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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor. Insbesondere betrifft die Erfindung die elektrische Kontaktierung des Elektromotors.
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Stand der Technik
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Ein Elektromotor umfasst einen Stator und einen Rotor, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar angebracht sind. In einer Ausführungsform als Innenläufer liegt der Stator radial außen und der Rotor radial innen. Der Stator umfasst ein Statorpaket aus einer Anzahl Blechen, die in axialer Richtung gestapelt und aneinander befestigt sind. Auf der radialen Innenseite des Stators sind mehrere Nuten, die sich jeweils in axialer Richtung erstrecken, auf einem Umfang um die Drehachse verteilt. Eine Spule aus Spulendraht liegt in wenigstens zwei der Nuten, wobei die Spule an einem axialen Ende des Elektromotors üblicherweise über das Statorpaket übersteht. Es ist üblich, das axiale Ende der Spule in radialer Richtung abzustützen, um zu verhindern, dass die Spule in Kontakt mit dem Rotor gerät.
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Enden des Spulendrahts müssen elektrisch kontaktiert werden, um den Elektromotor verwenden zu können. Die Kontaktierung kann je nach Anforderungsprofil für den Elektromotor unterschiedlich ausgeführt sein. In einer Ausführungsform wird ein Endabschnitt eines Spulendrahts am Elektromotor belassen und später mit einer Stromquelle elektrisch verbunden. Zwischen der Spule und dem Endabschnitt wird der Spulendraht üblicherweise am Elektromotor fixiert. In einer anderen Ausführungsform wird der Spulendraht am Elektromotor fixiert und abgeschnitten. Zur elektrischen Kontaktierung wird ein separates Anschlusselement an dem verbleibenden kurzen Endabschnitt des Spulendrahts angebracht. Das Verbindungselement kann beispielsweise ein Anschlusskabel oder eine elektrische Steckverbindung umfassen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Technik anzugeben, um den Elektromotor mittels identischer Teile wahlweise zur Kontaktierung mittels eines Endabschnitts des Spulendrahts oder mittels eines separaten Anschlusselementes durchführen zu können. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein Elektromotor umfasst eine Spule mit Spulendraht und eine Drehachse. Ein Drahthalter für den Elektromotor umfasst eine Haltestruktur zur Fixierung eines Abschnitts des Spulendrahts in einer Drehebene um die Drehachse. Dabei ist die Haltestruktur dazu eingerichtet, ein Umbiegen eines an den fixierten Abschnitt angrenzenden Endabschnitts des Spulendrahts in axiale Richtung zu erlauben, sodass der Elektromotor mittels des Endabschnitts elektrisch angeschlossen werden kann, und eine axiale Anbringung eines Anschlusselements am fixierten Abschnitt des Spulendrahts mittels Schneid-Klemm-Technik zu erlauben, sodass der Elektromotor mittels des Anschlusselements elektrisch angeschlossen werden kann.
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Mittels des genannten Drahthalters ist es möglich, nach dem Anbringen der Spule an einem Stator oder einem Rotor des Elektromotors einen elektrischen Anschluss mittels des Endabschnitts oder mittels des separaten Anschlusselements vorzusehen. Unterschiedlich zu verwendende Elektromotoren können somit mittels der gleichen Elemente aufgebaut werden. Die Entscheidung, auf welche Weise der Elektromotor kontaktiert werden soll, kann relativ spät im Herstellungsprozess des Elektromotors fallen. Beispielsweise kann der Endabschnitt des Spulendrahts bis unmittelbar vor dem Einbau des Elektromotors in ein Gerät belassen werden. Erfordert das Gerät die Kontaktierung mittels Spulendraht, so kann dieser entsprechend an der Haltestruktur umgebogen und gegebenenfalls abgelängt werden. Ist stattdessen eine Kontaktierung mittels des Anschlusselements erforderlich, so kann das Anschlusselement in die Haltestruktur eingesetzt und der überflüssige Endabschnitt des Spulendrahts abgeschnitten werden.
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Der Elektromotor kann insbesondere für ein Handwerkzeug eingesetzt werden. In einer Ausführungsform kann der Elektromotor mittels elektrischer Kontaktierung über den Spulendraht beispielsweise in einem Winkelschleifer eingesetzt werden und mittels einer Kontaktierung mittels des separaten Anschlusselements alternativ in einem Bohrhammer. Eine Belastung des Elektromotors im Winkelschleifer durch Hitze und Staub kann größer sein als im Bohrhammer. Der elektrische Anschluss des Elektromotors kann so auf den Einsatzzweck des Elektromotors abgestimmt werden.
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Bevorzugterweise weist die Haltestruktur eine Nut zur Aufnahme des Abschnitts auf, wobei die Nut in der Drehebene liegt und in axialer Richtung geöffnet ist. Die Haltestruktur wird üblicherweise im Bereich eines axialen Endes des Elektromotors angebracht. Dabei tritt der Spulendraht im Wesentlichen in axialer Richtung aus der Spule bzw. dem Elektromotor aus. Durch das Einlegen des Spulendrahts in die Nut kann eine erste Umlenkung erzwungen werden, die eine Fixierung des Spulendrahts unterstützen kann. Durch den Verlauf des Abschnitts in der Drehebene kann dieser gegenüber einer axialen Belastung, wie sie beispielsweise beim Anbringen des Anschlusselements auftreten kann, abgestützt sein.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Haltestruktur ein elastisch bewegliches Rastelement umfasst, das ein axiales Einlegen des Abschnitts in die Nut erlaubt und den eingelegten Abschnitt gegen axiales Entfernen aus der Nut fixiert. Der Endabschnitt des Spulendrahts kann mittels einer einfachen Bewegung in die Nut der Haltestruktur eingelegt und mittels des Rastelements fixiert werden. Die Position des fixierten Abschnitts kann dadurch ausreichend genau definiert sein, um eine automatisierte Weiterverarbeitung zu unterstützen. Gleichzeitig kann der Abschnitt auf eine Weise fixiert sein, der beide Varianten der elektrischen Kontaktierung zulässt.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Haltestruktur eine axiale Aussparung aufweist, die sich in beiden axialen Richtungen von der Nut aus erstreckt, um jeweils einen Abschnitt des in Schneid-Klemm-Technik ausgeführten Anschlusselements aufzunehmen. Anders ausgedrückt ist bevorzugt, dass die Haltestruktur eine axiale Aufnahme für das Anschlusselement aufweist, wobei die Aussparung im Bereich der Nut liegt, um eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Spulendraht und dem Anschlusselement zu erleichtern.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die sich in der Drehebene erstreckende Nut für den Spulendraht durch die axiale Aussparung unterbrochen ist. So kann der Spulendraht bezüglich des in Schneid-Klemm-Technik ausgeführten Anschlusselements beidseitig gehalten sein, sodass das Anbringen des Anschlusselements erleichtert sein kann.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Haltestruktur einen Vorsprung auf, der die Nut radial nach außen verlängert und dazu eingerichtet ist, zusammen mit einem Endabschnitt des Spulendrahts abgeschnitten zu werden. Der Spulendraht kann so auf einer vergrößerten Fläche gelagert sein, während das Anschlusselement mittels Schneid-Klemm-Technik an ihm befestigt wird. In einem weiteren Arbeitsschritt, der mit dem Befestigen des Anschlusselements integriert ausgeführt werden kann, kann der radiale Vorsprung zusammen mit dem Endabschnitt des Spulendrahts abgeschnitten werden, sodass einerseits der überflüssige Spulendraht entfernt ist und andererseits das Radialmaß des Elektromotors vorteilhaft klein gehalten sein kann.
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In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst der Drahthalter eine Anlagefläche zur Abstützung eines axialen Endabschnitts der Spule in radialer Richtung. Der Drahthalter kann hierbei insbesondere mit einem Spulenhalter integriert ausgeführt sein. Der Spulenhalter kann die radiale Position eines axialen Endabschnitts der Spule fixieren und durch seine Integration mit dem Drahthalter gleichzeitig einen Ankerpunkt für die elektrische Anbindung des Spulendrahts bilden.
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Es ist besonders bevorzugt, dass der Drahthalter einen axialen Fortsatz zur Aufnahme in einer korrespondierenden Aussparung des Elektromotors aufweist. Die Aussparung kann insbesondere in einem Rotorpaket oder einem Statorpaket vorgesehen sein, wobei die beiden Pakete jeweils durch einen axialen Stapel magnetischer Leitbleche gebildet werden kann. Der axiale Fortsatz kann eine radiale Position oder eine rotatorische Position des Drahthalters bzw. des Spulenhalters bezüglich dem Rotorpaket oder dem Statorpaket sicherstellen.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Drahthalter einstückig ausgeführt ist. Insbesondere kann der Drahthalter einen Kunststoff umfassen und beispielsweise im Spritzgussverfahren herstellbar sein.
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Ein Stator für einen Elektromotor umfasst ein Statorpaket, eine Spule mit Spulendraht und einen Spulenhalter zur Fixierung der Spule am Statorpaket. Dabei ist am Spulenhalter der oben beschriebene Drahthalter angebracht. Der Spulenhalter und der Drahthalter sind bevorzugterweise einstückig miteinander integriert ausgeführt.
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Ein Elektromotor umfasst den oben beschriebenen Stator und einen Rotor, der drehbar gegenüber dem Stator gelagert ist. Bevorzugterweise handelt es sich um einen Asynchronmotor, der mechanisch oder elektrisch kommutiert sein kann.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine schematische Darstellung eines Elektromotors;
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2 Ausführungsformen von Statoren für einen Elektromotor;
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3 unterschiedliche Ansichten einer Haltestruktur für einen Spulendraht einer Spule eines Elektromotors; und
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4 Ansichten der Haltestruktur von 3 in Verbindung mit einem separaten elektrischen Anschlusselement
darstellt.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektromotors 100. Um eine Drehachse 105 sind ein Stator 110 und ein Rotor 115 (nicht dargestellt) drehbar gegeneinander gelagert. Der Stator 110 umfasst ein Statorpaket 120, das typischerweise aus einer Vielzahl magnetischer Leitbleche gebildet ist, die axial aufeinander gestapelt sind. Im Statorpaket 120 ist eine Anzahl Nuten 125 vorgesehen, die sich jeweils in axialer Richtung erstrecken und radial nach innen geöffnet sind. Bevorzugterweise sind mehrere Nuten 125 auf einem Umfang um die Drehachse 105 verteilt, und zwar weiter bevorzugt gleichmäßig. Eine Spule 130 umfasst üblicherweise mehrere Windungen eines Spulendrahts 135, die durch wenigstens zwei der Nuten 125 verlaufen. Üblicherweise sind mehrere Spulen 130 vorgesehen, die meist in unterschiedlichen Nuten 125 des Statorpakets 120 liegen.
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2 zeigt Ausführungsformen von Statoren 110 für den Elektromotor 100 von 1. Beide Ausführungsformen verwenden jeweils einen Spulenhalter 205 zur radialen Abstützung der Spule 130 an einem axialen Ende des Elektromotors 100. 2A zeigt einen Spulenhalter 205, der die radiale Abstützung zweier einander bezüglich der Drehachse 105 gegenüberliegende Spulen 130 erlaubt und 2B eine Ausführungsform, bei der der Spulenhalter 205 zur Abstützung eines axialen Endabschnitts von nur einer Spule 130 eingerichtet ist.
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Bei der Ausführungsform von 2A ist der Spulendraht 135 an eine Haltestruktur 210 eines Drahthalters 215 geführt, der integriert mit dem Spulenhalter 205 ausgeführt sein kann. Dabei ist an der Haltestruktur 210 ein Abschnitt 220 des Spulendrahts 135 fixiert, um einen Endabschnitt 225 des Spulendrahts 135 in einer Position zu halten, in der er mittels eines externen elektrischen Anschlusselements (nicht dargestellt) kontaktiert werden kann. In der dargestellten Ausführungsform liegen die Endabschnitte 225 der Spulendrähte 135 zweier unterschiedlicher Spulen 130 aneinander und können auch ineinander übergehen. Der gleiche Spulendraht 135 kann dann zur Wicklung mehrerer Spulen 130 verwendet sein. Die Kontaktierung des Elektromotors 100 im Bereich des Endabschnitts 225 kann beispielsweise mittels einer Schraubverbindung, einer Schneid-Klemm-Verbindung oder einer stoffschlüssigen Verbindung wie Löten oder Schweißen hergestellt werden. Bevorzugterweise ist am Spulenhalter 205 eine Anlagefläche 230 zur Abstützung der Spule 130 in radialer Richtung vorgesehen. Die Spule 130 kann zuerst gewickelt und dann axial ins Statorpaket 120 eingezogen werden, wobei ein überstehendes axiales Ende radial innen an der Anlagefläche 230 anliegen kann.
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In der Ausführungsform von 2B ist ein Endabschnitt 225 des Spulendrahts 135 herausgeführt und optional mittels einer Ummantelung elektrisch isoliert. Der elektrische Anschluss des Elektromotors 100 nach dieser Ausführungsform erfolgt über den Endabschnitt 225, der beispielsweise mittels einer Schraubverbindung, einer Klemmverbindung oder einer stoffschlüssigen Verbindung wie Löten oder Schweißen an eine Energiequelle angebunden werden kann.
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Es wird vorgeschlagen, eine Haltestruktur 210 vorzusehen, die eine elektrische Kontaktierung des Elektromotors 100 im Sinne von beiden in 2 dargestellten Ausführungsformen erlaubt. Dabei wird bevorzugterweise ein einstückiges Element verwendet, das den Drahthalter 215 mit dem Spulenhalter 205 integriert und an dem die Haltestruktur 210 ausgebildet ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Haltestruktur 210 jedoch auch nur am Spulenhalter 205 oder nur am Drahthalter 215 ausgebildet sein.
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3 zeigt unterschiedliche Ansichten einer Haltestruktur für einen Spulendraht einer Spule eines Elektromotors wie dem Elektromotor 100 einer der vorangehenden Figuren. Die Darstellungen sind als repräsentativ aber nicht notwendigerweise bindend für alle Ausführungsformen der Haltestruktur 210 anzusehen. 3A zeigt eine Ansicht von radial innen, 3B von radial außen, 3C eine axiale Ansicht mit Blick in Richtung des Statorpakets 120 und 3D eine Ansicht eines Längsschnitts durch die Haltestruktur 210. Dabei verläuft die Schnittebene parallel zur Drehachse 105.
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Die Haltestruktur 210 erstreckt sich bevorzugterweise im Wesentlichen zylindrisch in axialer Richtung vom Drahthalter 215, der zur Anbringung an einem axialen Ende des Elektromotors 100 bzw. des Statorpakets 120 eingerichtet ist. Zur Fixierung des Drahthalters 215 am Statorpaket 120 ist bevorzugterweise ein axialer Fortsatz 305 vorgesehen, der wie dargestellt konisch geformt sein kann und zur Aufnahme in einer korrespondierenden Aussparung des Statorpakets 120 eingerichtet ist. An der Haltestruktur 210 ist eine Nut 310 zur Aufnahme des Abschnitts 220 des Spulendrahts 135 ausgebildet. Die Nut 310 erstreckt sich in radialer Richtung bzw. entlang einer Drehebene um die Drehachse 105. Die Nut 310 ist in axialer Richtung geöffnet.
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Bevorzugterweise umfasst die Haltestruktur 210 eine axiale Aussparung 315 zur Aufnahme eines elektrischen Anschlusselements, das unten mit Bezug auf 4 genauer beschrieben wird. Die axiale Aussparung 315 unterbricht bevorzugterweise die Nut 310, sodass Abschnitte der Nut 310 auf unterschiedlichen Seiten der Aussparung 315 liegen. Die Aussparung 315 erstreckt sich bevorzugterweise bezüglich der Nut 310 in beiden axialen Richtungen. Optional ist die Nut 310 auf der radialen Außenseite bezüglich der Drehachse 105 mittels eines radialen Vorsprungs 320 verlängert. Der Vorsprung 320 ist bevorzugterweise materialsparend ausgeführt, sodass er leicht in axialer Richtung abgeschert oder abgeschnitten werden kann.
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Im Bereich der Nut 310 ist bevorzugterweise ein Rastelement 325 vorgesehen, das dazu eingerichtet ist, ein axiales Einlegen des Spulendrahts 135 zu erlauben und das anschließende axiale Entfernen möglichst zu verhindern. Bevorzugterweise ist das Rastelement 325 an einem Abschnitt der Haltestruktur 210 ausgebildet, die sich von der Nut 310 aus axial vom Statorpaket 120 weg erstreckt. Dabei umfasst das Rastelement 325 bevorzugterweise einen Rasthaken 330, der in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Drehebene um die Drehachse 105 elastisch bewegt werden kann und eine erste axiale Oberfläche 335 aufweist, die einen Winkel zur Drehebene einschließt und axial vom Statorpaket 120 weg weist und eine zweite axiale Oberfläche 340, die im Wesentlichen parallel zur Drehebene liegt und dem Statorpaket 120 zugewandt ist. Wird der Spulendraht 135 in axialer Richtung in Richtung des Statorpakets in die Nut 310 eingeführt, so wird der Rasthaken 330 aufgrund der schrägen ersten axialen Oberfläche 335 lateral ausgelenkt und erlaubt das Passieren des Spulendrahts 135 in axialer Richtung. Nach dem Passieren federt der Rasthaken 330 zurück. Wird der eingefädelte Abschnitt des Spulendrahts 135 anschließend in axialer Richtung vom Statorpaket 120 wegbewegt, so läuft er gegen die zweite axiale Oberfläche 340, die ein Ausschwenken des Rasthakens 330 nicht begünstigt. Der Spulendraht 135 ist dadurch am Rastelement 325 fixiert. Als fixierter Abschnitt 220 des Spulendrahts 135 gilt in der Darstellung von 3 derjenige Abschnitt des Spulendrahts 135, der im radial inneren Bereich der Nut 310 bezüglich der axialen Aussparung 315 liegt.
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Nach dem Einrasten des Spulendrahts 135 in die Nut 310 kann der Endabschnitt 225 in axialer Richtung umgebogen werden, sodass er in einem Teil der Aussparung 315 liegt. Optional kann der Endabschnitt 225 noch abgelängt, isoliert und an seinem Ende zur elektrischen Verbindung mit einer Energiequelle vorbereitet werden.
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4 zeigt Ansichten der Haltestruktur 210 von 3 in Verbindung mit einem separaten elektrischen Anschlusselement 405. 4A zeigt eine Ansicht von radial innen und 4B von radial außen, jeweils bezüglich der Drehachse 105 des Elektromotors 100. Das Anschlusselement 405 ist dazu eingerichtet, mittels Schneid-Klemm-Technik elektrisch und mechanisch mit dem Spulendraht 135 verbunden zu werden. Dazu umfasst das Anschlusselement 405 bevorzugterweise eine Kontaktzunge 410, die an einem axialen Ende gabelförmig gespalten und mit einer zwischen den einzelnen Enden liegenden Schneidfläche ausgestattet ist. Die Kontaktzunge 410 ist ausreichend steif, um in axialer Richtung in die Aussparung 315 eingeführt zu werden, eine mögliche Lackisolierung des Spulendrahts 135 aufzuschneiden und mit Klemmwirkung am Spulendraht 135 und bevorzugterweise auch an einer Begrenzung der Aussparung 315 anzuliegen. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Anschlusselement 405 zusätzlich eine Quetschverbindung 415 zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit einem Anschlusskabel 420. Das Anschlusskabel 420 kann vom Anschlusselement 405 umfasst sein.
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Zur Montage des Anschlusselements 405 wird der Spulendraht 135 in axialer Richtung in die Nut 310 eingelegt, sodass sein Endabschnitt 225 bevorzugterweise radial nach außen zeigt. Anschließend wird das Anschlusselement 405 in axialer Richtung in die axiale Aussparung 315 eingeführt und so elektrisch mit dem Spulendraht 135 verbunden. Optional kann anschließend der Endabschnitt 225 an der Haltestruktur 210 abgeschnitten oder abgeschert werden. In einer Ausführungsform wird dabei auch gleichzeitig der radiale Vorsprung 320 zur Anlage des Spulendrahts 135 mit abgeschnitten oder abgeschert.
