DE102015211786A1

DE102015211786A1 - Stator

Info

Publication number: DE102015211786A1
Application number: DE102015211786.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Ahrens; Georg Bernreuther; Jürgen Breitschneider; Andreas Wall
Original assignee: Buehler Motor GmbH
Current assignee: Buehler Motor GmbH
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2016-12-29
Also published as: DE102015211786A8

Abstract

Bürstenloser Motor mit einem Permanentmagnetrotor und einem bewickelten Stator (1), bestehend aus einem Statorjoch (2) mit einer Mehrzahl von Statorpolen (3), einem stirnseitig angeordneten Isolierelement (4), einer eine Mehrzahl von Spulen (5) umfassende Statorwicklung (6), wobei jeder Statorpol (3) mit einer Spule (5) bewickelt ist, einer Verschaltungsanordnung (7) zum Verschalten der Spulen (5) miteinander und mit elektrischen Anschlüssen (22). Aufgabe der Erfindung ist es einen BLDC-Motor nach dem Innenläuferprinzip so zu verbessern, dass er bei gleichbleibender Motordrehmomentbildung und Motorausgangsleistung deutlich kompakter, leichter und kostengünstiger hergestellt werden kann oder dass bei gleichbleibendem Bauvolumen eine wesentliche Leistungssteigerung erzielt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Description

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Motor mit einem Permanentmagnetrotor und einem bewickelten Stator (1), bestehend aus einem Statorjoch (2) mit einer Mehrzahl von Statorpolen (3), einem stirnseitig angeordneten Isolierelement (4), einer eine Mehrzahl von Spulen (5) umfassende Statorwicklung (6), wobei jeder Statorpol (3) mit einer Spule (5) bewickelt ist, einer Verschaltungsanordnung (7) zum Verschalten der Spulen (5) miteinander und mit elektrischen Anschlüssen (22).
BLDC-Motoren zum Antrieb von Ölpumpen werden nach dem heutigen Stand der Technik aufgrund des geforderten hohen Beschleunigungsvermögens als Innenläufer ausgebildet. Um eine ausreichend kompakte Baugröße zu erzielen, werden dabei üblicherweise Seltenerdmagnete verwendet, die teuer sind. Da diese Motoren häufig direkt im Ölbad eingebaut sind, besteht keine Notwendigkeit, ein Stahlgehäuse als Korrosionsschutz zu verwenden. Die Statoren werden daher als blechpaketierte, selbsttragende Einheiten aufgebaut.
Die zugehörigen Statorwicklungen werden mit einer Nadelwickelmaschine aufgebracht. Dazu muss im Wickelraum zwischen den Statorpolen ein Raum freigelassen werden, in den die Wickelnadel eintauchen kann. Die Breite dieses Leerraumes beträgt üblicherweise mindestens 3x dem Nenndrahtdurchmesser und kann für die Unterbringung von Wickeldrähten nicht genutzt werden.
Das bedeutet, dass der nutzbare Wickelraum sehr stark vom Drahtdurchmesser abhängt. Je kleiner der Drahtdurchmesser, desto größer ist der nutzbare Wickelraum.
BLDC-Motoren haben meistens ein 3-phasiges Ansteuersystem. Die Anzahl der Einzelspulen ist daher immer ein Mehrfaches der Zahl 3. Üblich sind 6-, 9,- oder 12-polige Statoren; die Anzahl der Statorpole kann jedoch auch deutlich grösser sein. Dann spricht man von sogenannten Torquemotoren.
Bei den heute eingesetzten Motoren wird üblicherweise eine Reihenverschaltung der Spulen verwendet. Das bedeutet, dass nur eine relativ geringe Zahl von Windungen benötigt wird. Häufig ist die Windungszahl im einstelligen Bereich. Das bedeutet jedoch auch, dass die Wickeldrahtdurchmesser relativ groß sind in Bezug auf den zur Verfügung stehenden Wickelraum. Der Wickelraum kann daher nicht gut mit dem Wickeldraht gefüllt werden. Das Ergebnis ist eine schlechte Nutzung des Wickelraumes mit Kupferdraht.
Die Verschaltung bei Reihenschaltung erfolgt, indem man nach dem Wickeln einer Spule die nächsten beiden benachbarten Spulen überspringt und dann auf der dritten Spule weiterwickelt, bis die geforderte Anzahl an Polen pro Phase bewickelt ist (1). Das hat jedoch den Nachteil, dass man zur Verbindung der Einzelspulen einer Phase relativ lange Wege zu überbrücken hat. Die Länge des Wickeldrahtes, die zur Spulenverbindung benötigt wird, liegt häufig im Bereich einer Windungslänge. Dieser Verbindungsdraht trägt nichts zur Drehmomentbildung bei, erhöht aber sowohl das benötigte Kupfergewicht als auch den Wicklungswiderstand und erzeugt dadurch zusätzliche ohmsche Verluste.
Für die Verbindung der Einzelspulen müssen die Verbindungsdrähte axial übereinander angeordnet werden. Um eine Berührung zu vermeiden, müssen zudem Abstandshalter vorgesehen werden. Es müssen bis zu 4 Drähte parallel geführt werden (2).
Wegen des dicken Wickeldrahtes wird daher sehr viel Raum in axialer und radialer Richtung benötigt für die Spulenverschaltung, der ebenfalls für die aktive Drehmomenterzeugung des Motors verloren geht.
Die Reihenschaltung ist trotz der genannten Nachteile weit verbreitet, weil die Verschaltungstechnik bekannt ist und weil vergleichsweise weniger Kontaktstellen zur elektronischen Steuerung benötigt werden. Bei der Reihenschaltung eines Stators in Dreieckswicklung werden je nach Wickelverfahren nur 3–6 Kontakte benötigt, bei Reihenschaltung mit Stern mindestens 6 Kontaktstellen. Bei einer Parallelwicklung eines Stators werden dagegen mindestens so viele Kontakte wie Spulen benötigt, bei einem 6-poligen Stator also 6 und bei einem 9-poligen Stator 9 Kontakte.
Aufgabe der Erfindung ist es einen BLDC-Motor nach dem Innenläuferprinzip so zu verbessern, dass er bei gleichbleibender Motordrehmomentbildung und Motorausgangsleistung deutlich kompakter, leichter und kostengünstiger hergestellt werden kann oder dass bei gleichbleibendem Bauvolumen eine wesentliche Leistungssteigerung erzielt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Um die ohm’schen Verluste zu minimieren ist vorgesehen, dass ein einziger Wicklungsdraht ohne Unterbrechung alle Spulen (5) der Statorwicklung (6) und Verbindungsabschnitte (8) zwischen den Spulen (5) bildet, jeder Verbindungsabschnitt (8) des Wicklungsdrahtes zwischen zwei Spulen (5) nur zwischen jeweils räumlich benachbarten Spulen (5) verläuft und eine elektrische Verbindung dieser Spulen (5) bildet und die Verbindungsabschnitte (8) zwischen zwei räumlich benachbarten Spulen (5) ausschließlich radial außerhalb der Spulen (5) in Ausnehmungen (9) und/oder um Vorsprünge (10) des Isolierelements (4) verlegt sind. Dadurch sind keine Verbindungsdrähte über mehrere Pole zu verlegen, so dass die nicht zum Drehmoment beitragenden Drahtabschnitte minimiert werden.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt. Dadurch, dass das Isolierelement (4) radial außerhalb der Spulen (5) oder eines durch die Spulen (5) begrenzenden Umkreises (23) Aufnahmen (12) für Kontaktelemente (11) aufweist, ist auch ein kurzer Weg zu Kontaktmitteln gegeben, wodurch ebenfalls unnötige Drahtlängen vermieden werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einer Mehrzahl von Verbindungsabschnitten (8) zwischen zwei räumlich benachbarten Spulen (5) der Wicklungsdraht von einer Spulenlängsseite (25) der jeweils ersten Spule zu einem der Kontaktelemente (11) und von dort zu einer Spulenlängsseite (25) der jeweils zweiten Spule verläuft und die beiden Spulenlängsseiten (25) einander unmittelbar gegenüber liegen. Hierdurch können die geringstmöglichen Drahtlängen zwischen benachbarten Spulen erreicht werden; es sind jedoch relativ enge Biegeradien für den Wicklungsdraht notwendig.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einer Mehrzahl von Verbindungsabschnitten (8) zwischen zwei räumlich benachbarten Spulen (5) der Wicklungsdraht von einer Spulenlängsseite (25) der jeweils ersten Spule zu einem der Kontaktelemente (11) und von dort zu einer Spulenlängsseite (25) der jeweils zweiten Spule (5) verläuft und die beiden Spulenlängsseiten (25) diejenigen sind, die den größten Abstand voneinander haben. Hierbei sind die Drahtlängen etwas größer, die Biegeradien jedoch weiter, so dass sich diese Ausführung des Stators (1) leichter bewickeln lässt.
Zweckmäßigerweise sollten Berührungsstellen zwischen zwei Drähten vermieden werden. Da sich bei der zweiten Ausführungsform die beiden Verbindungsabschnitte (8) einer Spule (5) mit ihren jeweils räumlich benachbarten Spulen (5) einander kreuzen, sind die Verlegungsgeometrien so gewählt, dass sich die kreuzenden Drähte an der Kreuzungsstelle nicht berühren.
Vorteilhaft ist es, dass die Kontaktelemente (11) Schneidklemm-Kontakte sind, welche einen distalen Kontaktabschnitt (14) und einen proximalen Kontaktabschnitt (15) aufweisen, wobei jeweils ein Verbindungsabschnitt (8) durch den proximalen Kontaktabschnitt (15) des Kontaktelements (11) unmittelbar kontaktiert ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Aufnahmen (12) des Isolierelements (4) mit Öffnungen (13) zur Drahtaufnahme und/oder Drahtführung versehen sind und die Kontaktelemente (11) durch einen Steckfügevorgang in den Aufnahmen (12) fixierbar sind, wobei die distalen Kontaktabschnitte (14) in einer fügetechnisch optimalen Lage, vorzugsweise axial, ausgerichtet sind. Auf diese Weise können die Wicklungsdrähte mit hoher Genauigkeit und prozesssicher verlegt werden.
Die Kontaktelemente (11) können nach einer Weiterbildung der Erfindung auch als Schweißkontakte ausgebildet sein.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stator (1) mit einer dreiphasigen Parallelwicklung bewickelt und verschaltet ist.
Ebenso kann der Stator (1) auch mit einer fünfphasigen Parallelwicklung oder einer bipolaren einphasigen Wicklung bewickelt und verschaltet sein. Durch eine Parallelwicklung kann ein deutlich geringerer Drahtdurchmesser gewählt werden. Dies hat zum einen zur Folge, dass die Wicklung den Wickelraum exakter und vollständiger ausfüllt und zum anderen kann dadurch die Wickelnadel eine kleinere Breite aufweisen. Eine dünnere Wickelnadel erlaubt engere Spaltmaße zwischen zwei Polschuhen und einen größeren bewickelbaren Nutquerschnitt. Diese Maßnahme erlaubt den Stator (1) und den Motor kleiner zu bauen. Auch die Rotordynamik kann aufgrund eines kürzeren Rotors und damit eines geringeren Massenträgheitsmoments verbessert werden. Andererseits kann bei gleicher Baugröße ein größeres Drehmoment erreicht werden.
Der Einfachheit halber ist vorgesehen, dass der Wicklungsanfang und das Wicklungsende übereinander oder nebeneinander angeordnet in der gleichen Aufnahme (12) mit demselben Kontakt verbunden sind. Dadurch kann auf eine zusätzliche Aufnahme und einen zusätzlichen Kontakt für das Wicklungsende bzw. den Wicklungsanfang verzichtet werden. Alternativ können selbstverständlich der Wicklungsanfang und das Wicklungsende in zwei verschiedenen Aufnahmen (12) angeordnet sein. Dies kann für eine höhere Kontaktsicherheit sorgen.
Aus Entstörschutzgründen kann es sinnvoll sein, dass ein zusätzlicher Massekontakt (21) vorgesehen ist, mit welchem eine Ansteuerelektronik mit einer Masse, z.B. einer Fahrzeugmasse verbunden ist. Dieser zusätzliche Massekontakt (21) kann beispielsweise durch zumindest einer Feder mit der Stirnseite eines Statorbleches verbunden sein.
Gemäß einer Variante ist vorgesehen, dass der Statorkern mit Isolierstoffmaterial umspritzt ist. Hierdurch können die Nuten mit einer dünneren Isolierstoffschicht versehen werden, wodurch der bewickelbare Nutquerschnitt vergrößert wird.
Eine sinnvolle Weiterentwicklung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass die drei Phasen der Statorwicklung (6) durch umspritzte Leitbleche (16) kontaktiert und verschaltet sind. Leitbleche (16) sind einfach durch Ausstanzen herstellbar. In der Regel sind einzelne Leiterbahnen durch Stege miteinander verbunden. In diesem Zustand wird das Leitblech (16) umspritzt und die Lagezuordnung durch ein Isoliermaterial fixiert. Nach dem Umspritzen können die Stege zerschnitten oder ausgestanzt werden und dadurch für eine galvanische Trennung der Leiterbahnen gesorgt werden.
Eine geringe Anzahl an Montageschritten kann erreicht werden, wenn die Leitbleche (16) einstückig mit Schneidklemmkontaktabschnitten (17) sind. Solche Leitbleche (16) lassen sich durch einen Stanzbiegevorgang einfach und mit ausreichender Genauigkeit herstellen.
Um die Kontaktsicherheit zu erhöhen, kann gemäß einer Variante vorgesehen sein, dass zumindest ein, vorzugsweise jeder Verbindungsabschnitt (8) mit zwei Schneidklemmkontaktabschnitten (17) verbunden ist/sind.
Alternativ zu Leitblechen (16) können die drei Phasen der Statorwicklung (6) auch durch eine Leiterplatte (20) miteinander verschaltet sein. Leiterplatten (20) sind prozesssicher herzustellen und können mit hoher Genauigkeit montiert werden. Vorzugsweise werden Einpresskontakte verwendet, die einen Kontaktabschnitt (14) der Kontaktelemente (11) bilden und in der Leiterplatte (20) eingepresst sind.
Es ist montagetechnisch sinnvoll, dass die distalen Kontaktabschnitte (14) der Kontaktelemente (11) in der Leiterplatte (20) eingepresst sind.
In vielen Anwendungen sind die bürstenlosen Motoren hohen Umwelt- und Vibrationsbelastungen ausgesetzt. Für derartige Fälle wird der bewickelte Stator (1) und die Kontaktelemente (11) mit Kunststoffmaterial umspritzt. Auf diese Weise können sich die Kontakte nicht lösen, wodurch sich die Lebensdauer erhöht.
Eine weitere Möglichkeit vibrationsbedingte Ausfälle zu vermeiden besteht darin, dass vor dem Stecken der Kontakte die Taschen mit zähelastischem, ölbeständigen Material ausgegossen werden. Die Ölbeständigkeit erlaubt den Einsatz als Ölpumpenmotor.
Alternativ oder zusätzlich können die Aufnahmen (12) nach der Kontaktierung mit Gel ausgegossen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 Wickelschema einer Reihenschaltung nach dem Stand der Technik,
2 eine Ansicht eines bekannten dreiphasigen Stators,
3 eine Parallelwicklung gemäß dem Stand der Technik,
4 eine äquivalente Reihenwicklung gemäß dem Stand der Technik,
5a ein Wickelschema einer Parallelschaltung nach dem Stand der Technik,
5b ein verschaltetes Wickelschema gemäß 5a,
6 eine erste Ausführungsform eines Stators des bürstenlosen Motors,
7 eine weitere Darstellung der ersten Ausführungsform,
8 eine vergrößerte Darstellung der ersten Ausführungsform,
9 eine um eine Verschaltungsanordnung in Form einer Leiterplatte ergänzte Darstellung der ersten Ausführungsform,
10 eine zweite Ausführungsform des Stators mit Kontaktelementen,
11 eine weitere Darstellung der zweiten Ausführungsform,
12 eine erste Variante der zweiten Ausführungsform,
13 eine erste Ausführungsform eines Leitblechs,
14 ein Brückenglied mit Kontaktabschnitt
15 die erste Ausführungsform des Leitblechs mit Kunststoffumspritzung,
16 eine zweite Ausführungsform einer Verschaltungsanordnung mit einer zweiten Ausführungsform eines Leitblechs,
17 eine Darstellung der Kontaktierung des Stators durch Leitbleche und
18 eine alternative Ausführungsform eines Kontaktelements.
Hinweis: Bezugszeichen mit Apostroph und entsprechende Bezugszeichen ohne Apostroph bezeichnen namensgleiche Einzelheiten in den Zeichnungen und der Zeichnungsbeschreibung. Es handelt sich dabei um die Verwendung in einer anderen Ausführungsform, dem Stand der Technik und/oder die Einzelheit ist eine Variante. Die Ansprüche, die Beschreibungseinleitung, die Bezugszeichenliste und die Zusammenfassung enthalten der Einfachheit halber nur Bezugszeichen ohne Apostroph.
1 zeigt ein Wickelschema einer Reihenschaltung nach dem Stand der Technik, wobei die Wicklung durchgehend mit einem einzigen Wicklungsdraht gewickelt ist. Wie deutlich zu erkennen ist, wird bei allen Phasen A, B, C zunächst ein erster Pol umwickelt, dann zwei Pole freigelassen, der nächste Pol bewickelt, zwei Pole freigelassen und der letzte Pol bewickelt. Bei den folgenden Phasen B, C wird lediglich die Startposition verschoben, ansonsten ist die Bewicklung analog zu Phase A ausgeführt. Brücken-Drahtabschnitte 26 zwischen den Wicklungsdrähten erhöhen die ohm’schen Verluste und tragen nichts zur Erhöhung des Drehmoments bei. Da die Windungszahlen bei Reihenschaltungen häufig im einstelligen Bereich liegen, erhöhen sich die Wicklungswiderstände teilweise um mehr als 10%. Das Leistungsvermögen des Motors geht daher um den gleichen Faktor zurück. Bei der Parallelschaltung erhöht sich der Wicklungswiderstand dagegen nur um ca. 1–2%, weil die Windungszahl höher und die Verbindungsabschnitte kürzer sind. Der große Drahtdurchmesser bei einer Reihenschaltung hat zusätzlich den Nachteil, dass die Brücken-Drahtabschnitte 26 der Drahtwicklung einen erhöhten Platzbedarf außerhalb des Spulenraums im Jochbereich des Stators haben. Anwendungen, bei welchem der Stator in ein Gehäuse eingezogen werden muss erfordern zusätzlich Platz für ein Montagewerkzeug. Aus diesem Grund kann es vorkommen, dass der Statordurchmesser erweitert werden muss.
2 zeigt eine zweite Ansicht des bekannten dreiphasigen Stators mit bis zu vier axial voneinander getrennten Brücken-Drahtabschnitten 26. Die zusätzlich erforderlichen Brücken-Drahtabschnitte 26 erhöhen den ohm’schen Widerstand und verringern damit den Wirkungsgrad. Die vier Brücken-Drahtabschnitte führen auch zu einer Verlängerung des Motors.
3 zeigt eine bekannte Parallelwicklung und 4 eine bekannte äquivalente Reihenwicklung, wobei deutlich die unterschiedlichen Drahtdurchmesser und Windungszahlen zu erkennen sind. Die Parallelwicklung lässt sich aufgrund des geringeren Drahtdurchmessers genauer an die Nut anpassen als die Reihenwicklung. Hieraus resultieren ein höherer Kupferfüllfaktor und damit ein höherer Wirkungsgrad. Der Drahtdurchmesser beeinflusst auch die Breite einer Wickelnadel, diese entspricht etwa dem dreifachen nominalen Drahtdurchmesser. Der Freiraum, welcher für die Wickelnadel vorgehalten werden muss, lässt sich nicht als Wickelraum nutzen. Dies ist ein weiterer Vorteil der Parallelwicklung. Zudem kann der Abstand der Pole oder der einander gegenüberliegenden Polschuhe kleiner gewählt werden. Abstand d der Parallelschaltung ist deutlich geringer als Abstand D der Reihenschaltung. Hierdurch wird zusätzlich die Polfühligkeit oder das Rastmoment verringert. Die insgesamt in die Nuten eingebrachte Kupfermenge erhöht sich bei einer Parallelwicklung gegenüber einer Reihenwicklung um ca. den Faktor 1,6. Dadurch können die Motoren entsprechend höheres Drehmoment abgeben oder bei gleichem Drehmoment kleiner gebaut werden. Hierdurch kann das Gewicht verkleinert und die Wirtschaftlichkeit erhöht werden. Es ist z. B. möglich den Motor zu verkürzen, wodurch auch die Rotorlänge und damit die Massenträgheit verringert werden kann. Ein weiterer Vorteil der Parallelwicklung liegt darin begründet, dass der Wicklungswiderstand der Einzelspulen höher ist als bei einer Reihenschaltung. Hierdurch sind Übergangswiderstände an Kontaktstellen im Verhältnis zum Wicklungswiderstand unkritischer.
5a zeigt ein Wickelschema einer Parallelschaltung nach dem Stand der Technik, wobei ohne abzusetzen von Spule zu Spule gewickelt wird. Die Länge des Verbindungsdrahtabschnittes kann daher sehr gering gehalten werden. 5b zeigt ein verschaltetes Wickelschema gemäß 5a.
6 zeigt eine erste Ausführungsform eines Stators 1 des bürstenlosen Motors, mit neun Statorpolen 3, welche von einem Statorjoch 2 ausgehend nach innen gerichtet sind. Jeder Statorpol 3 ist mit einer Spule 5 bewickelt. Alle Spulen 5 zusammen bilden eine Statorwicklung 6. In Umfangsrichtung verbleibt zwischen den Spulen 5 jeweils ein Freiraum 27 für eine Wickelnadel. Der Stator 1 besteht hier aus einem Blechstapel. An beiden Stirnseiten des Blechstapels befindet sich ein Isolierelement 4. Eines der Isolierelemente 4 weist Aufnahmen 12 für Kontaktelemente auf. Eine Öffnung 13 in den Aufnahmen 12 erlaubt die Durchführung eines Verbindungsabschnitts 8 eines Wicklungsdrahtes zwischen zwei Spulen 5. Der Verbindungsabschnitt 8 zwischen zwei räumlich benachbarten Spulen 5 verläuft hier jeweils von einer Spulenlängsseite 25 der jeweils ersten Spule zu einer der Aufnahmen 12 und von dort zu einer Spulenlängsseite 25 der jeweils zweiten Spule, wobei die beiden Spulenlängsseiten 25 einander unmittelbar gegenüber liegen. Auf dem Isolierelement 4 verläuft der Verbindungsabschnitt 8 durch eine Ausnehmung 9 oder Vertiefung und um einen Vorsprung 10 herum und anschließend durch die Aufnahme 12. Die Aufnahme 12 ist so angeordnet, dass der Wicklungsdraht nicht in den Freiraum 27 verlegt werden kann.
7 zeigt eine weitere Darstellung der ersten Ausführungsform des Stators 1 dem Statorjoch 2, den Statorpolen 3, den Spulen 5 mit ihren Spulenlängsseiten 25, den Verbindungsabschnitten 8 des Wicklungsdrahtes, den Aufnahmen 12, den Ausnehmungen 9 und den Vorsprüngen 10 im Isolierelement 4 und Kontaktelementen 11, welche einen distalen Kontaktabschnitt 14 und hier nicht erkennbare proximale Kontaktabschnitte 15 aufweisen. Unter „distalem Kontaktabschnitt 14“ ist der Teil des Kontaktelements 11 zu verstehen, welcher vom Stator 1 entfernter ist als der „proximale Kontaktabschnitt 15“; dieser ist näher am Stator 1 angeordnet.
8 zeigt eine vergrößerte Darstellung der ersten Ausführungsform des Stators 1, mit dem Statorjoch 2, den Statorpolen 3, dem Isolierelement 4, den Aufnahmen 12, den Öffnungen 13, den Ausnehmungen 9, den Vorsprüngen 10, den Kontaktelementen 11 mit den distalen Kontaktabschnitten 14 und den Verbindungsabschnitten 8 des Wicklungsdrahtes.
9 zeigt eine um eine Verschaltungsanordnung in Form einer Leiterplatte 20 ergänzte Darstellung der ersten Ausführungsform des Stators 1, mit dem Statorjoch 2, den Statorpolen 3, dem Isolierelement 4, den Aufnahmen 12, den Öffnungen 13, den Ausnehmungen 9, den Vorsprüngen 10, den Kontaktelementen 11 mit den distalen Kontaktabschnitten 14, den Verbindungsabschnitten 8 des Wicklungsdrahtes und einem Massekontakt 21. Auf der Leiterplatte 20 sind Leiterbahnen so angeordnet, dass die gewünschte Verschaltung der Spulen 5 zustande kommt.
10 zeigt eine zweite Ausführungsform des Stators 1‘, wobei der Unterschied zur ersten Ausführungsform darin besteht, dass bei einer Mehrzahl von Verbindungsabschnitten 8‘ zwischen zwei räumlich benachbarten Spulen 5‘ von einer Spulenlängsseite 25‘ der jeweils ersten Spule zu einem der Vorsprünge 10‘ und von dort zu einer Spulenlängsseite 25‘ der jeweils zweiten Spule 5‘ verläuft und die beiden Spulenlängsseiten 25‘ diejenigen sind, die den größten Abstand voneinander haben. Weiter zeigt 10 mehrere Anschraubaugen 24, die Bestandteil eines Statorjochs 2‘ sind und Ausnehmungen 9‘ zur Aufnahme der Verbindungsabschnitte 8‘, Statorpole 3‘ und ein Isolierelement 4‘. Die Spulen 5‘ befinden sich radial innerhalb eines Umkreises 23 und die Verbindungsabschnitte 8‘ befinden sich radial außerhalb des Umkreises 23.
11 zeigt eine weitere Darstellung der zweiten Ausführungsform des Stators 1‘, mit dem Statorjoch 2‘, den Statorpolen 3‘, dem Isolierelement 4‘, den Spulen 5‘, den Ausnehmungen 9‘, den Vorsprüngen 10‘, Aufnahmen 12‘ und ein Kontaktelement 11‘, welches zwei proximale Kontaktabschnitte 15‘ aufweist. Die Verbindungsabschnitte 8‘ verlaufen überkreuz, haben jedoch einen geringen Abstand voneinander. Der Abstand wird durch die Tiefe der Ausnehmungen 9‘ und die Höhe von sekundären Vorsprüngen 28‘ auf dem Isolierelement 4‘ definiert. Die Lage der Kontaktelemente 11‘ ist so zu wählen, dass der Draht gut verlegbar ist und die Kontaktelemente 11‘ sich gut umspritzen lassen. Deshalb sind die Kontakte bevorzugt parallel zur Motorachse ausgerichtet.
12 zeigt eine erste Variante der zweiten Ausführungsform, mit einem Stator 1‘‘, einem Statorjoch 2‘‘, Statorpolen 3‘‘, einem Isolierelement 4‘‘, Spulen 5‘‘, Verbindungsabschnitten 8‘‘ des Wicklungsdrahtes, Ausnehmungen 9‘‘, Vorsprüngen 10‘‘, Kontaktelementen 11‘‘, Aufnahmen 12‘‘ und Öffnungen 13‘‘. Die Kontaktelemente 11‘‘ weisen hier nur einen proximalen Kontaktabschnitt 15 in Form einer Schneidklemm-Kontur auf und sind schräg zu einer Radialen angeordnet. Die Vorsprünge 10‘‘ sind bogenförmig ausgeführt. Die Ausnehmungen 9‘‘ weisen entsprechend einer schiefen Ebene von der Spule 5‘‘ ausgehend bis zur Aufnahme 12‘‘ eine ansteigende Höhe auf, so dass der Wicklungsdraht auf der gegenüberliegenden Seite der Aufnahme 12‘‘ über den Verbindungsabschnitt 8‘‘ des benachbarten Spulenpaars verläuft, wobei sich beide Abschnitte kreuzen, aber nicht berühren.
13 zeigt eine erste Ausführungsform eines Leitblechs 16, das ein wesentlicher Bestandteil einer Verschaltungsanordnung ist. Das Leitblech 16 umfasst drei Anschlüsse 22, welche jeweils mit bogenförmigen Verbindungleitern 29, 30, 31 einstückig sind. Jeder Verbindungsleiter 29, 30, 31 weist hier drei Anschlussabschnitte 32 auf, welche gegenüber den Verbindungsleitern 29, 30, 31 gekröpft sind. Die Verbindungsleiter 29, 30, 31 sind über Stege 33 miteinander verbunden, welche zur einfacheren Handhabung im Fertigungsprozess dienen. Diese Stege 33 werden nach einem Umspritzvorgang zerschnitten oder ausgestanzt, so dass die drei Verbindungsleiter 29, 30, 31 galvanisch voneinander getrennt sind. Die Verbindungsleiter 29, 30, 31 sind im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet.
14 zeigt in vergrößerter Darstellung ein einzelnes Kontaktelement 11‘‘ mit einem Brückenglied 34 mit distalem Kontaktabschnitt 14‘‘‘, welcher eine Schneidklemmkontur aufweist. Zusammen bilden Brückenglied 34 und Kontaktabschnitt 14‘‘‘ das Kontaktelement 11‘‘‘. Das Brückenglied 34 dient zur Überbrückung eines Verbindungsleiters des Leitblechs 16 (13), ohne diesen zu berühren. Das Brückenglied 34 ist mit dem Anschlussabschnitt 32 des Leitblechs 16 verschweißbar.
15 zeigt eine erste Ausführungsform einer Verschaltungsanordnung 7 mit dem Leitblech 16, den Anschlüssen 22 (verdeckt), dem ersten Verbindungsleiter 29, dem zweiten Verbindungsleiter 30, dem dritten Verbindungsleiter 31, den Stegen 33 und den Anschlussabschnitten 32, einem Steckergehäuse 35 und einem Träger 36. Die Stege 33 sind nach dem Umspritzen überflüssig und werden vor einer Montage im Motor durchtrennt.
16 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Verschaltungsanordnung 7‘ mit einer zweiten Ausführungsform eines Leitblechs 16‘, bestehend aus einem ersten bogenförmigen Verbindungsleiter 29‘, einem zweiten bogenförmigen Verbindungsleiter 30‘ und einem dritten bogenförmigen Verbindungsleiter 31‘, wobei die Verbindungsleiter 29‘, 30‘, 31‘ jeweils mehrere mit den diesen einstückigen Brückengliedern 34‘ aufweisen, welche sich radial nach außen erstrecken. Weiter sind die Verbindungsleiter 29‘, 30‘, 31‘ einstückig mit Anschlüssen 22‘, welche hier gegenüber den Verbindungsleitern 29‘, 30‘, 31‘ rechtwinklig abgewinkelt sind. Das Leitblech 16‘ ist in einem Träger 36‘ eingebettet. Die Brückenglieder 34‘ queren mit geringem Abstand benachbarte Verbindungsleiter, hierfür sind die Verbindungsleiter in unterschiedlichen Höhenniveaus angeordnet. Die Verbindungsleiter 29‘, 30‘, 31‘ sind jeweils mit ihren einstückigen Brückengliedern 34‘ bis zu Biegekanten 19 in einer Ebene angeordnet; die Anschlüsse 22‘ sind entsprechend unterschiedlich lang. An die Brückenglieder 34‘ schließen sich jeweils zwei proximale Kontaktabschnitte 15‘‘ an, welche von den Seitenkanten der Brückenglieder 34‘ abgewinkelt sind und eine Schneidklemm-Kontur aufweisen.
17 zeigt die zweite Ausführungsform eines Stators 1‘‘‘, mit einem Statorjoch 2‘‘‘, Statorpolen 3‘‘‘, Spulen 5‘‘‘, Verbindungsabschnitte 8‘‘‘ des Wicklungsdrahtes, einem Isolierelement 4‘‘‘, mit Vorsprüngen 10‘‘‘ und Ausnehmungen 9‘‘‘, dem Leitblech 16‘, mit den Biegekanten 19 und den Anschlüssen 22‘. Ein Träger ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Das Leitblech 16‘ umfasst die Verbindungsleiter 29‘, 30‘ und 31‘ mit den Brückengliedern 34‘ und den proximalen Kontaktabschnitten 15‘‘.
18 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kontaktelements 11‘‘‘‘, das mit Kontakthaken als proximale Kontaktabschnitte 15‘‘‘ einstückig ist und einen distalen Kontaktabschnitt 14‘‘‘ aufweist, welches als Einpresskontakt ausgebildet ist. Weiter ist ein Vorsprung 10‘‘‘ und ein Verbindungsabschnitt 8‘‘‘ zu erkennen. Die Kontakthaken können zur Verschweißung oder zur Verklemmung des Verbindungsabschnitts 8‘‘‘ dienen.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Statorjoch
3: Statorpol
4: Isolierelement
5: Spule
6: Statorwicklung
7: Verschaltungsanordnung
8: Verbindungsabschnitt
9: Ausnehmung
10: Vorsprung
11: Kontaktelement
12: Aufnahme
13: Öffnung
14: distaler Kontaktabschnitt
15: proximaler Kontaktabschnitt
16: Leitblech
17: Schneidklemmkontaktabschnitt
18: Schneidklemmkontaktblech
19: Biegekante
20: Leiterplatte
21: Massekontakt
22: Anschluss
23: Umkreis
24: Anschraubaugen
25: Spulenlängsseite
26: Brücken-Drahtabschnitt
27: Freiraum
28: Sekundärer Vorsprung
29: erster Verbindungsleiter
30: zweiter Verbindungsleiter
31: dritter Verbindungsleiter
32: Anschlussabschnitt
33: Steg
34: Brückenglied
35: Steckergehäuse
36: Träger

Claims

Bürstenloser Motor mit einem Permanentmagnetrotor und einem bewickelten Stator (1), bestehend aus einem Statorjoch (2) mit einer Mehrzahl von Statorpolen (3), einem stirnseitig angeordneten Isolierelement (4), einer eine Mehrzahl von Spulen (5) umfassende Statorwicklung (6), wobei jeder Statorpol (3) mit einer Spule (5) bewickelt ist, einer Verschaltungsanordnung (7) zum Verschalten der Spulen (5) miteinander und mit elektrischen Anschlüssen (22), dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Wicklungsdraht ohne Unterbrechung alle Spulen (5) der Statorwicklung (6) und Verbindungsabschnitte (8) zwischen den Spulen (5) bildet, jeder Verbindungsabschnitt (8) des Wicklungsdrahtes zwischen zwei Spulen (5) nur zwischen jeweils räumlich benachbarten Spulen (5) verläuft und eine elektrische Verbindung dieser Spulen (5) bildet und die Verbindungsabschnitte (8) zwischen zwei räumlich benachbarten Spulen (5) ausschließlich radial außerhalb der Spulen (5) in Ausnehmungen (9) und/oder um Vorsprünge (10) des Isolierelements (4) verlegt sind.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierelement (4) radial außerhalb der Spulen (5) oder eines durch die Spulen (5) begrenzenden Umkreises (23) Aufnahmen (12) für Kontaktelemente (11) aufweist.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Mehrzahl von Verbindungsabschnitten (8) zwischen zwei räumlich benachbarten Spulen (5) der Wicklungsdraht von einer Spulenlängsseite (25) der jeweils ersten Spule zu einem der Kontaktelemente (11) und von dort zu einer Spulenlängsseite (25) der jeweils zweiten Spule verläuft und die beiden Spulenlängsseiten (25) einander unmittelbar gegenüber liegen.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Mehrzahl von Verbindungsabschnitten (8) zwischen zwei räumlich benachbarten Spulen (5) der Wicklungsdraht von einer Spulenlängsseite (25) der jeweils ersten Spule zu einem der Kontaktelemente (11) und von dort zu einer Spulenlängsseite (25) der jeweils zweiten Spule (5) verläuft und die beiden Spulenlängsseiten (25) diejenigen sind, die den größten Abstand voneinander haben.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verbindungsabschnitte (8) einer Spule (5) mit ihren jeweils räumlich benachbarten Spulen (5) einander kreuzen, ohne sich an der Kreuzungsstelle zu berühren.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (11) Schneidklemm-Kontakte sind, welche einen distalen Kontaktabschnitt (14) und einen proximalen Kontaktabschnitt (15) aufweisen, wobei jeweils ein Verbindungsabschnitt (8) durch den proximalen Kontaktabschnitt (15) des Kontaktelements (11) unmittelbar kontaktiert ist.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (12) des Isolierelements (4) mit Öffnungen (13) zur Drahtaufnahme und/oder Drahtführung versehen sind und die Kontaktelemente (11) durch einen Steckfügevorgang in den Aufnahmen (12) fixierbar sind, wobei die distalen Kontaktabschnitte (14) in einer fügetechnisch optimalen Lage, vorzugsweise axial, ausgerichtet sind.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (11) Schweißkontakte sind.
Bürstenloser Motor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) mit einer dreiphasigen oder einer fünfphasigen Parallelwicklung oder mit einer bipolaren einphasigen Wicklung bewickelt und verschaltet ist.
Stator nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsanfang und das Wicklungsende übereinander oder nebeneinander angeordnet in der gleichen Aufnahme (12) mit demselben Kontakt verbunden sind.
Stator (1) nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsanfang und das Wicklungsende in zwei verschiedenen Aufnahmen (12) angeordnet sind.
Stator (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Massekontakt (21) vorgesehen ist, welcher eine Ansteuerelektronik mit einem Massepotential, z.B. eines Fahrzeugs, verbindet.
Stator (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Massekontakt (21) durch zumindest einer Feder mit der Stirnseite eines Statorbleches verbunden ist.
Stator (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkern mit Isolierstoffmaterial umspritzt ist.
Stator (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Phasen der Statorwicklung (6) durch umspritzte Leitbleche (16) kontaktiert und verschaltet sind.
Stator (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche (16) einstückig mit Schneidklemmkontaktabschnitten (17) sind.
Stator (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein, vorzugsweise jeder Verbindungsabschnitt (8) mit zwei Schneidklemmkontaktabschnitten (17) verbunden ist/sind.
Stator (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Phasen der Statorwicklung (6) durch eine Leiterplatte (20) verschaltet sind.
Bürstenloser Motor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die distalen Kontaktabschnitte (14) der Kontaktelemente (11) in der Leiterplatte (20) eingepresst oder gelötet sind.
Bürstenloser Motor nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der bewickelte Stator (1) und die Kontaktelemente (11) umspritzt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Stecken der Kontakte die Taschen mit zähelastischem, ölbeständigen Material ausgegossen werden. V
erfahren zur Herstellung eines Stators (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (12) nach der Kontaktierung mit Gel ausgegossen werden.