zu einem Wicklungsdraht mit einem größten Wicklungsdrahtradius der Wicklungsdraht in dem Zentrierprisma gesichert positionierbar, derart, dass eine Zentrierung relativ zum Schlitz des Kontaktelementes ausgebildet ist. Sofern der Wicklungsdraht einen Wicklungsdrahtradius aufweist, welcher größer ist als der zweite Radius, dient das Zentrierprisma mit seinen Prismenflächen, insbesondere die erste Zentrierfläche und die zweite Zentrierfläche, der Auflage und somit der Zentrierung des Wicklungsdrahtes.
-
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektromotors erstreckt sich die zweite Aufnahmeöffnung im ersten Endbereich nach Art einer Rampe in eine Richtung, die schräg zur ersten Wicklungsdrahtrichtung ausgebildet ist, so dass der Wicklungsdraht dort von der ersten Seitenfläche zur ersten Aufnahmeöffnung hin in Richtung der Steckfläche zuläuft. Der Vorteil ist, dass der Wicklungsdraht in seiner Wicklungsdrahtrichtung eine Richtungsänderung in der Kontaktiervorrichtung aufweist, so dass er bewegungsbehindert in der zweiten Aufnahmeöffnung aufgenommen ist. Das heißt mit anderen Worten, der Wicklungsdraht kann aufgrund der Änderung seiner Wicklungsdrahtrichtung eine dem Gehäuse sowie der zweiten Aufnahmeöffnung angepasste Richtung einnehmen, derart, dass er aufgrund seiner Richtungsänderung und mit zusätzlicher Hilfe des Zentrierprismas in der Kontaktiervorrichtung fixiert ist.
-
Zur weiteren Sicherung der Fixierung ist ein Halteelement zum Halten des Wicklungsdrahtes an einer von der ersten Seitenfläche abgewandt ausgebildeten zweiten Seitenfläche des Gehäuses positioniert. Der Vorteil des Halteelementes ist darin zu sehen, dass insbesondere bei einer Drahtführung des Wicklungsdrahtes von außen nach innen, wie es insbesondere bei einem als (z. B. hochpoliger) Außenläufer ausgestalteten Elektromotor der Fall ist, das Halten des Wicklungsdrahtes, welches in diesem Fall Platzprobleme aufweist, gesichert wird. Von dem Zentrierprisma, welches an der ersten Seitenfläche des Gehäuses, d. h. im ersten Endbereich der zweiten Aufnahmeöffnung ausgebildet ist, abgewandt, ist an der zweiten Seitenfläche des Gehäuses das Halteelement positioniert, so dass der Wicklungsdraht zwischen dem Zentrierprisma und dem Halteelement in der ersten Aufnahmeöffnung zentriert angeordnet ist. Der Wicklungsdraht wird somit von außen, von der ersten Seitenfläche ausgehend über das Zentrierprisma eingeführt und mit dem Halteelement verbunden. Damit kann eine eindeutige Positionierung des Wicklungsdrahtes in der ersten Aufnahmeöffnung erzielt werden, so dass bei der Herstellung des elektrisch leitfähigen Kontaktes mit dem Kontaktelement eine Depositionierung des Wicklungsdrahtes vermieden wird.
-
Bevorzugterweise ist das Halteelement verlierbar ausgebildet. Das heißt, dass nach Beendigung eines Wicklungsprozesses der Statoranordnung das Halteelement mit dem im Halteelement aufgenommenen Wicklungsdraht an der zweiten Seitenfläche abgeschnitten bzw. abgetrennt werden.
-
In einer weiteren Ausgestaltung weist das Halteelement einen Klemmschlitz auf, in welchem der Wicklungsdraht klemmend aufnehmbar ist. Das heißt, der Wicklungsdraht wird über das Zentrierprisma zum Halteelement geführt, wobei er im Halteelement in dem Klemmschlitz gesichert verspannt wird, so dass eine gesicherte Positionierung des Wicklungsdrahtes im Bereich der ersten Aufnahmeöffnung ausgebildet ist. Je nach Form des Klemmschlitzes, dieser kann in Richtung der ersten Wicklungsdrahtrichtung parallel oder trapezförmig ausgestaltet sein, und nach Material des Halteelementes entsteht eine so große Elastizität, dass unterschiedliche Wicklungsdrähte, d. h. Wicklungsdrähte mit unterschiedlichen Durchmessern verklemmend in der Haltevorrichtung aufnehmbar sind.
-
Bevorzugt ist der Klemmschlitz in Richtung der ersten Wicklungsdrahtrichtung trapezförmig ausgestaltet, so dass aufgrund der Trapezform eine besonders bevorzugte Elastizität des Klemmschlitzes ausgebildet ist zur Aufnahme unterschiedlich dicker Wicklungsdrähte. Durch die Keilform verkrallt sich der Draht und hält besonders gut. Mit anderen Worten ist eine klemmende Wirkung des Klemmschlitzes für Wicklungsdrähte mit unterschiedlichen Wicklungsdrahtdurchmessern bzw. Wicklungsdrahtradien herbeiführbar. Dies führt vorteilhaft zu einer kostengünstigen Herstellung der Kontaktiervorrichtung, da eine Form der Kontaktiervorrichtung für unterschiedlich dicke Wicklungsdrähte nutzbar ist.
-
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektromotors ist an einem zweiten Endbereich der Auflagefläche, welcher an der zweiten Seitenfläche positioniert ist, ein weiteres Zentrierprisma zur Zentrierung des Wicklungsdrahtes relativ zum Schlitz ausgebildet.
-
Die erste Aufnahmeöffnung weist ausgehend von der Steckfläche eine sich in Richtung der Drehachse erstreckende erste Gesamthöhe auf, welche größer ist als eine ausgehend von der Steckfläche sich in Richtung der Drehachse erstreckende zweite Gesamthöhe der zweiten Aufnahmeöffnung. Damit ist die Herstellung des elektrischen Kontaktes zwischen dem Kontaktelement und dem Wicklungsdraht gesichert, da das Kontaktelement bis zur Kontaktierung des Wicklungsdrahtes, welcher in der zweiten Aufnahmeöffnung angeordnet ist, in die erste Aufnahmeöffnung einführbar ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der Wicklungsdraht gesichert mit dem Kontaktelement in einen elektrisch leitenden Kontakt bringbar ist, da der Wicklungsdraht auf der zweiten Gesamthöhe positioniert ist und das Kontaktelement diese zweite Gesamthöhe aufgrund seiner Positionierung in der ersten Aufnahmeöffnung, welche eine größere erste Gesamthöhe aufweist, erreicht.
-
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektromotors weist die Statoranordnung ein zylinderartig ausgebildetes Aufnahmeelement auf, welches zur Aufnahme einer Mehrzahl von Kontaktiervorrichtungen ausgebildet ist. Das bedeutet, dass die Kontaktiervorrichtung auch unabhängig von dem Aufnahmeelement ausgebildet werden kann und bspw. über eine Steckverbindung mit dem Aufnahmeelement verbindbar ist.
-
Alternativ ist die Mehrzahl von Kontaktiervorrichtungen einstückig mit dem Aufnahmeelement ausgebildet, so dass die Verbindung der Kontaktiervorrichtungen mit dem Aufnahmeelement im Herstellungsprozess des Elektromotors entfällt.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es möglich, dass die Elemente nicht in allen Figuren mit ihrem Bezugszeichen versehen sind, ohne jedoch ihre Zuordnung zu verlieren. Es zeigen:
-
1 in einer perspektivischen Ansicht einen erfindungsgemäßen Elektromotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
-
2 in einem Ausschnitt die perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Elektromotors von 1,
-
3 in einer perspektivischen Ansicht aus einer ersten Blickrichtung ein Gehäuse einer Kontaktiervorrichtung des erfindungsgemäßen Elektromotors von 1,
-
4 in einer perspektivischen Ansicht die Kontaktiervorrichtung von 3 mit einem Kontaktelement und einem Wicklungsdraht,
-
5 in einem Querschnitt entlang einer ersten Schnittebene I-I, die Kontaktiervorrichtung von 4,
-
6 in einem Längsschnitt entlang einer zweiten Schnittebene II-II die Kontaktiervorrichtung von 4,
-
7 in einem Ausschnitt das Gehäuse von 3,
-
8 in einem Ausschnitt das Gehäuse von 3 in einer perspektivischen Ansicht aus einer zweiten Blickrichtung,
-
9 in einem Ausschnitt die Kontaktiervorrichtung von 4,
-
10 in einem Ausschnitt die Kontaktiervorrichtung von 4 in einer perspektivischen Ansicht aus der zweiten Blickrichtung,
-
11 in einem Querschnitt entlang der ersten Schnittebene I-I das Gehäuse des erfindungsgemäßen Elektromotors im ersten Ausführungsbeispiel,
-
12 in einer Draufsicht das Gehäuse von 11,
-
13 in einem Querschnitt entlang der ersten Schnittebene I-I die Kontaktiervorrichtung des erfindungsgemäßen Elektromotors im ersten Ausführungsbeispiel,
-
14 in einer Draufsicht die Kontaktiervorrichtung von 13,
-
15 in einem Querschnitt entlang der ersten Schnittebene I-I die Kontaktiervorrichtung von 13 mit abgeschnittenem Wicklungsdraht,
-
16 in einer Draufsicht die Kontaktiervorrichtung von 15,
-
17 einer perspektivischen Ansicht aus der zweiten Blickrichtung das Gehäuse der Kontaktiervorrichtung des erfindungsgemäßen Elektromotors in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
-
18 in einer perspektivischen Ansicht die Kontaktiervorrichtung von 17 mit dem Kontaktelement und dem Wicklungsdraht,
-
19 in einem Querschnitt entlang einer dritten Schnittebene III-III die Kontaktiervorrichtung von 17,
-
20 in einem Längsschnitt entlang einer vierten Schnittebene IV-IV das Gehäuse von 19,
-
21 in einem Querschnitt entlang der dritten Schnittebene III-III die Kontaktiervorrichtung des erfindungsgemäßen Elektromotors in einem dritten Ausführungsbeispiel,
-
22 in einer perspektivischen Ansicht aus der zweiten Blickrichtung das Gehäuse der Kontaktiervorrichtung des erfindungsgemäßen Elektromotors in einem vierten Ausführungsbeispiel,
-
23 in einer perspektivischen Ansicht die Kontaktiervorrichtung von 22 mit dem Kontaktelement und dem Wicklungsdraht,
-
24 in einem Längsschnitt entlang einer fünften Schnittebene V-V die Kontaktiervorrichtung von 23
-
25 in einer Draufsicht ein Ausschnitt der Kontaktiervorrichtung von 23,
-
26 in einer Detailansicht ein Halteelement der Kontaktiervorrichtung des erfindungsgemäßen Elektromotors von 23,
-
27 in einem Querschnitt entlang der fünften Schnittebene V-V die Kontaktiervorrichtung von 23 mit abgeschnittenem Wicklungsdraht,
-
28 in einem Längsschnitt entlang einer sechsten Schnittebene VI-VI die Kontaktiervorrichtung von 23,
-
29 in einem Ausschnitt einen Schnitt entlang einer achten Schnittebene VIII-VIII der Kontaktiervorrichtung von 5, 21, 24 und 27,
-
30 in einem Schnitt entlang einer neunten Schnittebene IX-IX die Kontaktiervorrichtung von 5, 21 und 24,
-
31 in einer raumbildlichen Darstellung den gesamten Elektromotor 10 von 1,
-
32 in einer raumbildlichen Darstellung die Rotoranordnung des Elektromotors von 31,
-
33 in einer Seitenansicht die Statoranordnung und eine Leiterplatte des Elektromotors von 1, und
-
34 in einer raumbildlichen Darstellung die Statoranordnung und Leiterplatte von 33.
-
Als Beispiel für einen erfindungsgemäßen Elektromotor 10 in Form eines Außenläufermotors ist in 31 ein Rollenantrieb für eine Transportrolle gezeigt, wie er beispielsweise für die Beförderung von Paketen verwendet wird. Der beispielhafte Elektromotor 10 hat eine feststehende Achse 65, elektrische Leistungs- und Steuerungsleitungen 66 und eine Rotoranordnung 62.
-
32 zeigt die zylinderförmige Rotoranordnung 62. Auf der Innenseite hat diese eine Permanentmagnetanordnung 63 mit einer Mehrzahl von Stabmagneten, die an der Rotoranordnung 62 befestigt sind und die Rotorpole ausbilden.
-
33 und 34 zeigen den Elektromotor 10 ohne die Rotoranordnung 62. An der feststehenden Achse 65 sind eine Statoranordnung 14 und eine Leiterplatte 68 befestigt, wobei die Statoranordnung 14 über Kontaktelemente 50 mit der Leiterplatte verbunden ist. In 34 ist auf der Leiterplatte 68 schematisch eine Motorelektronik 70 angedeutet, die z. B. eine Endstufe zur Bestromung der Statoranordnung umfasst. Die Endstufe kann aber auch außerhalb des Elektromotors 10 angeordnet sein.
-
1 zeigt die Statoranordnung 14 des Elektromotors 10 in einer perspektivischen Ansicht. Die Statoranordnung ist in Form eines Innenstators 14 ausgebildet, und die in 31 dargestellte Rotoranordnung 62 ist zur Rotation um eine Drehachse 16 des Elektromotors 10 ausgebildet.
-
2 zeigt in einem Ausschnitt den erfindungsgemäßen Elektromotor 10 gem. 1.
-
Der Innenstator 14 weist Statorpole 15 auf, welche mit Hilfe einer stromdurchfließbaren Wicklungsanordnung 17, aufweisend einen Wicklungsdraht 40, ein Magnetfeld erzeugbar ausgebildet sind, wobei dieses Magnetfeld die Rotation des Außenläufers erzwingt.
-
Damit der Wicklungsdraht 40 mit Strom beaufschlagbar ist, weist die Statoranordnung 14 eine Kontaktiervorrichtung 20 mit einem Kontaktelement 50 (vgl. 6) auf. Hierzu ist es erforderlich, dass ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen dem Wicklungsdraht 40 und dem Kontaktelement 50 ausgebildet ist. Dieser elektrisch leitfähige Kontakt wird mit Hilfe eines Schlitzes 51 des Kontaktelementes 50 herbeigeführt, in welchem der Wicklungsdraht 40 teilweise aufgenommen wird. Mit anderen Worten wird der Wicklungsdraht im Schlitz 51 so positioniert, dass der elektrisch leitfähige Kontakt zwischen dem Wicklungsdraht 40 und dem Kontaktelement 50 hergestellt ist. Das Kontaktelement 50 umfasst dabei zangenartig den Wicklungsdraht 40 mit Hilfe des Schlitzes 51. Der Wicklungsdraht 40 weist üblicherweise eine elektrische Isolierung auf, z. B. eine äußere Lackschicht oder eine andere Isolierschicht, damit kein Kurzschluss zwischen den einzelnen Spulen der Wicklung entsteht. Durch die Führung des Wicklungsdrahts 40 entlang des Schlitzes 51 wird die Isolierschicht abgerieben, und hierdurch kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Wicklungsdraht 40 und dem Kontaktelement 50 entstehen.
-
Das Kontaktelement 50 ist an eine Stromquelle bzw. Endstufe anschließbar, z. B. über einen Stecker oder durch eine elektrische Verbindung mit der Leiterplatte 68, wie dies in 33 und 34 dargestellt ist, insbesondere durch Verlöten oder durch eine Steckverbindung. Sobald Strom durch das Kontaktelement 50 fließt, wird der Wicklungsdraht 40 aufgrund des elektrisch leitfähigen Kontaktes ebenfalls von Strom durchflossen, so dass sich das Magnetfeld ausbilden kann und die Rotoranordnung, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Außenläufer, somit in Rotation versetzt wird.
-
Zur Positionierung der Kontaktiervorrichtung 20 ist die Statoranordnung 14 ein Aufnahmeelement 18 aufweisend ausgebildet. Einer Anzahl von Spulen des Elektromotors 10 angepasst, weist das Aufnahmeelement 18 eine Mehrzahl von Kontaktiervorrichtungen 20 auf. Die jeweilige Kontaktiervorrichtung 20 kann einstückig mit dem Aufnahmeelement 18 oder als Einzelkomponente der Statoranordnung 14 ausgebildet sein. Ist die Kontaktiervorrichtung 20 beispielsweise als Einzelkomponente ausgeführt, kann sie über eine Steckverbindung oder mit Hilfe eines stoffschlüssigen Verfahrens mit dem Aufnahmeelement 18 verbunden werden.
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel, vgl. 1 und 2, ist der Elektromotor 10 in Form eines Außenläufermotors mit Innenstator und Außenrotor ausgeführt. Bevorzugt ist hierbei das Aufnahmeelement 18, mit welchem die Kontaktiervorrichtung 20 zu verbinden ist, in einem Innenbereich des Elektromotors 10 ausgebildet.
-
Ist der Elektromotor 10 als Innenläufer mit Außenstator und Innenrotor ausgebildet, bedeutet dies, dass das Aufnahmeelement 18 an einem Außenbereich des Elektromotors 10 ausgebildet ist. Unter der Voraussetzung eines ungefähr baugleichen Elektromotors 10 bedeutet dies, dass für die einzelnen Kontaktiervorrichtungen 20 ein vergrößerter Bauraum zur Verfügung steht.
-
Die Kontaktiervorrichtung 20 weist ein Gehäuse 21 mit einer Wandung 22 auf, welche eine erste Seitenfläche 23 und eine von der ersten Seitenfläche 23 abgewandt ausgebildete zweite Seitenfläche 24 umfasst, vgl. 3. Die erste Seitenfläche 23 und die zweite Seitenfläche 24 sind mit Hilfe einer Steckfläche 26 verbunden. Die erste Seitenfläche 23 ist in diesem Ausführungsbeispiel leicht gewölbt ausgebildet, wohingegen die zweite Seitenfläche 24 eben bzw. plan ausgestaltet ist. Ebenso könnten beide Seitenflächen 23, 24 plan oder beide Seitenflächen 23, 24 konvex oder konkav gewölbt ausgebildet sein. Die Form der Seitenflächen 23, 24 ist abhängig vom Einbau bzw. der Positionierung der Kontaktiervorrichtung 20 an dem zylinderartig ausgebildeten Aufnahmeelement 18. D. h. die Form der beiden Seitenflächen 23, 24 kann einem Innenradius RI und einem Außenradius RA der Statoranordnung 14 angepasst werden, vgl. 1.
-
Sofern die Kontaktiervorrichtung 20 einstückig mit dem Aufnahmeelement 18 ausgebildet ist, entspricht die Wandung 22 bevorzugt einem Zylinderabschnitt des Aufnahmeelements 18. Zur besseren Anschaulichkeit ist die Kontaktiervorrichtung in den 3 bis 30 in Form einer Einzelkomponente dargestellt.
-
Bevorzugt ist die erste Seitenfläche 23 den Rotormagneten zugewandt im Elektromotor 10 angeordnet. Das heißt, die zweite Seitenfläche 24 ist in diesem Ausführungsbeispiel der Drehachse 16 zugewandt positioniert. Ebenso könnte auch die erste Seitenfläche 23 der Drehachse 16 zugewandt positioniert sein, so dass die zweite Seitenfläche 24 den Rotormagneten zugewandt positioniert wären.
-
Zur Herstellung des elektrisch leitfähigen Kontakts zwischen dem Wicklungsdraht 40 und dem Kontaktelement 50 weist die Kontaktiervorrichtung 20 im Gehäuse 21 eine erste Aufnahmeöffnung 27 (Tasche) zur Aufnahme des Kontaktelementes 50 und eine zweite Aufnahmeöffnung 28 (Rinne, Nut) zur Aufnahme des Wicklungsdrahtes 40 auf, vgl. 3. Die erste Aufnahmeöffnung 27 ist die zweite Aufnahmeöffnung 28 durchquerend und quer zur zweiten Aufnahmeöffnung 28 im Gehäuse 21 angeordnet. Die Kontaktiervorrichtung 20, umfassend das Gehäuse 21, den Wicklungsdraht 40 und das Kontaktelement 50, ist in einer perspektivischen Ansicht in 4 dargestellt. 5 zeigt in einem Querschnitt entlang einer ersten Schnittebene I-I die Kontaktiervorrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels.
-
Die erste Aufnahmeöffnung 27 ist taschenartig ausgestaltet und weist bevorzugt in einem Längsschnitt entlang einer zweiten Schnittebene II-II eine überwiegend rechteckige Innenkontur 25 auf, welche im Bereich der Steckfläche 26 einen Absatz 33 aufweist, vgl. 6. Mit anderen Worten weist die erste Aufnahmeöffnung 27 eine erste Ausdehnung LA1 über eine von der Steckfläche 26 ausgehende erste Höhe HA1 auf, welche größer ist als eine zweite Ausdehnung LA2 der ersten Aufnahmeöffnung 27. Die zweite Ausdehnung LA2 erstreckt sich ausgehend von dem Absatz 33 über eine zweite Höhe HA2, wobei die ersten Höhe HA1 und die zweite Höhe HA2 eine erste Gesamthöhe H1 der ersten Aufnahmeöffnung 27 ergeben. Somit ist der Absatz 33 ausgebildet, an welchem sich das bevorzugt weitgehend komplementär zur ersten Aufnahmeöffnung 27 ausgebildete Kontaktelement 50 abstützen kann.
-
Das Kontaktelement 50 umfasst einen ersten Elementabschnitt 52 und einen zweiten Elementabschnitt 53, wobei der erste Elementabschnitt 52 scheibenartig ausgebildet und bevorzugt vollständig in die erste Aufnahmeöffnung 27 einführbar ist. Der zweite Elementabschnitt 53 ist bevorzugt flachpinartig ausgebildet und dient zum einen einer Positionierung des Kontaktelementes 50 in der ersten Aufnahmeöffnung 27 und zum anderen einer Aufnahme eines nicht näher dargestellten Verbindungselementes in Form einer Steckerbuchse. Der erste Elementabschnitt 52 ist bevorzugt mit dem zweiten Elementabschnitt 53 einstückig ausgebildet, und das Kontaktelement 50 ist bevorzugt in einem Stanzverfahren aus einem Blech hergestellt.
-
Der Absatz 33 dient neben der Abstützung des Kontaktelementes 50 einer axialen Fixierung des Kontaktelementes 50. Mit anderen Worten kann bei einem Einschub des Kontaktelementes 50 in die erste Aufnahmeöffnung 27 das Kontaktelement 50 ausschließlich bis zu einem Anschlagen an dem Absatz 33 in die erste Aufnahmeöffnung 27 eingeführt werden. Zur Verspannung in der ersten Aufnahmeöffnung 27 weist das Kontaktelement 50 an dem ersten Elementabschnitt 52 ausgebildete Verspannelemente 54 auf, bevorzugt in Form von Widerhaken.
-
In einem Querschnitt entlang der ersten Schnittebene I-I weist die erste Aufnahmeöffnung 27 über die zweite Höhe HA2 eine erste Breite B1 auf, welche unter Einhaltung eines Bewegungsspaltes zum Einstecken des Kontaktelementes 50 einer zweiten Breite B2 des Kontaktelementes 50 entspricht, vgl. 6. Die erste Breite B1 und die zweite Breite B2 sind dabei so auszulegen, dass das Kontaktelement 50 im Betrieb des Elektromotors 10 unbewegbar in der ersten Aufnahmeöffnung 27 angeordnet ist. Im Bereich der Steckfläche 26 weist die erste Aufnahmeöffnung 27 bevorzugt eine Fase 34 auf zur verbesserten Einführung des Kontaktelementes 50 in die erste Aufnahmeöffnung 27.
-
Die zweite Aufnahmeöffnung 28, welche quer zur ersten Aufnahmeöffnung 27 positioniert ist, erstreckt sich über eine Wanddicke D der Wandung 22 von der ersten Seitenfläche 23 bis zur zweiten Seitenfläche 24 nach Art einer Rinne oder Nut.
-
Eine Auflagefläche 29 der zweiten Aufnahmeöffnung 28 ist sich ebenfalls von der ersten Seitenfläche 23 bis zur zweiten Seitenfläche 24 erstreckend ausgebildet und entspricht mit anderen Worten einem Boden der zweiten Aufnahmeöffnung 28. An der ersten Seitenfläche 23 weist die Auflagefläche 29 einen ersten Endbereich 30 und an der zweiten Seitenfläche 24 einen zweiten Endbereich 31 auf.
-
Eine zweite Gesamthöhe H2 der zweiten Aufnahmeöffnung 28, vgl. 7, ist bevorzugt kleiner als die erste Gesamthöhe H1 der ersten Aufnahmeöffnung 27, so dass die Auflagefläche 29 aufgrund der ersten Aufnahmeöffnung 27, welche die zweite Aufnahmeöffnung 28 durchquerend ausgebildet ist, mit zwei Abschnitten ausgestaltet ist.
-
Zur Zentrierung des Wicklungsdrahtes 40 relativ zum Schlitz 51 des Kontaktelementes 50 ist im ersten Endbereich 30 ein Zentrierprisma 35 ausgebildet. Das Zentrierprisma 35 ist mit Hilfe einer ersten Zentrierfläche 36 und einer zweiten Zentrierfläche 37 ausgebildet. Die erste Zentrierfläche 36 und die zweite Zentrierfläche 37 sind gegeneinander geneigt positioniert, so dass ein Winkel α zwischen der ersten Zentrierfläche 36 und der zweiten Zentrierfläche 37 ausgebildet ist, vgl. 29. Die erste Zentrierfläche 36 und die zweite Zentrierfläche 37 sind mit Hilfe einer Verbindungsfläche 38 miteinander verbunden, wobei die erste Zentrierfläche 36, die zweite Zentrierfläche 37 und die Verbindungsfläche 38, d. h. das Zentrierprisma 35, im ersten Endbereich 30 einen Teil der Auflagefläche 29 bilden. Die Verbindungsfläche 38 ist bevorzugt bogenförmig ausgeführt.
-
In 8 und 10 ist die Kontaktiervorrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Elektromotors 10 in einer perspektivischen Ansicht aus einer zweiten Blickrichtung, mit Blick auf die zweite Seitenfläche 24, dargestellt, wobei 8 nur das Gehäuse 21 mit einem Halteelement 32 und in 10 die Kontaktiervorrichtung 20 mit dem Wicklungsdraht 40 zeigen. An der zweiten Seitenfläche 24 ist das Halteelement 32 zum Halten des Wicklungsdrahtes 40 angeordnet. Das Halteelement 32 ist einstückig mit der Kontaktiervorrichtung 20 ausgeführt. Ebenso kann das Halteelement 32 auch zweistückig mit der Kontaktiervorrichtung 20 ausgebildet und beispielsweise mit Hilfe eines Stoffschlusses mit der Kontaktiervorrichtung 20 an der zweiten Seitenfläche 24 fixiert sein.
-
In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist das an der zweiten Seitenfläche 24 ausgebildete Halteelement 32 die Auflagefläche 29 fortführend ausgebildet. Der zweite Endbereich 31 der Auflagefläche 29 ist in diesem ersten Ausführungsbeispiel somit am Halteelement 32 ausgebildet. Auch weist das Halteelement 32 am zweiten Endbereich 31 ebenfalls das Zentrierprisma 35 auf. Das heißt in diesem Ausführungsbeispiel ist sowohl am ersten Endbereich 30 der Auflagefläche 29 als auch am zweiten Endbereich 31 der Auflagefläche 29 das Zentrierprisma 35 ausgebildet. In 29 ist das Zentrierprisma 35 im ersten Endbereich 30 in einem Schnitt entlang einer achten Schnittebene VIII-VIII dargestellt. 30 zeigt in einem Schnitt entlang einer neunten Schnittebene IX-IX das Zentrierprisma 35 im zweiten Endbereich 31.
-
Die Auflagefläche 29 ist in einem Bereich zwischen dem ersten Endbereich 30 und dem zweiten Endbereich 31, welcher nicht das Zentrierprisma 35 aufweist gemäß 27 ausgebildet, einem Längsschnitt entlang einer sechsten Schnittebene VI-VI, vgl. 5.
-
11, 13 und 15 zeigen in einem Längsschnitt entlang der ersten Schnittebene I-I die Kontaktiervorrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels, wobei in der 11 nur das Gehäuse 21 sowie in 13 und 15 die Kontaktiervorrichtung 20 mit dem Wicklungsdraht 40 und dem Kontaktelement 50 dargestellt sind. 12, 14 und 16 zeigen in einer Draufsicht das Gehäuse 21 gem. 11, bzw. die Kontaktiervorrichtung 20 mit Wicklungsdraht 40 und Kontaktelement 50 gem. 13 bzw. 15.
-
Das Zentrierprisma 35 am ersten Endbereich 30 und das Zentrierprisma 35 am zweiten Endbereich 31 sind gegenüber der Auflagefläche 29, welche zwischen den beiden Zentrierprismen 35 ausgebildet ist, geneigt, vgl. insbesondere 5, 13 und 15. Das heißt mit anderen Worten, dass der Wicklungsdraht 40, welcher in der zweiten Aufnahmeöffnung 28 positioniert ist, sich im Bereich der ersten Aufnahmeöffnung 27 in eine erste Wicklungsdrahtrichtung 41 und im ersten Endbereich 30, welcher das Zentrierprisma 35 aufweist, in einer zur ersten Wicklungsdrahtrichtung 41 geneigten zweiten Wicklungsdrahtrichtung 42 erstreckt bzw. im zweiten Endbereich 31, welcher ebenfalls das Zentrierprisma 35 aufweist, in einer zur ersten Wicklungsdrahtrichtung 41 geneigten vierten Wicklungsdrahtrichtung 44 erstreckt. Das heißt, die zweite Aufnahmeöffnung 28 ist im ersten Endbereich 30 sowie im zweiten Endbereich 31 sich nach Art einer Rampe in eine Richtung erstreckend ausgebildet, die schräg zur ersten Wicklungsdrahtrichtung 41 verläuft, so dass der Wicklungsdraht 40 dort von der ersten Seitenfläche 23 zur ersten Aufnahmeöffnung 27 hin in Richtung der Steckfläche 26 zuläuft.
-
Ausgehend von der zweiten Wicklungsdrahtrichtung 42 erstreckt sich der Wicklungsdraht 40 im ersten Endbereich 30 in eine dritte Wicklungsdrahtrichtung 43, welche in diesem Ausführungsbeispiel orthogonal zur ersten Wicklungsdrahtrichtung 41 verläuft. Prinzipiell verläuft der Wicklungsdraht 40 einer Außenkontur des Gehäuses 21 im Bereich der ersten Seitenfläche 23 und der zweiten Aufnahmeöffnung 28 angepasst.
-
Wie in 15 gezeigt, ist für den betriebsbereiten Elektromotor 10 der Wicklungsdraht 40 am Ende des Wicklungsprozesse im Bereich der zweiten Seitenfläche 24 abgeschnitten.
-
In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist der erfindungsgemäße Elektromotor 10 gemäß 17 bis 20 ausgebildet. Das Halteelement 32 ist in Form eines Dorns gestaltet und wird am Ende des Herstellungsprozesses mit dem am Dorn aufgenommenen Wicklungsdraht 40 mit Hilfe eines nicht näher dargestellten Schneidwerkzeugs abgeschnitten. Das Halteelement 32 ist somit verlierbar ausgebildet.
-
Wie in der 19 in einem Schnitt entlang einer dritten Schnittebene III-III gezeigt, ist das Zentrierprisma 35, welches sowohl im ersten Endbereich 30 als auch im zweiten Endbereich 31 ausgebildet ist, ohne Neigung zur Auflagefläche 29 im Bereich der ersten Aufnahmeöffnung 27 gestaltet. Die Auflagefläche 29 weist über ihre gesamte Erstreckung ausgehend vom ersten Endbereich 30 bis zum zweiten Endbereich 31 das Zentrierprisma 35 auf, wie in 20, in einem Schnitt entlang einer vierten Schnittebene IV-IV, dargestellt. Mit anderen Worten ist die Auflagefläche 29 ausgehend von der ersten Seitenfläche 23 bis zur zweiten Seitenfläche 24 das Zentrierprisma 35 aufweisend ausgebildet. Der Wicklungsdraht 40 erstreckt sich entlang der Auflagefläche 29 in die erste Wicklungsdrahtrichtung 41.
-
Die Verbindungsfläche 38 ist bevorzugt einen zweiten Radius R2 aufweisend ausgebildet, wobei dieser Radius R2 höchstens so groß ist, wie ein Radius des Wicklungsdrahtes 40.
-
In 21 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektromotors 10 in einem Querschnitt dargestellt, wobei die Schnittebene des Querschnitts mit der dritten Schnittebene III-III übereinstimmt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht weitestgehend dem zweiten Ausführungsbeispiel. Allerdings ist das Zentrierprisma 35 sowohl am ersten Endbereich 30 als auch am zweiten Endbereich 31 geneigt ausgebildet, derart, dass der Wicklungsdraht 40 im ersten Endbereich 30 in Richtung der zweiten Wicklungsdrahtrichtung 42 und am zweiten Endbereich 31 in Richtung der vierten Wicklungsdrahtrichtung 44 in der Auflagefläche 29 aufgenommen ist. Die Neigung ermöglicht eine gute Zentrierung des Wicklungsdrahts 40.
-
In 22 bis 27 ist die Kontaktiervorrichtung 20 in einem vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Elektromotors 10 dargestellt. Die 22 und 23 zeigen in einer perspektivischen Ansicht aus der zweiten Blickrichtung, mit Blick auf die zweite Seitenfläche 24, in 22 das Gehäuse 21 mit dem Halteelement 32 und in 23 die Kontaktiervorrichtung 20 mit dem Wicklungsdraht 40 und dem Kontaktelement 50.
-
An der zweiten Seitenfläche 24 ist das Halteelement 32 zum Halten des Wicklungsdrahtes 40 angeordnet. Dieses Halteelement 32 des vierten Ausführungsbeispiel ist den Wicklungsdraht 40 klemmend aufnehmbar, im Gegensatz zum Halteelement 32 des zweiten Ausführungsbeispiels, bei welchem der Wicklungsdraht 40 um das Halteelement 32 spiralartig gewickelt wird, so dass das Halteelement 32 im Wicklungsdraht 40 aufgenommen ist. Zur klemmenden Aufnahme des Wicklungsdrahtes 40 weist das Halteelement 32 an einer von der ersten Seitenfläche 24 abgewandt ausgebildeten Endfläche einen Klemmschlitz 39 auf.
-
Ebenso wie das Halteelement 32 des ersten Ausführungsbeispiels ist das an der zweiten Seitenfläche 24 ausgebildete Halteelement 32 die Auflagefläche 29 fortführend ausgebildet. Der zweite Endbereich 31 der Auflagefläche 29 ist in diesem vierten Ausführungsbeispiel somit am Halteelement 32 ausgebildet.
-
Auch dieses Halteelement 32 ist bevorzugt einstückig mit der Kontaktiervorrichtung 20 ausgebildet. Ebenso könnte es auch zweistückig mit der Kontaktiervorrichtung 20 ausgebildet sein, wobei es dann bevorzugt mit Hilfe eines Stoffschlusses mit der Kontaktiervorrichtung 20 an der zweiten Seitenfläche 24 fixiert ist.
-
In 24 ist die Kontaktiervorrichtung 20 in einem Schnitt entlang einer fünften Schnittebene V-V dargestellt. Der Wicklungsdraht 40 erstreckt sich dabei ausgehend von dem Halteelement 32 entlang der ersten Wicklungsdrahtrichtung 41 über die erste Aufnahmeöffnung 27, wobei er im Zentrierprisma 35 seine zweite Wicklungsdrahtrichtung 42 einnimmt, um am Ende der Auflagefläche 29, d. h. an der ersten Seitenfläche 23 die dritte Wicklungsdrahtrichtung 43 einzunehmen. Es ist eine Führung des Wicklungsdrahtes 40 mit Hilfe des Halteelementes 32 erreicht, wobei die Zentrierung des Wicklungsdrahtes 40 relativ zum Schlitz 51 mit Hilfe des Zentrierprismas 35 realisiert ist.
-
Wie in 25, einer Draufsicht auf die Kontaktiervorrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels, bzw. in 26, einem vergrößert dargestellten Ausschnitt XXVI der Draufsicht gem. 25 dargestellt, weist das Halteelement 32 den Klemmschlitz 39 in Richtung der ersten Wicklungsdrahtrichtung 41 trapezförmig ausgestaltet auf. 27 zeigt die Kontaktiervorrichtung 20 gem. 24 im betriebsbereiten Zustand des Elektromotors 10, d. h. der Wicklungsdraht 40 ist an der zweiten Seitenfläche 24 abgeschnitten.
-
Der Klemmschlitz 39 kann auch in Form von zwei nach innen ragenden Wänden ausgebildet sein, die in der Draufsicht halbkreisförmig enden. Die Klemmschlitzenden sind also rund (halbkreisförmig). Bildlich gesprochen entspricht das einer Klemmung des Wicklungsdrahts zwischen zwei runden Säulen.
-
Die zweite Aufnahmeöffnung 28 ist in einem Schnitt entlang einer sechsten Schnittebene VI-VI gemäß 28 ausgestaltet, wobei die Auflagefläche 29 im Bereich zwischen dem Halteelement 32 und der ersten Aufnahmeöffnung 27, sowie im Bereich zwischen der ersten Aufnahmeöffnung 27 und dem Zentrierprisma 35 bogenförmig, eine ersten Radius R1 aufweisend, ausgebildet ist.
-
29 und 30 zeigen das Zentrierprisma 35. 29 zeigt das Zentrierprisma 35 welches am ersten Endbereich 30 und 30 zeigt das Zentrierprisma welches am zweiten Endbereich 31 ausgebildet ist. In den 29 und 30 weist das Zentrierprisma 35 einen Winkel α von 90° auf, welcher zwischen der ersten Zentrierfläche 36 und der zweiten Zentrierfläche 37 ausgebildet ist. Ebenso könnte der Winkel α auch eine andere Größe aufweisen, er ist allerdings bevorzugt in einer Winkelgröße zwischen 50 und 130° ausgeführt. Die erste Zentrierfläche 36 und die zweite Zentrierfläche 37 sind mit Hilfe der Verbindungsfläche 38 verbunden, welche bogenförmig ausgeführt ist und somit eine abgerundete Winkelspitze des Winkels α darstellt.
-
Unabhängig von den dargestellten Ausführungsbeispielen wird der Wicklungsdraht 40 von der ersten Seitenfläche 23 und dem ersten Endbereich 30 ausgehend in das Zentrierprisma 35 gespannt, über die Auflagefläche 29 geführt und an der zweiten Seitenfläche 24 je nach Ausführungsbeispiel entweder um das Halteelement 32 gewickelt, welches in Form eines Dorns ausgebildet ist, oder in dem Klemmschlitz 39 des Halteelements 32 geklemmt oder in das an der zweiten Seitenfläche 24 ausgebildete Zentrierprisma 35 gelegt. Dann wird der elektrisch leitfähige Kontakt zwischen dem Wicklungsdraht 40 und dem Kontaktelement 50 durch Hineindrücken des Kontaktelements 50 in die erste Aufnahmeöffnung 27 hergestellt. Nach Herstellung des elektrisch leitfähigen Kontaktes wird der Wicklungsdraht 40 bevorzugt im Bereich der zweiten Seitenfläche 24 abgeschnitten, wodurch eine Zentrierfunktion des Halteelementes 32 oder des Zentrierprismas 35 an der zweiten Seitenfläche 24 verloren geht. Diese Funktion wird aber nach der Kontaktierung des Wicklungsdrahts 40 mit dem Kontaktelement 50 nicht mehr benötigt, da das Kontaktelement 50 den Wicklungsdraht 40 mechanisch hält.
-
Eine Drahtverlegerichtung des Wicklungsdrahtes 40 ist unabhängig von der Positionierung der Kontaktiervorrichtung 20 an dem Aufnahmeelement 18. Das heißt, dass die Kontaktiervorrichtung 20 am Aufnahmeelement 18 entweder mit der ersten Seitenfläche 23 der Drehachse 16 zugewandt oder von der Drehachse 16 abgewandt positionierbar ist.
