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Die Erfindung betrifft eine Kontaktvorrichtung eines Stators. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Stator eines Elektromotors, insbesondere für einen Bremskraftverstärker oder einen elektronisch kommutierten Lenkungsmotors eines Kraftfahrzeugs, sowie einen Elektromotor mit einem solchen Stator.
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Kraftfahrzeuge weisen heutzutage üblicherweise eine Anzahl von Verstellteilen, beispielsweise eine Lenkung, eine Sitzverstellung, ein betätigbares Schloss, einen Fensterheber und/oder ein verstellbares Schiebedach auf. Die Verstellteile sind mittels eines jeweils zugeordneten elektromotorischen Antriebs verstellbar bzw. zwischen verschiedenen Stellpositionen verfahrbar. Auch werden derartige elektromotorische Antrieb bzw. Elektromotoren für Bremskraftverstärker im Kraftfahrzeug eingesetzt.
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Ein insbesondere bürstenloser Elektromotor als elektrische Drehstrommaschine weist in der Regel einen Stator mit einer Anzahl von beispielsweise sternförmig angeordneten Statorzähnen auf, welche eine elektrische Drehfeld- oder Statorwicklung in Form einzelner Spulen tragen, die ihrerseits aus einem Isolierdraht gewickelt sind. Die Spulen sind mit deren Spulenenden (Wickeldrahtenden) einzelnen Strängen oder Phasen zugeordnet und untereinander in einer vorbestimmten Weise verschaltet sowie an Phasenanschlüsse zur Bestromung der Drehfeldwicklung geführt.
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Im Falle eines bürstenlosen Elektromotors als dreiphasige, elektronisch kommutierte Drehstrommaschine weist der Stator drei Phasen und damit zumindest drei Phasenleiter oder Phasenwicklungen auf, die jeweils phasenversetzt mit elektrischen Strom beaufschlagt werden, um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen, in dem ein üblicherweise mit Permanentmagneten versehener Rotor rotiert. Die Phasenenden der Phasenwicklungen werden zur Ansteuerung des Elektromotors an eine Motorelektronik geführt. Die Spulen der Drehfeldwicklung werden hierbei in Sternschaltung oder in Dreieckschaltung verschaltet und mit den drei Phasenanschlüssen elektrisch kontaktiert.
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Zur Führung und Verschaltung der Spulenenden sind Kontaktvorrichtungen als Verschaltsysteme oder Schalteinheiten üblich, welche stirnseitig auf den Stator beziehungsweise auf ein Statorpaket aufgesetzt werden. Derartige Kontaktvorrichtungen dienen insbesondere dazu, die Spulenenden der die Spulenwicklungen bildenden Wickeldrahtabschnitte elektrisch leitend zu verbinden, so dass einzelne Spulenenden elektrisch miteinander verbunden (kurzgeschlossen) und somit die Spulen- oder Phasenwicklungen seriell bestrombar sind.
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Derartige Kontaktvorrichtungen weisen zur Verbindung oder Kontaktierung der Spulenenden häufig eine Anzahl von integrierten oder umspritzten Leiterbahnen oder Stromschienen als Verbindungsleiter auf. Bei der Montage des Elektromotors beziehungsweise des Stators werden die Spulenenden mit den Stromschienen kontaktiert, so dass einer gemeinsamen Phase zugeordnete Spulenwicklungen über die Kontaktvorrichtung miteinander verbunden sind. Die Kontaktierung der Spulenenden mit den Stromschienen erfolgt in der Regel mittels einer Stoffschlussverbindung, beispielsweise durch Schweißen oder Löten, insbesondere mittels Laserschweißen.
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Aus der
DE 10 2016 121 119 A1 ist eine Sammelschieneneinheit für einen Elektromotor bekannt, der einen Stator mit einer Anzahl von Spulen aufweist. Die an einer Stirnseite des Stators bereitgestellt Sammelschieneneinheit weist einen um eine zentrale (Stator-)Achse ringförmigen Sammelschienenhalter aus elektrisch isolierendem Material und eine Anzahl von mit den Spulen verbundenen Sammelschienen mit jeweils einem axial orientierten Phasenanschluss auf. Dieser ist in einen Trägerabschnitt mit einem (axialen) Schlitz eingesetzt, über welchen ein elastisch wirksamer Schenkel der entsprechenden Stromschiene aus dem Trägerabschnitt herausgeführt ist.
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Aus der
DE 10 2016 204 958 A1 ist es bei einer elektrischen Maschine mit einer Verschaltungseinrichtung für die Spulen einer Statorwicklung bekannt, die Phasenanschlusskontakte mit einem (feder-)elastischen Bereich auszuführen, um Temperaturausdehnung über einen großen Temperaturbereich auszugleichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Kontaktvorrichtung anzugeben. Vorzugsweise soll die Kontaktvorrichtung derart eingerichtet sein, dass eine möglichst raumsparende Federwirkung der Phasenanschlüsse (Phasenkontakte) in Axialrichtung ermöglicht ist. Insbesondere soll die Federcharakteristik des jeweiligen Phasenanschlusses oder -kontaktes möglichst flexibel einstellbar bzw. vorgebbar sein. Des Weiteren sollen ein besonders geeigneter Stator mit einer solchen Kontaktvorrichtung und ein besonders geeigneter Elektromotor mit einem derartigen Stator angegeben werden.
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Hinsichtlich der Kontaktvorrichtung wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Stators 9 sowie hinsichtlich des Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf die Kontaktvorrichtung angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf den Stator und/oder den Elektromotor übertragbar und umgekehrt.
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Die Kontaktvorrichtung, die für einen Stator eines Elektromotors vorgesehen und eingerichtet ist, weist ein ringförmigen Verschaltungsgehäuse auf, das eine Anzahl von Stromschienen zur Verschaltung von Spulenenden einer Statorwicklung mit einer Anzahl von Phasenanschlüssen aufnimmt. Das Verschaltungsgehäuse mit den darin angeordneten Stromschienen ist stirnseitig auf einen sich entlang einer Statorachse erstreckenden Statorgrundkörper aufgesetzt bzw. auf diesen aufsetzbar.
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Das Verschaltungsgehäuse weist einen ringförmig umlaufenden Basisabschnitt und eine der Anzahl der Phasenanschlüsse entsprechende Anzahl an Trägerabschnitten auf, die sich ausgehend von einem basisseitigen Trägerboden axial, also in Richtung der Statorachse (in Axialrichtung) erstrecken. Der Trägerabschnitt ist geeigneter Weise an den Basisabschnitt des Verschaltungsgehäuses angeformt.
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Der jeweilige, nachfolgend auch als Phasenkontakt bezeichnete Phasenanschluss weist einen sich axial erstreckenden Kontaktabschnitt und einen Fügeabschnitt auf, der in den Trägerabschnitt eingesetzt bzw. in diesen einsetzbar ist. Der Trägerabschnitt bildet eine domartige Umrandung des Phasenkontaktes bzw. dessen Fügeabschnitts. Zwischen dem Trägerboden und dem Fügeabschnitt des Phasenanschlusses ist im Trägerabschnitt ein Federelement angeordnet. Mit anderen Worten stützt sich das Federelement einerseits am Trägerboden des gehäuseseitigen Trägerabschnitts und andererseits am Phasenkontakt, insbesondere in oder an dessen Fügeabschnitt ab. Der Kontaktabschnitt des jeweiligen Phasenanschlusses ist vorzugsweise als Klemm- oder Schneid-Klemm-Kontakt ausgebildet.
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Das Federelement ist geeigneter Weise eine Spiralfeder. Das Federelement kann jedoch auch eine Tellerfeder oder eine Tellerfederanordnung bzw. ein Tellerfederstapel mit zwei oder mehreren Tellerfedern sein. In diesen Ausführungen ist das Federelement ein separates Teil, dass innerhalb des Trägerabschnitts des Verschaltungsgehäuses mit dem jeweiligen Phasenanschluss derart zusammenwirkt, dass dieser im Trägerabschnitt in Axialrichtung federelastisch beweglich geführt ist. Mittels des, vorzugsweise separaten, Federelementes können besonders flexibel verschiedene Federkennlinien gewählt, vorgegeben und/oder eingestellt werden. Dadurch ist die Federcharakteristik des Phasenanschlusses oder -kontaktes besonders flexibel einstellbar bzw. vorgebbar.
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Auch kann das Federelement ein am Phasenanschuss vorgesehener, insbesondere an diesen angeformter oder aus diesem ausgeformter, Biegeabschnitt sein, der sich innerhalb des Trägerabschnitts des Verschaltungsgehäuses an den Fügeabschnitt des Phasenanschlusses anschließt und am Trägerboden des Trägerabschnitts abstützt sowie eine U- oder V-Form oder die Form einer Sinusperiode oder einer Sinushabwelle aufweist
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Der jeweilige Phasenanschluss ist über einen flexiblen Leiter mit einer der Stromschienen kontaktiert (elektrisch verbunden). Unter flexibel wird hierbei insbesondere auch eine gewisse oder notwendige Elastizität oder Biegeelastizität des Leiters verstanden, der eine entsprechende (elektrische) Leitung, eine Litze oder ein Spulendraht sein kann. Der elektrische Kontakt bzw. die elektrische Verbindung des Leiters mit dem Phasenanschluss können form- oder kraftschlüssig hergestellt sein. Vorzugsweise ist die Verbindung stoffschlüssig, insbesondere durch Löten oder Schweißen (Laserschweißen) hergestellt.
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Der Anschluss des flexiblen Leiters mit einer der Stromschienen erfolgt vorzugsweise mit einem dem Phasenanschluss nahe- oder nächstgelegenen Schienenanschluss (Schienen- oder Anschlusskontakt) dieser Stromschiene, wobei die dortige elektrische Verbindung ebenfalls stoffschlüssig erfolgen kann. Vorzugsweise ist diese Verbindung jedoch ebenfalls eine Klemm- oder Scheid-Klemm-Verbindung. Daher ist der entsprechende Schienenanschluss zweckmäßigerweise als Klemm-, Schneid-Klemm- oder Gabel-Kontakt ausgeführt. Der Abstand zwischen dem Phasenanschluss und dem Schienenanschluss der entsprechenden Stromschiene ist zweckmäßigerweise möglichst gering. Daher können die Länge und somit der Materialeinsatz des flexiblen Leiters entsprechend gering sein.
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Aufgrund des im Trägerabschnitt des Verschaltungsgehäuses federnd einsitzenden Phasenkontaktes kann dieser federelastisch unter Erzeugung einer (mechanischen) Vorspannung des Federelementes axial zum Basisabschnitt des Verschaltungsgehäuses ausweichen, insbesondere wenn der Versorgungsanschluss am Phasenkontakt durch eine gewisse Druckkraft hergestellt wird. Dies ist im Falle des bevorzugt als Klemm- oder Schneid-Klemm-Kontakt ausgeführten Anschlussendes des Phasenkontaktes besonders vorteilhaft. Aufgrund der Federkraft des Federelementes federt der Phasenanschluss anschließend in dessen Ausgangsposition oder in eine Zwischen- oder Sollposition zurück.
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Auch ist es vorteilhaft, dass der flexible Leiter einer solchen Axialbewegung des Phasenkontaktes in einfacher Weise folgen kann, ohne dass die elektrische Verbindung mit der entsprechenden Stromschiene ungewollt unterbrochen oder gelöst wird. Zweckmäßigerweise weist der Phasenanschluss, insbesondere im Bereich dessen Fügeabschnitts, einen Fortsatz auf. Dieser erstreckt sich radial und ist seitlich am Fügeabschnitt vorgesehen. Der radiale Fortsatz dient zur Kontaktierung des Leiters an den Phasenkontakt. Zusätzlich oder alternativ dient der Fortsatz als axialer Federwegbegrenzer, insbesondere in Richtung des Basisabschnitts des Verschaltungsgehäuses. In der Kombination übernimmt der seitliche bzw. radiale Fortsatz somit eine Doppelfunktion.
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Bevorzugt weist der Trägerabschnitt des Verschaltungsgehäuses einen axialen Längsschlitz auf. Über diesen Längsschlitz kann die mit dem Phasenanschluss verbundene flexible Leitung bzw. der Leiter einfach und zuverlässig aus dem Trägerabschnitt des Verschaltungsgehäuses - in Richtung des Schienenkontaktes - herausgeführt werden. Der Längsschlitz ist bevorzugt dem Schienenkontakt der entsprechenden Stromschiene zugewandt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung weist der Trägerabschnitt des Verschaltungsgehäuses einen, vorzugsweise zylinderförmigen, Aufnahmeraum für das Federelement auf. Zweckmäßigerweise ist im Trägerabschnitt am Trägerboden ein axial erhabener Zentrierdorn für das Federelement vorgesehen. Diese Ausgestaltungen sind besonders vorteilhaft bei Verwendung einer Spiralfeder als Federelement. Diese wird innerhalb des zylindrischen Aufnahmeraums des Trägerabschnitts des Verschaltungsgehäuses in Position gehalten und dort mittels des Zentrierdoms zentriert.
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Eine alternative oder zusätzliche Zentrierung und/oder Positionierung des Federelementes im Trägerabschnitt erfolgt mittels einer geeigneten Ausgestaltung des Fügeabschnitts des Phasenanschlusses. Hierzu weist dieser bevorzugt eine mit dem Federelement zusammenwirkende Fügekontur auf. Diese ist zweckmäßigerweise etwa gabelförmig unter Bildung dreier, vorzugsweise axialer, besonders bevorzugt paralleler, Fügeschenkel, deren zwischen zwei Schlitzen gebildeter mittlerer Fügeschenkel in das Federelement bzw. in dessen hohlzylindrische axiale Federwindung eintaucht. Alternativ ist die Fügekontur des Fügeabschnitts des Phasenanschlusses eine fensterartige Ausnehmung, in welcher das Federelement einsitzt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Trägerabschnitt einen quaderförmigen, insbesondere bezogen auf die Statorachse radial orientierten, Fügeraum für den Fügeabschnitt des Phasenanschlusses auf. Dieser ist - vorzugsweise ebenso wie der Kontaktabschnitt des Phasenanschlusses - als ein Flachkontakt ausgeführt. Bevorzugt ist die bezogen auf die Statorachse radiale Breite des Fügeabschnitts des Phasenanschlusses größer als diejenige dessen Kontaktabschnitts und überragt diesen vorzugsweise beidseitig, insbesondere symmetrisch. Geeigneter Weise ist die Breite des Fügeabschnitts um etwa 30% bis 40%, insbesondere etwa 32% bis 33%, größer als diejenige des Kontaktabschnitts des Phasenanschlusses.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der flexiblen Leiter in einer wannenförmigen Aufnahme des Verschaltungsgehäuse geführt ist. Diese wannen- oder nutartige Aufnahme kann sich unterbrechungsfrei oder bevorzugt unterbrochen oder entlang eines Bereichs des Basisabschnitts des Verschaltungsgehäuses erstrecken.
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Bevorzugt mündet die wannenförmige Aufnahme oder ein wannenförmiger Aufnahmeabschnitt in einen Fügeraum des Trägerabschnitts. Diese Einmündung ist bevorzugt radial außermittig oder seitlich des Trägerabschnitts vorgesehen. Dieser, in den trägerabschnittseitige Fügeraum mündende, d. h. mit diesem in Verbindung stehende wannenförmiger Aufnahmeabschnitt erstreckt sich geeigneter Weise entlang eines Abschnitts der oder einer domartigen Umrandung des jeweilige Trägerabschnitt des Verschaltungsgehäuses. Zweckmäßigerweise verläuft dieser wannenförmiger Aufnahmeabschnitt ausgehend von der Mündung in den Fügeraum radial einwärts, vorzugsweise bis etwa in Höhe des trägerabschnittseitigen Längsschlitzes oder zur radialen Mitte des Trägerabschnitts, und von dort azimutal, also in Umfangsrichtung des Verschaltungsgehäuses.
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Der erfindungsgemäße Stator ist für einen Elektromotor geeignet und eingerichtet. Der Stator weist einen, vorzugsweise als Statorpaket ausgeführten, Statorgrundkörper mit einer Anzahl von radial gerichteten Statorzähnen auf, welche mit Spulen einer mehrphasigen Statorwicklung versehen sind. Jede Spule weist ein erstes und zweites Spulenende auf, welche entlang einer Axialrichtung orientiert sind. Auf die Stirnseite des Statorpakets ist eine vorstehend beschriebene Kontaktvorrichtung aufgesetzt, mittels welcher die Spulenenden der Spulen zu Phasensträngen oder Motorphasen verschaltet und mit Phasenanschlüssen kontaktiert sind. Durch die Kontaktvorrichtung wird die Kontaktierung und Verschaltung des Stators wesentlich vereinfacht, so dass ein besonders geeigneter, kostengünstiger und einfach herstellbarer Stator realisiert ist.
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In einer bevorzugten Anwendung ist der vorstehend beschriebene Stator Teil eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs. Der erfindungsgemäße Elektromotor ist hierbei bevorzugt für einen Bremskraftverstärkers geeignet oder ein Lenkungsmotor, beispielsweise inklusive eines Getriebes, für die Lenkung des Kraftfahrzeugs.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in perspektivischer Darstellung einen Elektromotor eines Kraftfahrzeugs,
- 2 in perspektivischer Darstellung einen Stator des Elektromotors und eine auf den Stator stirnseitig aufgesetzte Kontaktvorrichtung mit einem Verschaltungsgehäuse sowie mit aus diesem herausragenden Phasenanschlüssen und Kontaktanschlüssen von Stromschienen,
- 3 ausschnittsweise in perspektivischer, teilweiser Explosionsdarstellung die Kontaktvorrichtung im Bereich eines Trägerabschnitts des Verschaltungsgehäuses mit einem der Phasenanschlüsse und mit einem Federelement zur federelastischen Führung bzw. axialen Verstellung des Phasenanschlusses im Trägerabschnitt,
- 4 den Ausschnitt gemäß 3 mit in den Trägerabschnitt federnd bzw. federelastisch aufgenommenem Phasenanschluss mit kontaktiertem Leiter in der Verbindung mit einem Stromschienenanschluss,
- 5 und 6 in einer Schnittdarstellung entlang der Linie V-V bzw. entlang der Linie VI-VI in 3 die Anordnung des Federelementes im Bereich eines Fügeabschnitts des Phasenanschlusses,
- 7 eine gegenüber 4 gedrehte Darstellung des Phasenanschlusses und des Federelementes im Trägerabschnitt des transparent gezeigten Verschaltungsgehäuses,
- 8 im Ausschnitt gemäß 7 eine Anordnung von Stromschienen der Kontaktvorrichtung (ohne Phasenanschluss, Federelement und Verschaltungsgehäuses),
- 9 ausschnittsweise in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform des Phasenanschlusses mit fensterartiger Fügekontur zur Aufnahme des Federelementes und mit seitlichem Fortsatz zur Kontaktierung des Leiters und zur Federwegbegrenzung des Phasenanschlusses,
- 10 ausschnittsweise eine Draufsicht auf das Verschaltungsgehäuse mit Blick in einen Trägerabschnitt des Verschaltungsgehäuses,
- 11 ausschnittsweise in perspektivischer Ansicht den Phasenanschluss im Trägerabschnitt mit einer unterbrochenen wannenförmigen Aufnahme entlang der oder einer domartigen Umrandung des Trägerabschnitts und eines Basisabschnitts des Verschaltungsgehäuses,
- 12 in einer Darstellung gemäß 11 mit in der wannenförmigen Aufnahme einliegendem Leiter, und
- 13 in perspektivischer Darstellung die Kontaktvorrichtung mit drei in Trägerabschnitten des Verschaltungsgehäuses einsitzenden Phasenanschlüssen sowie daran und an den Kontaktanschlüssen der Stromschienen kontaktierten Leitern.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen in einer perspektivischen Darstellung einen Elektromotor 1 mit bzw. ohne Motorgehäuse 2. Der Elektromotor 1 weist einen Stator 3 mit einem Statorgrundkörper 3a in Form beispielsweise eines Blechpaketes (Statorpakets) mit einwärts gerichteten Statorzähnen 3b und mit einer mehrphasigen Drehfeld- oder Statorwicklung 4 auf (2). Die Statorwicklung 4 ist zu deren Bestromung mittels nachfolgend auch als Phasenkontakten bezeichneten Phasenanschlüssen 5 einer Kontaktvorrichtung oder Schalteinheit 6 (2 bis 8) mit einer nicht dargestellten Motorelektronik verbunden.
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Im bestromten Zustand erzeugt die Statorwicklung 4 ein magnetisches Drehfeld, welches einen mit Permanentmagneten 7 bestückten Rotor 8 (2) des Elektromotors 1 antreibt. Der Rotor 8 sitzt wellenfest auf einer Motorwelle 9, die im Motorgehäuse 2 in Lagern, welche in Lagerschilden angeordnet sind, um eine auch die Stator- oder Motorachse darstellende Drehachse D drehbar gelagert ist.
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In 1 sind nur das B-seitige Lagerschild 10 mit dem dortigen Lager 11 - hier einem Kugellager - sichtbar. Die Stator- bzw. Drehachse D verläuft in die in 1 gezeigte Axialrichtung A, zu der die Radialrichtung R senkrecht orientiert ist. Der Elektromotor 1, der zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, ist insbesondere ein elektronisch kommutierter Elektromotor für einen Bremskraftverstärker.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Statorwicklung 4 dreiphasig mit drei (Motor-)Phasen (U, V, W) ausgeführt. Jede Phase ist aus einer Phasenwicklung gebildet, welche im Wesentlichen durch eine Verschaltung jeweils mindestens einer Spulenwicklung oder Spule 12 (2) der Statorwicklung 4 gebildet ist. Die Phasen sind in einer Stern- oder Dreieckschaltung miteinander verschaltet.
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2 zeigt die Kontaktvorrichtung 6 für den Stator 3. Im Montagezustand ist die Kontaktvorrichtung 6 stirnseitig auf den Stator 3 beziehungsweise auf dessen als Statorpaket ausgeführten Statorgrundkörper 3a aufgesetzt, der sich entlang der Statorachse D und somit in Axialrichtung A (axial) erstreckt. Dieser beziehungsweise der Statorgrundkörper 3a des Stators 3 umfasst beispielsweise zwölf radial nach innen gerichtete Statorzähne 3b, auf welche die Statorwicklung 4 des Elektromotors 1 aufgebracht ist.
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Die Spulen 12 sind in nicht näher dargestellter Art und Weise auf isolierende Wicklungsträger oder Spulenträger gewickelt und mit diesen auf die Statorzähne 3b des Statorgrundkörpers 3a aufgesetzt. Jeder der Statorzähne 3b bzw. dessen rahmenartiger Wicklungsträger trägt eine Spule 12 als Teil der Statorwicklung 4. Die Spulen 12 weisen jeweils zwei axial gerichtete Spulenenden 13 auf. Die Spulen 12 und deren Spulenenden 13 sind in 2 lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
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Die Spulenenden 13 der Spulen 12 werden mittels der stirnseitig auf den Stator 3 aufgesetzten Kontaktvorrichtung 6 zu der in diesem Ausführungsbeispiel dreiphasigen (3-phasigen) Stator- oder Drehfeldwicklung 4 verschaltet. Im elektromotorischen Betrieb erzeugen die bestromten Spulen (-wicklungen) 12 der Statorwicklung 4 ein statorseitiges Magnetfeld, welches in Wechselwirkung mit den Permanentmagneten 7 des um die zentrale Motor- oder Drehachse D rotierenden Rotors 8 des bürstenlosen Elektromotors 1 tritt.
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Die Kontaktvorrichtung 6 weist ein kreisringförmiges Verschaltungsgehäuse 14 aus elektrisch isolierendem Material auf. Die Spulenenden 13 der Spulen 12 werden durch radial innenseitige, axiale Durchführöffnungen 15 des Verschaltungsgehäuses 14 geführt und auf der Oberseite des Verschaltungsgehäuses 14 mit Kontaktanschlüssen oder -fahnen 16 zur Verschaltung kontaktiert. Die Durchführöffnungen 15 und Kontaktanschlüsse 16 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
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Die Kontaktvorrichtung 6 ist mittels axialen Rastzungen 17 des Verschaltungsgehäuses 11 form- und/oder kraftschlüssig an dem Statorgrundkörper 3a befestigt oder befestigbar. Die Rastzungen 17 sind hierbei am Außenumfang verteilt und an der dem Statorgrundkörper 3a zugewandten (Unter-)Seite des Verschaltungsgehäuses 14 angeordnet. Der Statorgrundkörper 3a weist hierbei an seinem Außenumfang axial verlaufende Nuten 18 auf, in welche die Rastzungen 17 zur Befestigung klemmend eingreifen. Die an der entsprechenden Stirnseite des Stators 3 angeordnete Kontaktvorrichtung 6 ist somit am Statorgrundkörper 3a lösbar verrastet oder klemmbefestigt.
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Wie in Verbindung mit den 7 und 8 erkennbar ist, weist die Kontaktvorrichtung 6 eine Anzahl von Stromschienen 19 als Verbindungsleiter zur Verschaltung der Spulenenden 13 beziehungsweise der Kontaktfanschlüsse 16 mit den Phasenanschlüssen 5 auf. Das Verschaltungsgehäuse 14, in welches die Stromschienen 19 zumindest abschnittsweise konzentrisch zueinander verlaufend aufgenommenen sind, ist als Kunststoff-Umspritzung der Stromschienen 19 ausgeführt. Dabei sind die endseitigen Kontaktanschlüsse 16 der Stromschienen 19 sowie Schienenanschlüsse 20 einiger der bestimmungsgemäß für eine Verbindung mit den Phasenanschlüssen 5 vorgesehenen Stromschienen 19 zugänglich, also zumindest abschnittsweise nicht vom Verschaltungsgehäuse 14 umschlossen. Die im Ausführungsbeispiel drei Phasenanschlüsse 5 stellen drei Anschlüsse für die Phasen (U, V, W) der durch die Spulen 12 und deren Verschaltung gebildete dreiphasigen Stator- oder Drehfeldwicklung 4 bereit.
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Wie aus 8 erkennbar ist, sind die axial gerichteten Schienenanschlüsse 20 als Kontaktstellen für die Verbindung mit den zugeordneten Phasenanschlüssen 5 vorgesehen und einstückig, also einteilig oder monolithisch, an den entsprechenden Stromschienen 19 angeformt. Ebenso sind die axial gerichteten Kontaktanschlüsse 16 als Kontaktstellen zur Kontaktierung oder elektrisch leitenden Verbindung mit dem jeweils zugeordneten Spulenende 13 einstückige Bestandteile der Stromschienen 19. Die Kontaktanschlüsse 16 sind insbesondere als Schweißfahnen für eine Schweißverbindung, vorzugsweise für eine Laserschweißverbindung, mit den insbesondere abisolierten Spulenenden 13 ausgeführt. Die Stromschienen 19 mit deren Schienenanschlüssen 20 und Kontaktanschlüssen 16 sind beispielsweise als Stanzbiegeteile aus einem Kupfermaterial ausgeführt.
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Die Phasenanschlüsse 5 sind in dieser Ausführungsform als etwa rechteckförmige Kontaktfahnen in Form eines Stanzbiegeteils ausgeführt. Die Langseiten des jeweiligen Phasenanschlusses 5 sind hierbei in Axialrichtung A orientiert, wobei die Schmalseiten etwa radial orientiert sind. Der jeweilige Phasenanschluss 5 ragt an der das Verschaltungsgehäuse 14 tragenden Statorstirnseite axial empor. Zur Abstützung und Stabilisierung sitzt der Phasenanschluss 5 im Montage- oder Fügezustand des Elektromotors 1 in einer nachfolgend als Trägerabschnitt 21 bezeichneten Halteaufnahme des Verschaltungsgehäuses 14 der Kontaktvorrichtung 6 ein. Der jeweilige Trägerabschnitt 21 ist an einen Basisabschnitt 22 des Verschaltungsgehäuses 14 angeformt und erstreckt sich ausgehend vom Basisabschnitt 22 in Axialrichtung A.
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Wie aus 3 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, ist der jeweilige Phasenanschluss 5 als Schneid-Klemm-Kontakte und hierzu freiendseitig mit einem Aufnahmeschlitz 23 für einen jeweiligen Messerkontakt der Motorelektronik versehen. Der jeweilige Schienenanschluss 20, von denen in 1 nur ein einzelner dargestellt ist, ist ebenfalls als Klemm- oder Schneid-Klemm-Kontakt mit einem Aufnahmeschlitz 24 ausgeführt. Der Anschluss bzw. die elektrische Verbindung des jeweiligen Schienenanschlusses 20 mit dem diesem zugeordneten Phasenanschluss 5 erfolgt mittels eines nachfolgend auch als (elektrische) Leitung bezeichneten flexiblen Leiters 25. Dieser ist einerseits im Aufnahmeschlitz 24 des Schienenanschlusses 20 klemmkontaktiert und andererseits mit dem Phasenanschluss 5 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise mit diesem verlötet oder verschweißt, insbesondere mittels Laserschweißen.
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Wie aus den 3 und 7 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, weist der jeweilige Phasenanschluss 5 einen sich axial erstreckenden Kontaktabschnitt 5a und einen ebenfalls axial orientierten Fügeabschnitt 5b auf. Der Fügeabschnitt 5b ist in den Trägerabschnitt 21 des Verschaltungsgehäuses 14 eingesetzt bzw. - wie in 4 veranschaulicht - in diesen einsetzbar. Der Trägerabschnitt 21 weist einen Trägerboden 26 auf, der hier vom Basisabschnitt 22 des Verschaltungsgehäuses 14 gebildet ist. Zwischen dem Trägerboden 26 und dem Fügeabschnitt 5b des Phasenanschlusses 5 ist im Trägerabschnitt 21 ein Federelement 27 in Form einer Spiralfeder angeordnet.
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Aufgrund des im Trägerabschnitt 21 des Verschaltungsgehäuses 14 der Kontaktvorrichtung 6 federnd einsitzenden Phasenkontaktes 5 kann dieser unter Vorspannung des Federelementes 27 axial zum Basisabschnitt 22 des Verschaltungsgehäuses 14 hin ausweichen, insbesondere wenn zur Versorgung der Phasenanschlüsse 5 diese mit der Motorelektronik bzw. mit den dortigen Messerkontakten unter Aufbringung einer notwendigen Druckkraft verbunden werden. Der flexible Leiter 25 kann einer solchen Axialbewegung des Phasenkontaktes 5 bzw. dessen Rückfederung in einfacher Weise folgen, ohne dass die elektrische Verbindung mit der entsprechenden Stromschiene 19 unterbrochen oder gelöst wird.
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Wie aus den 4 und 6 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, weist der Trägerabschnitt 21 des Verschaltungsgehäuses 14 einen axialen Längsschlitz 28 auf. Über diesen Längsschlitz 28 ist die mit dem Phasenkontakt 5 verbundene flexible Leitung 25 aus dem Trägerabschnitt 21 des Verschaltungsgehäuses 14 in Richtung des Schienenanschlusses oder -kontaktes 20 herausgeführt. Der Längsschlitz 28 ist daher dem Schienenkontakt 20 der entsprechenden Stromschiene 19 zugewandt.
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Der Trägerabschnitt 21 des Verschaltungsgehäuses 14 weist einen zylinderförmigen Aufnahmeraum 29 auf, in dem das Federelement 27 einsitzt. Am Trägerboden 26 des Trägerabschnitts 21 ist ein axial erhabener, zylindrischer Zentrierdorn 30 für das Federelement 27 vorgesehen. Das hier als Spiralfeder ausgeführte Federelement 27 wird somit innerhalb des zylindrischen Aufnahmeraums 29 in der bestimmungsgemäßen Position gehalten und dort zentriert.
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Wie aus den 4 bis 6 ersichtlich ist, weist der Fügeabschnitt 5b des Phasenkontaktes 5 freiendseitig eine Fügekontur 31 auf. Diese ist durch zwei Axialschlitze 31a gebildet, so dass am Freiende der Fügekontur 5b drei Fügeschenkel, nämlich eine mittlerer Fügeschenkel 31b und zwei seitliche Fügeschenkel 31c gebildet sind. Der mittlere Fügeschenkel 31b taucht in das Federelement 27, d. h. in dessen hohlzylindrische axiale Federwindung ein.
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Zudem weist der Trägerabschnitt 21 einen quaderförmigen, bezogen auf die Dreh- oder Statorachse D in Radialrichtung R - also radial - orientierten Fügeraum 32 für den Fügeabschnitt 5b des Phasenkontaktes 5 auf. Die radiale Breite des Fügeabschnitts 5b ist größer als diejenige dessen Kontaktabschnitts 5a und überragt diesen vorzugsweise beidseitig um jeweils etwa 11 % bis 12%%, bezogen auf die Breite des Kontaktabschnitts 5a.
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Die 9 bis 13 zeigen eine Ausführungsform der Kontaktvorrichtung 6 mit einer Kontaktierung des flexiblen Leiters 25 seitlich und im Ausführungsbeispiel radial außen des Phasenkontaktes 5 bzw. dessen Fügeabschnitts 5b sowie mit einer wannenförmigen Aufnahme 33 im Bereich des Trägerabschnitts 21 des Verschaltungsgehäuses 14.
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9 zeigt den Phasenanschluss 5 mit einer fensterartigen Fügekontur 31, in welcher das Federelement 27 einsitzt. Im Bereich des Fügeabschnitts 5b weist der Phasenkontaktes 5 - hier radial außen - einen seitlichem Fortsatz 34 zur Kontaktierung des Leiters 25 auf. Der Fortsatz 34 dient zudem zur Begrenzung des Federwegs des Phasenanschlusses 5 in Richtung des Basisabschnitts 22 des Verschaltungsgehäuses 14. Endseitig des Phasenkontaktes 5 befindet sich am Fügeabschnitt 5b ein axialer Federzapfen 36.
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10 zeigt eine Draufsicht auf das Verschaltungsgehäuse 14 bzw. auf dessen Basisabschnitt 22 mit Blick in einen der Trägerabschnitte 21. Dieser weist wiederum einen zylinderförmigen Aufnahmeraum 29 auf, in dem das Federelement 27 einsitzt. Dort ist das Federelement 27 an einer bodenseitigen Kontur 37 des Aufnahmeraums 29 als Teil des Trägerbodens 26 des Basisabschnitt 22 des Verschaltungsgehäuses 14 abgestützt. Die bodenseitige Kontur 37 befindet sich axial oberhalb des hier tiefer eingezogenen Trägerbodens 26 des Fügeraums 32. Im Trägerboden 26 des Fügeraums 32 ist eine Nutöffnung 38 zur Aufnahme des Federzapfens 36 vorgesehen. Die wannenförmige Aufnahme 33 mündet in den - wiederum radial orientierten - Fügeraum 32 des Trägerabschnitts 21 ein.
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Wie in 11 erkennbar ist, verläuft die im Ausführungsbeispiel unterbrochene wannenförmige Aufnahme 33 mit einem ersten Aufnahmeabschnitt 33a in der oder einer domartigen Umrandung 35 des Trägerabschnitts 21 zunächst radial einwärts in Richtung der Dreh- oder Statorachse D und ist anschließend in Umfangsrichtung (azimutal) des Verschaltungsgehäuses 14 orientiert. Ein zweiter Aufnahmeabschnitt 33a der wannenförmigen Aufnahme 33 ist entlang des Basisabschnitts 22 zwischen dem Trägerabschnitt 21 und dem Schienenanschluss 20 angeordnet.
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12 zeigt die Anordnung gemäß 11 mit in der wannenförmigen Aufnahme 33 einliegendem Leiter 25. Dieser ist einerseits am Fortsatz 34 des Phasenkontaktes 5, beispielsweise mittels Laserschweißen, kontaktiert und andererseits im Schienenanschluss 20 klemmkontaktiert. Die wannenförmige Aufnahme 33 dient zur Führung, zur seitlichen Abstützung und/oder zur definierten Lagepositionierung des flexiblen Leiters 25 zwischen dem jeweiligen Phasenkontakt 5 und dem zugeordneten Schienen- oder Kontaktanschluss 20.
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13 zeigt die Kontaktvorrichtung 6 mit drei Phasenanschlüssen 5, die in zugeordnete Trägerabschnitte 21 des Verschaltungsgehäuses 14 eingesetzt und dort an den Fortsätzen 34 sowie an den zugeordneten Schienen- oder Kontaktanschlüssen 20 der Stromschienen 19 mit dem jeweiligen flexiblen Leiter 25 kontaktiert sind. Aufgrund der in den Trägerabschnitten 21 des Verschaltungsgehäuses 14 der Kontaktvorrichtung 6 federnd einsitzenden Phasenkontakte 5 können diese unter Vorspannung der Federelemente 27 axial zum Basisabschnitt 22 des Verschaltungsgehäuses 14 hin ausweichen, insbesondere wenn zur Versorgung der Phasenanschlüsse 5 diese mit der Motorelektronik bzw. mit den dortigen Messerkontakten unter Aufbringung einer notwendigen Druckkraft verbunden werden. Die flexiblen Leiter 25 können solchen Axialbewegungen der Phasenkontakte 5 folgen, ohne dass die elektrische Verbindung mit der entsprechenden Stromschiene 19 unterbrochen oder gelöst wird.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Kontaktvorrichtung 6 eines Stators 3, mit einem ringförmigen Verschaltungsgehäuse 14, das eine Anzahl von Stromschienen 19 zur Verschaltung von Spulenenden 13 einer Statorwicklung 4 mit einer Anzahl von Phasenanschlüssen 5 aufnimmt, wobei das Verschaltungsgehäuse 14 einen eine der Anzahl der Phasenanschlüsse 5 entsprechende Anzahl an Trägerabschnitten 21 aufweist, die sich ausgehend von einem basisseitigen Trägerboden 26 axial erstrecken, wobei der jeweilige Phasenanschluss 5 einen Fügeabschnitt 5b aufweist, der in den Trägerabschnitt 21 eingesetzt ist, in dem) zwischen dem Trägerboden 26 und dem Fügeabschnitt 5b des Phasenanschlusses 5 ein Federelement 27 angeordnet ist. Der jeweilige Phasenanschluss 5 ist, insbesondere mittels eines einen flexiblen Leiters 25, mit einer der Stromschienen 19 kontaktiert bzw. elektrisch verbunden.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Zudem kann die Erfindung nicht nur in dem speziell dargestellten Anwendungsfall zum Einsatz kommen, sondern auch in ähnlicher Ausführung bei anderen Kraftfahrzeug-Anwendungen, wie zum Beispiel bei Tür- und Heckklappensystemen, bei Fensterhebern, bei Fahrzeugschlössern, bei verstellbaren Sitz- und Innenraumsystemen sowie elektrischen Bremskraftverstärkern im Fahrzeug.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Motorgehäuse
- 3
- Stator
- 3a
- Statorgrundkörper
- 3b
- Statorzahn
- 4
- Statorwicklung
- 5
- Phasenkontakt/- anschluss
- 5a
- Kontaktabschnitt
- 5b
- Fügeabschnitt
- 6
- Kontaktvorrichtung
- 7
- Permanentmagnet
- 8
- Rotor
- 9
- Motorwelle
- 10
- Lagerschild
- 11
- Lager
- 12
- Spule
- 13
- Spulenende
- 14
- Verschaltungsgehäuse
- 15
- Durchführöffnung
- 16
- Kontaktanschluss/-fahne
- 17
- Rastzunge
- 18
- Nut
- 19
- Stromschiene
- 20
- Schienenanschluss
- 21
- Trägerabschnitt
- 22
- Basisabschnitt
- 23, 24
- Aufnahmeschlitz
- 25
- Leiter
- 26
- Trägerboden
- 27
- Federelement
- 28
- Längsschlitz
- 29
- Aufnahmeraum
- 30
- Zentrierdorn
- 31
- Fügekontur
- 31a
- Axialschlitz
- 31b
- mittlerer Fügeschenkel
- 31c
- äußerer Fügeschenkel
- 32
- Fügeraum
- 33
- wannenförmige Aufnahme
- 33a
- erster Aufnahmeabschnitt
- 33b
- zweiter Aufnahmeabschnitt
- 34
- Fortsatz
- 35
- domartige Umrandung
- 36
- Federzapfen
- 37
- bodenseitige Kontur
- 38
- Nutöffnung
- A
- Axialrichtung
- D
- Stator-/Drehachse
- R
- Radialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016121119 A1 [0007]
- DE 102016204958 A1 [0008]
