DE102019101713B4

DE102019101713B4 - Pumpe aufweisend einen Elektromotor mit Steckeranbindung in Form eines Zwischensteckers

Info

Publication number: DE102019101713B4
Application number: DE102019101713.0A
Authority: DE
Inventors: Frank Schwamberger; Conrad Nickel; Jakob Schnitzer
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: US20220090589A1; CN113330666B; BR112021009104A2; WO2020151954A1; CN113330666A; DE102019101713A1

Abstract

Pumpe (1) aufweisend einen Elektromotor (2) mit einem Rotor (4), der um eine Drehachse (100) drehbar gelagert ist und der einen Stator (5) umfangseitig umgibt, wobei der Stator (5) einen Statorkern und auf dem Statorkern gewickelte Spulen aufweist, und wobei die Wicklungen aus einem Wicklungsdraht mit Wicklungsdrahtendabschnitten gebildet sind und die Wicklungsdrahtendabschnitte elektrisch mit einer Leiterplatte (9) stirnseitig kontaktiert sind, wobei der Rotor (4), der Stator (5) und die Leiterplatte (9) von einem Motorgehäuse (3) umgeben sind, an das sich ein Pumpengehäuse anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (9) elektrisch mit einem Zwischenstecker (10) zur Kontaktierung der Leiterplatte (9) mit einem elektrischen Steuergerät kontaktiert ist, wobei der Zwischenstecker (10) Kontakte (11) aufweist, die in den Zwischenstecker (10) eingespritzt sind und die mit einem ersten Ende mit der Leiterplatte (9) elektrisch kontaktiert sind und mit einem zweiten Ende zumindest teilweise radial nach außen gerichtet sind und in einen Verbindungsbereich (12) des Zwischensteckers (10) eingebracht sind, wobei der Verbindungsbereich (12) zumindest teilweise innerhalb der Gehäusewandung des Motorgehäuses (3) liegt und wobei auf den Zwischenstecker (10) ein Anschlussstecker (13) mit vordefinierter Steckergeometrie und/oder Steckerkragenkodierungen gesteckt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Wasserpumpen weisen häufig Gleichstrommotoren auf. Die Gleichstrommotoren umfassen einen Rotor, der mit einer Motorwelle verbunden ist und in einem Gehäuse drehbar gelagert ist. Der Rotor ist mit Permanentmagneten versehen. In dem Rotor ist ein Stator angeordnet, der auf einem Eisenkern eine Anzahl von Wicklungen trägt. Bei geeigneter Ansteuerung erzeugen die Wicklungen ein Magnetfeld, das den Rotor zur Rotation antreibt. Die Wicklungen werden üblicherweise dreiphasig gewickelt und werden dementsprechend mit drei elektrischen Anschlüssen versehen, über die die Wicklungen mit einer Steuereinheit (ECU) verbunden werden können. Bei geringen Leistungen können Stromschienen in Form von Leiterbahnfolien verwendet werden. Bei höheren Leistungen werden die Wicklungsanschlussdrähte über Sammelschienen aus Kupferblech kontaktiert.
Zum Zwecke der geometrischen Beschreibung des Elektromotors wird zum einen die Drehachse des Motors als Mittelachse und Symmetrieachse angenommen. Der Rotor ist konzentrisch zur Drehachse um den Stator angeordnet.
Bei den hier besprochenen Elektromotoren sind neben den Leistungsdaten und dem Gewicht auch die Abmessungen wesentlich. Deshalb ist es eine ständige Anforderung an die Konstruktion von Elektromotoren, beispielsweise eine bestimmte axiale Länge in Richtung der Mittelachse nicht zu überschreiten.
Dabei bestimmen die Leistungsdaten, die von dem Elektromotor gefordert werden, im Wesentlichen die axiale Länge des Statorpakets sowie des Rotors mit den daran angeordneten Elektromagneten. Die Sammelschieneneinheit, die zur Kontaktierung der Wicklungsanschlussdrähte des Stators erforderlich ist, trägt zu der axialen Länge bei.
Aus der Patentschrift US 7588444 B2 ist eine Pumpe mit Elektromotor bekannt, die eine Sammelschieneneinheit mit einer Vielzahl an Sammelschienen aufweist, wobei der Sammelschienenhalter aus einem spritzgegossenen, nicht leitenden thermoplastischen Harzmaterial hergestellt ist.
Herkömmlicherweise wird bei der Montage einer Pumpe bereits das kundenseitig gewünschte Steckerdesign verwendet. Die Ausgestaltung der Pumpe ist somit kundenspezifisch.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2016 216 890 A1 ist ein Elektromotor zum Antrieb eines Antriebselements zum Verstellen eines Fahrzeugteils, insbesondere einer Fensterhebeeinrichtung bekannt. Der Elektromotor weist einen Außenläufer auf. Die elektrische Kontaktierung erfolgt über Leitungen zu einem Elektronikgehäuse hin, in dem eine Leiterplatte aufgenommen ist. Die Leiterplatte wird über einen außerhalb des Elektronikgehäuses liegenden Stecker elektronisch kontaktiert.
Die europäische Patentanmeldung EP 1 619 772 A2 offenbart einen Elektromotor (Außenläufer) für eine Pumpe. Der Elektromotor ist in einem Motorgehäuse aufgenommen. In einem Tragflansch ist ein elektrischer Leiter eingebettet, der den Innenstator mit Leitungen verbindet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pumpe aufweisend einen Elektromotor so weiterzubilden, dass die Montage der Pumpe möglichst einfach ist und eine Anpassung des Steckerdesigns im Nachhinein vorgenommen werden kann.
Diese Aufgabe wird von einer Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach ist eine Pumpe aufweisend einen Elektromotor mit einem Rotor, der um eine Drehachse drehbar gelagert ist und der einen Stator umfangseitig umgibt, vorgesehen, wobei der Stator einen Statorkern und auf dem Statorkern gewickelte Spulen aufweist, und wobei die Wicklungen aus einem Wicklungsdraht mit Wicklungsdrahtendabschnitten gebildet sind und die Wicklungsdrahtendabschnitte elektrisch mit einer Leiterplatte stirnseitig kontaktiert sind, wobei der Rotor, der Stator und die Leiterplatte von einem Motorgehäuse umgeben sind, an das sich ein Pumpengehäuse anschließt. Die Leiterplatte ist elektrisch mit einem Zwischenstecker zur Kontaktierung der Leiterplatte mit einem elektrischen Steuergerät kontaktiert, wobei der Zwischenstecker Kontakte aufweist, die in den Zwischenstecker eingespritzt sind und die mit einem ersten Ende mit der Leiterplatte elektrisch kontaktiert sind und mit einem zweiten Ende zumindest teilweise radial nach außen (zur Drehachse) gerichtet sind und in einen Verbindungsbereich des Zwischensteckers eingebracht sind, wobei der Verbindungsbereich zumindest teilweise innerhalb der Gehäusewandung des Motorgehäuses liegt und wobei auf den Zwischenstecker ein Anschlussstecker mit vordefinierter Steckergeometrie und/oder Steckerkragenkodierungen gesteckt ist. Der Zwischenstecker weist eine einheitliche Kontaktgeometrie auf. Die Anschlussstecker können unterschiedliche kundenspezifische Steckergeometrien haben, die eine kundenspezifische Verwendung der Pumpe erlauben.
Es ist vorteilhaft, wenn die Pumpe zwischen Zwischenstecker und Anschlussstecker eine Abdichtung aufweist, insbesondere gebildet durch ein Dichtelement oder lasertransparenten Kunststoff.
Der Anschlussstecker erstreckt sich vorzugsweise radial zur Drehachse und in greift dabei in die Wandung des Motorgehäuses ein. Er durchsetzt das Motorgehäuse dabei zumindest teilweise. Die Steckverbindung liegt innerhalb der Wandung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Motorgehäuse im Wesentlichen topfförmig und die Leiterplatte ist im Bereich der Öffnung von dem Motorgehäuse umfangseitig umgeben.
Vorzugsweise ist der Zwischenstecker auf der elektromotornahen Seite der Leiterplatte angeordnet, wodurch der Bauraum der Pumpe reduziert werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn die Kontakte in dem Zwischenstecker eine Umlenkung um etwa 90° aufweisen. Der Verbindungsbereich erstreckt sich dann vorzugsweise in Radialrichtung zur Drehachse.
In einer Ausführungsform weist das Pumpengehäuse ein Gehäuseteil auf, welches eine Grundplatte und einen mittig von der Grundplatte hervorragenden Dom aufweist, wobei die Grundplatte und der Dom eine zentrale durchsetzende Öffnung aufweisen und wobei der Stator fest auf der Außenseite des Doms sitzt und wobei eine mit dem Rotor drehfest verbundene Motorwelle des Elektromotors die zentrale Öffnung des Gehäuseteils durchsetzt.
Die Kontakte der Steckerbaugruppe können Pressfitkontakte oder auf die Leiterplatte gelötete Kontakte sein.
Die Pumpe ist als Trockenläufer ausgebildet und insbesondere eine Wasserpumpe, bevorzugt eine Kühlmittelpumpe für Kraftfahrzeuge.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Elektromotor einer Pumpe mit Zwischenstecker.
Die 1 zeigt rein schematisch einen Teil einer Wasserpumpe 1 mit einem Elektromotor 2 aufweisend ein Motorgehäuse 3. In dem Motorgehäuse 3 sind ein Rotor 4 und ein lediglich schematisch dargestellter Stator 5 angeordnet. Der Rotor 4 umgibt den Stator 5 konzentrisch zu einer Drehachse 100. Der Rotor 4 ist zur Übertragung eines Drehmomentes mit einer Motorwelle 6 verbunden. Die Wasserpumpe 1 ist als Trockenläufer ausgebildet. Der Elektromotor 2 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor. Der Stator 5 weist einen Statorkern auf, welcher sich koaxial zu der Drehachse 100 erstreckt und eine Mehrzahl von nicht dargestellten Statorkernsegmenten aufweist, um welche herum jeweils Spulen gewickelt sind. Der Stator 5 wird fest innerhalb des Motorgehäuses 3 montiert und ist dazu eingerichtet, ein zeitveränderliches Magnetfeld mittels der Spulen zu erzeugen. Der magnetisierte Rotor 4 umgibt den Stator 5 umfangseitig. Er ist dazu eingerichtet, durch eine Wechselwirkung mit dem von den Spulen erzeugten zeitveränderlichen Magnetfeld gedreht zu werden.
Das Motorgehäuse 3 weist eine Anbindung für ein nicht dargestelltes Pumpengehäuse auf. Das Motorgehäuse 3 ist im Wesentlichen topfförmig ausgebildet, wobei sich das Pumpengehäuse an die Stirnseite 7 im Bereich der Öffnung 8 anschließt. Das Motorgehäuse 3 umgibt umfangseitig eine Leiterplatte 9, die zur Steuerung des Elektromotors 2 mit einem elektrischen Steuergerät vorgesehen ist. Die Leiterplatte 9 ist konzentrisch zur Motorwelle 6 ausgerichtet. Die Leiterplatte 9 ist mit dem Stator des Elektromotors 5 elektrisch verbunden. Die Leiterplatte 9 ist elektrisch mit einem Zwischenstecker 10 innerhalb des Motorgehäuses 3 kontaktiert. Die Kontakte 11 des Zwischensteckers kontaktieren die Leiterplatte 9 auf der elektromotornahen Oberseite. Sie 11 verlaufen innerhalb des Zwischensteckers 10 radial nach außen und sind somit um etwa 90° gebogen. Der Zwischenstecker 10 ist in die Gehäusewandung des Motorgehäuses 3 integriert. Der Zwischenstecker 10 bildet einen Verbindungsbereich 12 bevorzugt innerhalb der Gehäusewandung aus, der sich in Radialrichtung erstreckt. Der Verbindungsbereich 12 ist unabhängig von den Kundenanforderungen universell ausgebildet. Ein Anschlussstecker 13 ist in den Zwischenstecker 10 eingesteckt. Der Anschlussstecker 13 wird somit in Radialrichtung in eine Öffnung 14 des Motorgehäuses 3 bzw. in den Verbindungsbereich 12 des Zwischensteckers gesteckt. Zur Aufnahme der radialen Steckkräfte beim Aufstecken des Anschlusssteckers sind im Zwischenstecker Abstützelemente zum Motorgehäuse hin vorzusehen. Die Steckkräfte werden somit nicht auf die Leiterplatte übertragen.
Der Zwischenstecker 10 weist dabei eine einheitliche Kontaktierungsgeometrie zur elektrischen Kontaktierung auf. Der Anschlussstecker 13 kann unterschiedlich und somit kundenspezifisch ausgeführt werden. Verschiedene Steckervarianten mit unterschiedlichen Steckerkragencodierungen können im Fertigungsprozess gut realisiert werden. Die Anschlusssteckermontage erfolgt erst im letzten Arbeitsgang der Pumpenmontage. Bis dahin ist die Montage unabhängig von dem Steckerdesign für jeden Kunden identisch. Aufgrund des Anschlusswinkels des Zwischensteckers 10 kann der Anschlussstecker 13 gerade und somit besonders einfach ausgeführt werden. Eine Abdichtung 15 zwischen Zwischenstecker 10 und Anschlussstecker 13 ist ebenfalls gut mit einem Dichtelement oder lasertransparentem Kunststoff realisierbar.
Die Kontakte 11 werden bevorzugt unter Ausbildung einer Pressfit-Verbindung mit der Leiterplatte 9 verbunden. Es können aber auch herkömmliche LötVerbindungen oder flachaufliegende Lötkontakte zur Herstellung der Verbindung vorgesehen sein.
Das Motorgehäuse 3 ist im Spritzgussverfahren hergestellt und bevorzugt aus Kunststoff gebildet.

Claims

Pumpe (1) aufweisend einen Elektromotor (2) mit einem Rotor (4), der um eine Drehachse (100) drehbar gelagert ist und der einen Stator (5) umfangseitig umgibt, wobei der Stator (5) einen Statorkern und auf dem Statorkern gewickelte Spulen aufweist, und wobei die Wicklungen aus einem Wicklungsdraht mit Wicklungsdrahtendabschnitten gebildet sind und die Wicklungsdrahtendabschnitte elektrisch mit einer Leiterplatte (9) stirnseitig kontaktiert sind, wobei der Rotor (4), der Stator (5) und die Leiterplatte (9) von einem Motorgehäuse (3) umgeben sind, an das sich ein Pumpengehäuse anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (9) elektrisch mit einem Zwischenstecker (10) zur Kontaktierung der Leiterplatte (9) mit einem elektrischen Steuergerät kontaktiert ist, wobei der Zwischenstecker (10) Kontakte (11) aufweist, die in den Zwischenstecker (10) eingespritzt sind und die mit einem ersten Ende mit der Leiterplatte (9) elektrisch kontaktiert sind und mit einem zweiten Ende zumindest teilweise radial nach außen gerichtet sind und in einen Verbindungsbereich (12) des Zwischensteckers (10) eingebracht sind, wobei der Verbindungsbereich (12) zumindest teilweise innerhalb der Gehäusewandung des Motorgehäuses (3) liegt und wobei auf den Zwischenstecker (10) ein Anschlussstecker (13) mit vordefinierter Steckergeometrie und/oder Steckerkragenkodierungen gesteckt ist.
Pumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) zwischen Zwischenstecker (10) und Anschlussstecker (13) eine Abdichtung (15) aufweist.
Pumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Anschlussstecker (13) Radial zur Drehachse (100) erstreckt und in die Wandung des Motorgehäuses (3) eingreift.
Pumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (3) im Wesentlichen topfförmig ist und die Leiterplatte (9) im Bereich der Öffnung (8) von dem Motorgehäuse (3) umfangseitig umgeben ist.
Pumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenstecker (10) auf der elektromotornahen Seite der Leiterplatte (9) angeordnet ist.
Pumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (11) in dem Zwischenstecker (10) eine Umlenkung um etwa 90° aufweisen.
Pumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse ein Gehäuseteil aufweist, welches eine Grundplatte und einen mittig von der Grundplatte hervorragenden Dom aufweist, wobei die Grundplatte und der Dom eine zentrale durchsetzende Öffnung aufweisen und wobei der Stator (5) fest auf der Außenseite des Doms sitzt und wobei eine mit dem Rotor (4) drehfest verbundene Motorwelle (6) des Elektromotors die zentrale Öffnung des Gehäuseteils durchsetzt.
Pumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) als Trockenläufer ausgebildet ist.
Pumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (11) Pressfitkontakte oder auf die Leiterplatte (9) aufgelötete Kontakte sind.
Pumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenstecker Abstützelemente zum Motorgehäuse hin aufweist, die dazu ausgelegt sind, die radialen Steckkräfte beim Aufstecken des Anschlusssteckers aufzunehmen.