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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor oder Stator eines Elektromotors. Der Elektromotor ist insbesondere Teil einer Fluidförderpumpe. Bei der Fluidförderpumpe handelt es sich besonders vorteilhaft um eine Ölpumpe oder Hydraulikpumpe zur Bewegung eines Fahrzeugs.
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Rotoren oder Statoren eines Elektromotors weisen Wicklungen auf, die von einem elektrischen Strom durchflossen werden, um elektrische Felder zu erzeugen. Dabei sind in der Wicklung mehrere Phasen realisiert, die unabhängig voneinander angesteuert werden können. Auf diese Weise kann eine Kommutierung des Elektromotors erfolgen, um stets das geforderte elektrische Feld zu erzeugen, das zu einem Antrieb des Rotors notwendig ist. Beispiele für solche Elektromotoren mit entsprechenden Wicklungen sind aus der
DE 10 2015 226 000 A1 , der
DE 10 2011 011 809 A1 , der
WO 2011 045 016 A2 , der
US 2016/126815 A1 und der
EP 2 913 911 A1 bekannt. Allerdings führt bei allen diesen gezeigten Techniken eine Vielzahl von Kontaktstellen an einer Statorwicklung zu Komplexität bei der Verschaltung der Phasen der Statorwicklungen. Außerdem ist teilweise ein Verschaltring notwendig, um die Teilwicklungen jeder Phase entsprechend ansteuern zu können. All dies führt zu hohen Herstellungskosten und zu hohen Kontaktwiderständen, die eine Effizienz des Elektromotors negativ beeinflussen. Außerdem wird ein großer Bauraum benötigt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Rotor oder Stator für einen Elektromotor bereitzustellen, der bei einfacher und kostengünstiger Herstellung und Montage einen minimierten Bauraum aufweist.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Die Aufgabe wird somit gelöst durch einen Rotor oder Stator für einen Elektromotor einer Fluidförderpumpe, der eine Wicklung aufweist. Die Wicklung umfasst mehrere Teilwicklungen, wobei jede Teilwicklung eine Phase darstellt. Somit ist vorgesehen, dass sich die Teilwicklungen unabhängig voneinander ansteuern lassen, um entsprechende Drehfelder innerhalb des Elektromotors zu erzeugen, die zu einer relativen Rotationsbewegung zwischen Rotor und Stator führen. Es ist weiterhin vorgesehen, dass die gesamte Wicklung aus einem durchlaufenden Draht gefertigt ist. Der Draht ist insbesondere zwischen einem Beginn und einem Ende unterbrechungsfrei ausgebildet. Somit ist die gesamte Wicklung, d.h. sämtliche Teilwicklungen, aus einem ununterbrochenen Draht gefertigt. Dies vereinfacht das Herstellen der Wicklung und führt zu geringen Herstellungskosten und kurzen Herstellungszeiten. Außerdem ist durch den Wegfall von Verbindungsstellen ein gesamter elektrischer Widerstand der Wicklung minimiert. Die einzelnen Teilwicklungen lassen sich dennoch individuell ansteuern und ermöglichen somit das Erzeugen gewünschter Drehfelder innerhalb des Elektromotors. Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass es sich bei der Wicklung um eine Statorwicklung handelt. Der Rotor weist vorteilhafterweise lediglich Permanentmagneten auf. Allerdings ist ebenso möglich, dass der Rotor die Wicklung aufweist, wobei eine Übertragung von elektrischer Energie auf den Rotor insbesondere durch Schleifkontakte oder ähnliches erfolgen kann.
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Vorteilhafterweise sind die Teilwicklungen in einer Dreieck-Reihenschaltung verschaltet. Dabei bilden insbesondere Eckpunkte der Dreieck-Reihenschaltung Anschlusspunkte der Wicklung, so dass jede der Teilwicklungen individuell ansteuerbar ist. Durch die Dreieck-Reihenschaltung ist insbesondere erreicht, dass die Wicklung drei Phasen aufweist, wobei jede Phase durch eine Teilwicklung realisiert ist. Die Teilwicklungen umfassen vorteilhafterweise mehrere Spulen. Die Spulen sind innerhalb der Teilwicklungen hintereinandergeschaltet. Somit lassen sich die Teilwicklungen und damit die Phasen beliebig an dem Rotor und/oder Stator verteilen.
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An einer Übergangsstelle zwischen den Teilwicklungen ist der Draht der Wicklung als Leiterschleife aus der Wicklung herausgeführt. Somit ist ein Anschlusspunkt definiert, wobei durch ein Anlegen einer elektrischen Spannung an zwei der Anschlusspunkte ein elektrischer Stromfluss in einer Teilwicklung erreichbar ist. Somit lassen sich über die Anschlusspunkte die Teilwicklungen ansteuern, so dass jede Phase individuell angesteuert werden kann. Da jede Teilwicklung eine Phase darstellt, ist somit an jedem Übergangspunkt zwischen zwei Phasen eine Verbindung externer Geräte mit der Wicklung ermöglicht. Dies wird über den Anschlusspunkt realisiert.
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Besonders vorteilhaft stellen ein Beginn und ein Ende der Wicklung gemeinsam einen weiteren Anschlusspunkt dar. Besonders vorteilhaft sind drei Teilwicklungen vorhanden, so dass zwei Übergangsstellen vorhanden sind, an denen der Draht als Leiterschleife aus der Wicklung herausgeführt ist und wodurch zwei Anschlusspunkte gebildet sind. Ein dritter Anschlusspunkt ist gemeinsam durch den Beginn und das Ende der Wicklung realisiert. Da der die Wicklung bildende Draht durchlaufend und Unterbrechungsfrei ist, sind lediglich ein einziges Ende und ein einziger Beginn der Wicklung vorhanden. Durch die bevorzugten drei Anschlusspunkte ist insbesondere die zuvor beschriebene Dreieck-Reihenschaltung realisierbar.
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Der Draht ist an den Anschlusspunkten vorteilhafterweise mit einem Gegenelement verschweißbar oder verlötbar. Auf diese Weise ist eine elektrische Kontaktierung des Drahts mit dem Gegenelement an drei Positionen unabhängig voneinander ermöglicht. Auf diese Weise ist die Wicklung mit einem Gegenelement, besonders bevorzugt mit einem Steuergerät oder einer Leistungselektronik, elektrisch verbindbar. Hierzu kann auf zusätzliche Bauteile, die im Stand der Technik notwendig sind, verzichtet werden. Insbesondere wird kein Anschlussring benötigt, da nicht unabhängige Teilwicklungen zu einer Phase zusammenzufassen sind. Vielmehr ist lediglich eine direkte Verbindung des Drahts an den Anschlussstellen ermöglicht. Somit ist einerseits Bauraum einsparbar, andererseits ist ein gesamter Kontaktwiderstand der Wicklung verringert.
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Die Wicklung ist vorteilhafterweise auf einer Vielzahl von Zähnen eines Grundkörpers des Rotors oder Stators angebracht. Die Zähne sind an dem Grundkörper entlang einer Umfangsrichtung angeordnet und weisen jeweils eine Spule einer Teilwicklung auf. Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Teilwicklungen der unterschiedlichen Phasen alternierend und/oder verschachtelt an den Zähnen angebracht sind. Dies bedeutet, dass die Spulen jeder Teilwicklung nicht an benachbarten Zähnen angebracht sind, sondern benachbart zu Spulen anderer Teilwicklungen.
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Besonders vorteilhaft ist erreicht, dass jeder Zahn eine Spule einer Teilwicklung einer solchen Phase aufweist, die von den Phasen der Teilwicklungen der Spulen benachbarter Zähne verschieden ist. Dies bedeutet, dass keine zwei Spulen der gleichen Teilwicklungen an benachbarten Zähnen angebracht sind. Vorteilhafterweise sind an den beiden benachbarten Zähnen Spulen unterschiedlicher Teilwicklungen angebracht. Somit wird das zuvor beschriebene Verschachteln der einzelnen Teilwicklungen erreicht. Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass die Wicklung aus einem einzigen Draht unterbrechungsfrei gefertigt ist.
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Die Erfindung betrifft außerdem einen Elektromotor. Der Elektromotor umfasst einen Rotor und einen Stator. Es ist vorgesehen, dass entweder der Rotor oder Stator ein Rotor oder Stator wie zuvor beschrieben ist. Somit ist der Elektromotor einfach und aufwandsarm fertigbar und weist einen geringen Bauraum auf. Gleichzeitig ist ermöglicht, dass ein geringer elektrischer Kontaktwiderstand der Wicklung des Stators oder Rotors entsteht. Somit lässt sich der Elektromotor sehr effizient betreiben.
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Schließlich betrifft die Erfindung eine Fluidförderpumpe. Die Fluidförderpumpe umfasst einen Elektromotor wie zuvor beschrieben. Außerdem umfasst die Fluidförderpumpe eine Pumpvorrichtung zum Fördern von Fluid. Die Pumpvorrichtung ist von dem Elektromotor antreibbar. Bei der Pumpvorrichtung handelt es sich vorteilhafterweise um eine Zahnradpumpvorrichtung, besonders bevorzugt um einen Zahnring, in dem ein Zahnrad exzentrisch angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich vorteilhaft Fluid fördern.
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Die Fluidförderpumpe weist vorteilhafterweise ein Steckerelement auf. Der Draht der Wicklung des Rotors oder Stators des Elektromotors der Pumpe ist unmittelbar an dem Steckerelement angebracht. Das Steckerelement dient zum Koppeln der Fluidförderpumpe mit einem Steuergerät und/oder einer Leistungselektronik. Somit ist auch der Bauraum der Fluidförderpumpe minimiert, da direkt der Draht der Wicklung an dem Steckerelement zur externen Verbindung der Fluidförderpumpe angebracht werden kann. Es sind keine zusätzlichen Komponenten notwendig, insbesondere kann auf Verschaltringe oder ähnliches verzichtet werden. Somit ist wiederum erreicht, dass ein geringer elektrischer Kontaktwiderstand vorhanden ist. Außerdem ist der Bauraum der Fluidförderpumpe optimiert.
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Die Wicklung ist insbesondere von außen auf einen Polkern aufgebracht. Dies bedeutet, dass der Polkern Zähne aufweist, die sich bezüglich einer Mittelachse des Rotors oder Stators radial nach außen erstrecken und an einer radialen Innenseite miteinander verbunden sind. Das Aufbringen der Wicklung auf den Polkern von außen erfolgt insbesondere durch direktes bewickeln des Polkerns oder alternativ durch Bewickeln von Spulenkörpern und aufbringen der Spulenkörpervon außen auf den Polkern. Im ersteren Fall ist der Rotor oder Stator einfach und aufwandsarm zu fertigen. Der letztere Fall gleichzeitig aber den Wickelprozess. Der Polkern kann bevorzugt mit einem Außenring kombiniert werden, der sich radial außerhalb um die Zähne des Polkerns erstreckt und mit den Zähnen in Kontakt steht.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Fluidförderpumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische Ansicht eines Wickelschemas des Rotors oder Stators des Elektromotors der Fluidförderpumpe gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 3 eine schematische Ansicht eines Stators des Elektromotors der Fluidförderpumpe gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die 1 zeigt schematisch eine Fluidförderpumpe 10. Die Fluidförderpumpe 10 ist insbesondere zum Fördern von Öl innerhalb eines Fahrzeugs ausgelegt. Dazu ist eine Pumpenvorrichtung 17 vorhanden, die einen Zahnring 18 und ein Zahnrad 19 umfasst, wobei das Zahnrad 19 exzentrisch in dem Zahnring 18 angebracht ist. Ein Antrieb des Zahnrads 19 erfolgt durch eine Welle 12.
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Des Weiteren weist die Fluidförderpumpe 10 einen Elektromotor 2 auf. Der Elektromotor 2 umfasst einen Stator 1 und einen Rotor 11, wobei der Rotor 11 mit der Welle 12 zur Drehmomentübertragung gekoppelt ist. Der Stator 1 des Elektromotors 2 der Fluidförderpumpe 10 ist als Stator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet. Der Rotor 11 umfasst vorteilhafterweise mehrere Permanentmagnete (nicht gezeigt).
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Die Fluidförderpumpe 10 umfasst ein Steckerelement 16 zum Kontaktieren einer Statorwicklung des Stators 1 mit externen Gegenelementen, insbesondere mit einer Leistungselektronik und/oder einem Steuergerät. Dabei ist vorgesehen, dass eine Drahtwicklung des Stators 1 unmittelbar mit dem Steckerelement 16 verbunden ist. Auf diese Weise sind ein Kontaktwiderstand und ein Bauraumbedarf minimiert. Die Ausgestaltung der Drahtwicklung des Stators 1 ist nachfolgend in 2 gezeigt.
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In 2a ist gezeigt, dass der Stator 1 eine Wicklung 4 aufweist, die als Dreieck-Reihenschaltung ausgelegt ist. Die Wicklung 4 umfasst drei Phasen 100, 200, 300, wobei jede Phase 100, 200, 300 durch eine Teilwicklung 5 gebildet ist. Jede Teilwicklung 5 umfasst wiederum eine Vielzahl von Spulen 20. Es ist vorgesehen, dass die gesamte Wicklung 4 aus einem einzigen Draht 6 (vgl. 3) unterbrechungsfrei gefertigt ist. Somit weist die Wicklung 4, wie in 2b und 2c gezeigt, lediglich einen Beginn 13 und ein Ende 14 auf. Zwischen dem Beginn 13 und dem Ende 14 der Wicklung 4 sind sämtliche Teilwicklungen 5 und sämtliche Spulen 20 aus demselben Draht 6 ausgeformt.
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Um die Wicklung 4 mit dem Steckerelement 16 zu verbinden, sind drei Anschlusspunkte 7 realisiert. Die Anschlusspunkte 7 sind an Übergangsstellen 15 zwischen den einzelnen Teilwicklungen 5 vorhanden. Ein weiterer Anschlusspunkt 7 ist gemeinschaftlich durch den Beginn 13 und das Ende 14 gebildet. Somit sind drei Anschlusspunkte 7 vorhanden, wobei ein Anschlusspunkt 7 gemeinschaftlich durch Beginn 13 und Ende 14 der Wicklung 4 gebildet ist, während die beiden anderen Anschlusspunkte 7 durch jeweils eine Übergangsstelle 15 zwischen zwei Teilwicklungen 5 gebildet sind.
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Die 2b und 2c zeigen zwei alternative Verschaltungsanordnungen zum Entflechten der einzelnen Spulen 20 aus der Dreieck-Reihenschaltung. Die einzelnen Spulen 20 können in der vorgesehenen Nummerierung an Zähnen 8 (vgl. 3) eines Grundkörpers 9 (vgl. 3) des Stators 1 angebracht werden, wobei die Reihenfolge der Nummerierung entspricht. Dabei ist erreicht, dass die Spulen 20 der einzelnen Teilwicklungen 5 verschachtelt angeordnet sind. Dies ist insbesondere auch in 3 gezeigt.
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3 zeigt schematisch einen Querschnitt des Stators 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Stator 1 umfasst den Grundkörper 9, wobei an dem Grundkörper 9 Zähne 8 angebracht sind, die entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Jedem Zahn 8 ist dabei eine der Phasen 100, 200, 300 zugewiesen. Außerdem ist an jedem Zahn 8 eine der Spulen 20 angebracht. Insbesondere werden die Spulen 20 in dem in 2b oder 2c gezeigten Schema an den Zähnen 8 angebracht. Somit ist erreicht, dass ein Zahn 8 einer Phase 100, 200, 300 zugeordnet ist, die unterschiedlich von den beiden Phasen 100, 200, 300 der benachbarten Zähne 8 ist. Auch ist jeder Zahn 8 benachbart zu Zähnen 8 unterschiedlicher Phasen 100, 200, 300 angeordnet. Somit sind die Zähne 8 in Umlaufrichtung alternierend den einzelnen Phasen 100, 200, 300 zugeordnet.
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An den Übergangsstellen 15 zwischen den Teilwicklungen 5, die die Phasen 100, 200, 300 bilden, ist der Draht 6 der Wicklung 4 als Leiterschleife 3 aus der Wicklung 4 und insbesondere auch aus dem Stator 1 herausgeführt. An dieser Leiterschleife 3 ist einerderAnschlusspunkte 7 realisiert. Auch sind bevorzugt der Beginn 13 und das Ende 14 aus der Wicklung 4 und aus dem Stator 1 herausgeführt und bilden gemeinschaftlich einen dritten Anschlusspunkt 7. Die drei Anschlusspunkte lassen sich mit dem in 1 gezeigten Steckerelement koppeln. Auf diese Weise wird ein platzsparender Aufbau erreicht, wobei gleichzeitig ein Kontaktwiderstand bzw. Übergangswiderstand minimiert ist. Die Wicklung 4 bleibt dabei zwischen dem Beginn 13 und dem Ende 14 unterbrechungsfrei und ist somit weiterhin durch einen durchlaufenden Draht 6 gebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Elektromotor
- 3
- Leiterschleife
- 4
- Wicklung
- 5
- Teilwicklung
- 6
- Draht
- 7
- Anschlusspunkt
- 8
- Zahn
- 9
- Grundkörper
- 10
- Fluidförderpumpe
- 11
- Rotor
- 12
- Welle
- 13
- Beginn
- 14
- Ende
- 15
- Übergangsstelle
- 16
- Steckerelement
- 17
- Pumpenvorrichtung
- 18
- Zahnring
- 19
- Zahnrad
- 20
- Spule
- 100
- Phase
- 200
- Phase
- 300
- Phase
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015226000 A1 [0002]
- DE 102011011809 A1 [0002]
- WO 2011045016 A2 [0002]
- US 2016126815 A1 [0002]
- EP 2913911 A1 [0002]
