DE102022200865A1

DE102022200865A1 - Stator eines Elektromotors

Info

Publication number: DE102022200865A1
Application number: DE102022200865.0A
Authority: DE
Inventors: Roman Misch; Alexander Volkamer
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2022-01-26
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2023-07-27
Also published as: WO2023143962A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (2) eines Elektromotors (1), aufweisend eine Anzahl von eine Spulenwicklung (14) tragenden Statorzähnen (3), ein kreisringförmiges Verschaltungselement (16) mit einer Anzahl von Stecktaschen (19) mit darin eingesetzten Kontaktelementen (22) mit jeweils mindestens einem Schneidklemmkontakt (23), sowie eine mit dem Verschaltungselement (16) verbundene Kontaktvorrichtung (25), wobei die Kontaktvorrichtung (25) eine der Anzahl der Phasen entsprechenden Anzahl von Stromschienen (26) aufweist, wobei die jeweilige Stromschiene (26) in einen Kontaktschlitz (24) eines der Kontaktelemente (22) klemmkontaktierend eingesteckt oder einsteckbar ist, und wobei die Stecktaschen (19) einen axial einseitig offenen Steckschlitz (20) mit einem ersten Schlitz (21a) zur Führung der Drahtabschnitte und einen zweiten Schlitz (21 b) zur Aufnahme der jeweiligen Stromschiene (26) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator eines Elektromotors, aufweisend eine Anzahl von Statorzähnen, welche Spulen einer mehrphasigen Statorwicklung tragen, und ein Verschaltungselement mit einer Anzahl von Stecktaschen mit darin eingesetzten Kontaktelementen mit jeweils mindestens einem Schneidklemmkontakt und mit jeweils mindestens einem Kontaktschlitz. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor mit einem solchen Stator.
Ein derartiger Elektromotor ist als sogenannter bürstenloser Elektromotor (bürstenloser Gleichstrommotor, BLDC-Motor) ausgeführt, bei dem verschleißanfällige Bürstenelemente eines mechanischen Kommutators durch eine elektronische Kommutierung des Motorstroms ersetzt ist. Ein bürstenloser Elektromotor als elektrische (Drehstrom-) Maschine weist einen Stator mit einem Statorblechpaket mit einer Anzahl von beispielsweise sternförmig angeordneten Statorzähnen auf, welche eine elektrische Drehfeld- oder Statorwicklung in Form einzelner Statorspulen tragen, die ihrerseits aus einem Isolierdraht gewickelt sind. Die Spulen sind einzelnen Strängen oder Phasen der Maschine zugeordnet und untereinander in einer vorbestimmten Weise verschaltet.
Bei einem dreiphasigen Elektromotor weist der Stator eine Statorwicklung mit drei Phasen, und damit beispielsweise drei Phasenleiter oder Phasenwicklungen auf, die jeweils phasenversetzt mit elektrischem Strom beaufschlagt werden, um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen, in dem ein üblicherweise mit Permanentmagneten versehener Rotor oder Läufer rotiert. Die Phasenenden der Phasenwicklungen werden zur Ansteuerung des Elektromotors an eine Kontaktvorrichtung angebunden, wie dies beispielsweise die DE 20 2014 005 789 U1 für eine Leiterplatte oder die DE 10 2019 206 641 A1 für Steckeranschluss zeigt. Die Spulen der Drehfeldwicklung werden beispielsweise mittels eines stirnseitig auf den Stator aufgesetzten Verschaltungselements in bestimmter Weise miteinander verschaltet. Die Art der Verschaltung ist durch das Wickelschema der Drehfeldwicklung bestimmt, wobei als Wickelschema eine Sternschaltung oder eine Dreiecksschaltung der Phasenwicklungen üblich ist.
Zur Verschaltung der Spulen wird mindestens ein zu kontaktierender Drahtabschnitt des Wicklungsdrahts in einen ersten Schlitz einer quaderförmigen Stecktasche des Verschaltungselements eingelegt und mit einem in die Stecktasche einsteckbaren Schneidklemmkontakt des elektrisch leitfähigen Kontaktelements innerhalb der Stecktasche mechanisch fixiert. Das Einstecken des Kontaktelements erfolgt dabei in Richtung des Stators mittels eines Einpresswerkzeugs, welches an der dem Schneidklemmkontakt axial abgewandten Seite des Kontaktelementes an einer horizontal verlaufenden oberen Kante ansetzt.
Zur Gewährleitung einer funktionssicheren Kontaktierung des Drahtabschnitts bedarf es neben der Aufbringung einer gewissen axialen Einpresskraft auf das Kontaktelement auch einer definierten Einpresstiefe. Dies erfordert, dass das Kontaktelement nicht vollständig in die Stecktasche eintauchen darf, sondern die Stecktasche so bemessen sein muss, dass die obere Kante des Kontaktelements stets axial aus der Stecktasche emporragt. Mit anderen Worten muss während des Einpressvorgangs ein ständiger Kontakt zwischen dem Einpresswerkzeug und dem Kontaktelement herrschen.
Der Schneidklemmkontakt des Kontaktelements weist eine Schneide auf, die beim Einstecken in die Stecktasche die Isolierung des im ersten Schlitz befindlichen Drahtabschnitts der Spulenwicklung derart durchtrennt, dass bei einem eingesteckten Schneidklemmkontakt eine Ader des Wicklungsdrahts mit dem Schneidklemmkontakt elektrisch leitfähig gekoppelt ist. An der dem Schneidklemmkontakt axial gegenüberliegende Seite weist das Kontaktelement einen sich axial erstreckenden Kontaktschlitz auf, in den eine Stromschiene einer Kontaktvorrichtung elektrisch klemmkontaktierend eingesteckt oder einsteckbar ist. Die Kontaktvorrichtung kann dabei als eine die Motorelektronik tragende Leiterplatte oder als ein Steckeranschluss ausgeführt sein. Den geometrischen Verhältnissen entsprechend erfolgt die Montage bzw. die Realisierung einer elektrischen Verbindung von der Kontaktvorrichtung und dem Kontaktelement im Rahmen einer sogenannten Blindmontage; d.h. die elektrische Verbindung von Stromschiene kann nicht unter optisch zugänglichen Bedingungen erfolgen. Die Kontaktvorrichtung und somit auch das Kontaktelement wird deshalb im Rahmen einer Qualitätsprüfung (End-of-Line-Test) durch Anschluss an eine Stromversorgung überprüft. Fließt ein Strom über die Kontaktvorrichtung und das Kontaktelement, so wird von einer ordnungsgemäßen Montage ausgegangen.
Als problematisch hat sich insbesondere bei Toleranzabweichungen herausgestellt, dass im Rahmen der Montage der Kontaktvorrichtung die Stromschienen nicht immer fluchtend zu den Kontaktschlitzen ausgerichtet bzw. positioniert sind. Dies hat zur Folge, dass die Stromschiene auf der oberen Kante des Kontaktelements zur Anlage kommt und sich seitlich verbiegt bzw. abknickt. Trotz der nicht ordnungsgemäßen Klemmkontaktierung von Stromschiene und Kontaktelement kann es jedoch zu einem Stromfluss kommen, d.h. eine Fehlkontaktierung wird durch den End-of-Line-Test nicht erkannt. Im Betrieb des Elektromotors, insbesondere durch betriebsbedingte Vibrationen, kann es dann zu einem Abbrechen der Stromschiene und damit zu einem Ausfall des Elektromotors kommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Stator für einen Elektromotor anzugeben. Insbesondere soll eine besonders einfache und funktionssichere Kontaktierung einer kundenspezifischen Stromquelle, eines Steckeranschlusses, einer Schalteinheit oder einer auf einer Leiterplatte befindlichen Motorelektronik mit den Verschaltungspunkten der Statorwicklung realisiert werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Elektromotor mit einem solchen Stator anzugeben.
Hinsichtlich des Stators wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche (Unteransprüche). Die im Hinblick auf den Stator angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf den Elektromotor übertragbar.
Der erfindungsgemäße Stator ist für einen, insbesondere bürstenlosen, Elektromotor vorgesehen und eingerichtet. Der Stator weist beispielsweise ein Statorblechpaket mit einer Anzahl von beispielsweise sternförmig angeordneten Statorzähnen auf. Die Statorzähne können dabei vereinzelt oder auch als einteiliger Statorring ausgebildet sein. Die Statorzähne tragen eine mehrphasige Stator- oder Drehfeldwicklung. Dies bedeutet, dass die Statorzähne mit einem Wickel- oder Spulendraht be- oder umwickelt sind. Die Statorwicklung ist vorzugsweise in Form mehrerer Spulen ausgeführt, wobei die Spulen geeigneter Weise unter Bildung von Phasensträngen phasenselektiv miteinander verbunden sind. Dabei sind sowohl Einzelspulen aber auch untereinander verbundene Doppel-Spulen denkbar. Der Stator weist weiterhin ein Verschaltungselement auf, welches insbesondere polschuhseitig auf eine Stirnseite des Statorblechpakets aufgesetzt ist. Ein einteiliges Verschaltungselement pro Statorzahn als Teil einer Nutisolierung ist ebenso denkbar. Das Verschaltungselement weist eine segmentierte, kreisringartige Wandung als Terminierung für die Spulen auf. Die Terminierung steht dem Statorblechpaket im Montagezustand entlang einer Axialrichtung axial über.
Das Verschaltungselement ist mit einer Anzahl von Stecktaschen mit darin eingesetzten oder eingepressten Kontaktelementen ausgeführt. Die Stecktaschen sind hierbei beispielsweise einstückig, also einteilig oder monolithisch, an das Verschaltungselement angeformt, können Teil der Terminierung sein und stehen somit ebenfalls dem Statorblechpaket axial über. Die Stecktaschen weisen hierbei jeweils einen zum kreisförmigen Verschaltungselement axial einseitig offenen Steckschlitz auf, in welche elektrisch leitfähige, vorzugsweise metallische, Kontaktelemente mit jeweils mindestens einem Schneidklemmkontakt als Verschaltungspunkt für einen Drahtabschnitt miteinander verbundener Spulen eingesetzt sind. Die sich an dem Verschaltungselement, vorzugweise tangential, erstreckenden Steckschlitze weisen zur Führung der Drahtabschnitte zumindest einen ersten Schlitz auf, der sich im Wesentlichen orthogonal zum Steckschlitz, folglich gegenüber dem Verschaltungselement radial erstreckt.
Der Stator weist weiterhin eine auf das Verschaltungselement zumindest abschnittsweise aufgesetzte Kontaktvorrichtung auf. Die Kontaktvorrichtung ist beispielsweise entweder kreis-, kreisbogen- oder kreisring-sektorförmig oder rechteckig ausgeführt, und kann entweder einen Steckeranschluss oder einen Kontaktträger in Form einer Leiterplatte mit einer Anzahl der Phasen entsprechenden Anzahl von Stromschienen aufweisen.
Die Stromschienen sind hierbei in einen Kontaktschlitz (Klemmschlitz, Kontaktspalt) eines der Kontaktelemente klemmkontaktierend eingesteckt oder einsteckbar ausgeführt. Mit anderen Worten greifen die Stromschienen beispielsweise nach Art eines Messerkontakts in den Kontaktschlitz des jeweils zugeordneten Kontaktelements kontaktierend ein. Die Kontaktschlitze der Kontaktelemente dienen somit zur Aufnahme zumindest eines Abschnitts der Stromschienen.
Da im eingesteckten Zustand die Stromschiene zumindest teilweise in den Bereich der Stecktasche axial eintaucht und die Stromschiene in der Regel eine breitere Abmessung als die Stecktasche aufweist, ist diese mit einer Aussparung in Form eines zweiten Schlitzes ausgerüstet, welcher sich parallel zum ersten Schlitz erstreckt. Dieser zweite Schlitz dient somit der Aufnahme gegebenenfalls auch der Führung der Stromschiene im Rahmen der Montage. Zur Verbesserung bzw. Erleichterung der Führung der Stromschiene kann der zweite Schlitz mit einer V-förmigen Einführschräge ausgeführt sein. Hierdurch lässt sich die Stromschiene gezielt in den Kontaktschlitz des Kontaktelements einführen.
Unabhängig von der Orientierung der Stecktasche bezüglich des kreisförmigen Verschaltungselements (radial oder tangential) erstreckt sich der erste wie auch der zweite Schlitz im Wesentlichen orthogonal zur Längserstreckung der Stecktasche. Mit anderen Worten erstrecken sich im hier diskutierten Ausführungsbeispiel (eines sich tangential erstreckenden Steckschlitzes) der erste und zweite Schlitz radial.
Zur Vermeidung des skizzierten Problems der Fehlkontaktierungen und somit zur Gewährleistung einer einwandfreien elektrischen Kontaktierung der Stromschiene mit dem Kontaktschlitz ist die Stecktasche im Bereich des zweiten, sich vorzugsweise radial erstreckenden Schlitzes derart gestaltet, dass diese das darin eingesetzte Kontaktelement axial überragt. Dies hat zur Folge, dass eine Stromschiene, die nicht exakt mit dem Kontaktschlitz fluchtet, zur Anlage auf dem nicht elektrisch leitfähigen Kunststoff der Stecktasche bzw. des Verschaltungselements kommt. Bei weiterer Annäherung von Kontaktvorrichtung und Verschaltungselement knickt die Stromschiene seitlich ab, wobei sie aber auf dem auf dem Kontaktelement axial überragenden Stecktasche verbleibt. Eine Fehlkontaktierung ist somit vermieden.
Wie ebenfalls erwähnt, erfolgt das Einstecken des Kontaktelements in Richtung des Stators mittels eines an die Geometrie der Stecktasche angepassten Einpresswerkzeugs, welches abschnittsweise an der dem Schneidklemmkontakt axial abgewandten Seite an einer horizontal verlaufenden, oberen Kante des Kontaktelementes ansetzt. Da die Stecktasche das Kontaktelement nur im Bereich des Kontaktschlitzes axial überragt, können demzufolge nur die seitlichen Enden des Kontaktelements, also die vom Kontaktschlitz tangential abgewandten seitlichen Enden des Kontaktelements, als Anlage für das Einpresswerkzeug dienen. Mit anderen Worten gibt die Stecktasche das Kontaktelement an dessen seitlichen Enden zur Anlage des Einpresswerkzeugs frei. Im Zuge einer Montage ist somit ein Eingriff des Einpresswerkzeugs möglich, mit welchem die Stromschienen betriebssicher in die jeweiligen Kontaktschlitze der zugeordneten Kontaktelemente einpressbar sind.
In die Stecktaschen ist jeweils das Kontaktelement als Schneidklemmkontakt-Stecker eingesetzt oder eingepresst. In einer ersten Variante weist das Kontaktelement zwei beabstandete Schneidklemmkontakte als Verschaltungspunkte der in den beiden ersten Schlitzen einsitzenden Drahtabschnitte der Spulen auf. Diese sind geeigneter Weise zueinander beabstandet und zweckmäßigerweise auf derselben Seite des Kontaktelements vorgesehen. Das Kontaktelement ist somit als ein Schneidklemmkontaktpaar oder als ein doppelter Schneidklemmkontakt-Stecker (Doppel IDC) ausgeführt. Der Kontaktschlitz ist vorzugsweise mittig, demnach zwischen den beiden Schneidklemmkontakten auf deren axial gegenüberliegenden Seite angeordnet. Die Schneidklemmkontakte sind dabei vorzugsweise derart zueinander angeordnet, dass das Kontaktelement axial achssymmetrisch ausgeführt ist.
In einer zweiten Variante weist das Kontaktelement im Gegensatz zur ersten Variante nur einen einzigen Schneidklemmkontakt auf, wobei der Kontaktschlitz mit dem Schneidklemmkontakt axial übereinander liegt. Die zu dieser zweiten Variante zugehörige Stecktasche bedingt, dass der zweite Schlitz nicht zur Führung von Drahtabschnitten der Spulen, sondern zur Aufnahme einer Stromschiene einer Kontaktvorrichtung vorgesehen ist und somit mit dem ersten sich radial erstreckenden Schlitz axial fluchtet. Mit anderen Worten fallen der erste und der zweite Schlitz zusammen.
Des Weiteren ist die Kontaktvorrichtung im Wesentlichen unabhängig von dem Verschaltungselement montierbar. Dies bedeutet, dass bei einer Montage des Stators oder des Elektromotors der Zusammenbau oder die Verschaltung der Statorwicklung mit dem Verschaltungselement und mit der Kontaktvorrichtung in getrennten oder separaten Montageschritten erfolgt. Mit anderen Worten wird die von den Statorzähnen getragene Statorwicklung mittels des Verschaltungselements, insbesondere unter Bildung von Phasensträngen phasenselektiv, verschaltet, vormontiert und bereitgestellt. Anschließend ist unter Berücksichtigung von Anforderungen einer jeweils gewünschten Anwendung eine entsprechende Kontaktvorrichtung aufsetzbar.
Unter „axial“ oder einer „Axialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung parallel (koaxial) zur Drehachse des Elektromotors, also senkrecht zu den Stirnseiten des Stators verstanden. Entsprechend wird hier und im Folgenden unter „radial“ oder einer „Radialrichtung“ insbesondere eine senkrecht (quer) zur Drehachse des Elektromotors orientierte Richtung entlang eines Radius des Stators beziehungsweise des Elektromotors verstanden. Unter „tangential“ oder einer „Tangentialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung entlang des Umfangs des Stators oder des Elektromotors (Umfangsrichtung, Azimutalrichtung), also eine Richtung senkrecht zur Axialrichtung und zur Radialrichtung, verstanden.
Die Stromschienen sind vorzugsweise stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/- oder kraftschlüssig an dem Steckeranschluss oder der Leiterplatte befestigt. Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
Unter einem „Stoffschluss“ oder einer „stoffschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile an Ihren Kontaktflächen durch stoffliche Vereinigung oder Vernetzung (beispielsweise aufgrund von atomaren oder molekularen Bindungskräften) gegebenenfalls unter Wirkung eines Zusatzstoffs zusammengehalten werden.
Unter einem „Formschluss“ oder einer „formschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass der Zusammenhalt der miteinander verbundenen Teile zumindest in einer Richtung durch ein unmittelbares Ineinandergreifen von Konturen der Teile selbst oder durch ein mittelbares Ineinandergreifen über ein zusätzliches Verbindungsteil erfolgt. Das „Sperren“ einer gegenseitigen Bewegung in dieser Richtung erfolgt also formbedingt.
Unter einem „Kraftschluss“ oder einer „kraftschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile aufgrund einer zwischen ihnen wirkenden Reibkraft gegen ein Abgleiten aneinander gehindert sind. Fehlt eine diese Reibkraft hervorrufende „Verbindungskraft“ (dies bedeutet diejenige Kraft, welche die Teile gegeneinanderdrückt, beispielsweise eine Schraubenkraft oder die Gewichtskraft selbst), kann die kraftschlüssige Verbindung nicht aufrechterhalten und somit gelöst werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 in einer perspektivischen Darstellung einen Elektromotor mit einer Kontaktvorrichtung in Form eines Steckeranschlusses,
2 den Elektromotor gemäß 1 in einer Draufsicht ohne Lagerschild,
3 in einer perspektivischen Darstellung einen Stator des Elektromotors mit einer Kontaktvorrichtung in Form einer Leiterplatte,
4 abschnittsweise in perspektivischer Darstellung ein Verschaltungselement des Stators während der Montage eines Kontaktelements,
5 das Verschaltungselement gemäß 4 nach der Montage des Kontaktelements, und
6 das Kontaktelement in zwei alternativen Ausführungsformen.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt einen bürstenlosen Elektromotor 1. Der Elektromotor 1 ist beispielsweise als ein Aktuator für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs, als Antriebsmotor für ein E-Bike oder als Antriebsmotor für einen E-Scooter ausgeführt. Der Elektromotor 1 weist einen Poltopf als Motorgehäuse 4 auf, welches stirnseitig mittels eines Lagerschilds 5 verschlossen ist. Das Lagerschild 5 weist eine zentrale Aussparung für eine Motorwelle (Rotorwelle) 6 auf, die koaxial zu einer Motorachse 7 verläuft. Im Bereich dieser Aussparung ist geeigneter Weise ein Lagersitz 8 für ein Wälzlager 9 vorgesehen. Gegenüberliegend zum Lagersitz 8 ist ein nicht gezeigter zweiter Lagersitz in den Boden des Motorgehäuses 4 angeformt, in welchem ein nicht gezeigtes zweites Wälzlager eingesetzt ist. Die Motorwelle 6 ist mittels der Wälzlager rotierbar um die Motorachse 7 gelagert. Das Lagerschild 6 weist radial außenseitig eine Durchführung (-öffnung) 10 auf, welche von einem Steckeranschluss 11 eines in 2 gezeigten Stators 2 durchgriffen ist.
Der Elektromotor 1 ist als ein Innenläufermotor mit dem radial außenseitigen Stator 2 und einem wellenfest mit der Motorwelle 6 gefügten Rotor 12 ausgeführt. Der Rotor 12 ist im Montagezustand drehbar im Inneren des feststehenden Stators 2 um die Motorachse 7 entlang einer Axialrichtung A drehbar gelagert. Der Rotor 22 ist (in nicht näher dargestellter Weise) durch ein Blechpaket gebildet, in das Permanentmagnete 13 zur Erzeugung eines Erregerfeldes eingesetzt sind.
Der Stator 2 weist ein nicht näher bezeichnetes Statorblechpaket mit einem umfangsseitigen Statorjoch auf, von welchem sich eine Anzahl von Statorzähnen 3 radial nach innen erstrecken (3). Das Statorblechpaket ist mit einer Spulenwicklung 14 zur Erzeugung eines magnetischen Drehfelds versehen.
Gemäß 3 weist der Stator 2 eine dreiphasige Spulenwicklung 14 auf, welche in Form von (Stator-)Spulen 15 auf die Statorzähne 3 gewickelt ist. Die mit Bezugszeichen versehenen Spulen 15 sind unter Bildung von Phasensträngen oder Phasenwicklungen phasenselektiv miteinander verbunden. Das Statorblechpaket weist in dieser Ausführung eine etwa sternförmige Anordnung mit zwölf nach innen gerichteten Statorzähnen 3 auf, wobei pro Phase der Spulenwicklung 14 eine Phasenwicklung um jeweils zwei benachbarte Statorzähne 3 sowie um die zwei im Statorblechpaket hierzu diametral gegenüberliegend angeordneten Statorzähne 3 zur Bildung eines Magnetpols gewickelt ist. Die drei Phasenwicklungen werden im Betrieb des Elektromotors 1 mit einem elektrischen Strom durchflossen und bilden somit sechs magnetische Polbereiche des Stators 2.
Zur Führung, Verlegung und Verschaltung der Phasenwicklungen auf den Statorzähnen 3 weist der Stator 2 ein Verlege- oder Verschaltungsring als Verschaltungselement 16 auf. Das Verschaltungselement 16 wird hierbei auf eine Stirnseite des Statorblechpakets axial aufgesteckt. Das aus einem isolierenden Kunststoffmaterial hergestellte ringförmige Verschaltungselement 16 weist einen Ringkörper auf, an den statorblechseitig zwölf halbhülsenartige Spulenkörper 17 als polschuhartige Aufnahmen für die Statorzähne 3 angeformt sind. Im aufgesteckten Zustand werden die Statorzähne 3 somit im Wesentlichen von den isolierenden Spulenkörpern 17 des Verschaltungselement 16 derart umgeben, dass lediglich die polschuhseitigen Enden der Statorzähne 3 freistehend sind. Die Spulen 15 oder Phasenwicklungen werden auf die Spulenkörper 17 des Verschaltungselements 16 um die Statorzähne 3 mit einem isolierten Kupferdraht (Spulendraht, Wickeldraht) herumgewickelt.
Das in der 3 gezeigte Verschaltungselement 16 weist eine segmentierte, kreisringartige Wandung als Terminierung 18 auf. Wie ebenfalls ersichtlich ist, steht die Terminierung 18 dem Statorblechpaket im Montagezustand entlang der Axialrichtung A axial über. Bei der Wicklung der Spulen 15 werden die Spulen- oder Wicklungsdrähte im Zuge des Wickelverfahrens durch die Terminierung 18 umfangsseitig hinter den Statorzähnen 3 zur Bildung der Magnetpole geführt. Zur Bildung der Phasenstränge oder Phasenwicklung werden die Spulen 15 an deren Spulenenden und/oder einem dazwischen liegenden Drahtabschnitt (Spulenabschnitt) miteinander elektrisch verschaltet. Hierzu weist das Verschaltungselement 16 drei umfangsseitig verteilt angeordnete Stecktaschen 19 auf, welche einteilig, also einstückig oder monolithisch angeformt sind. Die Stecktaschen 19 sind insbesondere als Stecktaschenpaare ausgebildet, welche jeweils zwei tangential verlaufende, axial einseitig offene Steckschlitze 20 aufweisen. Die Stecktaschen 19 weisen darüber hinaus jeweils zwei radial gerichtete erste Schlitze 21a auf, durch welche die Drahtabschnitte der Spulen 15 geführt sind.
In die Stecktaschen 19 ist jeweils ein metallisches Kontaktelement 22 als Schneidklemmkontakt-Stecker eingesetzt oder eingepresst. Das als erste Variante in 6 auf der rechten Seite dargestellte Kontaktelement 22 weist hierbei zwei Schneidklemmkontakte 23 als Verschaltungspunkte der in den beiden ersten Schlitzen 21a einsitzenden Drahtabschnitte der Spulen 15 auf. Das Kontaktelement 22 ist also als ein Schneidklemmkontaktpaar oder als ein doppelter Schneidklemmkontakt-Stecker (Doppel IDC) ausgeführt. Die Schneidklemmkontakte 23 sind dabei derart zueinander angeordnet, dass das Kontaktelement 22 axial achssymmetrisch ausgeführt ist. Im Montagezustand ist hierbei jeweils ein Schneidklemmkontakt 23 in einen der Steckschlitze 20 der Stecktasche 19 eingesetzt. Die Schneidklemmkontakte 23 sind zueinander beabstandet angeordnet, und auf derselben axialen Seite des Kontaktelements 22 vorgesehen. Auf der axial abgewandten Seite des Kontaktelements 22 ist zwischen den Schneidklemmkontakten 23 ein von dort zugänglicher Klemm- oder Kontaktschlitz 24 angeordnet, welcher parallel zu den Schneidklemmkontakten 23 bzw. zu den ersten radial gerichteten Schlitzen 21 a der Stecktasche 19 verläuft. Im klemmkontaktierten Zustand der Drahtabschnitte der Spulen 15 ist der Kontaktschlitz 24 radial fluchtend zu einem zweiten radial gerichteten Schlitz 21 b der Stecktasche 19 angeordnet, der parallel zu den ersten Schlitzen 21a verläuft.
Wie aus 2 ersichtlich, ist im Montagezustand des Stators 2 die Kontaktvorrichtung 25 axial auf das lagerschildseitige Verschaltungselement 16 aufgesetzt. Die Kontaktvorrichtung 25 ist als ein Steckeranschluss des Stators 18 beziehungsweise des Elektromotors 1 ausgeführt. Die Kontaktvorrichtung 25 ist ringsektorförmig ausgeführt, und weist ein Kontaktträger mit dem insbesondere einstückig daran angeformten Steckeranschluss 11 auf.
3 zeigt dagegen alternativ die Kontaktvorrichtung 25 in Form einer Leiterplatte. Die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktelement 22 und Kontaktvorrichtung 25 erfolgt über in oder an der Kontaktvorrichtung 25 angeordnete messerartige Stromschienen 26, die jeweils als ein etwa L-förmiges Stanzbiegeteil ausgeführt sein können. Die gegenüber den Stecktaschen 19 radial orientierten oder ausgerichteten Stromschienen 26 sind jeweils in einen Kontaktschlitz 24 eines der Kontaktelemente 22 klemmkontaktierend eingesteckt.
Die 4 und 5 zeigen die Montage des Kontaktelements 22 innerhalb des Verschaltungselements 16. Wie in 4 veranschaulicht ist, wird das Kontaktelement 22 dabei in einem ersten Schritt mit den Schneidklemmkontakten 23 voran in dem Steckschlitz 20 der Stecktasche 19 vorpositioniert. Nach Erreichen einer gewissen Einpresstiefe des Kontaktelements 22 erfolgt das weitere Einpressen mittels eines Einpresswerkzeugs 27, welches an der dem Schneidklemmkontakt 23 axial abgewandten Seite an einer horizontal verlaufenden oberen Kante des Kontaktelementes 22 ansetzt. Dazu gibt die Stecktasche 19 das Kontaktelement 22 an dessen seitlichen tangentialen Enden zur Anlage des Einpresswerkzeugs 27 frei. Das mit einer definierten Einpresskraft F beaufschlagte Einpresswerkzeug 27 sorgt dafür, dass die Schneidklemmkontakte 23 den in dem ersten Schlitz 21 a geführten Drahtabschnitt der Spulen 15 sicher elektrisch kontaktiert.
Dazu weist der Schneidklemmkontakt 23 des Kontaktelements 22 eine Schneide auf, die beim Einstecken in die Stecktasche 19 die Isolierung des im ersten Schlitz 21a befindlichen Drahtabschnitts der Spulen 15 derart durchtrennt, dass bei einem eingesteckten Schneidklemmkontakt 23 eine Ader des Wicklungsdrahts mit dem Schneidklemmkontakt 23 elektrisch leitfähig gekoppelt ist. Anschließend wird die Kontaktvorrichtung 25 mit der Stromschiene 26 voran axial in den radial gerichteten Schlitz 21 b geführt, der zur Unterstützung der Führung der Stromschiene 26 an seinem offenen Ende mit einer V-förmig Einführschräge ausgerüstet ist.
Zur Gewährleistung einer einwandfreien elektrischen Kontaktierung der Stromschiene 26 mit dem Kontaktschlitz 24 ist die Stecktasche 19 darüber hinaus im Bereich des zweiten sich radial erstreckenden Schlitzes 21b derart gestaltet, dass diese das darin eingesetzte Kontaktelement 22 axial überragt.
Gemäß 5 hat dies zur Folge, dass eine aufgrund von Fehlstellung seitlich abgeknickte Stromschiene 26' nur mit dem nicht elektrisch leitfähigen Kunststoff der Stecktasche 19 bzw. des Verschaltungselements 18 in Kontakt kommt. Bei auf das Verschaltungselement 18 aufgesetzter Kontaktvorrichtung 22 führt eine Fehlstellung der Stromschiene 26' somit nicht zu einer elektrischen Verbindung.
Das als zweite Variante in 6 auf der linken Seite dargestellte Kontaktelement 22 weist im Gegensatz zur ersten Variante einen einzigen Schneidklemmkontakt 23 auf, wobei der Kontaktschlitz 24 mit dem Schneidklemmkontakt 23 axial übereinander liegt. Die zu dieser zweiten Variante zugehörige, nicht dargestellte Stecktasche 19 bedingt, dass der zweite Schlitz 21 b nicht zur Führung von Drahtabschnitten der Spulen 15, sondern zur Aufnahme einer Stromschiene 26 einer Kontaktvorrichtung 22 vorgesehen ist und somit mit dem ersten radial gerichteten Schlitz 21a fluchtet.
Zusammenfassen betrifft die Die Erfindung einen Stator 2 mit einer Anzahl von eine Spulenwicklung 14 tragenden Statorzähnen 3, und ein Verschaltungselement 16 mit einer Anzahl von Stecktaschen 19 mit darin eingesetzten oder einsetzbaren Kontaktelementen 22 mit jeweils mindestens einem Schneidklemmkontakt 23, sowie eine mit dem Verschaltungselement 16 verbundene Kontaktvorrichtung 25, die Kontaktvorrichtung 25 eine der Anzahl der Phasen entsprechenden Anzahl von Stromschienen 26 aufweist, die in einen Kontaktschlitz 24 eines der Kontaktelemente 22 klemmkontaktierend eingesteckt oder einsteckbar ist, wobei die Stecktaschen 19 einen axial einseitig offenen Steckschlitz 20 mit einem ersten Schlitz 21a zur Führung der Drahtabschnitte und einen zweiten Schlitz 21b zur Aufnahme der jeweiligen Stromschiene 26 aufweisen.
Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Stator
3: Statorzähne
4: Motorgehäuse
5: Lagerschild
6: Motorwelle
7: Motorachse
8: Lagersitz
9: Wälzlager
10: Durchführung
11: Steckeranschluss
12: Rotor
13: Permanentmagnet
14: Spulenwicklung
15: Spulen
16: Verschaltungselement
17: Spulenkörper
18: Terminierung
19: Stecktasche
20: Steckschlitz
21a: erster Schlitz
21b: zweiter Schlitz
22: Kontaktelement
23: Schneidklemmkontakt
24: Kontaktschlitz
25: Kontaktvorrichtung
26, 26': Stromschiene
27: Einpresswerkzeug
A: Axialrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202014005789 U1 [0003]
DE 102019206641 A1 [0003]

Claims

Stator (2) eines Elektromotors (1), aufweisend - eine Anzahl von Statorzähnen (3), welche Spulen (15) einer mehrphasigen Spulenwicklung (14) tragen, - ein kreisringförmiges Verschaltungselement (16) mit einer Anzahl von Stecktaschen (19) mit darin eingesetzten Kontaktelementen (22) mit jeweils mindestens einem Schneidklemmkontakt (23) als Verschaltungspunkt für einen Drahtabschnitt miteinander verbundener Spulen (15), sowie - eine mit dem Verschaltungselement (16) elektrisch verbundene Kontaktvorrichtung (25), - wobei die Kontaktvorrichtung (25) eine der Anzahl der Phasen entsprechenden Anzahl von Stromschienen (26) aufweist, - wobei die jeweilige Stromschiene (26) in einen Kontaktschlitz (24) eines der Kontaktelemente (22) klemmkontaktierend eingesteckt oder einsteckbar ist, und - wobei die Stecktaschen (19) einen axial einseitig offenen Steckschlitz (20) mit einem ersten Schlitz (21a) zur Führung der Drahtabschnitte und einen zweiten Schlitz (21 b) zur Aufnahme der jeweiligen Stromschiene (26) aufweisen.
Stator (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stecktasche (19) im Bereich des zweiten Schlitzes (21b) das darin eingesetzte Kontaktelement (22) axial überragt.
Stator (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stecktasche (19) das Kontaktelement (22) an dessen seitlichen Enden zur Anlage eines Einpresswerkzeugs (27) freigibt.
Stator (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktvorrichtung (25) als Leiterplatte oder als Steckeranschluss ausgebildet oder ausbildbar ist.
Stator (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (22) einen zum Schneidklemmkontakt (23) beabstandeten zweiten Schneidklemmkontakt (23) aufweist.
Stator (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (25) axial achssymmetrisch ausgeführt ist.
Stator (2) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schneidklemmkontakten (23) auf deren axial gegenüberliegenden Seite der Kontaktschlitz (24) angeordnet ist.
Stator (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktschlitz (24), der erste und der zweite Schlitz (21 a, 21 b) axial fluchten.
Stator (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schlitz (21 b) mit einer V-förmigen Einführschräge für die Stromschiene (26) ausgerüstet ist.
Elektromotor (1) mit einem Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.