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Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor mit mehreren über den Umfang verteilten Spulen in einem Stator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2008 054 529 A1 offenbart einen als Innenläufer ausgebildeten Elektromotor, dessen Stator Träger mehrerer Spulen ist, welche über den Umfang des Stators verteilt angeordnet sind. Die Spulen werden über eine stirnseitig auf den Stator aufsetzbare Kontaktplatte bestromt, die aus mehreren axial aufeinandergestapelten Einzelringen zusammengesetzt ist, welche jeweils Träger von Schneidklemmen sind, über die der elektrische Kontakt zu den Spulen am Stator hergestellt wird. Die axiale Erstreckung der Kontaktplatte bestimmt sich nach der Anzahl der aufeinandergestapelten Einzelringe einschließlich zwischenliegender Trennringe, die zur elektrischen Isolation der Einzelringe angeordnet sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Elektromotor ist insbesondere als Innenläufermotor ausgebildet und weist einen Stator auf, der über den Umfang verteilt mehrere bestrombare Spulen trägt. Der Elektromotor ist insbesondere als ein permanenterregter Gleichstrommotor ausgebildet, bei dem auf dem Rotor Permanentmagnete angeordnet sind. Der Elektromotor kann beispielsweise in Hilfseinrichtungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, zum Beispiel zur Betätigung eines Hydraulikzylinders in Bremssystemen oder als Servomotor in Lenksystemen.
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Der Stator ist in einem Motorgehäuse aufgenommen, an dem ein Lagerschild mit einem Lager für die Motorwelle gehalten ist. Die elektrische Kontaktierung der Spulen im Stator erfolgt über eine Kontakteinrichtung, die ebenfalls am Motorgehäuse angeordnet ist. Die Kontakteinrichtung befindet sich axial – bezogen auf die Längsachse des Elektromotors – außerhalb des Lagerschilds, wobei die elektrische Verbindung zwischen den Spulen und der Kontakteinrichtung über Kontaktverbindungselemente erfolgt, die den axial zwischen den Spulen und der Kontakteinrichtung angeordneten Lagerschild überbrücken oder durch Öffnungen im Lagerschild hindurchgeführt sind.
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Der Elektromotor zeichnet sich durch eine vereinfachte Montage aus. Da die Kontakteinrichtung axial außerhalb des Lagerschilds angeordnet ist, erfolgt auch die Verbindung der Kontakteinrichtung mit den Kontaktverbindungselementen außerhalb des Lagerschilds, wodurch die Zugänglichkeit für Werkzeuge zur Verbindungsherstellung erheblich verbessert ist.
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Vorteilhaft ist es außerdem, dass der Lagerschild mit dem Lager axial nahe an dem Stator liegt, wodurch der axiale Abstand zwischen diesem Lager und einem axial auf der gegenüberliegenden Seite des Stators angeordneten, weiteren Lager reduziert ist. Der verkürzte Lagerabstand erlaubt eine axial kürzere Bauweise, außerdem ist die Steifigkeit des Elektromotors verbessert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist das Motorgehäuse benachbart zum Lagerschild einen radial erweiterten Gehäuseabschnitt auf, in dem die Kontakteinrichtung aufgenommen ist. Das Motorgehäuse ist demzufolge mit einer radial nach außen gerichteten Ringschulter mit erweitertem Innendurchmesser versehen. Alternativ zu einer einteiligen Ausführung des radial erweiterten Gehäuseabschnittes mit dem Motorgehäuse kann es auch zweckmäßig sein, ein separates Gehäusebauteil mit größerem Radius vorzusehen, das jedoch fest mit dem Motorgehäuse verbunden ist. Der radial erweiterte Gehäuseabschnitt ermöglicht eine axial flachere Bauweise der Kontakteinrichtung, indem beispielsweise mehrere Kontaktringe der Kontakteinrichtung mit unterschiedlichem Durchmesser statt axialer Aufeinanderstapelung versehen und konzentrisch zueinander angeordnet sind. Der radial erweiterte Gehäuseabschnitt ermöglicht somit statt einer axial länger bauenden Kontakteinrichtung eine radial größere Kontakteinrichtung, die in dem betreffenden Gehäuseabschnitt aufgenommen ist. Insgesamt kann die axiale Länge des elektrischen Motors durch diese Maßnahme verringert werden.
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Der Lagerschild befindet sich in Nachbarschaft zu dem radial erweiterten Gehäuseabschnitt, er ist jedoch vorteilhafterweise nicht in dem radial erweiterten Gehäuseabschnitt aufgenommen, sondern in dem Motorgehäuse mit reduziertem Innendurchmesser, an dem der Stator angeordnet ist. Der Lagerschild kann sich axial entweder unmittelbar an den radial erweiterten Gehäuseabschnitt anschließen oder axial auf Abstand zu dem radial erweiterten Gehäuseabschnitt angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind in den Lagerschild Öffnungen zum Hindurchführen der Kontaktverbindungselemente eingebracht. Die Öffnungen können entweder radial mit Randabstand in den Lagerschild eingebracht oder unmittelbar im Randbereich und somit radial zum Außenrand des Lagerschilds offen ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung umfasst die Kontakteinrichtung eine elektronische Leiterplatte (PCB) oder ein Stanzgitter in einem Steuergerät, wobei die Kontaktverbindungselemente mit der elektronischen Leiterplatte bzw. dem Stanzgerät verbunden sind. In dieser Ausführung kann sich die Kontakteinrichtung, insbesondere das Steuergerät, axial außerhalb des Motorgehäuses befinden, wobei über die Kontaktverbindungselemente der verhältnismäßig große axiale Abstand zwischen den Spulen innerhalb des Motorgehäuses und der Kontakteinrichtung außerhalb des Motorgehäuses überbrückt wird.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist an der Abtriebsseite der Motorwelle des Elektromotors ein Getriebe angeordnet, das axial zumindest teilweise in dem Motorgehäuse aufgenommen ist. Insbesondere in der Ausführung des Motorgehäuses mit dem radial erweiterten Gehäuseabschnitt ist es zweckmäßig, dass das Getriebe zumindest teilweise in diesen radial erweiterten Gehäuseabschnitt hineinragt. Dementsprechend lässt sich eine Elektromotor-Getriebe-Kombination mit kurzer axialer Baulänge realisieren.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Kontakt zwischen den Kontaktverbindungselementen und den Wicklungen der Spulen als ein Steckkontakt ausgebildet. Das Kontaktverbindungselement kann von mehreren Spulenwicklungen umgriffen sein, wodurch ein enger mechanischer Kontakt mit einer entsprechend guten elektrischen Verbindung zwischen dem Wicklungsdraht der Spulen und dem Kontaktverbindungselement hergestellt wird.
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In einer weiteren Ausführung erfolgt die Verbindung zwischen dem Kontaktverbindungselement und der Kontakteinrichtung mithilfe von Klemmelementen, beispielsweise einer Speednut, die an der Kontakteinrichtung angeordnet ist. In dieser Ausführung wird ein Ende des Kontaktverbindungselements durch eine Ausnehmung in der Kontakteinrichtung, beispielsweise einem Stanzgitter geführt und über das Klemmelement mechanisch an die Kontakteinrichtung geklemmt.
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Es kommen verschiedene Querschnittsformen für das Kontaktverbindungselement in Betracht, das beispielsweise eine rechteckförmige oder quadratische Querschnittsform oder eine runde Querschnittsform aufweisen kann.
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Das Kontaktverbindungselement kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Bei mehrteiliger Ausführung besteht das Kontaktverbindungselement beispielsweise aus einem mittleren Abschnitt zur axialen Distanzüberbrückung zwischen den Spulen und der Kontakteinrichtung und aus mit dem mittleren Abschnitt verbundenen Endabschnitten, über die der elektrische Kontakt zu den Spulen einerseits und der Kontakteinrichtung andererseits hergestellt wird.
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Bei der mehrteiligen Ausführung sind die Abschnitte des Kontaktverbindungselements entweder entlang einer gemeinsamen Längsachse oder, in einer alternativen Ausführung, versetzt zueinander ausgerichtet, insbesondere parallel versetzt. Beispielsweise können die Endabschnitte zueinander koaxial und der mittlere Abschnitt hierzu versetzt oder ein Endabschnitt und der mittlere Abschnitt koaxial und der zweite Endabschnitt parallel versetzt angeordnet sein.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 einen Schnitt längs durch einen Elektromotor, an dessen Motorgehäuse ein Lagerschild mit einem Lager für die Motorwelle angeordnet ist, und mit einer Kontakteinrichtung zur elektrischen Kontaktierung der Spulen im Stator,
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2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes II aus 1,
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3 ein Elektromotor im Längsschnitt in einer Ausführungsvariante,
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4 die Verbindung zwischen einem Kontaktverbindungselement und einer Spule im Stator,
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5 die Verbindung zwischen einem Kontaktverbindungselement und einem Stanzgitter in einem Steuergerät.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Elektromotor 1 dargestellt, der als Innenläufermotor mit einem außen liegenden Stator 2 und einem innen liegenden Rotor 3 ausgeführt ist. Der Elektromotor 1 ist beispielsweise als ein permanenterregter Gleichstrommotor ausgeführt, dessen Motorwelle 4 Permanentmagnete 5 trägt. Der Stator 2 ist in einem Motorgehäuse 6 fest aufgenommen und weist über den Umfang verteilt mehrere Spulen 7 mit Wicklungsdrähten auf, die über Kontaktverbindungselemente 8 mit einer Kontakteinrichtung 9 verbunden sind. Über die Kontakteinrichtung 9, beispielsweise eine Kontaktplatte bzw. ein Kontaktring, werden die Spulen 7 bestromt.
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Die Spulen 7 sind an der Innenseite des Motorgehäuses 6 angeordnet, auf dessen offene Seite ein Lagerschild 10 aufgesetzt ist, welches Träger eines Lagers 11 für die Motorwelle 4 ist. Ein weiteres Lager 12 befindet sich auf der axial gegenüberliegenden Seite und ist im Boden des Motorgehäuses 6 aufgenommen.
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Die Kontaktverbindungselemente 8 sind als längliche, geradlinige Bauteile ausgeführt und beispielsweise durch Ausnehmungen in dem Lagerschild 10 hindurchgeführt. Die Kontaktverbindungselemente 8 verlaufen parallel zur Motorlängsachse 13.
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Wie 1 in Verbindung mit der vergrößerten Darstellung gemäß 2 zu entnehmen, erstreckt sich das Motorgehäuse 6 axial über den Lagerschild 10 hinaus und weist einen radial erweiterten Gehäuseabschnitt 14 auf, der als umlaufende Ringschulter ausgebildet ist. Der Lagerschild 10 befindet sich axial zwischen den Spulen 7 und der Kontakteinrichtung 9, die ebenfalls noch in dem Motorgehäuse 6 aufgenommen ist, jedoch axial im Bereich des radial erweiterten Gehäuseabschnittes 14. Der radial erweiterte Gehäuseabschnitt 14 bietet in Radialrichtung einen ausreichend großen Bauraum zur Aufnahme der Kontakteinrichtung 9, was es ermöglicht, axial kurz bauende Kontakteinrichtungen 9 mit größerer radialer Erstreckung einzusetzen. Es können beispielsweise Kontakteinrichtungen mit mehreren Kontaktringen unterschiedlichen Durchmessers verwendet werden. Die Kontakteinrichtung 9 ragt mit ihrem radial außen liegenden Abschnitt in den erweiterten Gehäuseabschnitt 14 ein, wohingegen der Innenradius der ringförmigen Kontakteinrichtung 9 sich mit Abstand zum Innenradius des Motorgehäuses 6 befindet, bezogen auf den den Stator 2 aufnehmenden Abschnitt.
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Die Motorwelle 4 des Rotors 3 ist mit einem Getriebe 15 gekoppelt, das sich axial an den Lagerschild 10 anschließt. Die ringförmige Kontakteinrichtung 9 umgreift das Getriebe 15.
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Wie 2 zu entnehmen, kann das Kontaktverbindungselement 8 mehrteilig ausgebildet sein und aus einem mittleren Abschnitt 8a und zwei sich jeweils anschließenden stirnseitigen Abschnitten 8b, 8c zur Verbindung mit der Spule 7 und zur Verbindung mit der Kontakteinrichtung 9 zusammensetzen. Die stirnseitigen Abschnitte 8b und 8c sind fest mit dem mittleren Abschnitt 8a verbunden, insgesamt bilden die zusammengesetzten Abschnitte 8a, 8b und 8c ein gemeinsames, längliches Bauteil, wobei die Abschnitte alle entlang einer gemeinsamen Längsachse ausgerichtet sind. Die stirnseitigen Abschnitte 8b und 8c können in dieser Ausführung in optimaler Weise an die Verbindung mit dem Wicklungsdraht der Spulen 7 bzw. der Kontakteinrichtung 9 angepasst sein.
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In 3 ist eine Ausführungsvariante eines Elektromotors 1 dargestellt, der Teil einer Bremseinrichtung in einem Fahrzeug zum Antrieb eines Hydraulikzylinders 16 in einem Hydraulikblock 17 ist. Der Hydraulikzylinder 16 erstreckt sich axial teilweise in das Motorgehäuse 6 hinein, der Hydraulikblock 17 befindet sich unmittelbar axial vor dem Motorgehäuse 6. Die elektrische Kontaktierung der Spulen 7 erfolgt über die Kontaktverbindungselemente 8, die durch den Lagerschild 10 hindurch und radial am Hydraulikzylinder 16 vorbei geführt sind. Die Kontaktverbindungselemente 8 sind radial außerhalb des Hydraulikzylinders 16 an diesem axial vorbeigeführt und erstrecken sich axial bis zu einem Steuergerät 18, in welchem die Kontakteinrichtung 9, beispielsweise in Form eines Stanzgitters bzw. einer elektronischen Leiterplatte aufgenommen ist. Das Kontaktverbindungselement 8 ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel dreiteilig mit einem mittleren Abschnitt 8a und zwei stirnseitigen Abschnitten 8b und 8c ausgeführt, die mit der Spule 7 bzw. der Kontakteinrichtung 9 verbunden sind.
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Sowohl im ersten Ausführungsbeispiel als auch im zweiten Ausführungsbeispiel kann eine axial kurz bauende Ausführung des Elektromotors 1 erreicht werden, indem der Lagerschild 10 axial benachbart zu dem Stator 2 angeordnet ist und die elektrische Kontaktierung über die Kontaktverbindungselemente 8 erzielt wird, die durch den Lagerschild 10 axial hindurchgeführt sind zur Verbindung mit der Kontakteinrichtung 9.
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In 4 ist die Verbindung des Kontaktverbindungselementes 8 mit dem Wicklungsdraht der Spule 7 dargestellt. Das Kontaktverbindungselement 8 ist statorseitig in eine gewickelte Anpresszone 7a des Wicklungsdrahts der Spule 7 eingesetzt. In der gewickelten Anpresszone 7a ist der Wicklungsdraht der Spule 7 in mehreren Windungen um das Kontaktverbindungselement 8 gewickelt.
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Durch die gewickelte Anpresszone 7a ist ein Steckkontakt zum Kontaktverbindungselement 8 realisiert. Zur besseren Kontaktierung ist das Kontaktverbindungselement 8 bevorzugt mit einem eckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt ausgebildet.
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In 5 ist die Verbindung zwischen dem Kontaktverbindungselement 8 und der Kontakteinrichtung 9, beispielsweise einem Stanzgitter 82 dargestellt. Die Verbindung zwischen den Kontaktverbindungselementen 8 und dem Stanzgitter 82 erfolgt kraftschlüssig, indem die Endabschnitte der Kontaktverbindungselemente 8 durch Ausnehmungen 80 im Stanzgitter 82 hindurchgeführt und nach Art einer Speednut 88 im Stanzgitter 82 eingeklemmt sind. Elastische Laschen 84 des Stanzgitters 82 verformen sich geringfügig axial beim Einstecken der Kontaktverbindungselemente 8, wobei die die Ausnehmung 80 für die Kontaktverbindungselemente 8 unmittelbar begrenzenden Wandabschnitte mit einer Klemmkraft an der Mantelfläche der Kontaktverbindungselemente 8 anliegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008054529 A1 [0002]
