DE102020203870A1

DE102020203870A1 - Stator mit einer Kontaktvorrichtung

Info

Publication number: DE102020203870A1
Application number: DE102020203870.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel Fiederling; Stefan Wüst
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2020-01-24
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2021-07-29
Also published as: WO2021148449A1; WO2021148446A1; CN115136466A; DE102020203875A1; WO2021148451A1; US20230088759A1; DE102020203869A1; CN115088161A; DE202020005485U1; US20230098997A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (2) eines Elektromotors (1), aufweisend einen Statorgrundkörper (8), der Spulen (7, SPn) mit jeweils zwei Spulenenden (10, SPnm) einer mehrphasigen Statorwicklung (3) trägt, und eine stirnseitig am Statorgrundkörper (8) angeordnete Kontaktvorrichtung (5) mit einem Verschaltungsgehäuse (11), das eine Anzahl von Stromschienen (16, Sn) zur Verschaltung der Spulen (7, SPn) und einer Anzahl von Phasenanschlüssen (4, Pn) aufnimmt, wobei jede Phase (U, V, W) der Statorwicklung (3) von mindestens einer der Spulen (7, SPn) und mindestens einer der Stromschienen (16, Sn) sowie einem der Phasenanschlüsse (4, Pn) gebildet ist, und wobei die Abmessungen der Stromschienen (16, Sn) derart eingestellt sind, dass der elektrische Widerstand (R) aller Phasen (U, V, W) der Statorwicklung (3) gleich ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator mit einer Kontaktvorrichtung zur Kontaktierung von Spulen einer Statorwicklung. Die Erfindung betrifft weiter einen Elektromotor, insbesondere einen elektronisch kommutierten Lenkungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem solchen Stator.
Kraftfahrzeuge weisen heutzutage üblicherweise eine Anzahl von Verstellteilen, beispielsweise eine Lenkung, eine Sitzverstellung, ein betätigbares Schloss, ein Fensterheber, ein verstellbares Schiebedach auf, welche mittels eines jeweils zugeordneten elektromotorischen Antriebs verstellbar bzw. zwischen verschiedenen Stellpositionen verfahrbar sind.
Ein insbesondere bürstenloser Elektromotor als elektrische Drehstrommaschine weist in der Regel einen Stator mit einer Anzahl von beispielsweise sternförmig angeordneten Statorzähnen auf, welche eine elektrische Drehfeld- oder Statorwicklung in Form einzelner Spulen tragen, die aus einem Isolierdraht gewickelt sind. Die Spulen sind mit deren Spulenenden (Wickeldrahtenden) einzelnen Strängen oder Phasen zugeordnet und untereinander in einer vorbestimmten Weise verschaltet sowie an Phasenanschlüsse zur Bestromung der Drehfeldwicklung geführt.
Im Falle eines bürstenlosen Elektromotors als dreiphasige, elektronisch kommutierte Drehstrommaschine weist der Stator drei Phasen und damit zumindest drei Phasenleiter oder Phasenwicklungen auf, die jeweils phasenversetzt mit elektrischen Strom beaufschlagt werden, um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen, in dem ein üblicherweise mit Permanentmagneten versehener Rotor rotiert. Die Phasenenden der Phasenwicklungen werden zur Ansteuerung des Elektromotors an eine Motorelektronik geführt. Die Spulen der Drehfeldwicklung werden hierbei in Sternschaltung oder in Dreieckschaltung verschaltet und mit den drei Phasenanschlüssen elektrisch kontaktiert.
Zur Führung und Verschaltung der Spulenenden sind Kontaktvorrichtungen als Verschaltsysteme oder Schalteinheiten üblich, welche stirnseitig auf den Stator beziehungsweise auf ein Statorpaket aufgesetzt werden. Derartige Kontaktvorrichtungen dienen insbesondere dazu, die Spulenenden der die Spulenwicklungen bildenden Wickeldrahtabschnitte elektrisch leitend zu verbinden, so dass einzelne Spulenenden elektrisch miteinander verbunden (kurzgeschlossen) und somit die Spulen- oder Phasenwicklungen seriell bestrombar sind.
Derartige Kontaktvorrichtungen weisen zur Verbindung oder Kontaktierung der Spulenenden häufig eine Anzahl von integrierten oder umspritzten Leiterbahnen oder Stromschienen als Verbindungsleiter auf. Bei der Montage des Elektromotors beziehungsweise Stators werden die Spulenenden mit den Stromschienen kontaktiert, so dass einer gemeinsamen Phase zugeordnete Spulen über die Kontaktvorrichtung miteinander verbunden sind. Die Kontaktierung der Spulenenden mit den Stromschienen erfolgt in der Regel mittels einer Stoffschlussverbindung, beispielsweise mittels Löten oder Schweißen, insbesondere mittels Laser-Schweißen.
Aus der DE 10 2010 039 335 A1 ist eine Kontakteinrichtung eines Stators eines Elektromotors bekannt, mittels welcher eine Anzahl von umfangsseitig des Stators angeordnete Spulen elektrisch kontaktiert werden. Die Kontakteinrichtung weist einen ringförmigen Kontaktträger aus einem elektrisch isolierenden Material sowie zur Kontaktierung der Spulen elektrisch leitende und über axial überstehende Phasenanschlüsse bestromte Leitungsbahnen auf, die in verschiedenen, parallel zur Kontaktträgerebene liegenden Ebenen aufgenommen sind.
Es ist denkbar, dass mittels einer solchen Kontakteinrichtung (Schalteinheit), die auf eine Statorbaugruppe mit einem Spulen tragenden Statorgrundkörper stirnseitig gesetzt wird, nicht alle Spulen miteinander verbunden werden. Durch die Verbindung der Spulen bzw. deren Spulenenden mit der Kontakteinrichtung entsteht ein mindestens zweiphasiger (2-phasiger), vorzugsweise ein dreiphasiger (3-phasiger) Elektromotor. Die Kontakteinrichtung, welche die Schnittstelle zwischen dem Stator und einer Motorelektronik bildet, weist eine Anzahl an Anschlusselementen (Anschlussklemmen) auf, welche in der Regel der Anzahl der Phasen entspricht.
Eine typische Charakteristik der in der Regel aus einem elektrisch gut leitenden Material, vorzugsweise aus Kuper oder einer Kupferlegierung oder aus Aluminium beziehungsweise aus einer Aluminiumlegierung, bestehenden Leitungsbahnen der Kontakteinrichtung ist darin zu sehen, dass diese auf dem kürzesten, häufig intuitivsten Weg verlegt sind. Dabei wird ein vorgegebener Mindestabstand zwischen benachbarten Leiterbahnen nicht unterschritten, wodurch der elektrische (ohmsche) Widerstand klein (gering, niedrig) gehalten wird. Der Leiterbahnquerschnitt ist dabei üblicherweise innerhalb einer Leiterbahn beziehungsweise zwischen den Leiterbahnen konstant.
Nachteilig bei dieser Verlegeart der Leiterbahnen ist, dass die Symmetrie der von außen messbaren (elektrische) Widerstände, insbesondere bei kleinen Spulenwiderständen, stark unterschiedlich sein kann, auch wenn die Spulenwiderstände selbst identisch sind. Diese Unsymmetrie kann sich nachteilig auf die Regelung und/oder auf die Steuerung des Elektromotors durch die Elektronik (Motorelektronik) auswirken und eine erhöhte Drehmomentwelligkeit und/oder ein hohes Geräuschniveau erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stator mit einer besonders geeigneten Kontaktvorrichtung anzugeben. Insbesondere soll mittels der Kontaktvorrichtung eine Drehmomentwelligkeit und/oder ein Geräuschniveau möglichst niedrig gehalten werden. Vorzugsweise soll hierzu eine möglichst weitgehende Widerstandssymmetrie der Phasen hergestellt werden. Des Weiteren soll ein besonders geeigneter Elektromotor mit einem derartigen Stator angegeben werden.
Bezüglich des Stators wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf den Stator angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf den Elektromotor übertragbar und umgekehrt.
Der Stator weist einen sich entlang einer Statorachse erstreckenden Statorgrundkörper auf, der eine Anzahl von Spulen einer mehrphasigen Statorwicklung trägt, wobei jede Spule zwei, insbesondere axial orientierte, Spulenenden aufweist. Der Stator weist des Weiteren eine stirnseitig an dem Statorgrundkörper angeordnete Kontaktvorrichtung mit einem, vorzugsweise ringförmigen, Verschaltungsgehäuse auf, das eine Anzahl von Stromschienen zur Verschaltung der Spulen und einer Anzahl von Phasenanschlüssen aufnimmt, deren jeder mit einer der Stromschienen verbunden ist. Die Statorwicklung ist geeigneter Weise redundant, insbesondere mit zwei mal drei Phasen, ausgeführt.
Jede Phase der Statorwicklung ist von mindestens einer der Spulen und mindestens einer der Stromschienen sowie einem der Phasenanschlüsse gebildet, wobei die Abmessungen der Stromschienen derart eingestellt sind, dass der elektrische Widerstand aller Phasen der Statorwicklung gleich ist. Geeigneter Weise sind die Abmessungen der Stromschienen derart eingestellt, dass der elektrische Widerstand der Stromschienen gleich ist. Vorteilhafterweise ist (sind) hierzu die Schienenlänge und/oder der Schienenquerschnitt der Stromschienen derart eingestellt, dass die elektrischen Widerstände der Phasen der Statorwicklung gleich sind. Zweckmäßigerweise weist jede Stromschiene mindestens einen Anschlusskontakt zur Kontaktierung mit einem der Spulenenden auf.
Auch kann mit einer geeigneten Form (Geometrie) der Stromschienen bei hinsichtlich des jeweiligen Widerstandes gegebener Leiterbahn- oder Stromschienenlänge ein im Vergleich hierzu geringer Abstand der mit dieser Stromschiene zu verbindenden Kontaktstellen, z. B. zu der verbindenden Spulenenden oder solcher mit einem Phasenanschluss, überbrückt werden, indem die entsprechende Stromschiene beispielsweise wellen-, mäander- oder schlaufenartig ausgeführt ist. Mit anderen Worten kann die entsprechende Stromschiene - auch wesentlich - länger sein, als der geringste Abstand zwischen den zu verbindenden Kontaktstellen der entsprechenden Spulen und/oder des jeweiligen Phasenanschlusses.
In vorteilhafter Ausgestaltung sind die Spulen und deren Spulenenden derart am Statorgrundkörper angeordnet, dass jeweils ein Spulenende der Spulen auf einem radial inneren Umfang des Stators angeordnet ist. Insbesondere bei einer derartigen Anordnung dieser Spulenenden ist es vorteilhaft ermöglicht, dass diejenigen Stromschienen, welche die Spulen der jeweiligen Phase verbinden, für jede der Phasen gleich sind.
In vorteilhafter Ausgestaltung sind die Spulen in Sternschaltung verschaltetet. Zur Herstellung des Sternpunktes der Sternschaltung ist lediglich eine einzelne Stromschiene eingesetzt, die drei Anschlusskontakt und zwei sich zwischen diesen erstreckende Stromschienenabschnitte aufweist, welche vorzugsweise unterschiedliche Abschnittslängen aufweisen. Hierdurch kann die Einstellung der gewünschten Widerstandsysmmmetrie vorteilhaft vereinfacht werden.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine erhöhte Drehmomentwelligkeit und/oder ein erhöhtes Geräuschniveau vermieden werden kann, wenn der elektrische Widerstand aller Phasen der Stator- oder Motorwicklung gleich ist. Da die elektrischen Widerstände der an der Statorwicklung beteiligten Spulen typischerweise gleich oder identisch ist, kann die Widerstandssymmetrie erkanntermaßen durch Anpassung der Widerstände der Leiterbahnen beziehungsweise Stromschienen optimiert werden.
Die Widerstände werden dabei entweder durch eine Ouerschnittsänderung oder durch eine Längenänderung aller oder bestimmter Stromschienen (Leiterbahnen) erzeugt. Dabei können die Stromschienen untereinander unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Auch kann entlang einer einzelnen Stromschiene der Querschnitt variieren. Durch die Längenänderung, z. B. durch eine zusätzliche Schlaufe oder eine Wellenform, werden die Stromschienen (Leiterbahnen) nicht mehr unbedingt auf dem kürzesten oder intuitivsten Weg verlegt. Die Querschnitte können dabei auch innerhalb einer einzelnen Stromschiene variieren.
Die Herstellung einer solchen Widerstandsymmetrie lässt sich bei Elektromotoren mit in Sternschaltung und in Dreieckschaltung verschalteten Spulen sowie bei Elektromotoren mit redundanten Wicklungen, z. B. zwei dreiphasigen Statorwicklungen (2 x 3 Phasen), realisieren. Aufgrund der sehr guten Widerstandssymmetrie können derartige Elektromotoren besonders exakt geregelt werden und erzeugen dabei keine oder nur geringe Drehmomentwelligkeiten bzw. Geräusche.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die mit dem Phasenanschluss zu verbindende Stromschiene ein Fügeende auf, das eine korrespondierende, vorzugsweise rechteckförmige, Aussparung eines Verbindungsabschnitts des Phasenanschlusses durchgreift. Zweckmäßigerweise weist die mit dem Phasenanschluss zu verbindende Stromschiene ein Fügeende (Fixierende) auf, das die korrespondierende Aussparung des Verbindungsabschnitts des Phasenanschlusses durchgreift. Geeigneter Weise ist das Fügeende der Stromschiene in der Verbindung (Fügeverbindung) mit dem Phasenanschluss unter Bildung eines die Aussparung zumindest bereichsweise überdeckenden, beispielsweise pilzkopfförmigen, Fixierkopfes verformt bzw. umgeformt. Besonders bevorzugt ist diese Verbindung als Schweißverbindung, zweckmäßigerweise mittels Laserschweißen, hergestellt. Geeigneter Weise sind die Phasenanschlüsse als Schneid-Klemm-Kontakte ausgebildet.
Bei Elektromotoren mit redundanter Statorwicklung, d. h. bei redundanten Motoren mit entsprechend mehreren Teilsystemen, bei denen lediglich ein Teilsystem geregelt wird, ist die Abweichung des Stromes zum anderen Teilsystem im motorischen Betrieb gering, was wiederum die Regelbarkeit verbessert. Zudem kann der (Gleich-)Strom der bestromten Statorwicklung bzw. der Phasen genauer abgeschätzt werden.
In einer bevorzugten Anwendung ist der vorstehend beschriebene Stator Teil eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs. Der erfindungsgemäße Elektromotor ist hierbei vorzugsweise ein Lenkungsmotor, beispielsweise inklusive eines Getriebes, für die Lenkung des Kraftfahrzeugs.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 in schematischer und vereinfachter Darstellung einen Elektromotor eines Kraftfahrzeugs,
2 in perspektivischer Darstellung einen Stator und eine auf diesen stirnseitig aufgesetzte bzw. aufsetzbare Kontaktvorrichtung mit einem Verschaltungsgehäuse und mit aus diesem herausragenden Phasenanschlüssen (Phasenkontakte) und Kontaktfahnen von Stromschienen zur Verschaltung von Spulen einer redundant ausgeführten Statorwicklung,
3 in perspektivischer Darstellung die Kontaktvorrichtung ohne Verschaltungsgehäuse und mit Fügeverbindungen zwischen Fügeenden einzelner Stromschienen und Verbindungsabschnitten der Phasenanschlüsse,
4 in einer Draufsicht die Kontaktvorrichtung ohne Verschaltungsgehäuse mit Blick auf die mit den Stromschienen unterschiedlicher Schienenlänge, Schienenquerschnitte und Schienenform verschalteten Spulen und deren Spulenenden eines ersten und zweiten Teilsystems der redundanten Statorwicklung, und
5a und 5b schematisch die Spulen und deren Verschaltung zu den (redundanten) Phasen des ersten bzw. zweiten Teilsystems in Sternschaltung.

Die 1 zeigt in schematischer und vereinfachter Darstellung einen Elektromotor 1 zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Der Elektromotor 1 weist einen Stator 2 mit einer mehrphasigen Drehfeld- oder Statorwicklung 3 auf, welche zur Bestromung mittels nachfolgend auch als Phasenkontakten bezeichneten Phasenanschlüssen 4 einer Kontaktvorrichtung 5 (2 bis 4) mit einer Motorelektronik 6 verbunden ist. Im bestromten Zustand erzeugt die Statorwicklung 3 ein magnetisches Drehfeld, welches einen nicht näher gezeigten Rotor des Elektromotors 1 antreibt. Der Elektromotor 1 ist insbesondere ein elektronisch kommutierter Lenkungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
In der schematischen Darstellung ist die Statorwicklung 3 dreiphasig mit drei (Motor-)Phasen U, V, W ausgeführt. Jede Phase U, V, W ist aus einer Phasenwicklung gebildet, welche im Ausführungsbeispiel durch eine Verschaltung zweier Spule (Spulenwicklung) 7 der Statorwicklung 3 gebildet ist. Die Phasen U, V, W sind in diesem Ausführungsbeispiel in einer Sternschaltung mit dem Sternpunkt B miteinander verschaltet.
2 zeigt in perspektivischer Ansicht die Kontaktvorrichtung oder Schalteinheit 5 für den Stator 2. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Statorwicklung 3 redundant mit zwei mal drei Phasen U, V, W ausgeführt. Im Montagezustand ist die Kontaktvorrichtung 5 stirnseitig auf den Stator 2 beziehungsweise auf dessen als Statorpaket ausgeführten Statorgrundkörper 8 aufgesetzt, der sich entlang der Statorachse A und somit in Axialrichtung (axial) erstreckt. Dieser beziehungsweise das Statorpaket des Stators 2 umfasst beispielsweise zwölf nach innen gerichtete Statorzähne, auf welche die Stator- beziehungsweise Drehfeldwicklung 3 des Elektromotors 1 in zwei Teilsystemen mit jeweils drei Phasen U., V, W aufgebracht ist.
Die Spulen 7 sind im Ausführungsbeispiel auf isolierende Wicklungsträger oder Spulenträger 9 gewickelt und mit diesen auf die Statorzähne des Statorgrundkörpers 8 aufgesetzt. Jeder der rahmenartigen Wicklungsträger 9 trägt hierbei eine Spule 7 als Teil der Statorwicklung 3. Die Spulen 7 weisen jeweils zwei axial gerichtete Spulenenden 10 auf. Die Spulen und deren Spulenenden sind in 2 lediglich beispielhaft mit den Bezugszeichen 7 beziehungswiese 10 versehen.
Die Spulenenden 10 der Spulen 7 werden mittels der stirnseitig auf den Stator 2 aufgesetzten Kontaktvorrichtung 5 zu der in diesem Ausführungsbeispiel redundanten dreiphasigen (3-phasigen) Stator- oder Drehfeldwicklung 3 verschaltet. Im elektromotorischen Betrieb erzeugen die jeweils bestromten Wicklungen der Statorwicklung 3 ein statorseitiges Magnetfeld, welches in Wechselwirkung mit Permanentmagneten eines um die zentrale Stator- oder Motorachse A rotierenden Rotors des bürstenlosen Elektromotors 1 tritt. Mittels der Motorelektronik 6 kann auf andere Phasen U, V, W zu deren Bestromung umgeschaltet werden, beispielsweise wenn in Folge eines Defektes einzelne Phasen U, V, W ausfallen.
Die Kontaktvorrichtung 5 weist ein kreisringförmiges Verschaltungsgehäuse 11 aus elektrisch isolierendem Material auf. Die Spulenenden 10 der Spulen 7 werden durch radial innenseitige, axiale Durchführöffnungen 12 des Verschaltungsgehäuses 11 geführt und auf der Oberseite des Verschaltungsgehäuses 1 mit Kontaktfahnen 13 zur Verschaltung kontaktiert. Die Durchführöffnungen 12 und Kontaktfahnen 13 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
Die Kontaktvorrichtung 5 ist mittels axialen Rastzungen 14 des Verschaltungsgehäuses 11 form- und/oder kraftschlüssig an dem Statorgrundkörper 8 befestigt oder befestigbar. Die Rastzungen 14 sind hierbei am Außenumfang verteilt und an der dem Statorgrundkörper 8 zugewandten (Unter-)Seite des Verschaltungsgehäuses 11 angeordnet. Der Statorgrundkörper 8 weist hierbei an seinem Außenumfang axial verlaufende Nuten 15 auf, in welche die Rastzungen 14 zur Befestigung klemmend eingreifen. Die an der entsprechenden Stirnseite des Stators 2 angeordnete Kontaktvorrichtung 5 ist am Statorgrundkörper 8 lösbar verrastet oder klemmbefestigt.
Wie in Verbindung mit 3 erkennbar ist, weist die Kontaktvorrichtung 5 eine Anzahl von Stromschienen 16 als Verbindungsleiter zur Verschaltung der Spulenenden 10 beziehungsweise deren Kontaktfahnen 13 mit den Phasenanschlüssen 4 auf. Das Verschaltungsgehäuse 11, in welches die Stromschienen 16 zumindest abschnittsweise konzentrisch zueinander verlaufend aufgenommenen sind, ist als Kunststoff-Umspritzung der Stromschienen 16 ausgeführt. Dabei sind die endseitigen Kontaktfahnen 13 der Stromschienen 16 sowie Fügeenden 17 einiger der bestimmungsgemäß für eine Verbindung mit den Phasenanschlüssen 4 vorgesehenen Stromschienen 16 zugänglich, also zumindest abschnittsweise nicht vom Verschaltungsgehäuse 11 umschlossen.
Die im Ausführungsbeispiel sechs Phasenanschlüsse 4 stellen drei Anschlusspaare für die Phasen U, V, W der durch die Spulen 7 und deren Verschaltung gebildete dreiphasigen Stator- oder Drehfeldwicklung 3 bereit. Jedes der Anschlusspaare mit den drei Phasen U, V, W und den zugeordneten Stromschienen 16 bildet eines von zwei redundanten Teilsystemen der Statorwicklung 3.
Die axial gerichteten Fügeenden 17 sind als Kontaktstellen für die Verbindung mit den zugeordneten Phasenanschlüssen 4 vorgesehen und einstückig, also einteilig oder monolithisch, an den Stromschienen 16 angeformt. Ebenso sind die axial gerichteten Kontaktfahnen 13 als Kontaktstellen zur Kontaktierung oder elektrisch leitenden Verbindung mit dem jeweils zugeordneten Spulenende 10 einstückige Bestandteile der Stromschienen 16. Die Kontaktfahnen 13 sind insbesondere als Schweißfahnen für eine Schweißverbindung, vorzugsweise für eine Laserschweißverbindung, mit den insbesondere abisolierten Spulenenden 10 ausgeführt. Die Stromschienen 16 mit deren Fügeenden 17 und Kontaktfahnen 13 sind hierbei beispielsweise als Stanzbiegeteile aus einem Kupfermaterial ausgeführt.
Die Phasenkontakte 4 sind in dieser Ausführungsform als etwa rechteckförmige Kontaktfahnen in Form eines Stanzbiegeteils ausgeführt. Die Langseiten des jeweiligen Phasenanschlusses 4 sind hierbei in Axialrichtung A orientiert, wobei die Schmalseiten etwa radial orientiert sind. Der jeweilige Phasenanschluss 4 ragt an der das Verschaltungsgehäuse 11 tragenden Statorstirnseite axial empor. Zur Abstützung und Stabilisierung sitzt der Phasenkontakt 4 im Montage- oder Fügezustand des Elektromotors 1 in einer nachfolgend als Trägerabschnitt 18 bezeichneten Halteaufnahme des Verschaltungsgehäuses 11 der Kontaktvorrichtung 5 ein. Die Phasenanschlüsse 4 sind als Schneid-Klemm-Kontakte oder -Verbindung und hierzu freiendseitig mit einem Aufnahmeschlitz 19 für einen jeweiligen Messerkontakt der Motorelektronik 6 versehen.
Wie aus den 3 und 4 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, weist der jeweilige Phasenanschluss 4 einen sich axial erstreckenden Kontaktabschnitt 4a und einen zu diesem orthogonal verlaufenden Verbindungsabschnitt 4b auf, in den eine nicht näher bezeichnete, vorzugsweise rechteckförmige Aussparung eingebracht ist. Die mit dem jeweiligen Phasenanschluss 4 zu verbindende Stromschiene 16 durchgreift mit deren Fügeende 17 die korrespondierende Aussparung des Verbindungsabschnitts 4b des Phasenanschlusses 4. Das mit dem jeweiligen Phasenanschluss 4 zu verbinden Fügeende 17 der entsprechenden Stromschiene 16 ist als eine Querschnittsreduzierung oder Verjüngung 20 der Stromschiene 16 an deren dem jeweiligen Phasenanschluss 4 zugewandten Schienen- oder Verbindungsende ausgeführt. Vorzugsweise ist das Fügeende 17 etwa L-förmig, wobei der vertikale L-Schenkel die Verjüngung 20 bildet. Die Querschnittsfläche der Verjüngung 20 ist hierbei keiner als diejenige des sich daran anschließenden Abschnitts des Fügeendes 17. Das Fügeende 17 ist im Bereich der Verjüngung 20 im Querschnitt kleiner als der Querschnitt der Aussparung im auslegerartigen Verbindungsabschnitt 4b des Phasenanschlusses 4.
In dem gezeigten Fügezustand wird zwischen dem Fügeende 17 der Stromschiene 16 und dem Verbindungsabschnitt 4b des Phasenanschlusses 4 eine form- und stoffschlüssige Verbindung 23 hergestellt, insbesondere eine Schweißverbindung, zweckmäßigerweise mittels Laserschweißen. Diese wird durchgeführt, wenn die Fügeverbindung hergestellt und die Komponenten (Stromschienen 16 und/oder Phasenanschlüsse 4) der Kontaktvorrichtung 5 umspritzt, also das Verschaltungsgehäuse 11 fertiggestellt ist. Dieses weist dann einen vorzugsweise ebenen, ringförmigen Basisabschnitt 21 auf. In diesem Zustand ragt das Fügeende 17 durch eine Öffnung 22 im Verschaltungsgehäuse 11 hindurch zu deren vom Basisabschnitt 21 gebildeten Oberseite. Das Fügeende 17 bzw. dessen Verjüngung 20 der Stromschiene 16 ist in der mittels Laserschweißen hergestellten Verbindung (form- und stoffschlüssige Fügeverbindung) mit dem Phasenanschluss 4 verformt. Diese Verbindungen sind im Anschluss an die Umspritzung der entsprechenden Abschnitte der Stromschienen 16 zugänglich.
Die Verbindungsabschnitte 4b der Phasenanschlüsse 4 verlaufen bezogen auf den ringförmigen Basisabschnitts 21 des Verbindungsgehäuses 11 in Umfangsrichtung oder tangential, während die Fügeenden 17 der an die Phasenanschlüsse 4 anzuschließenden Stromschienen 16 axial orientiert sind. Auf diese Weise können die stromschienenseitigen Fügeenden 17 die phasenanschlussseitigen Aussparungen 20 durchgreifen. Die Kontaktfahnen 13 der Stromschienen 16 sind gegenüber den Verbindungsabschnitten 4b der Phasenanschlüsse 4 und deren Verbindungs- oder Kontaktstellen mit den Stromschienen 16 in einem radial inneren Bereich des Verschaltungsgehäuses 11 positioniert.
4 zeigt die Kontaktvorrichtung 5 (ohne Verschaltungsgehäuse 11) gemäß 3 in einer Draufsicht mit den Stromschienen und Phasenanschlüssen der beiden dreihasigen Teilsysteme sowie deren Verschaltung mit den Spulen. Dabei sind aus Gründen der Übersichtlichkeit und der Unterscheidbarkeit der jeweils drei Phasen (U, V, W) der beiden Teilsysteme in 4 lediglich bei dem links gezeigten Teilsystem die zur Verbindung der jeweils zwei Spulen der Phase (U, V, W) vorgesehenen Stromschienen entsprechend 3 gezeigt, während bei dem rechts gezeigten Teilsystem die zur Verbindung der jeweils zwei Spulen der Phase (U, V, W) vorgesehenen Stromschienen als Strichlinie veranschaulicht sind.
Im Folgenden sind die Phasenanschlüsse, die Spulen und deren Spulenenden sowie die Stromschienen mit indizierten Buchstaben anstelle der in den 1 bis 3 verwendeten Ziffern (4, 7, 10, 16) versehen. Dabei sind für die Phasenanschlüsse die Bezeichnung P_n (mit n = 1, 2, ..., 6) und für Spulen die Bezeichnung SP_n (mit n = 1, 2, ..., 12) sowie für die Spulenenden des ersten Teilsystems (in 4 die linke Figurenhälfte und 5a) die Bezeichnung SPnm (mit n = 1, 2, ..., 6 und m = 1, 2, ..., 6) und für die Stromschienen die Bezeichnung S_n (mit n = 1, 2, ..., 14) verwendet.
Die 5a und 5b veranschaulichen schematisch die beiden dreiphasigen Teilsysteme mit den zugeordneten Spulen, Stromschienen und Phasenanschlüssen. Bei dem in 4 rechts gezeigten und in 5b schematisch veranschaulichten Teilsystem sind aus Gründen der Übersichtlichkeit die Spulenenden nicht näher bezeichnet.
In der linken Figurenhälfte der 4 sind radial innen drei im Querschnitt etwa U-förmige Stromschienen S_n erkennbar, welche jeweils zwei Spulenenden SPnm verbinden. Hierbei handelt es sich um Spulenenden SP_nm von denjenigen Spulen SP_n , die innerhalb einer der Phasen U, V, W miteinander verbunden sind. Die bei der hier dreiphasigen Ausführung des ersten Teilsystems eingesetzten Stromschienen S_n sind hinsichtlich deren Abmessungen, d. h. deren Länge und Querschnitt sowie deren Form oder Geometrie gleich. Dies gilt analog für die lediglich als Strichlinien dargestellten Stromschienen S_n des anderen, in 4 rechts gezeigten zweiten Teilsystems.
Konkret sind bei dem in 4 links gezeigten Teilsystem in Verbindung mit 5a eine erste Spule SP₁ und eine zweite Spule SP₂ über eine erste Stromschiene S₁ innerhalb der gleichen Phase - hier beispielsweise der Phase U - über jeweils eines deren Spulenenden SP₁₂ und SP₂₂ verbunden. Das andere Spulenende SP₁₁ der ersten Spule SP₁ ist über eine zweite Stromschiene S₂ mit einem Spulenende SP₄₁ einer vierten Spule SP₄ einer zweiten Phase - hier beispielsweise der Phase V - und mit einem Spulenende SP₅₁ einer fünften Spule SP₅ der dritten Phase - hier beispielsweise der Phase W - verbunden. Hierzu weist die zweite Stromschiene S₂, welche den Sternpunkt B der Sternschaltung bildet, nicht näher bezeichnete Anschlusskontakte und zwischen diesen zwei Stromschienenabschnitte S₂₁ und S₂₂ unterschiedlicher Abschnittslänge auf. Das andere Spulenende SP₂₁ der zweiten Spule SP₂ ist mit einer dritten Stromschiene S₃ verbunden, die ihrerseits mit dem Verbindungsabschnitt 4b des hier mit P₁ bezeichneten Phasenanschluss 4 der Phase U in der beschriebenen form- und stoffschlüssige Fügeverbindung verbunden ist.
Die der zweiten Phase V zugeordnete vierte Spule SP₄ ist mit deren anderen Spulenende SP₄₂ mit einer vierten Stromschiene S₄ verbunden, die mit einem Spulenende SP₃₂ einer dritten Spule SP₃ verbunden ist, welche mit der vierten Spule SP₄ die Phase V bildet. Das andere Spulenende SP₃₁ der dritten Spule SP₃ ist mit einer fünften Stromschiene S₅ verbunden, die ihrerseits mit dem Verbindungsabschnitt 4b des hier mit P₂ bezeichneten Phasenanschluss 4 der Phase V in der beschriebenen form- und stoffschlüssige Fügeverbindung verbunden ist.
Die der dritten Phase W zugeordnete fünfte Spule SP₅ ist mit deren anderen Spulenende SP₅₂ mit einer sechsten Stromschiene S₆ verbunden, die mit einem Spulenende SP₆₂ einer sechsten Spule SP₆ verbunden ist, welche mit der fünften Spule SP₅ die Phase W bildet. Das andere Spulenende SP₆₁ der sechsten Spule SP₆ ist mit einer siebten Stromschiene S₇ verbunden, die ihrerseits mit dem Verbindungsabschnitt 4b des hier mit P₃ bezeichneten Phasenanschluss 4 der Phase W in der beschriebenen form- und stoffschlüssige Fügeverbindung verbunden ist.
Die Abmessungen der Stromschienen S₁, S₄ und S₆, welche die Spulenpaare SP₁₂, SP₃₄ und SP₅₆ der Phasen U, V bzw. W verbinden, sind hinsichtlich deren Abmessungen gleich und können somit vorteilhafterweise als Gleichteile bereitgestellt werden. Die Abmessungen der Stromschienen S₂, S₃, S₅ und S₇ sind unterschiedlich, wobei deren Schienenlänge und/oder Schienenquerschnitt derart eingestellt ist, dass die elektrischen Widerstände R aller drei Phasen U, V, W gleich und somit der elektrischen Widerstand des mittels der Kontaktvorrichtung 5 in Sternschaltung ausgeführten ersten Teilsystems der Statorwicklung 3 symmetrisch ist.
Die Symmetrie (Widerstandssymmetrie) kann vorteilhafterweise als Quotient aus der Differenz des maximalen und minimalen Widerstandes zwischen zwei Phasen und dem mittlerer Widerstand zwischen den Phasen angegeben werden (Symmetrie = maximaler Widerstand zwischen zwei Phasen - minimaler Widerstand zwischen zwei Phasen) / mittlerer Widerstand zwischen den Phasen). Der Wert der Symmetrie ist vorteilhafterweise < 1%.
Diese Widerstandssymmetrie ist auch beim in 4 rechts gezeigten Teilsystem mittels der dort eingesetzten Stromschienen eingestellt. Zur Vereinfachung sind hier die Spulenenden der weiteren sechs Spulen S₇ bis S₁₂ dieses (zweiten) Teilsystems mit den Phasenanschlüssen P₄, P₅, und P₆ nicht näher bezeichnet.
Konkret sind bei dem in 4 rechts gezeigten Teilsystem in Verbindung mit 5b eine siebte Spule SP₇ und eine achte Spule SP₈ über eine achte Stromschiene S₈ innerhalb der gleichen Phase - hier beispielsweise der Phase U - über jeweils eines deren Spulenenden verbunden. Das andere Spulenende der siebten Spule SP₇ ist über eine neunte Stromschiene S₉, welche wiederum den Sternpunkt B der Sternschaltung bildet, mit einem Spulenende einer zehnten Spule SP₁₀ einer zweiten Phase - hier beispielsweise der Phase V - und mit einem Spulenende einer elften Spule SP₁₁ der dritten Phase - hier beispielsweise der Phase W - verbunden. Hierzu weist die Stromschiene S₉ drei nicht näher bezeichnete Anschlusskontakte und zwischen diesen zwei Stromschienenabschnitten S₉₁ und S₉₂ unterschiedlicher Abschnittslänge auf. Das andere Spulenende der achten Spule SP₈ ist mit einer zehnten Stromschiene S₁₀ verbunden, die ihrerseits mit dem Verbindungsabschnitt 4b des hier mit P₄ bezeichneten Phasenanschluss 4 der Phase U in der beschriebenen form- und stoffschlüssige Fügeverbindung verbunden ist.
Die der zweiten Phase V zugeordnete Spule SP₁₀ ist mit deren anderen Spulenende mit einer elften Stromschiene S₁₁ verbunden, die mit einem Spulenende einer neunten Spule SP₉ verbunden ist, welche mit der Spule SP₁₀ die Phase V bildet. Das andere Spulenende der Spule SP₉ ist mit einer zwölften Stromschiene S₁₂ verbunden, die ihrerseits mit dem Verbindungsabschnitt 4b des hier mit P₅ bezeichneten Phasenanschluss 4 der Phase V in der beschriebenen form- und stoffschlüssige Fügeverbindung verbunden ist.
Die der dritten Phase W zugeordnete Spule SP₁₁ ist mit deren anderen Spulenende mit einer dreizehnten Stromschiene S₁₃ verbunden, die mit einem Spulenende einer zwölften Spule SP₁₂ verbunden ist, welche mit der Spule SP₁₁ die Phase W bildet. Das andere Spulenende der Spule SP₁₂ ist mit einer vierzehnten Stromschiene S₁₄ verbunden, die ihrerseits mit dem Verbindungsabschnitt 4b des hier mit P₆ bezeichneten Phasenanschluss 4 der Phase W in der beschriebenen form- und stoffschlüssige Fügeverbindung verbunden ist.
Die Abmessungen der Stromschienen S₈, S₁₁ und S₁₃ sind wiederum hinsichtlich deren Abmessungen und derjenigen der Stromschienen S₁, S₄ und S₆ gleich. Die Abmessungen der Stromschienen S₉, S₁₀, S₁₂ und S₁₄ sind unterschiedlich, wobei deren Schienenlänge und/oder Schienenquerschnitt wiederum derart eingestellt ist, dass die elektrischen Widerstände R aller drei Phasen U, V, W gleich und somit der elektrischen Widerstand des mittels der Kontaktvorrichtung 5 in Sternschaltung ausgeführten zweiten Teilsystems der Statorwicklung 3 symmetrisch ist. Die Abmessungen der Stromschienen S₂ und S₉ sind im Ausführungsbeispiel gleich, während die Abmessungen der Stromschienen S₁₀, S₁₂ und S₁₄ untereinander und auch gegenüber den Stromschienen S₃, S₅ und S₇ verschieden sind.
Wie anhand beispielsweise der Stromschienen S₇ und S₁₂ ersichtlich ist, ist deren Stromschienenlänge im Vergleich zum Abstand zwischen dem Spulenende SP₆₁ und dem Phasenanschluss P₃ beziehungsweise zwischen dem entsprechenden Spulenende der Spule SP₁₀ und dem Phasenanschluss P₅ nur gering und daher eine geeignete Form (Geometrie) der Stromschienen S₇ und S₁₂ gewählt, indem die entsprechende Stromschiene S₇ und S₁₂ zur Bereitstellung des jeweils notwendigen elektrischen Widerstandes schlaufenartig beziehungsweise wellen- oder mäanderartig geformt ist.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Zudem kann die Erfindung nicht nur in dem speziell dargestellten Anwendungsfall zum Einsatz kommen, sondern auch in ähnlicher Ausführung bei anderen Kraftfahrzeug-Anwendungen, wie zum Beispiel bei Tür- und Heckklappensystemen, bei Fensterhebern, bei Fahrzeugschlössern, bei verstellbaren Sitz- und Innenraumsystemen sowie bei elektrischen Antrieben, Steuerungen, Sensoren und deren Anordnung im Fahrzeug.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Stator
3: Statorwicklung
4: Phasenanschluss/-kontakt
4a: Kontaktabschnitt
4b: Verbindungsabschnitt
5: Kontaktvorrichtung
6: Motorelektronik
7: Spule
8: Statorgrundkörper/-paket
9: Spulen-/Wicklungsträger
10: Spulenende
11: Verschaltungsgehäuse
12: Durchführöffnung
12a: Öffnung
12b: Führungsschlitz
13: Kontaktfahne
14: Rastzunge
15: Nut
16: Stromschiene
17: Fügeende
18: Trägerabschnitt/Halteaufnahme
19: Aufnahmeschlitz
20: Verjüngung
21: Basisabschnitt
A: Statorachse/Axialrichtung
B: Sternpunkt
Pn: Phasenanschluss
Sn: Stromschiene
Snm: Stromschienenabschnitt
SPn: Spule
SPnm: Spulenende
U, V, W: Phase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010039335 A1 [0007]

Claims

Stator (2) eines Elektromotors (1), aufweisend einen Statorgrundkörper (8), der eine Anzahl von Spulen (7, SP_n) mit jeweils zwei Spulenenden (10, SP_nm) einer mehrphasigen Statorwicklung (3) trägt, und eine stirnseitig an dem Statorgrundkörper (8) angeordnete Kontaktvorrichtung (5) mit einem Verschaltungsgehäuse (11), das eine Anzahl von Stromschienen (16, S_n) zur Verschaltung der Spulen (7, SP_n) und einer Anzahl von Phasenanschlüssen (4, P_n) aufnimmt, deren jeder mit einer der Stromschienen (16, S_n) verbunden ist, - wobei jede Phase (U, V, W) der Statorwicklung (3) von mindestens einer der Spulen (7, SP_n) und mindestens einer der Stromschienen (16, S_n) sowie einem der Phasenanschlüsse (4, P_n) gebildet ist, und - wobei die Abmessungen der Stromschienen (16, S_n) derart eingestellt sind, dass der elektrische Widerstand (R) aller Phasen (U, V, W) der Statorwicklung (3) gleich ist.
Stator (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Stromschienen (16, S_n) derart eingestellt sind, dass der elektrische Widerstand der Stromschienen (16, S_n) gleich ist.
Stator (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schienenlänge und/oder der Schienenquerschnitt der Stromschienen (16, S_n) derart eingestellt ist/sind, dass die elektrischen Widerstände der Phasen (U, V, W) der Statorwicklung (3) gleich sind.
Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Verbindung der Spulen (7, SP_n) in der jeweiligen Phase (U, V, W) eingesetzten Stromschienen (16, S_n) für jede der Phasen (U, V, W) gleich ist.
Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Stromschiene (16, S_n) mindestens einen Anschlusskontakt (13) zur Kontaktierung mit einem der Spulenenden (10) aufweist.
Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, - dass die Spulen (7, SP_n) in Sternschaltung verschaltetet sind, und - dass zur Herstellung des Sternpunktes (B) der Sternschaltung eine einzelne Stromschiene (16, S_n) mit drei Anschlusskontakt (13) sowie einem ersten und einem zweiten Stromschienenabschnitt (S_nm) eingesetzt ist.
Stator (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschienenabschnitte (S_nm) unterschiedliche Abschnittslängen aufweisen.
Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (3) redundant mit zwei mal drei Phasen (U, V, W) ausgeführt ist.
Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, - dass die mit dem Phasenanschluss (4, P_n) zu verbindende Stromschiene (16, S_n) ein Fügeende (17) aufweist, das eine korrespondierende Aussparung eines Verbindungsabschnitts (4b) des Phasenanschlusses (4, P_n) durchgreift, und/oder - dass der Phasenanschlusses (4, P_n) als Klemm- oder Schneid-Klemm-Kontakt ausgebildet ist.
Elektromotor (1) mit einem Stator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.