WO2020173934A1 - Elektrische kontaktierung der statoranschlüsse auf pcb mittels crimpverbindung - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a pump with the features of
- the preamble of claim 1 an electric motor with the features of the preamble of claim 7 and a method for electrical
- the DC motors include a rotor which is connected to a motor shaft and is rotatably mounted in a housing.
- the rotor is provided with permanent magnets.
- a stator is arranged in the rotor and carries a number of windings on an iron core. With suitable control, the windings generate a magnetic field that drives the rotor to rotate.
- the windings are usually wound in three phases and are accordingly provided with three electrical connections via which the windings are connected to one
- Control unit can be connected.
- busbars in the form of strip conductors can be used.
- the winding connection wires are over
- Busbars made of copper sheet contacted It is also known that
- a cooling fan motor is known from the laid-open specification DE 10 2011 112 821 A1, the stator windings of which are electrically contacted by means of insulation displacement contacts on a printed circuit board.
- the insulation displacement contacts are U-shaped. They run parallel to the direction of rotation, which is why that The end of the coil is inserted into the insulation displacement contact in the axial direction during assembly.
- the area of the insulation displacement contacts must be accessible to the press-in tool, which has turned out to be difficult in some cases.
- the invention is therefore based on the object of specifying an inexpensive, simple and space-saving solution for a connection between a stator and a printed circuit board.
- a pump having an electric motor with a rotor which is mounted rotatably about an axis of rotation and which surrounds a stator circumferentially, the stator having a stator core and on the
- stator core wound coils and wherein the windings are formed from a winding wire with winding wire end sections, characterized in that the winding wire end sections are electrically contacted with a circuit board by means of crimp connection.
- This connection is particularly easy to establish.
- splice elements or also called open crimp sleeves
- the splice elements are preferably U-shaped.
- stator and the circuit board with their top and
- winding wire end sections extend exclusively in the radial direction and in the direction of the axis of rotation.
- a method for making electrical contact between a stator of an electric motor of a pump and a printed circuit board, the stator having a stator core and coils wound on the stator core, and the windings being made from a winding wire Winding wire end portions are formed and the
- Winding wire end portions extend parallel to the longitudinal axis of the pump and the method comprises the steps of:
- stator in relation to the circuit board, the circuit board and the stator being aligned with their upper and lower sides essentially parallel to one another
- an electric motor is provided with a rotor which is rotatably mounted about an axis of rotation and which surrounds a stator circumferentially, the stator having a stator core and coils wound on the stator core, and the windings being made from a winding wire
- Winding wire end portions are formed, and wherein the
- Crimped connection are contacted.
- splice elements are arranged on the circuit board, each of which has an opening for introducing two winding wire end sections of one phase, the opening pointing parallel to the surface of the circuit board.
- the splice elements are U-shaped.
- winding wire end sections are preferably introduced into the respective splice element parallel to the surface of the printed circuit board.
- stator and the printed circuit board are preferably aligned with their upper and lower sides essentially parallel to one another. It is advantageous if the winding wire end sections extend exclusively in the radial direction and in the direction of the axis of rotation.
- a method for electrically contacting a stator of an electric motor with a printed circuit board wherein the stator has a stator core and coils wound on the stator core, and wherein the windings are formed from a winding wire with winding wire end sections and the winding wire end sections are parallel to the stator core
- stator in relation to the circuit board, the circuit board and the stator being aligned with their upper and lower sides essentially parallel to one another
- a water pump has an electric motor with a stator.
- a rotor surrounds the stator concentrically to an axis of rotation.
- the rotor is designed to transmit torque with a no
- the motor shaft connected.
- the pump is designed as a dry runner.
- the electric motor is a brushless direct current motor.
- the stator has a stator core which extends coaxially to the axis of rotation and has a plurality of stator core segments (not shown) around which coils are respectively wound. The windings are wound in three phases, with the windings made from a winding wire are formed with winding wire end portions and the
- Winding wire end sections are electrically contacted with a printed circuit board at the end.
- the stator is permanently mounted within a motor housing (not shown) and is set up to generate a time-varying magnetic field by means of the coils.
- the magnetized rotor surrounds the stator on the circumference. It is set up to do so by a
- a pump housing includes a
- Housing part which has a base plate and a center of the
- the base plate and the dome have a central penetrating opening.
- the stator sits firmly on the outside of the dome.
- the motor shaft not shown, passes through the central opening of the housing part and is rotatably mounted within the dome. Seals, especially mechanical seals inside the dome guarantee that the liquid to be pumped does not get into the
- Electric motor penetrates.
- the motor housing sits directly or indirectly on the pump housing.
- the winding wire end sections extend radially outward from the stator. They are about the same length for all three phases.
- Winding wire end sections first extend parallel to the axis of rotation and are then angled approximately perpendicular to it, in which case they are aligned along the radius. Bending of the winding wire end portions in
- the stator and the printed circuit board are arranged with their upper and lower sides parallel to one another.
- a splice element is associated with each phase on the circuit board
- the splice elements are made from one piece of cut tape material. The cut edges are jagged for a more stable splice.
- the splice elements are preferably formed from a coated copper alloy.
- the splice elements are essentially U-shaped with two opposite legs.
- the opening between the Legs is approximately perpendicular to the longitudinal axis.
- Winding wire end sections of the respective phase are placed in the opening of the corresponding splice element, which wraps around the conductor and is squeezed into a permanent connection.
- the legs of a splice element are brought together and the opening is closed.
- the splice element completely surrounds the winding wire end sections and makes electrical contact.
- the winding wire end sections must be stripped for splicing. Since the winding wire end portions are moved in a plane parallel to the surface of the circuit board, assembly is simplified.
- the stator is seen from above on the
- Stator assembly rotated by a defined angle of rotation relative to the splice tool and the crimping process is carried out on the next splice element. This process can be easily automated and improves process reliability.
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Pumpe aufweisend einen Elektromotor mit einem Rotor, der um eine Drehachse drehbar gelagert ist und der einen Stator umfangseitig umgibt, wobei der Stator einen Statorkern und auf dem Statorkern gewickelte Spulen aufweist, und wobei die Wicklungen aus einem Wicklungsdraht mit Wicklungsdrahtendabschnitten gebildet sind, wobei die Wicklungsdrahtendabschnitte elektrisch mit einer Leiterplatte mittels Crimpverbindung kontaktiert sind.
Description
Elektrische Kontaktierung der Statoranschlüsse auf PCB mittels
Crimpverbindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1, einen Elektromotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7 und ein Verfahren zur elektrischen
Kontaktierung eines Stators mit einer Leiterplatte mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6 und 12.
Pumpen 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. Es ist auch bekannt, die
Wicklungsanschlussdrähte unmittelbar mit der Leiterplatte mittels
Schneidklemmkontakte zu verbinden.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2011 112 821 Al ist ein Kühlerlüftermotor bekannt, deren Statorwicklungen mittels Schneidklemmkontakten auf einer Leiterplatte elektrisch kontaktiert sind. Die Schneidklemmkontakte sind U- förmig ausgestaltet. Sie verlaufen parallel zur Drehrichtung, weswegen das
Ende der Spule bei Montage in Axialrichtung in den Schneidklemmkontakt eingeführt wird. Beim Einpressen muss der Bereich der Schneidklemmkontakte für das Einpresswerkzeug zugänglich sein, was sich teilweise als schwierig herausstellt hat.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige, einfache und platzsparende Lösung für eine Verbindung zwischen einem Stator und einer Leiterplatte anzugeben.
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, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsdrahtendabschnitte elektrisch mit einer Leiterplatte mittels Crimpverbindung kontaktiert sind. Diese Verbindung ist besonders einfach herzustellen. Für die Verbindung sind auf der Leiterplatte Splice-Elemente (oder auch offene Crimp-Hülsen genannt) angeordnet, die jeweils eine Öffnung zum Einbringen zweier Wicklungsdrahtendabschnitte einer Phase aufweisen, wobei die Öffnung parallel zur Oberfläche der
Leiterplatte zeigt.
Vorzugsweise sind die Splice-Elemente U-förmig.
Es ist bevorzugt, wenn die Wicklungsdrahtendabschnitte parallel zur
Oberfläche der Leiterplatte in das jeweilige Splice-Element eingebracht sind.
Vorzugsweise sind der Stator und die Leiterplatte mit ihren Ober- und
Unterseiten im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet.
Es ist vorteilhaft, wenn die Wicklungsdrahtendabschnitte sich ausschließlich in Radialrichtung und in Richtung der Drehachse erstrecken.
Weiterhin ist ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines Stators eines Elektromotors einer Pumpe mit einer Leiterplatte 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 sich parallel zur Längsachse der Pumpe erstrecken, und das Verfahren folgende Schritte umfasst:
• Biegen der Wicklungsdrahtendabschnitte in Radialrichtung zur
Längsachse nach außen,
• Abisolieren der Enden der Wicklungsdrahtendabschnitte,
• Platzieren des Stators zur Leiterplatte, wobei die Leiterplatte und der Stator mit ihren Ober- und Unterseiten im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind,
• Einbringen der Enden der Wicklungsdrahtendabschnitte parallel zur
Oberfläche der Leiterplatte in auf der Leiterplatte angeordnete Splice- Elemente,
• Zusammendrücken der Splice-Elemente zur elektrischen Kontaktierung der Wicklungsdrahtendabschnitte mit der Leiterplatte.
Zudem ist ein 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 wobei die
Wicklungsdrahtendabschnitte elektrisch mit einer Leiterplatte mittels
Crimpverbindung kontaktiert sind. Für die Verbindung sind auf der Leiterplatte Splice-Elemente angeordnet, die jeweils eine Öffnung zum Einbringen zweier Wicklungsdrahtendabschnitte einer Phase aufweisen, wobei die Öffnung parallel zur Oberfläche der Leiterplatte zeigt.
Es ist vorteilhaft, wenn die Splice-Elemente U-förmig sind.
Die Wicklungsdrahtendabschnitte sind vorzugsweise parallel zur Oberfläche der Leiterplatte in das jeweilige Splice-Element eingebracht.
Bevorzugt sind der Stator und die Leiterplatte mit ihren Ober- und Unterseiten im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet.
Es ist vorteilhaft, wenn sich die Wicklungsdrahtendabschnitte ausschließlich in Radialrichtung und in Richtung der Drehachse erstrecken.
Weiterhin ist ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines Stators eines Elektromotors mit einer Leiterplatte 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 sich parallel zur
Längsachse des Elektromotors erstrecken, und wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
• Biegen der Wicklungsdrahtendabschnitte in Radialrichtung zur
Längsachse nach außen,
• Abisolieren der Enden der Wicklungsdrahtendabschnitte,
• Platzieren des Stators zur Leiterplatte, wobei die Leiterplatte und der Stator mit ihren Ober- und Unterseiten im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind,
• Einbringen der Enden der Wicklungsdrahtendabschnitte parallel zur
Oberfläche der Leiterplatte in auf der Leiterplatte angeordnete Splice- Elemente,
• Zusammendrücken der Splice-Elemente zur elektrischen Kontaktierung der Wicklungsdrahtendabschnitte mit der Leiterplatte.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend
erläutert. Eine Wasserpumpe weist einen Elektromotor mit einem Stator auf. Ein Rotor umgibt den Stator konzentrisch zu einer Drehachse. Der Rotor ist zur Übertragung eines Drehmomentes mit einer nicht
dargestellten Motorwelle verbunden. Die Pumpe ist als Trockenläufer ausgebildet. Der Elektromotor ist ein bürstenloser Gleichstrommotor. Der Stator weist einen Statorkern auf, welcher sich koaxial zu der Drehachse erstreckt und eine Mehrzahl von nicht dargestellten Statorkernsegmenten aufweist, um welche herum jeweils Spulen gewickelt sind. Die Wicklungen sind dreiphasig gewickelt, wobei die Wicklungen aus einem Wicklungsdraht
mit Wicklungsdrahtendabschnitten gebildet sind und die
Wicklungsdrahtendabschnitte elektrisch mit einer Leiterplatte stirnseitig kontaktiert sind. Der Stator wird fest innerhalb eines nicht dargestellten Motorgehäuses montiert und ist dazu eingerichtet, ein zeitveränderliches Magnetfeld mittels der Spulen zu erzeugen. Der magnetisierte Rotor umgibt den Stator umfangseitig. Er ist dazu eingerichtet, durch eine
Wechselwirkung mit dem von den Spulen erzeugten zeitveränderlichen
Magnetfeld gedreht zu werden. Ein Pumpengehäuse umfasst ein
Gehäuseteil, welches eine Grundplatte und einen mittig von der
Grundplatte vorragenden Dom aufweist. Die Grundplatte und der Dom haben eine zentrale durchsetzende Öffnung. Der Stator sitzt fest auf der Außenseite des Doms. Die nicht dargestellte Motorwelle durchsetzt die zentrale Öffnung des Gehäuseteils und ist innerhalb des Doms drehbar gelagert. Dichtungen, insbesondere Gleitringdichtungen im Inneren des Doms garantieren, dass die zu fördernde Flüssigkeit nicht in den
Elektromotor dringt. Das Motorgehäuse sitzt mittelbar oder unmittelbar auf dem Pumpengehäuse.
Die Wicklungsdrahtendabschnitte erstrecken sich von dem Stator ausgehend radial nach außen. Sie sind für alle drei Phasen etwa gleich lang. Die
Wicklungsdrahtendabschnitte erstrecken sich erst parallel zur Drehachse und sind dann etwa senkrecht dazu abgewinkelt, wobei sie sich dann entlang des Radius ausrichten. Ein Verbiegen der Wicklungsdrahtendabschnitte in
Umfangsrichtung ist nicht vorgesehen. Der Stator und die Leiterplatte sind mit ihren Ober- und Unterseiten parallel zueinander angeordnet.
Auf der Leiterplatte ist zu jeder Phase zugehörig ein Splice-Element
angeordnet, insbesondere aufgelötet. Sie kontaktieren mit der Leiterplatte elektrisch. Die Splice-Elemente werden aus einem Stück abgeschnittenen Bandmaterials gefertigt. Die Schnittkanten sind gezackt um einen stabileren Splice zu erhalten. Die Splice-Elemente sind bevorzugt aus einer beschichteten Kupferlegierung gebildet.
Die Splice-Elemente sind im Längsschnitt im Wesentlichen U-förmig mit zwei gegenüberliegenden Schenkeln ausgebildet. Die Öffnung zwischen den
Schenkeln liegt etwa senkrecht zur Längsachse. Die
Wicklungsdrahtendabschnitte der jeweiligen Phase werden in die Öffnung des entsprechenden Splice-Elements gelegt, das sich um die Leiter legt und zu einer dauerhaften Verbindung gequetscht wird. Dabei werden die Schenkel eines Splice-Elementes aufeinander zugestellt und die Öffnung verschlossen. Das Splice-Element umgibt die Wicklungsdrahtendabschnitte vollumfänglich und stellt einen elektrischen Kontakt her. Die Wicklungsdrahtendabschnitte müssen für das Splicen abisoliert werden. Da die Wicklungsdrahtendabschnitte in einer Ebene parallel zur Oberfläche der Leiterplatte bewegt werden, ist die Montage vereinfacht. Der Stator liegt in Draufsicht von oben auf die
Leiterplatte außerhalb der Splice-Elemente, d. h. er überdeckt diese nicht. Der Kontaktbereich ist daher für das Splice-Werkzeug leicht zugänglich. Das Crimpen aller Wicklungsdrahtendabschnitte der drei Phasen erfolgt in drei aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten. Nachdem ein Crimpvorgang
abgeschlossen wurde, wird das Splice-Werkzeug gelöst und die
Statorbaugruppe um einen definierten Drehwinkel relativ zum Splice- Werkzeug verdreht und der Crimpvorgang an dem nächsten Splice-Element vorgenommen. Dieser Vorgang kann gut automatisiert werden und verbessert die Prozesssicherheit.
Claims
1. Pumpe aufweisend einen Elektromotor mit einem Rotor, der um eine
Drehachse drehbar gelagert ist und der einen Stator umfangseitig umgibt, wobei der Stator einen Statorkern und auf dem Statorkern gewickelte Spulen aufweist, und wobei die Wicklungen aus einem
Wicklungsdraht mit Wicklungsdrahtendabschnitten gebildet sind, die elektrisch mit einer Leiterplatte mittels Crimpverbindung kontaktiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterplatte Splice-Elemente angeordnet sind, die jeweils eine Öffnung zum Einbringen zweier
Wicklungsdrahtendabschnitte einer Phase aufweisen, wobei die Öffnung parallel zur Oberfläche der Leiterplatte zeigt.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Splice- Elemente U-förmig sind.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsdrahtendabschnitte parallel zur Oberfläche der Leiterplatte in das jeweilige Splice-Element eingebracht sind.
4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Stator und die Leiterplatte mit ihren Ober und Unterseiten im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
5. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wicklungsdrahtendabschnitte sich
ausschließlich in Radialrichtung und in Richtung der Drehachse
erstrecken.
6. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines Stators eines
Elektromotors einer Pumpe mit einer Leiterplatte, wobei der Stator einen Statorkern und auf dem Statorkern gewickelte Spulen aufweist, und wobei die Wicklungen aus einem Wicklungsdraht mit
190008WO-Anmeldetext / LE / 25.02.2020
Wicklungsdrahtendabschnitten gebildet sind und die
Wicklungsdrahtendabschnitte sich parallel zur Längsachse der Pumpe erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
• Biegen der Wicklungsdrahtendabschnitte in Radialrichtung zur
Längsachse nach außen,
• Abisolieren der Enden der Wicklungsdrahtendabschnitte,
• Platzieren des Stators zur Leiterplatte, wobei die Leiterplatte und der Stator mit ihren Ober- und Unterseiten im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind,
• Einbringen der Enden der Wicklungsdrahtendabschnitte parallel zur Oberfläche der Leiterplatte in auf der Leiterplatte angeordnete Splice- Elemente,
• Zusammendrücken der Splice-Elemente zur elektrischen
Kontaktierung der Wicklungsdrahtendabschnitte mit der Leiterplatte.
7. Elektromotor mit einem Rotor, der um eine Drehachse drehbar gelagert ist und der einen Stator umfangseitig umgibt, wobei der Stator einen Statorkern und auf dem Statorkern gewickelte Spulen aufweist, und wobei die Wicklungen aus einem Wicklungsdraht mit
Wicklungsdrahtendabschnitten gebildet sind, die elektrisch mit einer Leiterplatte mittels Crimpverbindung kontaktiert sind, dadurch
gekennzeichnet, dass auf der Leiterplatte Splice-Elemente angeordnet sind, die jeweils eine Öffnung zum Einbringen zweier
Wicklungsdrahtendabschnitte einer Phase aufweisen, wobei die Öffnung parallel zur Oberfläche der Leiterplatte zeigt.
8. Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Splice-Elemente U-förmig sind.
9. Elektromotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsdrahtendabschnitte parallel zur Oberfläche der Leiterplatte
in das jeweilige Splice-Element eingebracht sind.
10. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stator und die Leiterplatte mit ihren Ober- und Unterseiten im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
11. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsdrahtendabschnitte sich ausschließlich in Radialrichtung und in Richtung der Drehachse
erstrecken.
12. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines Stators eines
Elektromotors mit einer Leiterplatte, 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 sich parallel zur Längsachse des Elektromotors erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
• Biegen der Wicklungsdrahtendabschnitte in Radialrichtung zur
Längsachse nach außen,
• Abisolieren der Enden der Wicklungsdrahtendabschnitte,
• Platzieren des Stators zur Leiterplatte, wobei die Leiterplatte und der Stator mit ihren Ober- und Unterseiten im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind,
• Einbringen der Enden der Wicklungsdrahtendabschnitte parallel zur Oberfläche der Leiterplatte in auf der Leiterplatte angeordnete Splice- Elemente,
• Zusammendrücken der Splice-Elemente zur elektrischen
Kontaktierung der Wicklungsdrahtendabschnitte mit der Leiterplatte.
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