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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich einen Schrittmotor, der als Sternmotor ausgeführt ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Spulenkörper für einen solchen Elektromotor und ein Verfahren zum Montieren des Elektromotors.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Schrittmotoren sind Elektromotoren, die sich schrittweise drehen und damit für eine sehr präzise Steuerung des Grads der Ausgangsdrehung des Motors sorgen. Es gibt zwei wesentliche Arten, wie ein solcher Motor traditionell ausgebildet ist.
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Ein zylindrischer Schrittmotor hat einen Ständer und einen Läufer, die koaxial ausgerichtet sind, wobei der Ständer mit Ständerspulenwicklungen den Läufer umschließt, der sich relativ zu dem Ständer drehen kann und von dem Leistung bezogen werden kann. Ein solcher Motor ist zwar vergleichsweise einfach herstellbar, ist aber relativ großvolumig.
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Ein Sternmotor hat einen zentralen Läufer und eine Mehrzahl von Ständerwicklungen, die in gleichen Winkeln um den Läufer positioniert sind. Rund um die Ständerwicklungen wird dann in charakteristischer Weise eine unitäre Kernlamelleneinheit aufgenommen. Eine solche Anordnung hat eine relativ große Tiefe, kann aber im Vergleich zu dem zylindrischen Äquivalent eine relativ kleine Grundfläche aufweisen. Bei bestimmten Anwendungen ist dies unter Umständen vorzuziehen.
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Bei beiden Schrittmotoranordnungen müssen die Ständerwicklungen einzeln mit einem elektrischen Verbinder verbunden werden, damit sie mit weiteren elektronischen Komponenten und/oder Stromversorgungen verbunden werden können, sobald der Motor in das Motorgehäuse eingesetzt wurde. Dieser elektrische Verbinder ist als separates Bauteil vorgesehen, besteht aus einem Kunststoffmaterial und hat mindestens einen Leiter, der durch das Bauteil hindurchführt. Der elektrische Verbinder muss mit dem Motor direkt verdrahtet oder verlötet sein, damit eine elektrische Verbindung mit den Ständerwicklungen gegeben ist, um den Motor anzutreiben und zu steuern. Dieser Vorgang ist sowohl zeitraubend als auch fehleranfällig, wenn die Verbindung nicht korrekt hergestellt wird.
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Um den Elektromotor in seinem Gehäuse unterzubringen, müssen ferner zuerst die Motorkomponenten eingesetzt werden, so dass sich der Läufer und der Ständer in ihrer korrekten Position befinden, bevor schließlich der elektrische Verbinder an Ort und Stelle befestigt wird. Oftmals ist dies die einzige Möglichkeit, den Motor physisch in dem Gehäuse anzuordnen, zumal die Größe des fertigen Motors einer der entscheidenden Faktoren für seinen potenziellen Nutzen ist.
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ÜBERSICHT
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Lösung dieser Probleme, indem eine verbesserte Konfiguration eines elektrischen Verbinders und ein verbessertes Verfahren zum Montieren eines Elektromotors bereitgestellt werden.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektromotor angegeben, umfassend: einen Spulenkörper mit einem Läuferaufnahmebereich und einem Wicklungsstützbereich an dem oder angrenzend an den Läuferaufnahmebereich; einen Läufer, der unter Aufnahme in dem Läuferaufnahmebereich an demselben montiert werden kann; eine Kernlamelleneinheit, die mit dem Wicklungsstützbereich in Eingriff gebracht werden kann; eine Ständerwicklung, die um eine Außenfläche des Wicklungsstützbereichs montiert werden kann; und einen elektrischen Verbinder mit einem Verbinderkörper und mit mindestens einem diesem zugeordneten elektrisch leitenden Element, wobei der Verbinderkörper mit dem Wicklungsstützbereich des Spulenkörpers einstückig ausgebildet ist.
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Dadurch dass ein elektrischer Verbinder vorgesehen ist, der mit dem Spulenkörper eines Elektromotors einstückig ausgebildet ist, entfällt die Notwendigkeit, die Ständerwicklungen für den Betrieb des Motors mit einer externen Stromquelle zu verbinden. Es entsteht somit der Vorteil, dass die elektrischen Verbindungen des zu montierenden Motors vor dem Installieren des Motors in dem Gehäuse hergestellt werden können, wodurch sich die Montage des Motors wesentlich einfacher gestaltet. Ferner reduziert sich insgesamt die Anzahl der für die Montage des Motors notwendigen Teile, und es werden weniger Verbindungen benötigt, wodurch wiederum die Herstellungskosten des Motors gesenkt werden und die Wahrscheinlichkeit geringer ist, dass der Motor infolge einer unterbrochenen Verbindung ausfällt.
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Vorzugsweise kann der Verbinderkörper des elektrischen Verbinders entlang einer Drehachse des Läufers von dem Läuferaufnahmebereich beabstandet sein.
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Eine axiale Beabstandung des elektrischen Verbinders von dem Läufer ermöglicht nicht nur einen problemlosen Eingriff der Kernlamelleneinheit, die dem jeweiligen Wicklungsstützbereich zugeordnet ist, sondern ermöglicht gegebenenfalls auch, dass der Verbinderkörper als Stützkörper für den gesamten Motor in seinem Motorgehäuse wirkt, so dass ein separater Rahmen zum Stützen des Läufers und des Ständers nicht benötigt wird.
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Optional kann der Wicklungsstützbereich einen Elementkörper umfassen, der sich von dem Läuferaufnahmebereich erstreckt, und eine Endkappe an einem distalen Ende des Elementkörpers, wobei die Ständerwicklung um den Elementkörper montiert werden kann und der Elementkörper in diesem Fall eine durch diesen hindurchführende Aufnahmeöffnung aufweisen kann, in welcher zumindest ein Teil der Kernlamelleneinheit aufgenommen werden kann.
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Der Eingriff des Ständers mit der Spule in Form von mehreren Kernlamelleneinheiten ist eine Verbesserung gegenüber bestehenden Sternmotoren, die einen unitären Ständer aufweisen. Die Ständerwicklungen können hier vor dem Eingriff des Ständers um den Spulenkörper herum ausgeführt werden, wodurch wiederum eine Verbindung der Ständerwicklungen mit dem elektrischen Verbinder möglich ist, bevor der Elektromotor in seinem Gehäuse installiert wird.
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Der elektrische Verbinder kann relativ zu dem Läuferaufnahmebereich an dem äußersten distalen Ende des Wicklungsstützbereichs positioniert werden. In einer Ausführungsform kann der elektrische Verbinder ferner über die Kernlamelleneinheit hinaus vorspringen, wenn er sich mit dem Wicklungsstützbereich im Eingriff befindet. Optional kann sich mindestens ein elektrisch leitendes Element parallel zu einer Längsrichtung des Wicklungsstützbereichs von dem elektrischen Verbinder erstrecken.
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Die Positionierung des elektrischen Verbinders an dem äußersten distalen Ende des Wicklungsstützbereichs, wodurch dem Elektromotor ein Profil in Form eines Kreuzes verliehen wird, ermöglicht einen relativ großen Abstand des elektrischen Verbinders von dem Läufer, wodurch wiederum der Eingriff des elektrischen Verbinders mit einem Bereich des Motorgehäuses erleichtert wird, durch welchen eine Verbindung mit anschließenden elektrischen Komponenten ermöglicht wird.
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Vorzugsweise kann der Spulenkörper mindestens einen weiteren Spulenstützbereich, mindestens eine weitere Kernlamelleneinheit und mindestens eine weitere Ständerwicklung aufweisen, wobei in diesem Fall der Wicklungsstützbereich und der mindestens eine weitere Wicklungsstützbereich um den Läuferaufnahmebereich in gleichen Winkeln positioniert sein können.
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Der Elektromotor ist vorzugsweise als Sternmotor ausgebildet und hat eine Mehrzahl von weiteren Kernlamelleneinheiten, an denen kein elektrischer Verbinder befestigt ist. Dadurch kann der fertig zusammengebaute Elektromotor eine relativ geringe Grundfläche aufweisen, so dass er für bestimmte Anwendungen besser nutzbar ist, was insbesondere im Zusammenhang mit Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystemen gilt, die zum Beispiel in Fahrzeugen vorgesehen sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aktor angegeben, umfassend einen Elektromotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und ein Motorgehäuse, das zumindest einen Spulenkörper stützt, der auch mindestens ein Abtriebszahnrad aufweisen kann, das in dem Motorgehäuse montierbar ist. Ferner kann der Spulenkörper mit dem Motogehäuse direkt verbunden sein, und das Motorgehäuse kann zusätzlich oder alternativ ein zweiteiliges Gehäuse sein.
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Der Elektromotor ist derart ausgebildet, dass er problemlos und einfach in seinem Gehäuse installiert werden kann, welches relativ klein sein kann, wodurch ein kompakter Aktor gebildet wird. Durch das Vorformen des elektrischen Verbinders an dem Spulenkörper auf solche Weise, dass die elektrischen Verbindungen vor dem Installieren in dem Motorgehäuse hergestellt werden können, entfällt die Notwendigkeit, die Verbindung herzustellen oder einen Lötvorgang durchzuführen, wenn der Motor bereits in dem Gehäuse aufgenommen ist. Dies wiederum ermöglicht eine kompaktere Ausbildung des Motorgehäuses.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Spulenkörper für einen Elektromotor angegeben, wobei der Spulenkörper einen Läuferaufnahmebereich, einen Wicklungsstützbereich an dem oder angrenzend an den Motoraufnahmebereich und einen elektrischen Verbinder mit mindestens einem Verbinderkörper und mit mindestens einem diesem zugeordneten elektrischen Element umfasst, wobei der Verbinderkörper mit dem Wicklungsstützbereich einstückig ausgebildet ist.
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Das Vorsehen eines speziellen Spulenkörpers, der einen mit diesem einstückig ausgebildeten elektrischen Verbinder aufweist, ermöglicht einen Rahmen des zu montierenden und zu bildenden Elektromotors derart, dass der Elektromotor bereits funktionstüchtig ist, bevor der Eingriff mit dem Ständer erfolgt. Die wenigeren Komponenten, die vor dem Herstellen der elektrischen Verbindungen an dem Spulenkörper befestigt werden müssen, schaffen eine Verbesserung, da vor dem Eingriff mit dem Ständer ein größerer Freiraum für eine ungehinderte Interaktion mit dem Spulenkörper vorhanden ist.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Montieren eines Elektromotors angegeben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a] das Bereitstellen eines Spulenkörpers, vorzugsweise gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindng; b] das Ausführungen einer Ständerwicklung rund um eine Außenfläche des Wicklungsstützbereichs; c] das Verbinden der Ständerwicklung mit dem elektrisch leitenden Element des elektrischen Verbinders, um eine elektrisch funktionstüchtigte Spuleneinheit zu bilden; und d] das Herstellen eines Eingriffs einer Kernlamelleneinheit mit dem Wicklungsstützbereich und eines Läufer mit einem Läuferaufnahmebereich, um einen Elektromotor zu bilden.
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Das vorliegende Verfahren ermöglicht die Montage eines Elektromotors derart, dass eine elektrisch voll funktionstüchtige und für das Verschließen bereite Einheit direkt in den Motor eingesetzt wird, wodurch die Notwendigkeit entfällt, separate Verbindungen vorsehen zu müssen, nachdem die Motorkomponenten in dem Motorgehäuse installiert wurden.
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Die Erfindung wird nachstehend näher erläutert, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Elektromotors gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine perspektivische Darstellung des Spulenkörpers des Elektromotors, der in 1 gezeigt ist; und
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3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Aktors gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
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Eine weitergehende Beschreibung der Erfindung erfolgt nachstehend anhand der folgenden Ausführungsformen und mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird auf 1 Bezug genommen. Es ist ein Elektromotor gezeigt, der allgemein mit Bezugsziffer 10 bezeichnet ist und der hier als Sternmotor ausgebildet ist. Der Sternmotor hat einen Ständer 12 und einen Läufer 16, der relativ zu dem Ständer 12 drehbar montiert ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der Läufer 16 in 1 nicht gezeigt, ist jedoch in 3 zu sehen. In der vorliegenden Ausführungsform wird zwar ein Sternmotor verwendet, jedoch ist offensichtlich, dass vorliegende Erfindung bei einer großen Vielfalt von Elektromotoren anwendbar ist, insbesondere bei Schrittmotoren, und besonders zweckmäßig ist im Zusammenhang mit Schritt-Aktoren, wie diese in Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystemen verwendet werden, die zum Beispiel in Motorfahrzeugen vorgesehen sind.
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Der Ständer 12 hat einen Spulenkörper 18, eine Mehrzahl von Wicklungen 30, die um den Spulenkörper 18 herumgeführt sind, und eine Kernlamelleneinheit 14, die an dem Spulenkörper 18 montiert ist. Der Spulenkörper 18 hat einen zentralen Läuferaufnahmebereich 20, in welchem der Läufer 16 aufgenommen werden kann und sich bei Betrieb drehen kann, und eine Mehrzahl von Wicklungsstützbereichen 22a, 22b, die sich von dem Läuferaufnahmebereich 20 erstrecken und in gleichen Winkelabständen um den Läuferaufnahmebereich 20 positioniert sind. Der Spulenkörper 18 ist im Detail in 2 gezeigt.
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Jeder Wicklungsstützbereich 22a, 22b hat einen vorzugsweise länglichen Elementkörper 24, der sich radial von dem Läuferaufnahmebereich 20 weg erstreckt und an einer Endkappe 26 endet. Die Endkappe 26 erstreckt sich in einer seitlichen Richtung von dem Elementkörper 24, zumindest teilweise, so dass relativ zu einer Außenfläche 28 des Elementkörpers 24 eine Schulter definiert wird. Ständerwicklungen 30 können um die Außenfläche 28 jedes Wicklungsstützbereichs 22a, 22b herumgeführt sein, wobei die Endkappen 26 verhindern, dass die Ständerwicklungen 30 von der Außenfläche 28 der Wicklungsstützbereiche 22a, 22b heruntergleiten. Die genaue Form der Endkappe 26 richtet sich nach dem notwendigen Eingriff des Spulenkörpers 18 mit den Sitzbereichen in einem Motorgehäuse 32, wie in 3 dargestellt, wobei in 3 ein Aktor 100 gezeigt ist, in welchen der Elektromotor 10 eingebaut ist.
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In der dargestellten Ausführungsform besteht jeder der Elementkörper 24 aus zwei parallelen, voneinander beabstandeten Körperbereichen 34, die in Verbindung mit einer Aufnahmeöffnung 36 in der zugeordneten Endkappe 26 eine Kernlamelleneinheit-Aufnahme 38 in dem Elementkörper 24 definieren.
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Der Ständer 12 besteht vorzugsweise aus einer Mehrzahl von einzelnen Kernlamelleneinheiten 14, die hier derart ausgebildet sind, dass diese drei miteinander verbundene Arme aufweisen: zwei äußere Ständerarme 40, wobei ein Ende jedes äußeren Ständerarms 40 vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass es mit einer Krümmung des Läuferaufnahmebereichs 20 übereinstimmt; und einen zentralen Ständerarm 42, der in der Kernlamelleneinheit-Aufnahme 38 aufgenommen werden kann, um die Kernlamelleneinheit 14 an ihrem jeweiligen Wicklungsstützbereich 22a, 22b in Position zu halten.
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An einem der Wicklungsstützbereiche 22a ist ein elektrischer Verbinder 44 vorgesehen, der einen Verbinderkörper 46 und mindestens ein sich von diesem erstreckendes elektrisch leitendes Element 48 aufweist. Hier ist der elektrische Verbinder 44 als Stecker ausgebildet, wobei die elektrisch leitenden Elemente 48 in Form von sechs vorspringenden Stiften 50 vorgesehen sind, die sich durch den Verbinderkörper 46 hindurch und in entsprechende Verbinderanschlüsse 52 hinein erstrecken. Es können elektrische Verbinder in einer beliebigen geeigneten Form vorgesehen sein, u.a. zum Beispiel Steckerbuchsen.
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Der elektrische Verbinder 44 ist einstückig mit dem Spulenkörper 18 ausgebildet, der sich in diesem Fall von einer Endkappe 26 des Wicklungsstützbereichs 22a erstreckt, an dem er befestigt ist. Der elektrische Verbinder 44 ist nicht nur in der Ebene der Wicklungsstützbereiche 22a, 22b von dem Läuferaufnahmebereich 20 beabstandet, sondern auch in einer Richtung parallel zur Drehachse des Läufers 16. Dies vergrößert die Höhe des Spulenkörpers 18 und kann ermöglichen, dass der elektrische Verbinder 44 als Fuß oder Stütze für den gesamten Spulenkörper 18 in dem Motorgehäuse 32 wirkt.
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Die Tatsache, dass der elektrische Verbinder 44 an der Aufnahmeöffnung 36 sitzt, ermöglicht ohne Schwierigkeiten einen Eingriff der Kernlamelleneinheit 14 mit dem entsprechenden Wicklungsstützbereich 22a, mit dem diese in Eingriff gebracht werden kann. Der elektrische Verbinder 44 kann in einer Längsrichtung des Wicklungsstützbereichs 22a auch über den äußersten distalen Bereich der Endkappe 26 hinaus vorspringen, wobei die Stifte 50 zum Beispiel von der Endkappe 26 nach außen vorspringen, um dem Spulenkörper 18 von oben betrachtet ein insgesamt kreuzförmiges Profil zu verleihen.
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In einer typischen Anordnung ist der Elektromotor 10 in einem zweiteiligen Motorgehäuse 32 eingeschlossen, das einen oberen Gehäusebereich 54 und einen unteren Gehäusebereich 56 hat, zusammen mit einer Mehrzahl von Getrieberädern 58, die in einem Getriebezug angeordnet sind und die mit einem Abtriebszahnrad 60 im Eingriff sind, das mit dem Läufer 16 des Elektromotors 10 verbunden ist. Das Motorgehäuse 32 hat eine Öffnung 62, durch welche hindurch der Abtrieb 64 des Getriebezugs vorspringen kann, und eine weitere Öffnung 66, über welche auf den elektrischen Verbinder zugegriffen werden kann.
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Für die Montage des Elektromotors 10 muss der Anwender zunächst die Ständerwicklungen 30 rund um die Wicklungsstützbereiche 22a, 22b in Anordnung bringen, indem er die Ständerwicklungen 30 dicht um die jeweiligen Außenflächen 28 der Wicklungsstützbereiche 22a, 22b herumführt. Anschließend können die Ständerwicklungen 30 je nach Notwendigkeit mit den Verbinderanschlüssen 52 elektrisch verbunden werden, um zu gegebener Zeit über den elektrischen Verbinder 44 eine Verbindung mit beispielsweise einer Steuerschaltung oder einer Stromquelle zu ermöglichen. Sobald die Ständerwicklungen 30 mit dem elektrischen Verbinder 44 verbunden werden, wird eine elektrisch funktionstüchtige Spuleneinheit gebildet. Daher erübrigt sich bei diesem Montageverfahren die Notwendigkeit des Verlötens oder Verbindens von elektrischen Bauteilen mit dem Elektromotor 10, nachdem dieser in das Motorgehäuse 52 eingesetzt wurde, da alle notwendigen Funktionen in die elektrisch funktionstüchtige Spuleneinheit eingebaut sind.
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Sobald die elektrisch funktionsfähige Spuleneinheit gebildet wurde, kann der Ständer 12 um den Spulenkörper 18 montiert werden, indem die Kernlamelleneinheiten 14 in die Wicklungsstützbereiche 14 eingeführt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird dies erreicht, indem der zentrale Ständerarm 44 in die Ständeraufnahme der Wicklungsstützbereiche 22a, 22b eingeführt wird, wobei die äußeren Ständerarme 40 um die Ständerwicklungen 30 herum aufgenommen werden können. Zu diesem Zweck werden die Ständerbereiche 14 in einer Längsrichtung der Wicklungsstützbereiche 22a, 22b in dieselben eingeführt. Der Läufer 16 kann dann ebenfalls in den Motoraufnahmebereich 20 eingesetzt werden, um die Kernelemente des Elektromotors 10 zu bilden.
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Der Elektromotor 10 kann anschließend in das Motorgehäuse 32 eingesetzt werden, wobei der Spulenkörper 18 in diesem Fall auf einer Basis des Motorgehäuses 32 gelagert werden kann. Die mehrzähligen Zahnräder 58 können dann eingesetzt und das Motorgehäuse 32 unter dichtem Einschluss der Innenkomponenten in ihrer Position verschlossen werden. Davon ausgehend, dass das Motorgehäuse 18 passend für den Spulenkörper 18 ausgebildet ist, liegt der elektrische Verbinder 44 in der Position für eine weitergehende Verbindung mit externen Komponenten des Elektromotors 10.
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Diese Anordnung stellt in vorteilhafter Weise sicher, dass die elektrischen Funktionen des Elektromotors 10 vor dem Einsetzen des Motors in das Motorgehäuse 32 durch Vormontieren bereitgestellt werden können, wodurch das Montieren der elektrisch leitenden Bereiche des Elektromotors 10 vereinfacht wird, wenn ein Schritt-Aktuator 100 gebildet wird.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Elektromotor werden vier Wicklungsstützbereiche verwendet. Es versteht sich jedoch, dass jede geeignete Sternanordnung der Ständerbereiche vorgesehen sein könnte, solange eine Rotationssymmetrie gegeben ist. Anordnungen mit drei Ständerbereichen sind vergleichsweise üblich und führen gegebenenfalls zu einem kompakteren Elektromotor.
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Aus diesem Grund ist möglich, einen Elektromotor bereitzustellen, der einen Spulenkörper hat, an dem ein elektrischer Verbinder vorgesehen und einstückig mit dem Spulenkörper ausgebildet ist. Diese Ausbildung vereinfacht die Montage eines Elektromotors ganz erheblich, insbesondere die eines Sternmotors, da alle elektrischen Verbindungen hergestellt werden können, bevor der Spulenkörper in ein Motorgehäuse eingesetzt wird. Da der elektrische Verbinder außerdem mit dem Spulenkörper ausgebildet wird, lässt sich der Motor als einfache und robuste Einheit vorsehen, bei der die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls zwischen ansonsten miteinander verbundenen Komponenten geringer ist.
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Die technischen Lösungen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend verständlich und umfassend beschrieben. Dabei sind die beschriebenen Ausführungsformen lediglich ein Teil der möglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird darüber hinaus erkennen, dass verschiedene Kombinationen von technischen Merkmalen möglich sind, um den praktischen Anforderungen gerecht zu werden. Sofern der Fachmann auf der Grundlage dieser Ausführungsformen ohne erfinderisches Zutun zu weiteren Ausführungsformen gelangt, fallen diese sämtlich in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
