DE102012023477A1

DE102012023477A1 - Schaltelement für einen Elektromotor, Stator mit einem solchen Schaltelement und Elektromotor

Info

Publication number: DE102012023477A1
Application number: DE201210023477
Authority: DE
Inventors: Andreas Kircher; Mato Krcmar
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2014-05-28

Abstract

Das Schaltelement weist Leiterbahnen auf, die in einem aus Kunststoff bestehenden Grundkörper eingebettet und mit Kontakten für eine Statorwicklung versehen sind, die über eine Seite des Grundkörpers ragen. Das Schaltelement ist mit weiteren Kontakten versehen, die über die andere Seite des Grundkörpers ragen. Die weiteren Kontakte sind mit den zugehörigen Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden. Ein äußerer Rand und/oder ein Rand einer Durchtrittsöffnung des Schaltelementes ist als Dichtrand ausgebildet. Der Stator ist mit einem derartigen Schaltelement verbunden. Der Elektromotor weist einen derartigen Stator und ein derartiges Schaltelement auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltelement für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, einen Stator nach Anspruch 23 sowie einen Elektromotor nach Anspruch 27 oder 28.
Es ist ein Schaltelement bekannt ( DE 10 2007 047 295 A1 ), in dessen aus Kunststoff bestehenden Grundkörper eine Leiterplatine sowie Leiterbahnen eingebettet sind. Die Leiterbahnen haben über die eine Seite des Grundkörpers ragende Kontakte, mit denen der Kontakt zur Statorwicklung hergestellt wird. Das Schaltelement ist außerdem mit weiteren Kontaktstellen versehen, über welche die auf der Leiterplatine sitzenden Bauelemente elektrisch kontaktiert werden können.
Es ist eine Verschaltungsanordnung bekannt ( DE 20 2005 010 252 U1 ), die mit einem Stanzgitter versehen ist, das Anschlussfahnen und Kontaktzungen aufweist. Die Stanzbahnen des Stanzgitters sind von einer Kunststoffummantelung umgeben. Ein Stanzbahnabschnitt wenigstens der einen Stanzbahn hat ein Trägerprofil, mit dem Gehäuse-Kühlflächen von Leistungshalbleitern mit erhöhter Kraft gegen einen Kühlkörper gepresst werden.
Es ist weiter bekannt ( DE 10 2009 049 737 A1 ), eine Leiterplatte mit Statorwicklungen über Kontaktstifte elektrisch zu verbinden. Die Kontaktstifte sind in einen Nutisolationsteil eingebettet, aus dem zwei Schenkel des jeweiligen Kontaktstiftes ragen. Der eine Schenkel kontaktiert den Wicklungsdraht, während der andere Schenkel mit der Leiterplatte verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Schaltelement, den gattungsgemäßen Stator sowie den Elektromotor so auszubilden, dass eine kostengünstige Herstellung und Fertigung möglich ist.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Schaltelement erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1, beim Stator entsprechend den Merkmalen des Anspruches 23 und beim Elektromotor entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 27 bzw. 28 gelöst.
Das erfindungsgemäße Schaltelement zeichnet sich dadurch aus, dass es ein Hybridelement bildet, mit dem sowohl die Motorwicklungen geschaltet als auch die Kontaktierungen zum Elektromotor und zum Controller hergestellt als auch im Elektromotor der Bereich zwischen Motor- und dem Elektronikraum abgedichtet werden kann. Das erfindungsgemäße Schaltelement bildet somit ein Multifunktionselement, das die beschriebenen Eigenschaften in einer einzigen Einheit vereint. Die Leiterbahnen sind vollständig in den aus elektrisch isolierendem Kunststoff gebildeten Grundkörper eingebettet, so dass sie auch über einen längeren Einsatz hinweg nicht beschädigt werden. Außerdem werden die Leiterbahnen durch den Kunststoff gegen angreifende Medien geschützt. Als Kunststoffe kommen beispielsweise Polyamid, Polyethylenterephtalat, Polybutylenterephtalat, Polypropylen und dergleichen in Betracht. Der Grundkörper kann nur aus einer Kunststoffart oder beispielsweise aus zwei Kunststoffarten hergestellt sein. Der Grundkörper bildet nicht nur einen Überzug über die Leiterbahnen, sondern ist ein massiver Funktionskörper, dessen Dicke ein Mehrfaches der Dicke der Leiterbahnen beträgt. Mit dem Grundkörper lässt sich das Schaltelement problemlos montieren. Über die Kontakte erfolgt die elektrische Verbindung zu den Statorwicklungen, während über die weiteren Kontakte auf der anderen Seite des Grundkörpers die Verbindung zum Controller hergestellt werden kann, der sich im Elektronikraum des Elektromotors befindet. Da die verschiedenen Kontakte Bestandteil des Schaltelementes sind, müssen sie nicht gesondert montiert werden. Dadurch ergibt sich ein sehr einfacher Montagevorgang. Gleichzeitig dient das Schaltelement auch als Dichtelement, das mit seinem äußeren Rand und/oder dem Rand seiner Durchtrittsöffnung dichtend an einer Statorbuchse und/oder an einem Statorflansch anliegt und auf diese Weise den Motorraum gegen den Elektronikraum abdichtet. Somit müssen auch nicht in einem gesonderten Arbeitsschritt Dichtelemente eingebaut werden.
Die weiteren Kontakte des Schaltelementes sind vorteilhaft einstückig mit den entsprechenden Leiterbahnen ausgebildet, so dass es nicht notwendig ist, die weiteren Kontakte gesondert an den Leiterbahnen zu befestigen.
Hierbei ist es von weiterem Vorteil, wenn auch die Kontakte für die Statorwicklung einstückig mit den Leiterbahnen ausgebildet sind. Dann müssen auch diese Kontakte nicht gesondert an den Leiterbahnen befestigt werden. Die Kontakte sind bevorzugt Schneid-Klemm-Kontakte.
Die weiteren Kontakte sind in besonders vorteilhafter Ausbildung als Federzungen ausgebildet, so dass ein sicherer Kontakt zwischen ihnen und der anzuschließenden Baueinheit gewährleistet ist.
Von Vorteil ist es, die weiteren Kontakte in wenigstens einer Tasche unterzubringen. Die weiteren Kontakte sind dadurch hervorragend geschützt. Außerdem werden hierdurch die Luft- und Kriechstrecken zwischen stromführenden Teilen sowie zu benachbarten Bauteilen eingehalten.
Wenn die Tasche in bevorzugter Weise einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet ist, kann sie zusammen mit dem Grundkörper in einem Arbeitsschritt aus Kunststoff hergestellt werden, beispielsweise durch Spritzgießen.
Die Kontakte für die Statorwicklung sind bei einer vorteilhaften Ausführungsform in wenigstens einer ringförmigen Reihe mit Abstand hintereinander angeordnet. Beim Aufsetzen des Schaltelementes auf den Stator ist darum in einfacher Weise die Kontaktierung zwischen den Kontakten des Schaltelementes und den Statorwicklungen möglich.
Der Grundkörper des Schaltelementes ist vorteilhaft ringförmig ausgebildet. Da die Statorwicklungen bzw. ihre Wickelköpfe ebenfalls ringförmig angeordnet sind, kann somit in einfacher Weise die Kontaktierung zu den Statorwicklungen beim Aufsetzen des Schaltelementes erfolgen.
Die Durchtrittsöffnung für die Statorbuchse ist vorteilhaft mittig im Grundkörper vorgesehen. Über diese Durchtrittsöffnung ist eine einfache Zentrierung des Schaltelementes in Bezug auf die Statorwicklungen sichergestellt.
Am Rand der Durchtrittsöffnung ist vorteilhaft ein Dichtelement vorgesehen, das sich herstellungstechnisch einfach anspritzen lässt. Dieses Dichtelement ist in bevorzugter Weise elastisch nachgiebig ausgebildet, so dass eine hervorragende Abdichtung möglich ist. Der Grundkörper selbst besteht aus einem entsprechend harten Kunststoff.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Bereich, über den die Kontakte für die Statorwicklung ragen, wannenförmig ausgebildet. Dann kann in einfacher Weise in dem erforderlichen Bereich zuverlässig eine Vergussmasse aufgebracht werden. Hierdurch wird beispielsweise die Schneid-Klemm-Kontaktierung vor Verschmutzung und Korrosion geschützt.
Der Grundkörper ist in bevorzugter Weise nahe seinem Außenrand mit einer Ringwand versehen, die in gleicher Richtung wie die Kontakte für die Statorwicklung über die Oberseite des Grundkörpers vorsteht. Diese Ringwand dient als Abschlusswand für die Vergussmasse, wenn diese an den erforderlichen Bereichen auf den Grundkörper aufgebracht wird.
Bevorzugt ist die Ringwand einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet, so dass sie in einem Arbeitsschritt zusammen mit dem Grundkörper hergestellt werden kann.
Der Außenrand des Grundkörpers ist mit einem Dichtelement versehen, das aus elastischem Material besteht und an den Außenrand angespritzt werden kann. Ein solches Material sind beispielsweise Elastomere oder thermoplastische Elastomere.
Die Leiterbahnen können in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein, so dass der Grundkörper entsprechend dünn ausgebildet sein kann.
Diese gemeinsame Ebene liegt vorteilhaft parallel zur Ober- und/oder Unterseite des Grundkörpers.
Es ist aber auch möglich, die Leiterbahnen hochkant, das heißt stehend, im Grundkörper anzuordnen. In diesem Falle ist zwar die Dicke des Grundkörpers größer als bei in einer gemeinsamen Ebene mit Abstand nebeneinander liegenden Leiterbahnen, jedoch kann der Grundkörper dann schmaler ausgebildet sein.
Die Leiterbahnen sind vorteilhaft teilkreisförmig ausgebildet und liegen vorteilhaft koaxial zueinander. Dadurch können die Leiterbahnen auf kleinem Raum angeordnet werden, so dass der Grundkörper entsprechend kleine Abmessungen aufweisen kann.
Je nach Einsatzzweck des Schaltelementes ist es vorteilhaft, wenn der Grundkörper mit weiteren Taschen versehen ist. Sie können zur Aufnahme von weiteren Sensoren dienen, wie Kommutierungssensoren, Temperatursensoren und dergleichen.
Diese weiteren Taschen sind vorteilhaft einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet, so dass sie in einem Spritzgießvorgang zusammen mit dem Grundkörper hergestellt werden können.
Die Leiterbahnen sind vorteilhaft Stanzteile. Sie können aus einem Blechband oder einem Blechteil gestanzt werden. Wenn die Kontakte und weiteren Kontakte einstückig mit den Stanzteilen ausgebildet sind, werden beim Stanzvorgang auch diese Kontakte zusammen mit den Leiterbahnen ausgestanzt. Die Kontakte müssen anschließend lediglich durch einen Biegevorgang in die erforderliche Position gebracht werden.
Der erfindungsgemäße Stator zeichnet sich dadurch aus, dass er mit dem erfindungsgemäßen Schaltelement versehen ist.
Der Stator hat einen Statorflansch, der vorteilhaft mit einem ringförmigen Vorsprung versehen ist, an dem das Schaltelement mit seinem Außenrand dichtend anliegt. Der ringförmige Vorsprung ist vorteilhaft in Richtung auf die Statorwicklungen gerichtet.
Vorteilhaft liegt das Schaltelement mit dem Rand der Durchtrittsöffnung des Grundkörpers an der Statorbuchse oder am Übergang von der Statorbuchse in den Statorflansch dichtend an.
Das Schaltelement ist beim erfindungsgemäßen Stator zwischen dem Statorflansch und der Statorwicklung angeordnet. Das Schaltelement ist so vorgesehen, dass es mit seinen Kontakten die Statorwicklungen in der erforderlichen Weise kontaktiert. Das Schaltelement kann auch bei entsprechender Gestaltung des Motors zwischen dem Stator bzw. der Statorwicklung und einem Boden eines Rotors angeordnet sein.
Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
1 im Axialschnitt einen erfindungsgemäßen Stator eines Außenläufermotors mit einem erfindungsgemäßen Schaltelement,
2 im Axialschnitt den Außenläufermotor mit dem erfindungsgemäßen Schaltelement,
3 in einem Schnitt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltelementes,
4 in perspektivischer Darstellung die Oberseite des erfindungsgemäßen Schaltelementes gemäß 3,
5 in perspektivischer Darstellung die Unterseite des erfindungsgemäßen Schaltelementes,
6 in perspektivischer Darstellung in das erfindungsgemäße Schaltelement eingebettete Leiterbahnen mit Kontakten,
7 im Schnitt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltelementes,
8 in perspektivischer Darstellung die Oberseite des Schaltelementes gemäß 7,
9 in perspektivischer Darstellung die Unterseite des Schaltelementes gemäß 7,
10 in perspektivischer Darstellung in das Schaltelement gemäß 7 eingebettete Leiterbahnen mit Kontakten,
11 in perspektivischer Darstellung eine weitere Ausführungsform von in das Schaltelement eingebetteten Leiterbahnen mit Kontakten.
Das Schaltelement ist ein einteiliges Montageteil, mit dem Wicklungsspulen zu Wicklungssträngen geschaltet und eine Leiterplatine im Elektronikgehäuse des Elektromotors kontaktiert werden. Das Schaltelement weist integrierte Taschen zur Aufnahme von Sensoren, insbesondere von Kommutierungssensoren auf. Außerdem dient das Schaltelement als Dichtelement, durch welches der Motorraum des Elektromotors gegen den Elektronikraum abgedichtet wird. Das Schaltelement ist ein kostengünstiges Bauteil, das zudem einfach montiert werden kann.
In den 1 und 2 ist beispielhaft ein EC-Außenläufermotor mit einem solchen Schaltelement dargestellt. Das Schaltelement ist jedoch nicht auf die Verwendung bei einem solchen beispielhaft dargestellten Außenläufermotor beschränkt.
Der Außenläufermotor hat einen Stator 1 und einen Rotor 2. Der Rotor 2 hat ein zylindrisches Rotorgehäuse 3, an dessen Innenseite schematisch dargestellte Permanentmagnete 4 befestigt sind. Sie umgeben unter Bildung eines ringförmigen Luftspaltes 5 ein Statorpaket 6, das in bekannter Weise aus Blechlamellen gebildet ist. Das Statorpaket ist mit einer Statorwicklung versehen.
Bei einem Asynchronmotor kann anstelle der Magnete beispielsweise ein umgossenes Blechpaket für einen Kurzschlussläufer vorgesehen sein.
Das Statorpaket 6 sitzt auf einer Statorbuchse 7, in der mit Lagern 8, 9, die vorzugsweise Kugellager sind, eine Rotorwelle 10 drehbar gelagert ist. Die Lager 8, 9 liegen mit axialem Abstand voneinander und sitzen jeweils auf einer Innenschulter 11, 12 der Statorbuchse 7. Das statorseitige Lager 8 wird durch einen Sicherungsring 13 in seiner Einbaulage gesichert. Das rotorseitige Lager 9 wird durch eine Rotorbuchse 14 axial gesichert, die am Boden 15 des Rotorgehäuses 3 befestigt ist und auf der ein Kühlrad 16 mit Rotorflügeln 16' sitzt. Die Rotorbuchse 14 sitzt drehfest auf der Rotorwelle 10.
Die Lager 8, 9 sind Wälzlager, vorteilhaft Kugellager, können aber auch als Gleitlager ausgebildet sein.
Die Statorbuchse 7 besteht aus einem gut wärmeleitendem Material, vorzugsweise aus Aluminium, insbesondere aus einer Aluminium-Druckgusslegierung, und ist vorteilhaft einstückig mit einem Statorflansch 17 ausgebildet. Der Statorflansch 17 überdeckt die benachbarten Wickelköpfe der Statorwicklungen.
Der radial verlaufende Statorflansch 17 überragt das zylindrische Rotorgehäuse 3 radial.
Auf dem Rotorgehäuse 3 ist ein ringförmiger, im Schnitt L-förmiger Träger 18 befestigt. Er hat einen Radialflansch 19, dessen Außendurchmesser etwa dem Außendurchmesser des Statorflansches 17 entspricht. Auf dem Radialflansch 19 des Trägers 18 können Kühlelemente, beispielsweise Köhlrippen, vorgesehen sein. Sie liegen dem Statorflansch 17 mit axialem Abstand gegenüber. Der Radialflansch 19 des Trägers 18 liegt etwa in Höhe des freien Randes des Rotorgehäuses 3.
Der Statorflansch 17 bildet den Boden eines Elektronikgehäuses 20, in dem wenigstens eine Leiterplatine 21 untergebracht ist. Im Elektronikgehäuse 20 sind außerdem elektrische/elektronische Bauteile vorgesehen, die zum Betrieb des Elektromotors erforderlich sind. Das Elektronikgehäuse 20 wird durch einen Deckel 22 geschlossen, der abgedichtet auf das Elektronikgehäuse 20 aufgesetzt und in geeigneter Weise mit ihm, vorzugsweise lösbar, verbunden wird. In der Seitenwand 23 des Elektronikgehäuses 20 befindet sich eine Durchführöffnung 24 für ein (nicht dargestelltes) Motoranschlusskabel. Die Seitenwand 23 ist im Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Radialflansch 17 ausgebildet.
Das Elektronikgehäuse 20 kann auch ein eigenständiges Bauteil mit Seitenwand und Boden sein, das auf dem Statorflansch 17 befestigt wird.
Die Statorbuchse 7 ragt über den Statorflansch 17 vor und ragt in das Elektronikgehäuse 20. Dieser überstehende ringförmige Endabschnitt 25 der Statorbuchse 7 ragt über die dem Elektronikgehäuse 20 zugewandte Oberseite 26 und über die Leiterplatine 21 hinaus.
Zwischen dem Statorflansch 17 und den Wickelköpfen des Statorpaketes 6 befindet sich ein Schaltelement 27, mit dem die Schaltung der Motorwicklungen sowie die Kontaktierungen zum Motor und zur Leiterplatine 21 hergestellt werden. Außerdem wird mit dem Schaltelement 27 der Bereich zwischen dem Motorraum 28 und dem Elektronikraum 29 abgedichtet, der sich im Elektronikgehäuse 20 befindet und in dem die Leiterplatine 21 sowie die weiteren elektrischen/elektronischen Bauteile untergebracht sind. Das Schaltelement 27 liegt im Übergangsbereich zwischen der Statorbuchse 7 und dem Statorflansch 17.
Das Schaltelement gemäß den 3 bis 6 hat Leiterbahnen 30 bis 33 (6), die aus einem Blechband oder Blechteil gestanzt sind. Die Leiterbahnen 30 bis 33 liegen koaxial zueinander und vorteilhaft in einer Ebene (3). Die Leiterbahnen 30 bis 32 sind jeweils teilkreisförmig gestaltet, während die innere Leiterbahn 33 als geschlossener Ring ausgebildet ist. Die äußere Leiterbahn 30 erstreckt sich im Beispiel über mehr als 180°. Von ihrem inneren Rand 34 stehen radial nach innen schmale Zungen 35 ab, die am freien Ende jeweils mit einem Kontakt 36 versehen sind. Die Zungen 35 sind vorteilhaft einstückig mit der Leiterbahn 30 ausgebildet und rechtwinklig abgebogen. Die Kontakte 36 sind in vorteilhafter Weise Schneid-Klemm-Kontakte, die vorteilhaft einstückig mit den Zungen 35 ausgebildet sind. Die Kontakte 36 liegen rechtwinklig zu den Zungen 35, die sich über die Leiterbahnen 31 bis 33 hinaus erstrecken, so dass die Kontakte 36, in Achsrichtung gesehen, innerhalb des von der inneren Leiterbahn 33 umschlossenen Bereiches liegen.
An einem Ende steht von der Leiterbahn 30 eine Federzunge 37 ab, die durch entsprechendes Abbiegen des freien Endes der Leiterbahn 30 gebildet ist. Die Federzunge 37 hat einen U-förmigen Mittelabschnitt 38, an den zwei in einer gemeinsamen Ebene liegende gerade Abschnitte 39 anschließen. Das freie Ende des einen Abschnittes 39 ist hakenförmig ausgebildet, während der andere Abschnitt 39 über einen L-förmigen Verbindungsabschnitt 40 an das freie Ende der Leitungsbahn 30 anschließt.
Die Leiterbahn 31 erstreckt sich über einen größeren Winkelbereich als die Leiterbahn 30 und hat kleineren Radius als diese. Am einen Ende der Leiterbahn 31 ist eine Federzunge 37 vorgesehen, die gleich ausgebildet ist wie die Federzunge der Leiterbahn 30. Von der Innenseite der Leiterbahn 31 stehen radial nach innen Zungen 41 ab, deren freie Enden mit jeweils einem Kontakt 42 versehen sind. Sie sind ebenfalls vorteilhaft Schneid-Klemm-Kontakte und liegen senkrecht zu den Zungen 41.
Die Leiterbahn 32 wiederum hat kleineren Durchmesser als die Leiterbahn 31. An einem Ende der Leiterbahn 32 ist die Zunge 37 vorgesehen. Von der Innenseite der Leiterbahn 32 stehen radial nach innen die Zungen 43 ab, die am freien Ende mit jeweils einem Kontakt 44 versehen sind. Sie liegen senkrecht zu den Zungen 43.
Die innere, ringförmige Leiterbahn 33 weist an ihrer Innenseite radial nach innen ragende Zungen 45 auf, die am freien Ende mit jeweils einem Kontakt 46 versehen sind, der vorteilhaft als Schneid-Klemm-Kontakt ausgebildet ist und senkrecht zur Zunge 45 liegt.
Die Kontakte 36, 42, 44, 46 liegen auf einem gleichen Durchmesser im Bereich innerhalb des von der Leiterbahn 33 umschlossenen Bereiches, in Draufsicht gesehen. Die Zungen 35, 41, 43, 45, die die Kontakte 36, 42, 44, 46 mit den Leiterbahnen 30 bis 33 verbinden, sind dementsprechend unterschiedlich lang. Die Zungen sind jeweils so gegenüber den Leiterbahnen abgebogen, dass sie über die jeweils benachbarten Leiterbahnen hinweg sich erstrecken. Da die Zungen 35, 41, 43, 45 in unterschiedlichen Ebenen liegen, sind die Kontakte 36, 42, 44, 46 unterschiedlich lang, damit ihre Kontaktbereiche auf gleicher Höhe liegen.
Die Kontakte 36, 42, 44, 46 sind so an den Leiterbahnen 30 bis 33 vorgesehen, dass sie über den Umfang des Schaltelementes gleichen Abstand voneinander haben.
Die Federzungen 37 der Leiterbahnen 30 bis 32 liegen mit geringem Abstand nebeneinander und sind jeweils gleich ausgebildet. Sie erstrecken sich von den Leiterbahnen 30 bis 32 aus entgegengesetzt zu den Kontakten 36, 42, 44, 46. Die Federzungen 37 liegen radial außerhalb der äußeren Leiterbahn 30.
Da die Leiterbahnen mit den Federzungen, den Zungen und Kontakten in vorteilhafter Weise einstückig ausgebildet sind, lassen sie sich sehr kostengünstig und einfach herstellen. Die Federzungen 37 sowie die Zungen 35, 41, 43, 45 werden in der gewünschten Weise gebogen. Auch die Kontakte 36, 42, 44, 46 werden durch einen Biegevorgang an den freien Enden der Zungen 35, 41, 43, 45 hergestellt.
Die Leiterbahnen 30 bis 33 mit den Federzungen 37, den Zungen 35, 41, 43, 45 und den Kontakten 36, 42, 44, 46 werden in Kunststoff mit elektrisch isolierenden Eigenschaften eingebettet. Als Kunststoffe kommen beispielsweise Polyamide, Polyethylenterephthalat, Polytutylenterephthalat, Polypropylen etc. in Betracht. Je nach Einsatzfall können auch zwei Kunststoffarten eingesetzt werden. Die Leiterbahnen 30 bis 33 sind vollständig eingebettet (3). Die Kontakte 36, 42, 44, 46 stehen über eine Seite des Schaltelementes 27 vor (3 bis 5). Mit ihnen werden die Wicklungsspulen des Stators 1 zu Wicklungssträngen geschaltet (parallel oder seriell). Der Kunststoff bildet einen Grundkörper 47 des Schaltelementes 27. Er hat kreisförmigen Umriss und ist ringförmig ausgebildet. Durch die zentrale Öffnung 48 des Grundkörpers 47 ragt die Statorbuchse 7. An dem die Öffnung 48 begrenzenden Rand 49 kann eine elastische Dichtung vorgesehen sein, die beispielsweise aus elastomerem oder thermoplastischem Kunststoff besteht und dichtend am Übergang von der Statorbuchse 7 zum Statorflansch 17 anliegt. Die Kontakte 36, 42, 44, 46 liegen mit Abstand zu diesem Rand 49 auf einem gemeinsamen Durchmesser. Wie sich aus den 3 und 4 ergibt, stehen die Kontakte 36, 42, 44, 46 senkrecht über die Oberseite 50 eines ringförmigen Innenteiles 51 des Grundkörpers 47 vor. An die Oberseite 50 schließt eine Ringwand 52 an, die senkrecht zur Oberseite 50 liegt und die Oberseite 50 des Innenteiles 51 mit einer Oberseite 53 eines ringförmigen Außenteiles 54 verbindet. Der Außenteil 54 hat wesentlich größere radiale Breite als der Innenteil 51. Der ringförmige Außenteil 54 wird von einem erhöhten Rand 55 radial außen begrenzt. Der Außenteil 54 hat, wie sich aus 3 ergibt, größere Dicke als der Innenteil 51.
Der Grundkörper 47 hat einen umlaufenden Randbereich 56, der wesentlich dünner ist als der Außenteil 54. Die Oberseite 57 des Randbereiches 56 ist wie die Oberseite 50, 53 des Innen- und des Außenteiles 51, 54 eben. Der Randbereich 56 hat über seinen Umfang gleiche Breite. Auch der Innenteil 51 und der Außenteil 54 haben über den Umfang jeweils konstante radiale Breite.
Der Randbereich hat einen abgesetzten dünnen Rand 58, der über den Umfang des Grundkörpers 47 verläuft. Dieser Rand 58 kann aus einem elastischen, dichtenden Material, wie Elastomere oder thermoplastische Elastomere, bestehen, mit dem das Schaltelement 27 in der Einbaulage an der Innenseite eines ringförmigen Vorsprunges 59 (1) des Statorflansches 17 dichtend anliegt.
Der Randbereich 56 weist beispielhaft drei in Umfangsrichtung mit geringem Abstand nebeneinander liegende Taschen 60 (3 und 4) auf, die Kommutierungssensoren aufnehmen. Diese Taschen 60 sind vorteilhaft einstückig mit dem Grundkörper 47 ausgebildet. Sie stehen senkrecht von der Oberseite 57 des Randbereiches 56 ab und erstrecken sich in gleicher Richtung wie die Kontakte 36, 42, 44, 46. Die Taschen 60 überragen den Rand 55 und auch die Kontakte 36, 42, 44, 46 in Axialrichtung. Auch die Kontakte 36, 42, 44, 46 sind so lang, dass sie über den Rand 55 axial vorstehen.
Der Grundkörper 47 des Schaltelementes 27 hat eine ebene Unterseite 61, deren radial innerer Rand 62 (3) abgeschrägt in den Rand 49 der Öffnung 48 übergeht. Die Federzungen 37 ragen senkrecht über die Unterseite 61 und sind von einer Tasche 63 umgeben. Sie ist vorteilhaft einstückig mit dem Grundkörper 47 ausgebildet, kann aber auch ein von ihm getrenntes Bauteil sein, das in geeigneter Weise auf der Unterseite 61 befestigt wird. Innerhalb der Tasche 63 liegen die Federzungen 37 geschützt.
Mit umfangsseitigem Abstand zur Tasche 63 steht von der Unterseite 61 eine weitere Tasche 64 ab, die zur Aufnahme eines Sensors, beispielsweise eines Temperatursensors, vorgesehen ist. Auch diese Tasche 64 ist vorteilhaft einstückig mit dem Grundkörper 47 ausgebildet, kann aber auch als gesondertes Bauteil an der Unterseite 61 befestigt werden.
Mit dem den Grundkörper 47 bildenden Kunststoff kann das Stanzgitter, das aus den Leiterbahnen 30 bis 33, den Zungen 35, 41, 43, 45, den Federzungen 37 und den Kontakten 36, 42, 44, 46 gebildet wird, mediendicht umspritzt werden. Die am Rand 49 sowie die am Rand 58 vorgesehene elastische Dichtung lässt sich ebenfalls sehr einfach anspritzen. Auf den Außenteil 54 kann eine Vergussmasse an den erforderlichen Stellen aufgebracht werden. Der Rand 55 dient hierbei als äußere Begrenzung für die Vergussmasse.
Die Leiterbahnen 30 bis 33 liegen in einer gemeinsamen Ebene (3), die parallel zur Ober- und zur Unterseite 53, 61 des Grundkörpers 47 verläuft. Die Dicke des Grundkörpers 47 beträgt ein Mehrfaches der Dicke der Leiterbahnen 30 bis 33, die vorteilhaft gleich dick sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Leiterbahnen 30 bis 33 einen Abstand zur Oberseite 53 des Grundkörpers 47, der wesentlich kleiner ist als der Abstand zur Unterseite 61. Die Leiterbahnen 30 bis 33 können aber auch beispielsweise mittig im Grundkörper 47 angeordnet sein.
Wie aus den 1 und 2 hervorgeht, wird das Schaltelement 37 so eingebaut, dass die Unterseite 61 dem Statorflansch 17 zugewandt ist. Die Taschen 63, 64 ragen durch entsprechende Öffnungen 65 im Statorflansch 17 bis in den Elektronikraum 29 des Elektronikgehäuses 20 (1). Über die Federkontakte 37 wird die Verbindung zur Leiterplatine 21 bzw. dem auf ihr sitzenden Controller hergestellt, die (der) mit entsprechenden Gegenkontakten versehen ist. Die über die andere Seite des Schaltelementes 27 ragenden Kontakte 36, 42, 44, 46 dienen zur Schaltung der Wicklungsspulen zu Wicklungssträngen. Je nach Art des Elektromotors können mit Hilfe dieser Kontakte die Statorwicklungen zu Parallel- oder Reihenanordnungen sowie zu Stern- oder Dreieckschaltungen.
Mit dem Schaltelement 27 ist eine einfache Montage bei einer minimalen Zahl von Bauteilen gewährleistet, um die elektrische Verbindung zwischen den Statorwicklungen und der Leiterplatine 21 bzw. dem Controller herzustellen und den Elektronikraum 29 gegenüber dem Motorraum 28 abzudichten. Auch der Bereich, in dem die Taschen 63, 64 durch die Öffnungen 65 des Statorflansches 17 ragen, ist abgedichtet.
Das Schaltelement 27 bildet ein Hybridelement, da es zur Schaltung der Motorwicklungen und zur Kontaktierung zum Motor und zum entsprechenden Controller auf der Leiterplatine 21 und außerdem noch zur Abdichtung des Bereiches zwischen dem Motorraum 28 und dem Elektronikraum 29 dient. Für diese unterschiedlichen Funktionen ist lediglich das Schaltelement 27 vorgesehen, das dadurch eine sehr einfache Kontaktierung, Abdichtung und Montage des entsprechenden Elektromotors ermöglicht.
Das Schaltelement 27 kann für unterschiedlichste Arten von Elektromotoren eingesetzt werden. Der Einsatz ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel eines Außenläufermotors beschränkt.
Das Schaltelement gemäß den 7 bis 10 ist grundsätzlich gleich ausgebildet wie das vorige Ausführungsbeispiel. Die Leiterbahnen 30 bis 33 sind aber stehend angeordnet (7). Sie sind in den den Grundkörper 47 bildenden Kunststoff eingebettet. Von den Leiterbahnen 30 bis 32 stehen radial nach außen verlaufende Zungen 35, 41, 43 ab, an deren freien Enden sich die Kontakte 36, 42, 44 befinden. Die Zungen 35, 41, 43 sind wiederum vorteilhaft einstückig mit den Leiterbahnen 30 bis 32 ausgebildet. Auch die Kontakte 36, 42, 44 sind vorteilhaft einstückig mit den Zungen 35, 41, 43 ausgebildet. Die Zungen und/oder die Kontakte können aber auch getrennte Bauteile sein, die mit den Leiterbahnen 30 bis 32 bzw. den Zungen 35, 41, 43 in geeigneter Weise verbunden werden.
Die Kontakte 36, 42, 44 liegen nahe dem äußeren Rand des Grundkörpers 47 auf dem gleichen Durchmesser. Die Kontakte stehen senkrecht vor und sind vorteilhaft Schneid-Klemm-Kontakte. Da diese Kontakte auf dem gleichen Durchmesser liegen, sind die Zungen 35, 41, 43 entsprechend unterschiedlich lang. Sie sind so vorgesehen, dass sie die entsprechenden Leiterbahnen ohne Kontakt radial überragen (10).
Die innere Leiterbahn 33 hat die Kontakte 46, die unmittelbar an die Leiterbahn 33 anschließen (10). Diese Kontakte 46, die vorteilhaft Schneid-Klemm-Kontakte sind, liegen somit in der gleichen Ebene wie die Leiterbahn 33. Die Kontakte 46 liegen ebenfalls auf einem gemeinsamen Durchmesser und dienen wie bei der vorigen Ausführungsform zur Verschaltung der Wicklungsspulen.
Die Leiterbahnen 30 bis 32 sind mit Kontakten 37a versehen, die radial mit Abstand hintereinander liegen und flache Zungen sind. Die Kontakte 37a sind vorteilhaft einstückig mit den Leiterbahnen 30 bis 32 ausgebildet.
Die Leiterbahnen mit den Zungen und Kontakten werden in einfacher Weise aus einem Blechband oder einem Blechteil gestanzt und in die in 10 dargestellte Form gebogen.
Im Unterschied zur vorigen Ausführungsform sind die Kontakte für die Statorwicklungen auf zwei Durchmesser verteilt angeordnet.
Der Grundkörper 47, der wie beim vorigen Ausführungsbeispiel die Leiterbahnen 30 bis 33 vollständig umgibt, hat die zentrale Öffnung 48, durch welche die Statorbuchse 7 ragt. Der Rand 49 der Öffnung 48 kann als elastische Dichtung ausgebildet sein, die am Umfang der Statorbuchse 7 bzw. am Übergang von der Statorbuchse 7 zum Statorflansch 17 dichtend anliegt. Die innen liegenden Kontakte 46 stehen über die ringförmige Oberseite 50 eines Innenteiles 51 axial vor. Der Innenteil 51 wird vom ringförmigen Außenteil 54 umgeben, der dicker als der Innenteil 51 ist (7). Die Oberseite 50 des Innenteiles 51 geht über einen Absatz in die Oberseite 53 des Außenteiles 54 über. Der Außenteil 54 wird am äußeren Rand durch eine Ringwand 66 begrenzt, die mit geringem Abstand die äußeren Kontakte umgibt. Die Ringwand 66 hat etwa gleiche Höhe wie die äußeren Kontakte. In der Einbaulage wird an den erforderlichen Stellen auf die Oberseiten 50, 53 des Innen- und des Außenteiles 51, 54 eine Vergussmasse aufgebracht. Wie beim vorigen Ausführungsbeispiel ist das Schaltelement 27 entsprechend der umlaufenden äußeren Wand 66 wannenförmig ausgebildet. Die Ringwand 66 verhindert, dass die Vergussmasse unkontrolliert verläuft.
Die ringförmige Unterseite 61 des Schaltelementes 27 ist eben und wird von den Kontakten 37a durchsetzt. Die Kontakte 37a sind abgedichtet durch den Außenteil 54 nach außen geführt.
Die Ringwand 66 ist durch einen schmalen, in einer Radialebene des Grundkörpers 47 liegenden Ringsteg 67 (7 und 9) an die Außenseite des Grundkörpers 47 angebunden.
Im Unterschied zur vorigen Ausführungsform befinden sich die Kontakte 37a nicht in einer Tasche, sondern liegen frei. Selbstverständlich können die Kontakte 37a aber auch von einer Tasche umgeben sein, die entweder einstückig mit dem Grundkörper 47 ausgebildet oder als gesondertes Bauteil auf der Unterseite 61 des Grundkörpers 47 befestigt ist.
Mit dem einzigen Schaltelement 27 ist es wiederum möglich, die Schaltungen der Motorwicklungen sowie die Kontaktierungen zum Motor sowie zum Controller auf der Leiterplatine 21 herzustellen. Zugleich wird durch das Schaltelement 27 der Bereich zwischen dem Motorraum 28 und dem Elektronikraum 29 abgedichtet. Der Ringsteg 67 des Grundkörpers 47 kann als Dichtung eingesetzt werden, mit der das Schaltelement 27 am ringförmigen Vorsprung 59 des Statorflansches 17 dichtend anliegt.
11 zeigt beispielhaft, dass die Leiterbahnen, die aus einem Blechband oder Blechteil gestanzt werden, auch andere Form haben können, als zuvor anhand der vorigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist. Beim Ausführungsbeispiel nach 11 sind acht Leiterbahnen 30 bis 33, 33a bis 33d vorgesehen, die entsprechend der vorigen Ausführungsform im Grundkörper 47 stehend angeordnet sind. Die Kontakte liegen wiederum auf zwei Durchmessern, wobei die eine Kontaktreihe im Bereich außerhalb der Leiterbahnen und die innere Kontaktreihe im Wesentlichen innerhalb des von den Leiterbahnen umschlossenen Bereiches angeordnet sind. Die Kontakte 37a sind wie beim vorigen Ausführungsbeispiel entgegengesetzt zu den Kontakten axial gerichtet und radial mit Abstand hintereinander angeordnet.
Die Kontakte 37a, die entsprechend der vorigen Ausführungsform gestaltet sind, sind an den freien Enden der Leiterbahnen 33b bis 33d vorgesehen. Diese Leiterbahnen sind wesentlich kürzer als die Leiterbahnen 30 bis 33 und sind außer mit dem Kontakt 37a noch mit einer entsprechenden, radial nach außen verlaufenden, den entsprechenden Kontakt tragenden Zunge versehen.
Die Leiterbahnen mit den Zungen und Kontakten werden aus einem Blechband/Blechteil gestanzt und in die gewünschten Formen gebogen. Anschließend wird dieses Stanzgitter entsprechend den vorigen Ausführungsformen in Kunststoff so eingebettet, dass die Kontakte für die Statorwicklungen über die eine Seite und die Kontakte 37a über die andere Seite des Grundkörpers 47 des Schaltelementes 27 ragen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich das Schaltelement 27 zwischen dem Statorflansch 17 und der Statorwicklung. Bei entsprechender Gestaltung des Motors kann das Schaltelement 27 auch zwischen dem Boden 15 des Rotors 2 und der benachbarten Statorwicklung angeordnet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007047295 A1 [0002]
DE 202005010252 U1 [0003]
DE 102009049737 A1 [0004]

Claims

Schaltelement für einen Elektromotor, mit Leiterbahnen, die in einen aus Kunststoff bestehenden Grundkörper eingebettet und mit Kontakten für eine Statorwicklung versehen sind, die über eine Seite des Grundkörpers ragen, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (27) über die andere Seite des Grundkörpers (47) ragende weitere Kontakte (37, 37a) aufweist, die mit zugehörigen Leiterbahnen (30 bis 33, 33a bis 33d) elektrisch leitend verbunden sind, und dass ein äußerer Rand und/oder ein Rand (49) einer Durchtrittsöffnung (48) als Dichtrand ausgebildet ist.
Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Kontakte (37, 37a) einstückig mit den Leiterbahnen (30 bis 33, 33a bis 33d) ausgebildet sind.
Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (36, 42, 44, 46) für die Statorwicklung einstückig mit den Leiterbahnen (30 bis 33, 33a bis 33d) ausgebildet und vorzugsweise Schneid-Klemm-Kontakte sind.
Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Kontakte (37) als Federzungen ausgebildet sind.
Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Kontakte (37, 37a) in wenigstens einer Tasche (63) untergebracht sind.
Schaltelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche (63) einstückig mit dem Grundkörper (47) ausgebildet ist.
Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (36, 42, 44, 46) für die Statorwicklung in wenigstens einer ringförmigen Reihe mit Abstand hintereinander angeordnet sind.
Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (47) ringförmig ausgebildet ist.
Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (47) eine mittige Öffnung (48) für den Durchtritt einer Statorbuchse (7) aufweist.
Schaltelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Rand (49) der Durchtrittsöffnung (48) ein Dichtelement vorgesehen, vorzugsweise angespritzt ist.
Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich, über den die Kontakte (36, 42, 44, 46) für die Statorwicklung ragen, wannenförmig ausgebildet ist.
Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (47) nahe seinem Außenrand eine Ringwand (55, 66) aufweist, die in gleicher Richtung wie die Kontakte (36, 42, 44, 46) für die Statorwicklung über die Oberseite (53) des Grundkörpers (47) vorsteht.
Schaltelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringwand (55, 66) mit dem Grundkörper (47) einstückig ausgebildet ist.
Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenrand des Grundkörpers (47) ein Dichtelement vorgesehen, vorzugsweise angespritzt ist.
Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (30 bis 33) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
Schaltelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Ebene parallel zur Ober- und/oder Unterseite (53, 61) des Grundkörpers (47) liegt.
Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (30 bis 33, 33a bis 33d) hochkant im Grundkörper (47) angeordnet sind.
Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (30 bis 33, 33a bis 33d) teilkreisförmig ausgebildet sind.
Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (30 bis 33, 33a bis 33d) koaxial zueinander liegen.
Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (47) mit weiteren Taschen (60, 64) zur Aufnahme von Sensoren versehen ist.
Schaltelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Taschen (60, 64) einstückig mit dem Grundkörper (47) ausgebildet sind.
Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (30 bis 33, 33a bis 33d) Stanzteile sind.
Stator mit einem Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22.
Stator nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) einen Statorflansch (17) aufweist, der mit einem ringförmigen Vorsprung (59) versehen ist, an dem das Schaltelement (27) mit seinem Außenrand dichtend anliegt.
Stator nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (27) mit dem Rand (49) der Durchtrittsöffnung (48) des Grundkörpers (47) dichtend an der Statorbuchse (7) oder am Übergang von der Statorbuchse (7) in den Statorflansch (17) anliegt.
Stator nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (27) zwischen dem Statorflansch (17) und der Statorwicklung oder zwischen der Statorwicklung und einem Boden (15) eines Rotors (2) angeordnet ist.
Elektromotor mit einem Schaltelement (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 22.
Elektromotor mit einem Stator (1) nach einem der Ansprüche 23 bis 26.