DE102020126842A1

DE102020126842A1 - Kontaktierungsvorrichtung für einen elektromotor

Info

Publication number: DE102020126842A1
Application number: DE102020126842.4A
Authority: DE
Inventors: Daniel Baur; Peter Borsai; Alex Noak
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2022-04-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontaktierungsvorrichtung zur Verwendung in einem Elektromotor sowie einen Elektromotor mit einer entsprechenden Kontaktierungsvorrichtung. Die Kontaktierungsvorrichtung umfasst eine Vielzahl von Kontaktierungselementen, wobei jedes Kontaktierungselement einen Anschlusskontakt zur Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle und mindestens einen mit dem Anschlusskontakt elektrisch verbundenen Phasenkontakt zur Verbindung mit einer Phasenwicklung des Elektromotors aufweist. Die Kontaktierungselemente sind spiralförmig um einen Zentrumspunkt angeordnet, wobei jedes der Kontaktierungselemente sich entlang einer Umfangsrichtung zumindest teilweise um den Zentrumspunkt erstreckt und ein inneres Ende jedes Kontaktierungselements näher an dem Zentrumspunkt liegt als ein dem inneren Ende gegenüberliegendes äußeres Ende des entsprechenden Kontaktierungselements.

Description

GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Kontaktierungsvorrichtung zur Verwendung in einem Elektromotor und einen Elektromotor mit einer entsprechenden Kontaktierungsvorrichtung.
HINTERGRUND
Elektrische Kleinmotoren wie beispielsweise bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) kommen unter anderem im Automobilbereich und in der Automatisierungstechnik zur Anwendung, zum Beispiel als Servomotor, Lüftermotor oder Antrieb für Stellaktuatoren wie Klappensteller oder Ventile, beispielsweise Nadelventile. Ein BLDC-Motor umfasst üblicherweise einen Stator mit einer Vielzahl von Antriebsspulen und einen beweglich gelagerten Rotor mit einem oder mehreren Permanentmagneten. Der Rotor kann durch ein von den Antriebsspulen erzeugtes zeitabhängiges Magnetfeld in Bewegung versetzt werden. Die elektrische Energie für die Antriebsspulen kann beispielsweise mittels einer Brückenschaltung bereitgestellt werden, die dazu eingerichtet ist, die Antriebssignale durch eine Kommutierung, beispielsweise eine Blockkommutierung, geeignet zu kommutieren.
Die Antriebsspulen in einem BLDC-Motor können beispielsweise zu drei Phasenwicklungen verschaltet sein, d.h. zu drei einzeln kontaktierbaren Gruppen zusammengefasst sein. Jede Phasenwicklung kann dabei eine oder mehrere Antriebsspulen umfassen, die zum Beispiel in Reihe und/oder parallel geschaltet sein können. Um die Antriebsspulen in den Phasenwicklungen mit den Ausgängen einer elektrischen Energiequelle oder Signalquelle wie beispielsweise einer Brückenschaltung zu verbinden, kann daher insbesondere bei Motoren mit vielen Antriebsspulen eine große Zahl von Zuleitungen und Kontaktierungen erforderlich sein. Diese sind im Stand der Technik zum Beispiel in Form von Leiterbahnen und Lötstellen auf einer Leiterplatte und/oder in Form von Wickeldrähten ausgebildet.
Durch die große Zahl von Zuleitungen und Kontaktierungen können der Zusammenbau des Motors und insbesondere die Automatisierung der Herstellung erschwert werden und entsprechend die Herstellungskosten steigen. Die Zuleitungen und Kontaktierungen stellen zudem mögliche Fehlerquellen dar, wodurch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Elektromotors beeinträchtigt werden kann.
ÜBERBLICK
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Kontaktierungsvorrichtung zur Verwendung in einem Elektromotor anzugeben, die eine einfache und kostengünstige Herstellung des Elektromotors ermöglicht sowie die Robustheit des Elektromotors erhöht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kontaktierungsvorrichtung zur Verwendung in einem Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird eine Kontaktierungsvorrichtung zur Verwendung in einem Elektromotor vorgesehen, die eine Vielzahl von Kontaktierungselementen umfasst. Jedes Kontaktierungselement weist einen Anschlusskontakt und mindestens einen mit dem Anschlusskontakt elektrisch verbundenen Phasenkontakt auf. Der Anschlusskontakt ist dazu eingerichtet, mit einer elektrischen Energiequelle verbunden zu werden, während der mindestens eine Phasenkontakt dazu eingerichtet ist, mit einer Phasenwicklung des Elektromotors verbunden zu werden. Die Kontaktierungselemente sind dabei spiralförmig um einen Zentrumspunkt angeordnet. Jedes der Kontaktierungselemente erstreckt sich entlang einer Umfangsrichtung zumindest teilweise um den Zentrumspunkt. Ein inneres Ende jedes Kontaktierungselements liegt näher an dem Zentrumspunkt als ein dem inneren Ende gegenüberliegendes äußeres Ende des entsprechenden Kontaktierungselements.
Der Elektromotor kann dabei beispielsweise ein Gleichstrommotor, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor), oder ein Wechselstrommotor sein. Der Elektromotor kann eine Vielzahl von Phasenwicklungen aufweisen, wobei jede der Phasenwicklungen ein oder mehrere induktive Elemente wie beispielsweise Antriebsspulen umfassen kann, die in Reihe und/oder parallel miteinander verschaltet sein können. Die Kontaktierungsvorrichtung umfasst vorzugsweise jeweils ein Kontaktierungselement für jede Phasenwicklung des Elektromotors, so dass jede Phasenwicklung über den entsprechenden Anschlusskontakt mit der Energiequelle verbunden werden kann. Das Kontaktierungselement kann ferner dazu eingerichtet sein, einige oder alle induktiven Elemente der Phasenwicklung miteinander zu verschalten, z.B. in einer Reihen- und/oder Serienschaltung.
Der Anschlusskontakt jedes Kontaktierungselements kann dazu eingerichtet sein, mit einem entsprechenden Ausgang der Energiequelle verbunden zu sein, beispielsweise über eine entsprechende Zuleitung. Die Energiequelle kann beispielsweise eine Spannungsquelle, eine Stromquelle, eine Brückenschaltung oder eine Steuereinheit des Elektromotors sein oder eines oder mehrere dieser Elemente umfassen. Der Anschlusskontakt kann dazu eingerichtet sein, die Zuleitung von der Energiequelle aufzunehmen, beispielsweise mittels einer Schweiß-, Löt-, Klemm- und/oder Steckverbindung.
Der mindestens eine Phasenkontakt jedes Kontaktierungselements ist mit dem entsprechenden Anschlusskontakt elektrisch verbunden, beispielsweise über ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement wie zum Beispiel ein Leitblech oder eine Leiterbahn. Bevorzugt weist jedes Kontaktierungselement einen Phasenkontakt für jede Antriebsspule der zugehörigen Phasenwicklung oder für jede Serienschaltung von Antriebsspulen in der zugehörigen Phasenwicklung auf, z.B. um die Antriebsspulen oder Serienschaltungen von Antriebsspulen zu der Phasenwicklung zu verschalten. Jeder Phasenkontakt kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine Zuleitung zu der Phasenwicklung aufzunehmen, zum Beispiel wie weiter unten beschrieben. Jeder der Phasenkontakte kann mit dem Anschlusskontakt elektrisch verbunden sein. In manchen Ausgestaltungen können mindestens zwei der Phasenkontakte von dem Anschlusskontakt elektrisch isoliert sein, beispielsweise um mittels des Kontaktierungselements Antriebsspulen der zugehörigen Phasenwicklung seriell zu verschalten.
Die Kontaktierungselemente sind spiralförmig um einen Zentrumspunkt angeordnet, wobei der Zentrumspunkt beispielsweise auf einer Drehachse des Elektromotors liegen kann. Jedes der Kontaktierungselemente erstreckt sich dabei entlang der Umfangsrichtung von seinem äußeren Ende zu seinem inneren Ende, wobei das innere Ende in radialer Richtung jeweils näher am Zentrumspunkt liegt als das äußere Ende. Der Abstand des inneren Endes vom Zentrumspunkt kann beispielsweise zwischen 10 % und 90 % des Abstands des äußeren Endes vom Zentrumspunkt betragen, in einem Beispiel zwischen 30 % und 80 % des Abstands des äußeren Endes vom Zentrumspunkt. In manchen Ausgestaltungen nähert sich dabei mindestens ein Kontaktierungselemente, in einem Beispiel alle Kontaktierungselement, kontinuierlich dem Zentrumspunkt, d. h. der radiale Abstand zwischen dem Kontaktierungselement und dem Zentrumspunkt nimmt vom äußeren Ende zum inneren Ende kontinuierlich ab. Das Kontaktierungselement kann sich dabei beispielsweise entlang einer archimedischen Spirale erstrecken, d. h. der Abstand r zwischen dem Kontaktierungselement und dem Zentrumspunkt kann entlang der Umfangsrichtung linear mit dem Azimutwinkel φ abnehmen, r = α · φ, wobei a eine Konstante ist und beispielsweise zwischen 0.1/360° und 0.9/360° liegt.
Jedes der Kontaktierungselemente kann sich entlang der Umfangsrichtung ganz oder teilweise um den Zentrumspunkt erstrecken und kann beispielsweise vom Zentrumspunkt ausgesehen einen Mittelpunktswinkel zwischen 90° und 360° umfassen. In einem Beispiel beträgt der Mittelpunktswinkel der Kontaktierungselemente 360° * (N-1)/N, wobei N die Anzahl der Antriebsspulen oder der Serienschaltungen von Antriebsspulen in jeder Phasenwicklung des Elektromotors ist.
Die spiralförmige Anordnung der Kontaktierungselemente ermöglicht es beispielsweise, mehrere entlang der Umfangsrichtung angeordnete Antriebsspulen mittels der Kontaktierungselemente an die Energiequelle anzuschließen. Anders als bei aus dem Stand der Technik bekannten ringförmigen Kontaktierungselementen, die konzentrisch um einen Zentrumspunkt angeordnet sind, können dabei identische Kontaktierungselemente verwendet werden. Dadurch kann sowohl der Zusammenbau des Elektromotors vereinfacht und zu einem höheren Grade automatisiert werden als auch die Herstellungskosten durch die Verwendung von Gleichteilen verringert werden.
Ferner können durch die spiralförmige Anordnung gleiche Kontaktierungselemente verwendet werden, welche insbesondere jeweils die gleiche Induktivität und/oder den gleichen elektrischen Widerstandswert aufweisen. Somit kann eine elektrisch symmetrisch ausgestaltete Kontaktierung der Phasenwicklungen realisiert werden.
In manchen Ausführungsformen umfasst die Kontaktierungsvorrichtung ein Trägerelement, wobei die Kontaktierungselemente auf oder in dem Trägerelement angeordnet sind. Das Trägerelement kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, an einem Element des Elektromotors wie etwa einem Stator oder einem Gehäuse des Elektromotors befestigt zu werden und die Kontaktierungselemente in dem Elektromotor zu halten. Das Trägerelement besteht bevorzugt zumindest teilweise aus einem isolierenden Material wie Kunststoff, um die Kontaktierungselemente gegeneinander zu isolieren. Die Kontaktierungselemente können an dem Trägerelement befestigt sein und zum Beispiel mit diesem verklebt oder heißverstemmt sein und oder/mittels einer Haltevorrichtung wie beispielsweise einer Rastnase, einem Schnapphaken oder einer Klemmvorrichtung an dem Trägerelement gehalten werden. In einigen Ausgestaltungen weist das Trägerelement eine Öffnung oder eine Aussparung auf. Der Zentrumpunkt kann in der Öffnung liegen, d.h. die Kontaktierungselement können spiralförmig um die Öffnung angeordnet sein. Die Öffnung oder Aussparung kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, einen Positionssensor, ein Teil eines Rotors des Elektromotors und/oder eine mit dem Rotor gekoppelte Welle aufzunehmen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist dabei mindestens ein Kontaktierungselement in einer Vertiefung in dem Trägerelement angeordnet, insbesondere in einer Vertiefung auf einer Stirnseite des Trägerelements. Das Kontaktierungselement kann dabei beispielsweise mit Ausnahme des Anschlusskontaktes und/oder des mindestens einen Phasenkontakts vollständig in die Vertiefung eingelassen sein, so dass das Kontaktierungselement tiefer liegt als eine Oberkante der Vertiefung, während der Anschlusskontakt und/oder der mindestens eine Phasenkontakt aus der Vertiefung hervorsteht. In anderen Ausführungsformen kann die Tiefe der Vertiefung so gewählt sein, dass auch andere Teile des Kontaktierungselements zumindest teilweise aus der Vertiefung hervorstehen oder bündig mit der Oberkante der Vertiefung sind. Das Kontaktierungselement kann mit einer Bodenfläche und/oder Seitenflächen der Vertiefung verklebt sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Breite der Vertiefung beispielsweise so gewählt sein, dass das Kontaktierungselement von Seitenflächen der Vertiefung eingeklemmt und so an dem Trägerelement gehalten wird.
In manchen Ausführungsformen umfasst das Kontaktierungselement ein Leitblech, das den Anschlusskontakt mit dem mindestens einen Phasenkontakt elektrisch verbindet. Das Leitblech umfasst ein elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise ein Metall wie Messing, Kupfer oder Stahl. Das Leitblech kann sich zwischen dem Anschlusskontakt und dem mindestens einen Phasenkontakt in Umfangsrichtung zumindest teilweise um den Zentrumspunkt erstrecken und beispielsweise eine Spiralform aufweisen. In manchen Ausführungsformen erstreckt sich das Leitblech entlang der gesamten Länge des Kontaktierungselements, d.h. vom äußeren bis zum inneren Ende des Kontaktierungselements. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Leitblech einstückig mit dem Anschlusskontakt und/oder dem mindestens einen Phasenkontakt ausgebildet, beispielsweise aus einem Blech ausgestanzt und/oder mittels eines Spritzguss- und/oder 3D-Druckverfahrens hergestellt. Das Leitblech kann in der Vertiefung auf der Stirnseite des Trägerelements angeordnet sein. Bevorzugt ist das Leitblech vollständig in die Vertiefung eingelassen, so dass das Leitblech tiefer liegt als die Oberkante der Vertiefung, wobei der Anschlusskontakt und/oder der mindestens eine Phasenkontakt aus der Vertiefung hervorsteht können. In einem anderen Beispiel ist das Leitblech bündig mit einer Oberkante der Vertiefung in der Vertiefung angeordnet. Um in solchen Ausgestaltungen Kurzschlüsse zu vermeiden, können im Bereich der Vertiefung Erhöhungen der Trägerplatte vorgesehen sein, über welche die Zuleitungen geführt werden, so dass genügend Abstand zum Vermeiden eines elektrischen Kontaktes zu dem jeweiligen Leitblech gewährt ist.
In manchen Ausführungsformen umfasst der mindestens eine Phasenkontakt eine Klemmvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Zuleitung zu der Phasenwicklung aufzunehmen. Die Klemmvorrichtung kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, mit der Zuleitung durch Schneidklemmen verbunden zu werden. Die Klemmvorrichtung kann dazu zum Beispiel gabelförmige Klemmfortsätze aufweisen, die sich von dem Leitblech weg erstrecken und dazu eingerichtet sind, die Zuleitung zwischen sich aufzunehmen. Alternativ oder zusätzlich kann der Phasenkontakt auch dazu eingerichtet sein, mit der Zuleitung verschweißt oder verlötet zu werden, z.B. durch Widerstandschweißen.
In einigen Ausgestaltungen umfasst die Kontaktierungsvorrichtung mindestens ein erstes und ein zweites Kontaktierungselement. Das erstes und das zweites Kontaktierungselement können einander in Umfangsrichtung überlappen, d.h. Abschnitte des ersten und des zweiten Kontaktierungselements sind zueinander benachbart und in radialer Richtung beanstandet angeordnet. In einigen Ausgestaltungen verlaufen die entsprechenden Abschnitte des ersten und des zweiten Kontaktierungselements im Wesentlichen parallel. Das innere Ende des ersten Kontaktierungselements kann zwischen dem Zentrumspunkt und einem Abschnitt des zweiten Kontaktierungselements angeordnet sein. Weiterhin kann das innere Ende des zweiten Kontaktierungselements zwischen dem Zentrumspunkt und einem Abschnitt des ersten Kontaktierungselements angeordnet sein. In anderen Worten können die spiralförmigen Kontaktierungselemente miteinander verschachtelt um den Zentrumspunkt angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kontaktierungsvorrichtung drei Kontaktierungselemente, beispielsweise zur Verwendung in einem dreiphasigen BLDC-Motor. Das dritte Kontaktierungselement kann dabei mit dem ersten und dem zweiten Kontaktierungselement in Umfangsrichtung überlappend angeordnet sein. Die drei Kontaktierungselemente können dabei so miteinander verschachtelt um den Zentrumspunkt angeordnet sein, dass vom Zentrumspunkt aus gesehen (1) das innere Ende des ersten Kontaktierungselements innerhalb des zweiten und des dritten Kontaktierungselements angeordnet ist; (2) ein mittlerer Abschnitt des ersten Kontaktierungselements zwischen dem zweiten und dem dritten Kontaktierungselement angeordnet ist; und (3) das äußere Ende des ersten Kontaktierungselements außerhalb des zweiten und des dritten Kontaktierungselements angeordnet ist. Anders gesagt erstreckt sich das erste Kontaktierungselemente von außen kommend in den Zwischenraum zwischen dem zweiten und dem dritten Kontaktierungselement. Von dort erstreckt sich das erste Kontaktierungselemente weiter entlang der Umfangsrichtung bis über das innere Ende des inneren des zweiten und des dritten Kontaktierungselements hinaus, so dass das innere Ende des ersten Kontaktierungselemente näher am Zentrumspunkt liegt als die zum inneren Ende benachbarten Abschnitte des zweiten und des dritten Kontaktierungselements.
Bevorzugt hat jedes der Kontaktierungselemente die gleiche Struktur, d.h. alle Kontaktierungselemente können Gleichteile sein, die die gleiche Form und die gleichen Abmessungen haben. Ferner können die Kontaktierungselemente alle aus dem gleichen Material hergestellt sein. Durch die Verwendung von Gleichteilen kann sowohl der Zusammenbau des Elektromotors als auch die Beschaffung und Lagerung der hierfür erforderlichen Komponenten vereinfacht und somit die Herstellungskosten reduziert werden.
In einigen Ausführungsformen weist jedes Kontaktierungselement eine Vielzahl von Phasenkontakten auf, die entlang der Umfangsrichtung um den Zentrumspunkt angeordnet sind. In einem Beispiel umfasst jedes Kontaktierungselemente mindestens drei Phasenkontakte. Die Phasenkontakte können in gleichmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet sein. Die Phasenkontakte können beispielsweise um einen Azimutwinkel von 360°/M gegeneinander versetzt angeordnet sein, wobei M die Anzahl der Phasenkontakte ist. Die Anzahl M der Phasenkontakte kann gleich der Anzahl N der Antriebsspulen oder der Serienschaltungen von Antriebsspulen in der zugehörigen Phasenwicklung des Elektromotors sein, so dass jede Antriebsspule oder Serienschaltung von Antriebsspulen mit einem entsprechenden Phasenkontakt verbunden werden kann.
In manchen Ausgestaltungen weist die Kontaktierungsvorrichtung eine Befestigungsvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die Kontaktierungsvorrichtung in dem Elektromotor zu befestigen, beispielsweise an einem Stator des Elektromotors. Das Trägerelement kann zum Beispiel eine Befestigungsvorrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, das Trägerelement in dem Elektromotor zu befestigen. Bevorzugt ist die Befestigungsvorrichtung dazu eingerichtet, die Kontaktierungsvorrichtung bzw. das Trägerelement an der Stirnseite des Stators des Elektromotors zu befestigen. Die Befestigungsvorrichtung kann beispielsweise einen oder mehrere Steckverbinder umfassen, die dazu eingerichtet sind, auf oder in ein entsprechendes Gegenstück in dem Elektromotor, z.B. an der Stirnseite des Stators, auf- bzw. eingesteckt zu werden, bevorzugt so, dass die Kontaktierungsvorrichtung bzw. das Trägerelement abnehmbar befestigt ist. Die Steckverbinder können dabei beispielsweise jeweils eine Öffnung oder Aussparung oder ein entsprechendes Gegenstück wie eine Nase, einen Schnapphaken, einen Rastpin oder einen Einpresspin aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Befestigungsvorrichtung auch andere Befestigungsmittel umfassen, die dazu eingerichtet sind, mit einem entsprechenden Gegenstück in dem Elektromotor, z.B. an der Stirnseite des Stators, ineinander zugreifen. In einigen Ausführungsformen kann die Befestigungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, mit dem Elektromotor verschraubt, verklebt und/oder heißverstemmt zu werden. In einem Beispiel können die Phasenkontakte der Kontaktierungselemente die Befestigungsvorrichtung oder einen Teil davon bilden und beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Kontaktierungsvorrichtung über die Zuleitungen zu den Phasenwicklungen gegen den Stator zu halten. Ferner können der Stator und das Trägerelement, sowie die Kontaktierungsvorrichtung so ausgeformt sein, dass die Phasenkontakte zu den jeweiligen Antriebsspulen ausgerichtet angeordnet sind. Beispielsweise kann die Formgebung der Bauteile so gewählt werden, dass nur eine Einbauposition möglich ist.
In einigen Ausgestaltungen weist die Kontaktierungsvorrichtung, insbesondere das Trägerelement, eine Fixiervorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Platine oder eine Sensorhalterung an der Kontaktierungsvorrichtung bzw. dem Trägerelement zu fixieren. Die Fixiervorrichtung kann beispielsweise ein Fixierelement umfassen, das dazu eingerichtet ist, mit einem Gegenstück auf der Platine bzw. der Sensorhalterung ineinander zu greifen, z.B. einen Schnapphaken, einen Rastpin, einen Einpresspin und/oder eine Schraube und/oder ein entsprechendes Gegenstück wie beispielweise eine Öffnung, eine Aussparung und/oder ein Gewinde. Die Platine kann dazu eingerichtet sein, einen Sensor wie etwa einen Positionssensor aufzunehmen, der dazu eingerichtet ist, die Stellung eines Rotors des Elektromotors zu bestimmen. Die Platine kann also eine Sensorhalterung bilden oder Teil einer Sensorhalterung sein. In manchen Ausgestaltungen kann die Fixiervorrichtung alternativ oder zusätzlich auch dazu eingerichtet sein, eine Sensorhalterung aufzunehmen, die keine Platine ist, sondern beispielsweise einen anderweitig ausgebildeten Haltekörper für den Sensor umfasst. Der Positionssensor kann zum Beispiel ein Hallsensor sein, der dazu eingerichtet ist, die Stärke und/oder Richtung eines Magnetfelds zu messen, das von einem auf dem Rotor angeordneten Magneten erzeugt wird. Der Positionssensor kann beispielsweise auf der Platine verlötet sein oder an dem Haltekörper befestigt sein, z.B. mit diesem verklebt sein. Auf der Platine können alternativ oder zusätzlich weitere elektronische Bauteile angeordnet sein, beispielsweise Teile für die Motorelektronik des Elektromotors.
Die Kontaktierungsvorrichtung kann darüber hinaus weitere Elemente umfassen, zum Beispiel ein Sternpunkt-Kontaktierungselement wie unten beschrieben, eine oder mehrere Zuleitungen, eine Platine, eine Sensorhalterung und/oder einen Sensor, z.B. einen Positionssensor.
Es wird weiterhin ein Elektromotor vorgesehen, der eine Steuereinheit, eine Vielzahl von Phasenwicklungen und eine Kontaktierungsvorrichtung gemäß einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen umfasst. Dabei sind die Phasenwicklungen jeweils mit mindestens einem entsprechenden Phasenkontakt der Kontaktierungsvorrichtung elektrisch verbunden, während die Anschlusskontakte der Kontaktierungselemente mit der Steuereinheit elektrisch verbunden sind. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, Antriebssignale für die Phasenwicklungen bereitzustellen.
Der Elektromotor kann beispielsweise ein elektronisch kommutierter Elektromotor, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) oder Schrittmotor sein. In anderen Ausführungsformen kann der Elektromotor auch ein Wechselstrommotor sein. Jede der Phasenwicklungen kann ein oder mehrere induktive Elemente wie zum Beispiel Antriebsspulen umfassen. Die induktiven Elemente einer Phasenwicklung können beispielsweise in Reihe und/oder parallel miteinander verschaltet sein, zum Beispiel über die Kontaktierungsvorrichtung.
Vorzugsweise umfasst die Kontaktierungsvorrichtung jeweils ein Kontaktierungselement für jede Phasenwicklung des Elektromotors. Jedes Kontaktierungselement kann beispielsweise jeweils einen Phasenkontakt für jede Antriebsspule oder für jede Serienschaltung von Antriebsspulen in der entsprechenden Phasenwicklung umfassen und dazu eingerichtet sein, die Antriebsspulen zu der Phasenwicklung zu verschalten, zum Beispiel in Form einer Serien- und/oder Reihenschaltung. Entsprechend kann jede Antriebsspule oder jede Serienschaltung von Antriebsspulen einer Phasenwicklung jeweils mit einem Phasenkontakt des entsprechenden Kontaktierungselements elektrisch verbunden sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kontaktierungsvorrichtung dazu eingerichtet, sämtliche Antriebsspulen einer Phasenwicklung zueinander parallel zu schalten. Das entsprechende Kontaktierungselement kann beispielsweise eine leitfähige Verbindung zwischen sämtlichen Phasenkontakten des Kontaktierungselements herstellen und somit die Eingänge der Antriebsspulen miteinander kurzschließen. Die Phasenkontakte können zum Beispiel jeweils mit einer Zuleitung zu der zugehörigen Phasenwicklung oder Antriebsspule verschweißt oder verlötet sein und/oder mittels einer Steck- oder Klemmverbindung verbunden sein, zum Beispiel wie oben beschrieben.
Die Steuereinheit kann als Hardware, oder als eine Kombination aus Hardware und Software implementiert sein. Die Steuereinheit kann beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder einen Mikrocontroller sowie eine Spannungsquelle und/oder eine Brückenschaltung umfassen. Der Mikrocontroller kann einen Prozessor und ein Speichermedium umfassen, wobei das Speichermedium Instruktionen enthält, die von dem Prozessor ausgeführt werden, um die hierin beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Der Mikrocontroller kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, Steuersignale für die Spannungsquelle und/oder die Brückenschaltung bereitzustellen, um die Antriebsignale für die Phasenwicklung zu erzeugen. Die Steuereinheit kann insbesondere dazu eingerichtet sein, geeignet kommutierte Antriebsignale für die Phasenwicklungen eines BLDC-Motors bereitzustellen. In manchen Ausgestaltungen kann die Steuereinheit als eine Einheit ausgebildet sein und der Mikrocontroller sowie die Spannungsquelle und/oder die Brückenschaltung zum Beispiel in einem gemeinsamen Gehäuse oder auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sein. In einem anderen Beispiel ist der Mikrocontroller dazu eingerichtet, mittels der Brückenschaltung eine von einer externen Spannungsquelle bereitgestellte Versorgungsspannung zu kommutieren, um die Antriebssignale für die Phasenwicklungen zu erzeugen.
Die Anschlusskontakte der Kontaktierungselemente können jeweils mit einem zugehörigen Ausgang der Steuereinheit elektrisch verbunden sein, zum Beispiel über eine entsprechende Zuleitung. Die Zuleitung kann dabei beispielsweise mit dem Anschlusskontakt verschweißt oder verlötet sein, z.B. durch Widerstandsschweißen, oder über eine Klemm- oder Steckverbindung mit diesem elektrisch verbunden sein.
Die Phasenwicklungen des Elektromotors können in einem Stator angeordnet sein. Der Elektromotor kann beispielsweise als Innenläufer ausgebildet sein, bei dem die Phasenwicklungen in dem Stator um einen beweglich gelagerten Rotor herum angeordnet sind. In anderen Ausführungsformen kann der Elektromotor auch als Außenläufer ausgebildet sein, wobei der beweglich gelagerte Rotor um die Phasenwicklungen in dem Stator herum angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kontaktierungsvorrichtung ein Trägerelement, beispielsweise wie oben beschrieben. Das Trägerelement kann an dem Stator angeordnet sein, bevorzugt auf einer Stirnseite des Stators, wobei die Stirnseite des Stators sich zum Beispiel senkrecht zu einer Drehachse des Rotors erstrecken kann. Entsprechend kann auch das Trägerelement so angeordnet sein, dass das Trägerelement sich senkrecht zu der Drehachse des Rotors erstreckt. In manchen Ausgestaltungen weist das Trägerelement eine Aussparung oder Öffnung auf, wobei die Drehachse des Rotors oder auch dessen Rotorwelle sich durch die Aussparung oder Öffnung erstrecken kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Trägerelement auf den Stator aufgesteckt. Hierzu kann das Trägerelement beispielsweise eine Befestigungsvorrichtung wie oben beschrieben aufweisen. Insbesondere können das Trägerelement und/oder der Stator einen oder mehrere Steckverbinder aufweisen, die dazu eingerichtet sind, auf oder in ein entsprechendes Gegenstück des Stators bzw. des Trägerelements auf- bzw. eingesteckt zu werden. Die Steckverbinder können dabei beispielsweise jeweils eine Öffnung oder Aussparung oder ein entsprechendes Gegenstück wie beispielsweise eine Nase, einen Rastpin oder einen Einpresspin aufweisen. In manchen Ausführungsformen kann das Trägerelement alternativ oder zusätzlich auch anderweitig an dem Stator befestigt sein, zum Beispiel mit diesem verschraubt, verklebt und/oder heißverstemmt sein. In einem Beispiel können die Phasenkontakte der Kontaktierungselemente dazu eingerichtet sein, das Trägerelement über die Zuleitungen zu den Phasenwicklungen gegen den Stator zu halten.
Die Kontaktierungselemente sind wie oben beschrieben spiralförmig um einen Zentrumspunkt herum angeordnet und können insbesondere verschachtelt angeordnet sein, so dass ein Abschnitt eines Kontaktierungselements sich zwischen einem Abschnitt eines anderen Kontaktierungselement und dem Zentrumspunkt befindet. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich eine Zuleitung zu einer Phasenwicklung von dem entsprechenden Phasenkontakt eines ersten Kontaktierungselements über mindestens ein weiteres Kontaktierungselement, in einem Beispiel über mindestens zwei weitere Kontaktierungselemente hinweg zu der Phasenwicklung hin. Die Zuleitung kann beispielsweise in axialer Richtung verlaufen, oder auch in radialer Richtung nach außen oder innen verlaufen, d.h. von dem Zentrumspunkt weg oder in Richtung des Zentrumspunkts. Bevorzugt ist die Zuleitung dabei nicht in Kontakt mit den weiteren Kontaktierungselementen, sondern beabstandet zu diesen angeordnet. Der Abstand zwischen der Zuleitung und den weiteren Kontaktierungselementen kann dabei beispielsweise zwischen 0,5 mm und 5 mm betragen. Die Kontaktierungselemente können beispielsweise wie oben beschriebenen in Vertiefungen in dem Trägerelement angeordnet sein. Die Zuleitung kann auf einer Oberfläche des Trägerelements angeordnet und mit dieser in Kontakt sein. In einem anderen Beispiel verläuft die Zuleitung beabstandet von dem Trägerelement, z.B. parallel zu einer Oberfläche des Trägerelements, wobei der Abstand zu dem Trägerelement beispielsweise zwischen 0,5 mm und 3 mm betragen kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Elektromotor ein bürstenloser Gleichstrommotor. Die Phasenwicklungen des Elektromotors können dabei über einen Sternpunkt miteinander elektrisch verbunden sein. Hierzu kann die Kontaktierungsvorrichtung beispielsweise ein Sternpunkt-Kontaktierungselement umfassen, das eine Vielzahl von miteinander elektrisch verbundenen Phasenkontakten, insbesondere wenigstens drei Phasenkontakte, aufweist. Die Phasenkontakte können jeweils mit einer der Phasenwicklungen elektrisch verbunden sein, z.B. über eine entsprechende Zuleitung. In manchen Ausgestaltungen weist das Sternpunkt-Kontaktierungselement je einen Phasenkontakt für jede Antriebsspule oder für jede Serienschaltung von Antriebsspulen in dem Elektromotor auf, wobei der Phasenkontakt mit der zugehörigen Antriebsspule oder Serienschaltung von Antriebsspulen elektrisch verbunden ist.
Das Sternpunkt-Kontaktierungselement kann dazu eingerichtet sein, die Phasenkontakte miteinander kurzschließen, um die Phasenwicklungen des Elektromotors miteinander in Form eines Sternpunkts elektrisch zu verbinden. Beispielsweise können die Ausgänge aller Antriebsspulen oder Serienschaltungen von Antriebsspulen über das Sternpunkt-Kontaktierungselement miteinander kurzgeschlossen sein. Das Sternpunkt-Kontaktierungselement kann beispielsweise ein Leitblech umfassen, das sich zwischen den Phasenkontakten erstreckt und die Phasenkontakte elektrisch miteinander verbindet. Das Sternpunkt-Kontaktierungselement kann sich ähnlich den anderen Kontaktierungselementen in Umfangsrichtung ganz oder teilweise um den Zentrumspunkt und/oder die Drehachse des Elektromotors erstrecken. In einem Beispiel bildet das Leitblech des Sternpunkt-Kontaktierungselements einen geschlossenen Ring. Die Phasenkontakte können auf dem Leitblech angeordnet sein und können beispielsweise jeweils eine Klemmvorrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, eine Zuleitung zu einer Phasenwicklung aufzunehmen, z.B. wie oben beschrieben. Alternativ oder zusätzlich können die Phasenkontakte auch mit der Zuleitung verschweißt oder verlötet sein.
Ähnlich den anderen Kontaktierungselementen kann das Sternpunkt-Kontaktierungselement an oder benachbart zu einer Stirnseite des Stators angeordnet sein. In einem Beispiel befindet sich das Sternpunkt-Kontaktierungselement auf einer den anderen Kontaktierungselementen gegenüberliegenden Seite des Stators. In einem anderen Beispiel ist das Sternpunkt-Kontaktierungselement auf derselben Seite des Stators wie die anderen Kontaktierungselemente angeordnet. Das Sternpunkt-Kontaktierungselement kann beispielsweise ringförmig um die anderen Kontaktierungselemente angeordnet sein oder kann sich ebenfalls spiralförmig um den Zentrumspunkt erstrecken. In manchen Ausführungsformen kann das Sternpunkt-Kontaktierungselement ebenfalls auf dem Trägerelement angeordnet sein.
Das Sternpunkt-Kontaktierungselement und insbesondere das Leitblech kann ganz oder teilweise in einer Vertiefung angeordnet sein, beispielsweise in einer Vertiefung an oder benachbart zu einer Stirnseite des Stators. In einem Beispiel ist das Leitblech des Sternpunkt-Kontaktierungselements vollständig in die Vertiefung eingelassen, zum Beispiel wie oben beschrieben. Die Phasenkontakte des Sternpunkt-Kontaktierungselements können dabei aus der Vertiefung vorstehen.
In manchen Ausführungsformen umfasst der Elektromotor weiterhin eine Sensorhalterung oder eine Platine, wobei die Sensorhalterung bzw. die Platine an der Kontaktierungsvorrichtung, z.B. an dem Trägerelement, befestigt sein kann. Die Sensorhalterung kann beispielsweise einen Positionssensor, zum Beispiel einen Hallsensor, umfassen oder dazu eingerichtet sein, einen solchen Sensor aufzunehmen. Hierzu kann die Sensorhalterung beispielsweise einen entsprechend ausgebildeten Haltekörper umfassen. In einigen Ausgestaltungen kann die Platine eine Sensorhalterung oder einen Teil davon bilden und dazu eingerichtet sein, den Sensor aufzunehmen. Die Platine kann beispielsweise ein oder mehrere Lötflächen oder Lötpads umfassen, die dazu eingerichtet sind, mit dem Sensor verlötet zu werden. Alternativ oder zusätzlich können auf der Platine auch andere elektronische Komponenten angeordnet sein, zum Beispiel Teile der Motorelektronik des Elektromotors. Die Kontaktierungsvorrichtung, insbesondere das Trägerelement, kann zum Beispiel eine Fixiervorrichtung wie oben beschrieben aufweisen, die dazu eingerichtet ist die Sensorhalterung bzw. die Platine an dem Trägerelement zu fixieren. Die Sensorhalterung bzw. die Platine und/oder das Trägerelement können beispielsweise ein oder mehrere Fixierelemente umfassen, die dazu eingerichtet sind, mit einem Gegenstück auf dem Trägerelement bzw. der Sensorhalterung/Platine ineinander zugreifen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Kontaktierungsvorrichtung, insbesondere das Trägerelement, eine Öffnung oder Aussparung auf, wobei die Kontaktierungselemente beispielsweise spiralförmig um die Öffnung angeordnet sein können. Das Trägerelement kann so in dem Elektromotor angeordnet sein, dass eine Drehachse des Elektromotors sich durch die Öffnung hindurch erstreckt. In der Öffnung in dem Trägerelements kann beispielsweise ein Teils des Rotors oder eine mit dem Rotor verbundene Welle angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor in der Öffnung angeordnet sein, z.B. um einen minimalen Abstand zwischen einem Positionssensor und einem von dem Positionssensor detektierten Objekt wie beispielsweise einem auf dem Rotor oder der Welle angebrachten Magneten zu erreichen.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen in schematischer Darstellung:

1: eine Kontaktierungsvorrichtung zur Verwendung in einem Elektromotor gemäß einem Beispiel in Draufsicht;
2a: eine Kontaktierungsvorrichtung mit einer Befestigungsvorrichtung und einer Fixiervorrichtung gemäß einem Beispiel in einer perspektivischen Darstellung;
2b: ein Kontaktierungselement der Kontaktierungsvorrichtung aus 2b in einer perspektivischen Darstellung;
3: ein Elektromotor mit einer Kontaktierungsvorrichtung gemäß einem Beispiel;
4a: ein Elektromotor mit einer Kontaktierungsvorrichtung mit einem an einem Stator befestigten Trägerelement gemäß einem Beispiel in einer perspektivischen Vorderansicht;
4b: der Elektromotor aus 4a in einer perspektivischen Rückansicht;
4c: der Elektromotor aus 4a in einer Schnittansicht; und
4d: der Elektromotor aus 4a in Draufsicht.

BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kontaktierungsvorrichtung 100 zur Verwendung in einem Elektromotor (nicht dargestellt) gemäß einem Beispiel in Draufsicht. Die Kontaktierungsvorrichtung 100 kann beispielsweise in einem der unten beschriebenen Elektromotoren 300, 400 und in dem Stator 402 verwendet werden oder Teil eines solchen Elektromotors/Stators sein.
Die Kontaktierungsvorrichtung 100 umfasst ein Trägerelement 102 sowie eine Vielzahl von Kontaktierungselementen, die auf dem Trägerelement 102 angeordnet sind. Im Beispiel der 1 umfasst die Kontaktierungsvorrichtung 100 drei Kontaktierungselemente, nämlich ein erstes Kontaktierungselement 104A, ein zweites Kontaktierungselement 104B und ein drittes Kontaktierungselement 104C. Die Kontaktierungselemente 104A-C können beispielsweise auf einer Oberfläche des Trägerelements 102, z.B. auf einer Stirnseite des Trägerelements 102, oder in Vertiefungen in dem Trägerelement 102 angeordnet sein. Das Trägerelement 102 ist bevorzugt aus einem isolierenden Material hergestellt, beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, so dass die Kontaktierungselement 104A-C voneinander elektrisch isoliert sind. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist das Trägerelement 102 ringförmig und weist in seiner Mitte eine Öffnung 102A auf. In anderen Ausgestaltungen kann das Trägerelement 102 keine Öffnung aufweisen und/oder beispielsweise scheibenförmig oder rechteckig sein.
Jedes der Kontaktierungselemente 104A-C weist einen Anschlusskontakt 106 sowie eine Vielzahl von Phasenkontakten 108 auf. Die Anschlusskontakte 110 sind dazu eingerichtet, das jeweilige Kontaktierungselement 104A-C mit einer Energiequelle (nicht dargestellt) wie beispielsweise einer Steuereinheit des Elektromotors elektrisch zu verbinden. Die Anschlusskontakte 110 können beispielsweise zwischen den Phasenkontakten 108 in einem mittleren Abschnitt des jeweiligen Kontaktierungselements angeordnet sein. Die Phasenkontakte 108 sind dazu eingerichtet, das jeweilige Kontaktierungselement 104A-C mit einer Phasenwicklung (nicht dargestellt) des Elektromotors elektrisch zu verbinden. Beispielsweise kann jeder der Phasenkontakte 108 dazu eingerichtet sein, mit einer entsprechenden Zuleitung zu einer Antriebsspule der zugehörigen Phasenwicklung verbunden zu werden, zum Beispiel wie unten in Bezug auf 2a und 3 ausgeführt. Im Beispiel der 1 weist jedes Kontaktierungselement vier Phasenkontakte auf, die in gleichmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung um die Öffnung 102A angeordnet sind. Dabei befindet sich jeweils ein Phasenkontakt 108 an jedem der beiden gegenüberliegenden Enden des entsprechenden Kontaktierungselements.
Die Kontaktierungselemente 104A-C umfassen weiterhin jeweils ein Leitblech 110, welches sich zwischen den zwei gegenüberliegenden Enden des entsprechenden Kontaktierungselements erstreckt und den Anschlusskontakt 106 mit den Phasenkontakten 108 verbindet. Das Leitblech 110 umfasst ein leitfähiges Material, zum Beispiel ein Metall wie Messing, Kupfer oder Stahl, und stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Anschlusskontakt 106 und den Phasenkontakten 108 her. In einigen Ausgestaltungen kann das Leitblech 110 auch isolierende Abschnitte aufweisen, so dass einige der Phasenkontakte 108 von dem Anschlusskontakt 106 und den übrigen Phasenkontakten 108 elektrisch isoliert sind. In anderen Ausgestaltungen können die Kontaktierungselemente 104A-C statt des Leitblechs 110 beispielsweise einen isolierenden Verbindungskörper aufweisen, an oder in dem ein oder mehrere Leiterbahnen oder Drähte angeordnet sind, die den Anschlusskontakt 106 mit den Phasenkontakten 108 und/oder die Phasenkontakte 108 untereinander verbinden.
Die Kontaktierungselemente 104A-C sind spiralförmig um einen Zentrumspunkt 112 angeordnet, der in der Öffnung 102A des Trägerelements 102 liegt. Dabei erstreckt sich jedes der Kontaktierungselemente 104A-C entlang einer Umfangsrichtung zumindest teilweise um die Öffnung 102A und damit um den Zentrumspunkt 112. Im Beispiel der 1 schließt jedes der Kontaktierungselemente 104A-C einen Öffnungswinkel von 270° um den Zentrumspunkt 112 ein. Jedes der Kontaktierungselementen 104A-C erstreckt sich entlang einer Spiralbahn, z.B. entlang eines Abschnitts einer archimedischen Spirale, um den Zentrumspunkt 112, so dass ein inneres Ende jedes Kontaktierungselements näher an dem Zentrumspunkt 112 liegt als ein dem inneren Ende gegenüberliegendes äußeres Ende des entsprechenden Kontaktierungselements. Das innere Ende 104A-1 und das äußere Ende 104A-2 des ersten Kontaktierungselements 104A befinden sich beispielsweise in einem Abstand r₁ bzw. r₂ von dem Zentrumspunkt 112, wobei r₁ kleiner als r₂ ist. Der Abstand r₁ kann zum Beispiel zwischen 30 % und 80 % des Abstands r₂ betragen.
Die Kontaktierungselemente 104A-C überlappen einander in Umfangsrichtung zumindest teilweise und weisen Abschnitte auf, welche in radialer Richtung voreinander beabstandet sind. Die Kontaktierungselemente 104A-C sind ineinander verschachtelt auf dem Trägerelement 102 angeordnet, so dass beispielsweise das erste Kontaktierungselement 104A sich von außen kommend in einen Zwischenraum zwischen einem außen liegenden Abschnitt des zweiten Kontaktierungselements 104B und einem innen liegenden Abschnitt des dritten Kontaktierungselements 104C hinein erstreckt. Von dort erstreckt sich das erste Kontaktierungselement 104A über ein inneres Ende 104B-1 des zweiten Kontaktierungselements 104B hinaus bis in die Nähe der Öffnung 102A des Trägerelements 102. Entsprechend liegt das innere Ende 104A-1 des ersten Kontaktierungselements 104A zwischen dem Zentrumspunkt 112 und Abschnitten des zweiten und des dritten Kontaktierungselements 104B, 104C. Ein mittlerer Abschnitt 104A-2 des ersten Kontaktierungselements 104A ist zwischen einem Abschnitt des zweiten Kontaktierungselements 104B und einem Abschnitt des dritten Kontaktierungselements 104C angeordnet. Zwischen dem äußeren Ende 104A-3 des ersten Kontaktierungselements 104A und dem Zentrumspunkt 112 befindet sich jeweils ein Abschnitt des zweiten und des dritten Kontaktierungselements 104B, 104C.
Die Anordnung der Kontaktierungselementen 104A-C ist rotationssymmetrisch um den Zentrumspunkt 112, so dass entsprechend auch das zweite und das dritte Kontaktierungselement 104B, 104C sich jeweils durch Zwischenräume zwischen den beiden anderen Kontaktierungselementen hindurch zu der Öffnung 102A hin erstrecken. Insbesondere hat auch jedes der Kontaktierungselementen 104A-C der Kontaktierungsvorrichtung 100 die gleiche Struktur, d. h. die Kontaktierungselemente 104A-C sind Gleichteile mit einer identischen Form und identischen Abmessungen.
2a zeigt eine Kontaktierungsvorrichtung 200 zur Verwendung in einem Elektromotor gemäß einem weiteren Beispiel. Die Kontaktierungsvorrichtung 200 ist ähnlich der Kontaktierungsvorrichtung 100 aus 1 und umfasst ebenfalls ein ringförmiges Trägerelement 102 und eine Vielzahl von Kontaktierungselementen 104A-C, die auf dem Trägerelement 102 spiralförmig um einen Zentrumspunkt 112 angeordnet sind. Die Kontaktierungsvorrichtung 200 ist in 2a in einer perspektivischen Schnittansicht dargestellt, wobei die Schnittebene durch den Zentrumspunkt 112 verläuft und beispielsweise ähnlich der Achse A-A in 1 durch das Trägerelement 102 verlaufen kann. Die Kontaktierungsvorrichtung 200 kann beispielsweise in dem Elektromotor 400 aus 4a-d verwendet werden, welcher im Folgenden zu Illustrationszwecken als Beispiel für einen Elektromotor herangezogen wird. Entsprechend ist auch ein Teil des Stators 402 des Elektromotors 400 zusätzlich zu der Kontaktierungsvorrichtung 200 in 2a dargestellt.
Die Kontaktierungselemente 104A-C der Kontaktierungsvorrichtung 200 sind wie bei der Kontaktierungsvorrichtung 100 ebenfalls Gleichteile, wobei ein Kontaktierungselement 104B in 2b in einer perspektivischen Darstellung gezeigt ist und im Folgenden beispielhaft zu Illustrationszwecken herangezogen wird. Die entsprechenden Ausführungen gelten analog auch für die beiden anderen Kontaktierungselement 104A, 104C.
Das Kontaktierungselement 104B umfasst ein metallisches Leitblech 110, welches sich entlang eines entlang einer Spiralbahn verlaufenden Kreisbogens um den Zentrumspunkt 112 erstreckt. Das Leitblech 110 kann beispielsweise einen rechteckigen oder elliptischen Querschnitt aufweisen, wobei die Querschnittsfläche zum Beispiel zwischen 0,25 mm² und 10 mm² betragen kann. Auf einer Oberfläche des Leitblechs 110 sind ein Anschlusskontakt 106 und vier Phasenkontakte 108 angeordnet, die sich von dem Leitblech 110 nach oben weg erstrecken. Im Beispiel der 2a, 2b hat der Anschlusskontakt 106 die Form einer im wesentlichen rechteckigen Platte und weist eine Öffnung auf, die beispielsweise dazu eingerichtet sein kann, einen Stecker einer von einer Energiequelle kommenden Zuleitung (nicht gezeigt) aufzunehmen und/oder mit einer Zuleitung verschweißt oder verlötet zu werden, z.B. mittels Widerstandsschweißen.
Die Phasenkontakte 108 umfassen jeweils eine Klemmvorrichtung, welche zwei gabelförmige Klemmfortsätze aufweist, die sich von dem Leitblech 110 weg erstrecken. Die Klemmvorrichtung ist dazu eingerichtet, eine Zuleitung zu einer Phasenwicklung des Elektromotors aufzunehmen, beispielsweise wie in 2a gezeigt eine Zuleitung 306A zu einer Antriebsspule 304 des Elektromotors 400 aus 4a-d. Die Klemmvorrichtung kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, mit der Zuleitung 306A durch Schneidklemmen, Widerstandsschweißen und/oder Löten elektrisch verbunden zu werden.
In manchen Ausführungsformen ist das Kontaktierungselement 104B einstückig ausgebildet und kann beispielsweise aus einem Blech ausgestanzt und anschließend in Form gebogen worden sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Kontaktierungselement 304B auch mittels eines Fräs-, Spritzguss-, Druckguss- und/oder eines 3D-Druckverfahrens hergestellt worden sein. In manchen Beispielen besteht das gesamte Kontaktierungselement 104B aus einem oder mehreren leitfähigen Materialien, z.B. Messing, Kupfer oder Stahl. In anderen Beispielen kann das Kontaktierungselement 104B auch andere, insbesondere isolierende Materialien umfassen, beispielsweise eine isolierende und/oder korrosionsbeständige Oberflächenbeschichtung oder isolierende Abschnitte entlang des Leitblechs 110, um etwa Phasenkontakte 108 voneinander und/oder von dem Anschlusskontakt 106 zu isolieren.
Die Kontaktierungselemente 104A-C sind jeweils in einer Vertiefung 202 auf einer Stirnseite des Trägerelements 102 angeordnet. Die Tiefe der Vertiefung 202 ist dabei bevorzugt so gewählt, dass das Leitblech 110 vollständig in die Vertiefung 202 eingelassen ist und nicht aus der Oberfläche des Trägerelements 102 hervorragt. Eine Oberkante des Leitblechs 110 kann sich beispielsweise zwischen 0,5 mm und 3 mm unterhalb einer Oberkante der Vertiefung 202 befinden. Dadurch kann ein ausreichender Abstand zwischen dem Leitblech 110 und auf oder über dem Trägerelement 102 verlaufenden Zuleitungen gewährleistet werden und die Gefahr von Kurzschlüssen verringert werden. In anderen Ausgestaltungen kann die Oberkante des Leitblechs 110 bündig mit der Oberkante der Vertiefung 202 sein oder sogar über die Oberkante der Vertiefung 202 hinausragen.
Die Anschlusskontakte 106 und die Phasenkontakte 108 ragen jeweils aus den Vertiefungen 202 hervor, sodass sich zumindest ein Teil der Anschlusskontakte 106 und der Phasenkontakte 108 jeweils oberhalb der Oberfläche des Trägerelements 102 befindet. Dadurch können die Anschlusskontakte 106 und die Phasenkontakte 108 auch nach dem Anordnen der Kontaktierungselemente 104A-C in den Vertiefungen 202 leicht mit entsprechenden Zuleitungen verbunden werden. In einem Beispiel liegt bei den Phasenkontakten 108 die Oberkante eines Verbindungsstücks zwischen den gabelförmige Klemmfortsätzen oberhalb der Oberfläche des Trägerelements 102, beispielsweise zwischen 0,5 mm und 3 mm über der Oberfläche des Trägerelements 102.
Das Trägerelement 102 weist an seiner äußeren Berandung eine Vielzahl von Aussparungen auf, die jeweils einem Phasenkontakt 108 gegenüberliegend angeordnet sind und dazu eingerichtet sind, eine zu dem entsprechenden Phasenkontakt 108 verlaufende Zuleitung wie die Zuleitung 306A aufzunehmen. Die Zuleitungen können entsprechend von der äußeren Berandung des Trägerelements 102 nach innen in Richtung des Zentrumspunkt 112 zu dem jeweiligen Phasenkontakt 108 verlegt werden. Zumindest einige der Zuleitungen erstrecken sich dabei über ein oder mehrere andere Kontaktierungselemente hinweg, bevorzugt ohne mit diesen in Kontakt zu sein. Die Zuleitungen können dabei direkt auf der Oberfläche des Trägerelements 102 verlaufen oder wie im Beispiel der 2a von dieser beabstandet sein. In manchen Ausführungsformen können die Zuleitungen eine Isolation aufweisen. Ein Außendurchmesser des Trägerelements 102 kann beispielsweise zwischen 1 cm und 10 cm betragen.
Das Trägerelement 102 der Kontaktierungsvorrichtung 200 weist eine in 2a nicht zu sehende Befestigungsvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, das Trägerelement 102 in einem Elektromotor, beispielsweise an dem Stator 402 des Elektromotors 400 zu befestigen. Die Befestigungsvorrichtung wird unten mit Bezug auf die 4a-4d genauer beschrieben.
Das Trägerelement 102 der Kontaktierungsvorrichtung 200 weist weiterhin eine Fixiervorrichtung 204 auf, die dazu eingerichtet ist, eine Platine oder eine Sensorhalterung (nicht dargestellt) an dem Trägerelement 102 zu fixieren. Die Sensorhalterung ist dazu eingerichtet, einen Sensor wie etwa einen Positionssensor aufzunehmen. In einigen Ausgestaltungen kann die Platine eine Sensorhalterung oder ein Teil einer Sensorhalterung sein und dazu eingerichtet sein, den Sensor aufzunehmen. Alternativ oder zusätzlich kann auf der Platine beispielsweise zumindest ein Teil einer Motorelektronik des Elektromotors angeordnet sein, z.B. eine Steuereinheit des Elektromotor oder ein Teil davon. Die Fixiervorrichtung 204 umfasst ein oder mehrere Fixierelemente, die dazu eingerichtet sind mit einem entsprechenden Gegenstück der Platine bzw. Sensorhalterung ineinander zu greifen, um die Platine bzw. Sensorhalterung an dem Trägerelement 102 zu fixieren. Im Beispiel der 2a umfasst die Fixiervorrichtung 204 drei Pins, z.B. Einpresspins und/oder Rastpins, die auf einer Stirnseite des Trägerelements 102 angeordnet sind und dazu eingerichtet sind, in entsprechende Öffnungen in der Platine bzw. Sensorhalterung eingeführt zu werden, zum Beispiel wie unten in Bezug auf 4a beschrieben.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektromotors 300 gemäß einem Beispiel in Form eines Schaltplans. Der Elektromotor 300 umfasst eine Steuereinheit 302, eine Vielzahl von Phasenwicklungen 304A, 304B, 304C sowie eine Kontaktierungsvorrichtung gemäß einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen, beispielsweise wie in 3 dargestellt die Kontaktierungsvorrichtung 100 aus 1. Die Steuereinheit 302 umfasst einen Umrichter zum Kommutieren des Elektromotors 300
Im Beispiel der 3 ist der Elektromotor 300 ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor), der eine Vielzahl von Antriebsspulen 304 aufweist. Die Antriebsspulen 304 sind über die Kontaktierungsvorrichtung 100 zu drei Phasenwicklungen 304A, 304B, 304C zusammengeschaltet, wobei die Phasenwicklungen 304A-C jeweils vier parallel zueinander geschaltete Antriebsspulen 304 umfassen und über einen Sternpunkt miteinander verbunden sind.
Die Phasenwicklungen 304A-C sind jeweils mit entsprechenden Phasenkontakten 108 der Kontaktierungsvorrichtung 100 elektrisch verbunden. Im Beispiel der 3 ist jede der Antriebsspulen 304 über eine Zuleitung 306A mit einem entsprechenden Phasenkontakt 108 der Kontaktierungsvorrichtung 100 elektrisch verbunden. Dabei sind die Antriebsspulen einer Phasenwicklung jeweils mit einem entsprechenden Kontaktierungselement der Kontaktierungsvorrichtung 100 verbunden. Beispielsweise sind die Antriebsspulen 304A-1, 304A-2, 304A-3, 304A-4 mit dem Kontaktierungselement 104A verbunden. Dieses stellt eine elektrische Verbindung zwischen den Antriebsspule 304A-1, ..., 304A-4 her, wodurch die Antriebsspule 304A-1, ..., 304A-4 zu der Phasenwicklung 304A zusammengeschaltet werden. In analoger Weise verbinden die Kontaktierungselemente 104B und 104C die entsprechenden Antriebsspulen zu der Phasenwicklung 304B bzw. 304C wie in 3 dargestellt. Der Elektromotor 300 kann beispielsweise 4 Antriebsspulen pro Phasenwicklungen, d.h. bei drei Phasenwicklungen insgesamt 12 Antriebsspulen umfassen. In anderen Ausgestaltungen kann der Elektromotor 300 eine andere Zahl von Phasenwicklungen und/oder eine andere Zahl von Antriebsspulen pro Phasenwicklung aufweisen.
Die Kontaktierungsvorrichtung 100 kann ein Sternpunkt-Kontaktierungselement 104D umfassen, das die Sternpunkt-Verbindung zwischen den Phasenwicklungen 304A-C herstellt. Hierzu weist das Sternpunkt-Kontaktierungselement 104D ähnlich den Kontaktierungselementen 104A-C eine Vielzahl von Phasenkontakten 108 auf, die alle miteinander über ein Leitblech 110 elektrisch verbunden sind. Jeder der Phasenkontakte 108 ist dabei mit einer zugehörigen Antriebsspule 304 über eine Zuleitung 306B verbunden. Entsprechend sind die Antriebsspulen jeder Phasenwicklung in Reihe zwischen dem zugehörigen Kontaktierungselement und dem Sternpunkt-Kontaktierungselement 104D geschaltet. Das Sternpunkt-Kontaktierungselement 104D kann beispielsweise ähnlich dem in 2b gezeigten Kontaktierungselement ausgebildet sein. Die Phasenkontakte 108 können zum Beispiel jeweils eine Klemmvorrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, die zugehörige Zuleitung 306B aufzunehmen.
Die Anschlusskontakte 106 der Kontaktierungselemente 104A-C und damit die Phasenwicklungen 304A-C sind jeweils über eine Zuleitung mit einem entsprechenden Ausgang der Steuereinheit 302 verbunden. Die Steuereinheit 302 ist dazu eingerichtet, Antriebsignale für die Phasenwicklungen 304A-C bereitzustellen. Die Steuereinheit 302 kann beispielsweise einen Mikrocontroller sowie eine Spannungsquelle und/oder eine Brückenschaltung umfassen, wobei der Mikrocontroller dazu eingerichtet ist, Steuersignale für die Spannungsquelle und/oder die Brückenschaltung bereitzustellen, um geeignet kommutierte Antriebsignale für die Phasenwicklung 304A-C zu erzeugen. Die Steuereinheit 302 kann dabei wie in 3 angedeutet als eine Einheit ausgebildet sein und der Mikrocontroller sowie die Spannungsquelle und/oder die Brückenschaltung können zum Beispiel in einem gemeinsamen Gehäuse oder auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sein. In anderen Ausgestaltungen können der Mikrocontroller, die Spannungsquelle und/oder die Brückenschaltung räumlich getrennt voneinander in dem Elektromotor 300 angeordnet sein. In einem Beispiel ist die Spannungsquelle eine externe Spannungsquelle außerhalb des Elektromotors 300 und der Mikrocontroller ist dazu eingerichtet, mittels der Brückenschaltung eine von der externe Spannungsquelle bereitgestellte Versorgungsspannung geeignet zu kommutieren, um die Antriebsignale für die Phasenwicklung 304A-C zu erzeugen.
4a-4d zeigen einen Elektromotor 400 gemäß einem anderen Beispiel. Der Elektromotor 400 ist in 4a in einer perspektivischen Vorderansicht dargestellt, in 4b in einer perspektivischen Rückansicht, in 4c in einer Schnittansicht und in 4d in Draufsicht. In den 4a, 4b ist dabei zur Vereinfachung der Darstellung der Rotor 404, die Welle 406, die Einhausung 408 und der obere und untere Deckel 410A, 410B des Elektromotors 400 nicht dargestellt.
Der Elektromotor 400 ist ähnlich dem Elektromotor 300 aus 3 und umfasst ebenfalls eine Steuereinheit (nicht gezeigt), eine Vielzahl von Phasenwicklungen sowie eine Kontaktierungsvorrichtung gemäß einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen, z.B. die Kontaktierungsvorrichtung 200 wie im Beispiel der 4a-4d.
Der Elektromotor 400 umfasst dabei eine Vielzahl von Antriebsspulen 304, die beispielsweise wie in 3 gezeigt über die Kontaktierungsvorrichtung 200 zu drei Phasenwicklungen verschaltet sein können. Hierzu sind die Antriebsspulen 304 jeweils über eine Zuleitung 306A mit einem entsprechenden Phasenkontakt 108 des zugehörigen Kontaktierungselements verbunden, welches die Antriebsspulen zu der entsprechenden Phasenwicklung verbindet. Durch die spiralförmige Anordnung der Kontaktierungselemente 104A-C verlaufen dabei einige der Zuleitungen 306A von dem entsprechenden Phasenkontakt 108A über ein oder mehrere weitere Kontaktierungselemente hinweg zu der entsprechenden Antriebsspule, zum Beispiel wie oben in Bezug auf 2a ausgeführt. Die Anschlusskontakte 106 der Kontaktierungselemente 104A-C sind jeweils über eine in 4a-4d nicht gezeigte Zuleitung mit einem entsprechenden Ausgang der Steuereinheit elektrisch verbunden.
In manchen Ausführungsformen wird das Trägerelement 102 der Kontaktierungsvorrichtung 200 lediglich durch die Zuleitungen 306A in dem Elektromotor 400 gehalten. In anderen Beispielen wird das Trägerelement 102 wie unten beschrieben mittels einer Befestigungsvorrichtung befestigt, aber die Kontaktierungselemente 104A-C können beispielsweise lediglich durch die Zuleitungen 306A in den Vertiefungen 202 in dem Trägerelement 102 gehalten werden. In anderen Beispielen können die Kontaktierungselemente 104A-C alternativ oder zusätzlich z.B. auch in den Vertiefungen 202 eingeklemmt und/oder mit dem Trägerelement 102 verklebt sein.
Die Antriebsspulen 304 und damit die Phasenwicklungen sind in einem Stator 402 um einen um eine Drehachse 404A drehbar gelagerten Rotor 404 herum angeordnet. Der Rotor 404 ist mit einer Welle 406 starr verbunden, beispielsweise um die Rotationsbewegung des Rotors 404 auf ein Stellglied zu übertragen, z.B. mittels eines nicht dargestellten Getriebes.
Der Elektromotor 400 samt Rotor 404 und Stator 402 ist von einer zylindrischen Einhausung 408 umgeben. Im Beispiel sind die Antriebsspulen 304 an radial nach innen verlaufenden Statorzähnen des Stators 402 befestigt. Ferner umfasst der Stator 402 einen oberen und einen unteren Deckel 410A, 410B, die bevorzugt abnehmbar an der Einhausung 408 oder direkt am Stator 402 befestigt werden können. Die Deckel 410A, 410B können jeweils eine Lagerung oder Führung für die Welle 406 aufweisen, wobei mindestens einer der Deckel 410A, 410B zudem eine Öffnung aufweisen kann, durch die sich die Welle 406 aus dem Stator 402 hinaus erstreckt. Der Stator 402 umfasst weiterhin eine Nutisolation 412, die in den Statornuten zwischen den Antriebsspulen 304 angeordnet ist, z.B. um die Antriebsspulen 304 voneinander elektrisch zu isolieren. Die Nutisolation 412 kann beispielsweise einen Isolationskörper umfassen, der entlang der Drehachse 404A zwischen die Antriebsspulen 404 geschoben werden kann. Der Elektromotor 400 kann außerdem weitere in den 4a-4d nicht gezeigte Elemente umfassen, beispielsweise ein Gehäuse, in dem der Stator 402 mit dem Rotor 404, dem Getriebe und der Steuereinheit angeordnet sein kann.
Wie oben beschrieben umfasst die Kontaktierungsvorrichtung 200 ein Trägerelement 102, welches beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sein kann. Das Trägerelement 102 ist auf einer Stirnseite des Stators 402 angeordnet und weist eine Öffnung auf, durch die die Drehachse 404A des Rotors 404 verläuft. In manchen Ausgestaltungen kann sich auch die Welle 406 wie in 4c gezeigt durch die Öffnung in dem Trägerelement 102 erstrecken, beispielsweise zu der in dem oberen Deckel 410A angeordneten Lagerung oder Führung. Das Trägerelement 102 ist so auf der Stirnseite des Stators 402 angeordnet, dass sich das Trägerelement 102 senkrecht zur Drehachse 404A erstreckt.
Das Trägerelement 102 ist an dem Stator 402 befestigt, wobei das Trägerelement 102 bevorzugt abnehmbar auf den Stator 402 aufgesteckt ist. Hierzu weist das Trägerelement 102 eine Befestigungsvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, das Trägerelement 102 an der Stirnseite des Stators 402 zu befestigen. Im Beispiel der 4a, 4b weist die Nutisolation 412 eine Vielzahl von Vorsprüngen 412A auf, die entlang eines Außenumfangs des Stators 402 um die Drehachse 404A herum angeordnet sind und sich von einer oberen bzw. unteren Stirnseite der Nutisolation 412 parallel zu der Drehachse 404A erstrecken. Die Befestigungsvorrichtung des Trägerelements 102 weist eine Vielzahl von Nasen 414 auf, die auf der den Antriebsspulen 304 zugewandten Seite des Trägerelements 102 angeordnet sind. Die Nasen 414 sind wie in 4a gezeigt jeweils dazu eingerichtet, auf einen der Vorsprünge 412A der Nutisolation 412 aufgesteckt zu werden, z.B. so dass die Nasen 414 mit einer Vertiefung oder Nut auf dem entsprechenden Vorsprung 412A ineinander greift. In anderen Ausgestaltungen können die Vorsprünge 412A an einem anderen Element des Stators 402 angeordnet sein, beispielsweise an einer zylindrischen Einhausung. Außerdem kann die Befestigungsvorrichtung des Trägerelements 102 andere Befestigungsmittel aufweisen, die dazu eingerichtet sind mit einem entsprechenden Gegenstück des Stators 402 ineinander zugreifen, zum Beispiel Vertiefungen oder Öffnungen, die dazu eingerichtet sind, die Vorsprünge 412A aufzunehmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Befestigungsvorrichtung des Trägerelements 102 auch eine Vielzahl von Befestigungselementen zum Heißverstemmen, Rastnasen oder -pins, Einpresspins und/oder Schrauben aufweisen und/oder entsprechende Gegenstücke.
Wie bei dem Elektromotor 300 aus 3 sind die Antriebsspulen 304 des Elektromotors 400 an einem Ende über einen Sternpunkt kurzgeschlossen. Hierzu kann die Kontaktierungsvorrichtung 200 ebenfalls ein Sternpunkt-Kontaktierungselement 104D umfassen, dass eine Vielzahl von miteinander elektrisch verbundenen Phasenkontakten 108 aufweist, die jeweils mit einer der Antriebsspulen 304 über eine Zuleitung 306B verbunden sind.
Das Sternpunkt-Kontaktierungselement 104D kann ähnlich den Kontaktierungselementen 104A-C ausgebildet sein und beispielsweise ein Leitblech 110 umfassen, das sämtliche Phasenkontakte 108 des Sternpunkt-Kontaktierungselements 104D elektrisch miteinander verbindet. In manchen Ausführungsformen kann das Leitblech 110 des Sternpunkt-Kontaktierungselements 104D ringförmig sein, d.h. anders als beispielsweise die in 1 und 2a gezeigten Kontaktierungselemente 104A-C entlang der Umfangsrichtung geschlossen sein. Die Phasenkontakte 108 des Sternpunkt-Kontaktierungselements 104D können ähnlich den Phasenkontakten 108 der Kontaktierungselemente 104A-C ausgebildet sein und beispielsweise ähnlich dem in 2 gezeigten Kontaktierungselement 104B eine Klemmvorrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist die Zuleitung 306B zu einer der Antriebsspulen 304 aufzunehmen. Alternativ zu einer Klemmvorrichtung kann auch einfach eine Vorrichtung zum Aufnehmen der Zuleitung vorgesehen sein, in welcher diese ohne geklemmt zu sein aufgenommen und/oder verschweißt wird.
Das Sternpunkt-Kontaktierungselement 104D kann zum Beispiel an oder benachbart zu einer Stirnseite des Stators 402 angeordnet sein, beispielsweise wie in 4a, 4b gezeigt auf einer dem Trägerelement 102 gegenüberliegenden Stirnseite des Stators 402. Bevorzugt ist das Leitblech 110 des Sternpunkt-Kontaktierungselements 104D zumindest teilweise in einer Vertiefung angeordnet. Im Beispiel der 4a, 4b weist der Stator 402 eine Vielzahl von Vorsprüngen 412B auf, zum Beispiel an der Nutisolation 412, die sich von dem Stator 402 weg entlang der Drehachse 404A erstrecken. Das Leitblech 110 des Sternpunkt-Kontaktierungselements 104D ist in einer von oder zwischen den Vorsprüngen 412B des Stators 402 und den Vorsprüngen 412A der Nutisolation 412 gebildeten Vertiefung angeordnet.
In anderen Ausführungsformen kann die Kontaktierungsvorrichtung ein weiteres Trägerelement für das Sternpunkt-Kontaktierungselement 104D umfassen. Das weitere Trägerelement kann beispielsweise auf einer dem Trägerelement 102 gegenüberliegenden Stirnseite des Stators 402 angeordnet sein und z.B. ähnlich dem Trägerelement 102 auf die in 4b zu sehenden Vorsprünge 412A der Nutisolation 412 aufgesteckt sein. Das Leitblech 110 des Sternpunkt-Kontaktierungselements 104D kann beispielsweise auf einer Oberfläche des weiteren Trägerelements oder in einer Vertiefung in dem weiteren Trägerelement angeordnet sein.
In manchen Ausgestaltungen kann das Sternpunkt-Kontaktierungselement 104D auch an oder benachbart zu derselben Stirnseite des Stators 402 angeordnet sein, an der auch das Trägerelement 102 befestigt ist. Dabei kann das Leitblech des Sternpunkt-Kontaktierungselements 104D beispielsweise ähnlich wie in 4b gezeigt zwischen den Vorsprüngen 412B des Stators 402 und den Vorsprüngen 412A der Nutisolation 412 und damit zwischen dem Trägerelement 102 und dem Stator 402 angeordnet sein. Alternativ kann das Sternpunkt-Kontaktierungselement 104D ebenfalls auf dem Trägerelement 102 angeordnet sein, zum Beispiel innerhalb oder außerhalb der Kontaktierungselemente 104A-C um die Öffnung in dem Trägerelement 102.
Der Elektromotor 400 umfasst weiterhin eine Sensorhalterung 416, die dazu eingerichtet ist, einen Sensor (nicht dargestellt) wie beispielsweise einen Positionssensor aufzunehmen, z.B. um eine Stellung des Rotors 404 zu bestimmen. Der Sensor kann dabei insbesondere ein Hallsensor, zum Beispiel ein zwei-dimensionaler oder drei-dimensionaler Hallsensor sein, der dazu eingerichtet ist, die Stärke eines Magnetfelds, das von einem mit dem Rotor 404 verbundenen Magneten erzeugt wird, entlang zwei bzw. drei Achsen zu bestimmen. Im Beispiel der 4a ist die Sensorhalterung 416 eine Platine, die beispielsweise eine oder mehrere Lötflächen oder -pads aufweisen kann, auf denen der Sensor angeordnet ist oder angeordnet werden kann. In anderen Beispielen kann die Sensorhalterung 416 keine Platine sein, sondern beispielsweise einen entsprechend geformten Haltekörper aufweisen, der beispielsweise aus Kunststoff und/oder Metall hergestellt sein kann. Wie oben beschrieben weist das Trägerelement 102 der Kontaktierungsvorrichtung 200 eine Fixiervorrichtung 204 auf, die dazu eingerichtet ist die Sensorhalterung bzw. Platine 416 an dem Trägerelement zu fixieren. Die Platine 416 kann beispielsweise Öffnungen oder Vertiefungen aufweisen, die jeweils dazu eingerichtet sind, mit einem entsprechenden Fixierelemente der Fixiervorrichtung 204 ineinander zugreifen, zum Beispiel wie in 4a gezeigt einen Pin der Fixiervorrichtung 204 aufzunehmen, um die Platine 416 an dem Trägerelement 102 zu befestigen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Platine 416 mit den Pins der Fixiervorrichtung 204 heißverstemmt. Alternativ oder zusätzlich kann die Platine 416 beispielsweise auch mit der Fixiervorrichtung 204 verklebt und/oder verschraubt sein. In einigen Ausgestaltungen können auf der Platine 416 alternativ oder zusätzlich zu dem Sensor auch andere elektronische Bauteile angeordnet sein, zum Beispiel Teile der Steuereinheit.
Die beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen und die Figuren dienen nur zur rein beispielhaften Illustration. Die Erfindung kann in ihrer Gestalt variieren, ohne dass sich das zugrundeliegende Funktionsprinzip ändert. Der Schutzumfang des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich allein aus den folgenden Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

100: Kontaktierungsvorrichtung
102: Trägerelement
104A, 104B, 104C: Kontaktierungselemente
104A-1: inneres Ende des Kontaktierungselements 104A
104A-2: mittlerer Abschnitt des Kontaktierungselements 104A
104A-3: äußeres Ende des Kontaktierungselements 104A
104B-1: inneres Ende des Kontaktierungselements 104B
106: Anschlusskontakt
108: Phasenkontakt
110: Leitblech
112: Zentrumspunkt
200: Kontaktierungsvorrichtung
202: Vertiefung
204: Fixiervorrichtung
300 .: Elektromotor
302: Steuereinheit
304: Antriebsspulen
304A, 304B, 304C: Phasenwicklung
306A, 306B: Zuleitung
400: Elektromotor
402: Stator
404: Rotor
404A: Drehachse
406: Welle
408: Einhausung
410A, 410B: Deckel
412: Nutisolation
412A: Vorsprünge an der Nutisolation 412
412B: Vorsprünge an der Nutisolation 412
414: Nase
416: Sensorhalterung/Platine

Claims

Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) zur Verwendung in einem Elektromotor (300, 400), wobei die Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) eine Vielzahl von Kontaktierungselementen (104A, 104B, 104C) umfasst, wobei: jedes Kontaktierungselement (104A, 104B, 104C) einen Anschlusskontakt (106) zur Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle (302) und mindestens einen mit dem Anschlusskontakt (106) elektrisch verbundenen Phasenkontakt (108) zur Verbindung mit einer Phasenwicklung (304A, 304B, 304C) des Elektromotors (300, 400) aufweist; und die Kontaktierungselemente (104A, 104B, 104C) spiralförmig um einen Zentrumspunkt (112) angeordnet sind, wobei jedes der Kontaktierungselemente (104A, 104B, 104C) sich entlang einer Umfangsrichtung zumindest teilweise um den Zentrumspunkt (112) erstreckt und ein inneres Ende (104A-1) jedes Kontaktierungselements (104A, 104B, 104C) näher an dem Zentrumspunkt (112) liegt als ein dem inneren Ende (104A-1) gegenüberliegendes äußeres Ende (104A-3) des entsprechenden Kontaktierungselements (104A, 104B, 104C).
Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 1, wobei die Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) ein Trägerelement (102) umfasst und die Kontaktierungselemente (104A, 104B, 104C) auf dem Trägerelement (102) angeordnet sind.
Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 2, wobei mindestens ein Kontaktierungselement (104A, 104B, 104C) in einer Vertiefung (202) auf einer Stirnseite des Trägerelements (102) angeordnet ist.
Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 3, wobei das Kontaktierungselement (104A, 104B, 104C) ein Leitblech (110) umfasst, das den Anschlusskontakt (106) mit dem mindestens einen Phasenkontakt (108) elektrisch verbindet.
Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 4, wobei das Leitblech (110) vollständig in die Vertiefung (202) eingelassen ist, so dass das Leitblech (110) tiefer liegt als eine Oberkante der Vertiefung (202), während der Anschlusskontakt (106) und/oder der mindestens eine Phasenkontakt (108) aus der Vertiefung (202) hervorstehen.
Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Phasenkontakt (108) eine Klemmvorrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, eine Zuleitung (306A) zu der Phasenwicklung (304A, 304B, 304C) aufzunehmen.
Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erstes (104A) und ein zweites Kontaktierungselement (104B) einander in Umfangsrichtung überlappen, wobei das innere Ende (104A-1) des ersten Kontaktierungselements (104A) zwischen dem Zentrumspunkt (112) und einem Abschnitt des zweiten Kontaktierungselements (104B) angeordnet ist und das innere Ende (104B-1) des zweiten Kontaktierungselements (104B) zwischen dem Zentrumspunkt (112) und einem Abschnitt des ersten Kontaktierungselements (104A) angeordnet ist.
Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 7, wobei ein drittes Kontaktierungselement (104C) mit dem ersten (104A) und dem zweiten Kontaktierungselement (104B) in Umfangsrichtung überlappend angeordnet ist, wobei vom Zentrumspunkt (112) aus gesehen: das innere Ende (104A-1) des ersten Kontaktierungselements (104A) innerhalb des zweiten (104B) und des dritten Kontaktierungselements (104C) angeordnet ist; ein mittlerer Abschnitt (104A-2) des ersten Kontaktierungselements (104A) zwischen dem zweiten (104B) und dem dritten Kontaktierungselement (104C) angeordnet ist; und das äußere Ende (104A-3) des ersten Kontaktierungselements (104A) außerhalb des zweiten (104B) und des dritten Kontaktierungselements (104C) angeordnet ist.
Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der Kontaktierungselemente (104A, 104B, 104C) die gleiche Struktur hat.
Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Kontaktierungselement (104A, 104B, 104C) mindestens drei Phasenkontakte (108) aufweist, die entlang der Umfangsrichtung um den Zentrumspunkt (112) angeordnet sind.
Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) eine Befestigungsvorrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) in dem Elektromotor (300, 400), insbesondere an der Stirnseite eines Stators (402) des Elektromotors (300, 400), zu befestigen.
Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) eine Fixiervorrichtung (204) aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Platine oder eine Sensorhalterung (416) an der Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) zu fixieren.
Elektromotor (300, 400) mit einer Steuereinheit (302), einer Vielzahl von Phasenwicklungen (304A, 304B, 304C) und einer Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die Phasenwicklungen (304A, 304B, 304C) jeweils mit mindestens einem entsprechenden Phasenkontakt (108) der Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) elektrisch verbunden sind; die Anschlusskontakte (106) der Kontaktierungselemente (104A, 104B, 104C) mit der Steuereinheit (302) elektrisch verbunden sind; und die Steuereinheit (302) dazu eingerichtet ist, Antriebssignale für die Phasenwicklungen (304A, 304B, 304C) bereitzustellen.
Elektromotor (300, 400) nach Anspruch 13, wobei die Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) jeweils ein Kontaktierungselement (104A, 104B, 104C) für jede Phasenwicklung (304A, 304B, 304C) umfasst und jede Phasenwicklung (304A, 304B, 304C) jeweils eine Vielzahl von Antriebsspulen (304) umfasst, wobei die Antriebsspulen (304) einer Phasenwicklung (304A, 304B, 304C)) jeweils mit einem Phasenkontakt (108) des entsprechenden Kontaktierungselements (104, 104B, 104C) elektrisch verbunden sind.
Elektromotor (300, 400) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Phasenwicklungen (302) in einem Stator (402) angeordnet sind und die Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) ein Trägerelement (102) umfasst, das auf einer Stirnseite des Stators (402) anordnet ist.
Elektromotor (300, 400) nach Anspruch 15, wobei das Trägerelement (102) auf den Stator (402) aufgesteckt ist.
Elektromotor (300, 400) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei eine Zuleitung (306A) zu einer Phasenwicklung (304A, 304B, 304C) sich von dem entsprechenden Phasenkontakt (108) eines ersten Kontaktierungselements (104A) über ein weiteres Kontaktierungselement (104B, 104C) hinweg zu der Phasenwicklung (304A, 304B, 304C) hin erstreckt.
Elektromotor (300, 400) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei der Elektromotor (300, 400) ein bürstenloser Gleichstrommotor ist und die Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) weiterhin ein Sternpunkt-Kontaktierungselement (104D) umfasst, das eine Vielzahl von miteinander elektrisch verbundenen Phasenkontakten (108) aufweist, die jeweils mit einer der Phasenwicklungen (304A, 304B, 304C) elektrisch verbunden sind.
Elektromotor (300, 400) nach Anspruch 18, wobei das Sternpunkt-Kontaktierungselement (104D) ein Leitblech (110) umfasst, das die Phasenkontakte (108) elektrisch miteinander verbindet, und die Phasenkontakte (108) jeweils eine Klemmvorrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, eine Zuleitung (306B) zu einer Phasenwicklung (304A, 304B, 304C) aufzunehmen.
Elektromotor (300, 400) nach Anspruch 19, wobei das Leitblech (110) in einer Vertiefung an oder benachbart zu einer Stirnseite des Stators (402) angeordnet ist.
Elektromotor (300, 400) nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei der Elektromotor (300, 400) weiterhin eine Sensorhalterung oder eine Platine (416) umfasst, die an der Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) befestigt ist.
Elektromotor (300, 400) nach einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei die Kontaktierungsvorrichtung (100, 200) eine Öffnung (102A) aufweist, durch die sich eine Drehachse (404A) des Elektromotors (300, 400) hindurch erstreckt.