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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontakteinrichtung in einem Stator einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2008 054 529 A1 wird ein als Innenläufermotor ausgeführter Elektromotor beschrieben, in dessen zylindrischem Stator eine Rotorwelle, die Träger eines Rotorpaketes ist, drehbar gelagert ist. Am Stator sind mehrere über den Umfang verteilte Spulen angeordnet, welche über eine stirnseitig am Stator angeordnete Kontakteinrichtung bestromt werden. Die Kontakteinrichtung ist als Kontaktring ausgeführt, der sich aus einer Mehrzahl von Einzelringen zusammensetzt, die jeweils Träger von Schneidklemmen sind, über die der elektrische Kontakt zu den Spulen am Stator hergestellt wird. Die aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden Einzelringe sind aufeinander gestapelt, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Einzelringen ein Trennring aus nicht-leitendem Material liegt, um die Einzelringe elektrisch voneinander zu isolieren. Bei einer größeren Anzahl der aufeinander gestapelten elektrisch leitenden Einzelringe und zwischenliegender Trennringe weist der Kontaktring eine entsprechend große axiale Dicke auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine kompakt bauende elektrische Kontaktierung des Stators in einer elektrischen Maschine anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Kontakteinrichtung wird in einem Stator einer elektrischen Maschine wie einem Generator oder einem Elektromotor eingesetzt, beispielsweise in einem elektronisch kommutierten Synchronmotor. Die elektrische Maschine kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, beispielsweise im Lenksystem als Servomotor oder im Antriebsstrang in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen als Antriebsmotor bzw. Generator. In Betracht kommen aber auch Anwendungen für Hilfsaggregate im Fahrzeug, beispielsweise Scheibenwischermotoren, Fensterhebermotoren oder Motoren zur Sitzverstellung. Darüber hinaus ist auch eine Anwendung unabhängig von Kraftfahrzeugen möglich, beispielsweise in elektrisch betätigten Werkzeugmaschinen, insbesondere Handwerkzeugmaschinen. Der Motor kann auch in Fahrrädern oder sonstigen Zweirädern als elektrischer Antrieb eingesetzt werden.
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Die Kontakteinrichtung im Stator der elektrischen Maschine wird zur elektrischen Kontaktierung der im Stator angeordneten Spulen eingesetzt und weist einen Kontaktträger auf, der aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, sowie elektrisch leitende Leitungsbahnen, über die der elektrische Kontakt zu den Spulen hergestellt wird. Die Leitungsbahnen sind in dem elektrisch isolierenden Kontaktträger aufgenommen.
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Diese Ausführung hat den Vorteil eines konstruktiv einfachen Aufbaus. Da unabhängig von der Anzahl der zu kontaktierenden Spulen lediglich ein einziger Kontaktträger erforderlich ist, genügt ein in Achsrichtung verhältnismäßig kleiner Bauraum zur Aufnahme der Kontakteinrichtung. Der Kontaktträger übernimmt eine Doppelfunktion: Zum einen sind die elektrisch leitenden Leitungsbahnen zur Kontaktierung der Spulen am Kontaktträger gehalten, zum andern sorgt der Kontaktträger aufgrund der Ausführung aus elektrisch nicht-leitendem Material für eine elektrische Isolierung zwischen den verschiedenen Leitungsbahnen.
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Der Kontaktträger ist zweckmäßigerweise ringförmig ausgebildet und besteht vorzugsweise aus Kunststoff, wobei eine Ausführung als Kunststoff-Spritzgussbauteil vorteilhaft ist. Aufgrund der Ringform kann zum einen die Rotorwelle durch den Kontaktträger hindurchgeführt werden, zum andern kann in der zentrischen Ausnehmung eine Leistungselektronikeinheit aufgenommen werden, welche die Spulen im Stator über die Leitungsbahnen der Kontakteinrichtung mit Strom versorgt. Bei der Leistungselektronikeinheit handelt es sich beispielsweise um eine Drehstrom-Sternpunktschaltung. Die Leistungselektronikeinheit kontaktiert die elektrischen Leitungsbahnen an einer Stirnseite des Kontaktträgers, wobei die Leitungsbahnen die Spulen auf der anderen, gegenüberliegenden Stirnseite des Kontaktträgers kontaktieren. Die Leitungsbahnen können durch den Kontaktträger hindurchgeführt sein, wobei es zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses zweckmäßig ist, Leitungsbahnen an unterschiedlichen Umfangspositionen durch den Kontaktträger hindurchzuführen. Die Leitungsbahnen sind zweckmäßigerweise in konzentrischen Ringnuten an einer der Stirnseiten des Kontaktträgers aufgenommen, wobei die Nutwandungen, die einteilig mit dem Kontaktträger ausgebildet sind, die elektrische Isolierung verschiedener Leitungsbahnen sicherstellen. Die Leitungsbahnenden ragen an verschiedenen Umfangspositionen durch den Kontaktträger hindurch und sind zweckmäßigerweise radial nach außen geführt, um den Kontakt zu den verschiedenen Spulen am Stator herzustellen. Durch die konzentrische Anordnung der Leitungsbahnen sowie die in Umfangsrichtung versetzte Positionierung der Leitungsbahnenden ist sichergestellt, dass sich verschiedene Leitungsbahnen nicht berühren.
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Die Leitungsbahnen können als Leitungsdrähte ausgeführt sein, die zweckmäßigerweise hinsichtlich Material und Durchmesser dem Wicklungsdraht der Spulen entsprechen und nach Zusammenführung zweier Drähte beispielsweise den doppelten Querschnitt aufweisen. Die Kontaktierung der Leitungsdrähte mit dem Wicklungsdraht erfolgt durch Schweißen, Löten, Crimpen, mittels Laschen oder dergleichen.
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Anstelle von Leitungsdrähten kann auch ein elektrisch leitendes Stanzgitter verwendet werden, das am Kontaktträger gehalten ist. Auch das Stanzgitter kann in ähnlicher Weise wie die als Einzeldrähte ausgeführten Leitungsdrähte an der Unterseite des Kontaktträgers angeordnet sein, wobei Stanzgitterabschnitte durch den Kontaktträgerkörper hindurchragen und auf der gegenüberliegenden Seite des Kontaktträgers mit dem Wicklungsdraht der Spulen verbunden werden.
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Die Kontakteinrichtung mit dem Kontaktträger und den Leitungsbahnen kann als vormontierte Baueinheit hergestellt und in die elektrische Maschine eingebaut werden. Die Kontakteinrichtung ist im fertig montierten Zustand Bestandteil eines Stators einer elektrischen Maschine und somit auch Teil der elektrischen Maschine selbst.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf einen Stator einer elektrischen Maschine mit einem darin drehbar aufgenommenen Rotor einschließlich der Verdrahtung der Spulen am Stator über eine Kontakteinrichtung,
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2 eine Kontakteinrichtung, umfassend einen ringförmigen Kontaktträger und eine Mehrzahl von elektrischen Leitungsbahnen, dargestellt in einer perspektivischen Ansicht,
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3 die Kontakteinrichtung in Draufsicht,
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4 eine Ansicht auf die Unterseite der Kontakteinrichtung,
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5 einen Schnitt durch eine Kontakteinrichtung mit einem durch den Kontaktträger hindurchgeführten Leitungsdraht,
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6 einen weiteren Schnitt durch die Kontakteinrichtung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Elektromotor 1, beispielsweise ein Synchronmotor dargestellt, der als Innenläufermotor ausgeführt ist und einen zylindrischen Stator 2 mit einem im Stator 2 rotierend gelagerten Rotor aufweist, welcher eine Rotorwelle 3 und ein auf der Rotorwelle 3 angeordnetes Rotorpaket 4 umfasst. Der Stator 2 weist auf seiner Innenseite eine Vielzahl über den Umfang verteilter Spulen 5 auf, die jeweils aus einem gewickelten Spulendraht bestehen. Die Spulen 5 werden über eine Kontakteinrichtung, welche elektrische Leitungsbahnen 6, 7, 8 und 9 umfasst, von einer Leistungselektronikeinrichtung mit Strom versorgt. Die Leitungsbahnen 6 bis 9 sind Bestandteil der Kontakteinrichtung, die darüber hinaus einen in 1 nicht dargestellten Kontaktträger umfasst, an dem die Leitungsbahnen 6 bis 9 aufgenommen und gehalten sind.
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Das Rotorpaket 4 des Rotors umfasst beispielsweise Permanentmagnete. Möglich ist aber auch eine Ausführung mit bestrombaren Spulen, die über einen Kommutator bestromt werden.
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Die 2 bis 4 zeigen eine Kontakteinrichtung 10 mit einem ringförmigen Kontaktträger 11 und den Leitungsbahnen, deren Endabschnitte 6a, 7a, 8a und 9a in der dargestellten Perspektive gezeigt sind. Die Endabschnitte 6a bis 9a weisen radial nach außen und überragen den Kontaktträger 11 radial, wobei die Enden mit den Spulen des Stators elektrisch verbunden werden, beispielsweise durch Schweißen, Löten, Krempen, mittels Laschen oder dergleichen.
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In der zentrischen Ausnehmung 12 des ringförmigen Kontaktträgers 11 kann eine Leistungselektronikeinheit aufgenommen werden, die mit den Leitungsbahnen 6 bis 9 verbunden wird. Auch die Rotorwelle des Rotors kann durch die zentrische Ausnehmung 12 hindurchgeführt werden.
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Der Kontaktträger 11 besteht aus einem elektrisch nicht-leitenden Kunststoffmaterial und ist beispielsweise im Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellt. Die Kontakteinrichtung 10 wird als vorgefertigte Baueinheit mit dem Stator 2 des Elektromotors 1 verbunden. Die Verbindung erfolgt über einteilig mit dem Kontaktträger 11 ausgebildete, radial um 90° umgebogene Laschen 13 am Umfangsrand des Kontaktträgers. Über den Umfang sind eine Mehrzahl derartiger Laschen 13 einteilig mit dem Kontaktträger 11 ausgebildet, die in zugeordnete Aufnahmen am Stator einsteckbar oder aufsetzbar sind.
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Die Leitungsbahnen 6 bis 9 bestehen aus einem Leitungsdraht, wobei zweckmäßigerweise für die Leitungsbahnen 6 bis 9 der gleiche Draht wie für die Wicklungen der Spulen 5 verwendet wird. Die einzelnen Leitungsbahnen 6 bis 9 sind elektrisch voneinander isoliert.
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Wie 4 zu entnehmen, befinden sich auf der Unterseite des Kontaktträgers 11 mehrere konzentrische Ringnuten 14, die in den Kontaktträger 11 eingebracht sind. In den Ringnuten 14 sind die Leitungsbahnen 6 bis 9 aufgenommen. Der Anzahl der Leitungsbahnen entsprechend befinden sich auf der Unterseite des Kontaktträgers 11 vier konzentrische Ringnuten 14. Die seitlichen, begrenzenden Nutwandungen, die einteilig mit dem nicht-leitenden Kontaktträger 11 ausgebildet sind, sorgen für eine elektrische Isolierung radial benachbarter Leitungsbahnen.
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Die Leitungsbahnenden 6a bis 9a sind durch den Kontaktträgerkörper axial hindurchgeführt und erstrecken sich auf der den Ringnuten 14 gegenüberliegenden Stirnseite des Kontaktträgers 11 in Radialrichtung. Um eine elektrische Kontaktierung verschiedener Leitungsbahnen zu verhindern, sind die Leitungsbahnen an unterschiedlichsten Umfangspositionen durch den Kontaktträger 11 hindurchgeführt.
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Wie 5 zu entnehmen, können sich verschiedene Leitungsbahnen auf der gleichen Seite des Kontaktträgers 11 kreuzen, ohne dass die Gefahr einer elektrischen Kontaktierung besteht. Gemäß 5 ist ein Leitungsbahnende 6a der Leitungsbahn 6 radial nach außen geführt und kreuzt eine weitere Leitungsbahn 9. Um einen ausreichenden axialen Abstand zwischen den Leitungsbahnen 6 und 9 sicherzustellen, liegt das Leitungsbahnende 6a auf Stützkörpern 15, 16 auf, welche einteilig mit dem Kontaktträger 11 ausgebildet sind und sich über die Stirnseite des Kontaktträgers erheben. Zwischen den nebeneinander liegenden Stürzkörpern 15 und 16 befindet sich ein Freiraum, in welchem die Leitungsbahn 9 aufgenommen ist.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist eine Leitungsbahn 6 in einem L-förmigen, gegenüber der Stirnfläche des Kontaktträgers 11 abgewinkelt angeordneten Flansch 17 aufgenommen, der einteilig mit dem Kontaktträger 11 ausgebildet ist. Der Flansch 17 schützt die Leitungsbahn und stabilisiert die Drahtposition der Leitungsbahn.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008054529 A1 [0002]
