DE102008007409A1

DE102008007409A1 - Kontaktring für einen Elektromotor, der in Sternschaltung betrieben wird

Info

Publication number: DE102008007409A1
Application number: DE200810007409
Authority: DE
Inventors: Thomas Mann; Torsten Rodewald
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2009-08-06
Also published as: WO2009098108A1

Abstract

Der Kontaktring besteht aus einem Trägerring (1) aus hitzebeständigem Kunststoff, in dem ein dreigeteilter Schaltring (2) und ein Sternpunktring (3) benachbart nebeneinander angeordnet sind. Der Trägerring (1), der dreigeteilte Schaltring (2) und der Sternpunktring (3) weisen dieselbe Längsachse auf. Der dreigeteilte Schaltring (2) weist aus dem Trägerring (1) stirnförmig herausragende erste Kontaktstellen (2a', 2b', 2c') auf. Der Sternpunktring (3) weist an derselben Stirnseite des Trägerringes (1) herausragende zweite Kontaktstellen (3a) auf, wobei die ersten Kontaktstellen (2a', 2b', 2c') und die zweiten Kontaktstellen (3a) jeweils zur Aufnahme von Drahtenden (4) dienen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kontaktring für einen Elektromotor, der in Sternschaltung betrieben wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Verwendung des Kontaktringes.
Elektromotoren, die in Sternschaltung betrieben werden, sind bekannt. Sie bestehen in der Regel aus einem Stator und einem Rotor, der innerhalb des Stators angeordnet ist. Im Stator sind zur Einstellung der entsprechenden Magnetfelder mehrere mehrteilige Spulen teilkreisförmig nebeneinander angeordnet, deren Enden an einer Stirnseite des Stators aus diesem herausgeführt werden. Zur Bestromung des Elektromotors müssen diese zunächst freiliegenden Enden entsprechend mit einer Stromzufuhr verbunden werden. Nach dem Stand der Technik ist es dabei vorgesehen, dass zunächst jedes Ende einer jeden Spule, das jeweils aus mehreren Drahtenden der einzelnen Wicklungen besteht, in eine einheitliche Form überführt wird. Dies erfolgt in der Regel dabei so, dass die einzelnen Drahtenden, die das jeweilige Ende einer Spule bilden, beispielsweise in einem ersten Arbeitsschritt zusammengeschweißt werden. Die so erzielten einteiligen Enden einer jeden Spule müssen dann entsprechend verbunden und zum Betrieb des Elektromotors, bei dem es sich beispielsweise um einen klassischen Asynchronmotor handelt, mit Strom beaufschlagt werden. Das Verbinden der einteiligen Enden der jeweiligen Spulen erfolgt beispielsweise durch die Anordnung ringförmiger Elemente, die im verbundenen Zustand einen Kontaktring ausbilden. Die Bildung des Kontaktringes ist somit in nachteiliger Form sehr aufwändig, da in der Regel eine Handarbeit erforderlich ist und eine automatische Fertigung, wenn überhaupt, dann nur mit einem hohen Aufwand, realisierbar ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kontaktring für einen Elektromotor, der in Sternschaltung betrieben wird, zu schaffen, mit welchem die Verbindung der einzelnen Drahtenden einer jeden Spule durch eine automatische Fertigung möglich ist, wobei auf eine Handarbeit weitgehend verzichtet werden kann. Das Verbinden der einzelnen Drahtenden einer jeden Spule zu einem einheitlichen Spulenende und die Verbindung der so geschaffenen einheitlichen Spulenenden für den Betrieb in der Sternschaltung soll mithilfe des Kontaktringes in einem einzigen Arbeitsschritt möglich sein. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Verwendung des Kontaktringes zu schaffen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch einen Kontaktring für einen Elektromotor, der in Sternschaltung betrieben wird, gelöst, der aus einem Trägerring aus hitzebeständigem Kunststoff besteht, in dem ein dreigeteilter Schaltring und ein Sternpunktring benachbart nebeneinander angeordnet sind, wobei der Trägerring, der dreigeteilte Schaltring und der Sternpunktring dieselbe Längsachse aufweisen, bei dem der dreigeteilte Schaltring für das erste Teil, das zweite Teil und das dritte Teil jeweils mehrere, aus dem Trägerring stirnförmig herausragende erste Kontaktstellen aufweist und der Sternpunktring an derselben Sternseite des Trägerringes herausragender zweite Kontaktstellen aufweist, die jeweils zur Aufnahme von Drahtenden dienen. Als Elektromotor wird beispielsweise ein Asynchronmotor eingesetzt. Als hitzebeständigen Kunststoff wird ein Kunststoff eingesetzt, der mindestens bis zu 180°C temperaturbeständig ist. Sowohl der Schaltring als auch der Sternpunktring bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus einer Legierung. Sie sind benachbart nebeneinander angeordnet, was bedeutet, dass der Schaltring und der Sternpunktring auf benachbarten Radien nebeneinander angeordnet sind. Die ersten Kontaktstellen und die zweiten Kontaktstellen sind in vorteilhafter Weise als Aufnahmeöffnungen für die Drahtenden ausgebildet, mit denen die Drahtenden umgeben werden können. Beispielsweise ist es möglich, die Drahtenden in die ersten Kontaktstellen oder die zweiten Kontaktstellen einzuklemmen und dann zusammenzuschweißen, wobei eine Sammlung von Drahtenden jeweils ein Ende einer Spule darstellt.
Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass durch die Anordnung des Kontaktringes die Ausbildung eines aus den Drahtenden bestehenden einheitlichen Endes einer jeweiligen Spule und die gleichzeitige Verbindung der Drahtenden untereinander in gewünschter Form, um die Sternschaltung realisieren zu können, in einem einzigen Arbeitsgang möglich ist. Dazu wird der Kontaktring an die Stirnseite des Stators des Elektromotors herangeführt und die aus dem Stator herausragenden Drahtenden in die jeweiligen ersten Kontaktstellen beziehungsweise zweiten Kontaktstellen des dreigeteilten Schaltringes beziehungsweise des Sternpunktringes eingeführt. Durch ein thermisches Einwirken auf die ersten Kontaktstellen und die zweiten Kontaktstellen, was beispielsweise durch einen Schweißvorgang erfolgen kann, werden dann zum einen die Drahtenden zu einem einheitlichen Ende einer jeden Spule zusammengebracht und gleichzeitig über den dreigeteilten Schaltring und den Sternpunktring miteinander in gewünschter Form verbunden, so dass der Elektromotor nach diesem einzigen Arbeitsschritt anschließend in der Sternschaltung betrieben werden kann. Diese Verfahrensweise kann dabei vollautomatisch erfolgen, ohne dass einheitliche Enden der Spulen von Hand miteinander und nacheinander verbunden werden müssen. Die Sternschaltung lässt sich somit auf relativ einfache Weise realisieren, wobei die Spulen parallel geschaltet und kreisförmig im Stator angeordnet sind.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Trägerring aus Polyphenylensulfid besteht. Polyphenylensulfid ist weit über 180°C temperaturbeständig und dient in besonders vorteilhafter Weise als Trägermaterial für den dreigeteilten Schaltring und den Sternpunktring, wobei gleichzeitig eine nahezu optimale Isolierung zwischen den einzelnen Ringelementen auf relativ einfache Weise realisiert werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Kontaktstellen und die zweiten Kontaktstellen teilkreisförmig ausgebildet. Darunter ist eine nahezu ringförmige Ausbildung der ersten Kontaktstellen und der zweiten Kontaktstellen zu verstehen. Die teilkreisförmige Ausbildung ermöglicht ein optimales Einführen der Drahtenden und somit eine besonders vorteilhafte Anordnung des Kontaktringes am Stator des Elektromotors.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Kontaktstellen und die zweiten Kontaktstellen jeweils abwechselnd benachbart zueinander angeordnet. Dabei ist die zueinander alternierende Anordnung gemeint. Durch diese Maßnahme baut der Kontaktring relativ kompakt, wobei gleichzeitig die Stabilität des Kontaktringes in vorteilhafter Weise erhöht wird.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der dreigeteilte Schaltring näher an derselben Längsachse angeordnet ist als der weiter außen liegende Sternpunktring. Diese Anordnung erleichtert die automatische Fertigung des Kontaktringes, wobei gleichzeitig eine Minimierung des einzusetzenden Materials realisiert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen der erste Teil einen ersten Phasendraht R, der zweite Teil einen zweiten Phasendraht S und der dritte Teil einen dritten Phasendraht T auf, die jeweils im Trägerring innen nach außen verlaufend angeordnet sind und über den Trägerring hinausragen. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Bestromung des dreigeteilten Schaltringes von außen erleichtert, da nicht mehr erforderlich ist, die entsprechenden Leitungen in Form von Phasendrähten von außen durch den Trägerring zum dreigeteilten Schaltring zu führen und dort zu positionieren, was in der Regel recht aufwändig ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Phasendraht R, der zweite Phasendraht S und der dritte Phasendraht T außerhalb des Trägerringes als entsprechende Anschlüsse U, V, W des Klemmbrettes ausgebildet sind und der Trägerring mit diesem eine Einheit bildet. Dabei ist vorteilhaft, dass das erforderliche Klemmbrett nahezu vollständig im Kontaktring integriert werden kann, was zu einer vorteilhaften Minimierung des Bauraumes führt.
Gegenstand der Erfindung ist schließlich die Verwendung des Kontaktringes als Statorgenerator für ein Hybridfahrzeug. Bei der Fertigung von Statorgeneratoren für Hybridfahrzeuge sind vielerlei Tätigkeiten, die per Hand auszuführen sind, aus vielerlei Gründen nachteilig. Die Anordnung des Kontaktringes reduziert die erforderliche Tätigkeit per Hand, was in der Technik der Hybridfahrzeuge in der Regel besonders wünschenswert ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung (1 bis 4) näher und beispielhaft erläutert.
1 zeigt den Kontaktring in der Vorderansicht.
2 zeigt den Kontaktring in der Seitenansicht am Stator des Elektromotors.
3 zeigt den Kontaktring am Stator des Elektromotors in dreidimensionaler Darstellung.
4 zeigt den dreiteiligen Schaltring und den Sternpunktring mit den ersten Kontaktstellen und den zweiten Kontaktstellen in der Vorderansicht.
In 1 ist der Kontaktring für einen Elektromotor, der in Sternschaltung betrieben wird, in der Vorderansicht dargestellt. Der Kontaktring besteht aus einem Trägerring 1 aus hitzebeständigem Kunststoff, in dem ein dreiteiliger Schaltring (nicht dargestellt) und ein Sternpunktring (nicht dargestellt) benachbart nebeneinander angeordnet sind. Der Trägerring 1, der dreiteilige Schaltring und der Sternpunktring weisen dabei dieselbe Längsachse auf. Für das erste Teil, das zweite Teil und das dritte Teil (jeweils nicht dargestellt) weist der dreigeteilte Schaltring jeweils mehrere, aus dem Trägerring 1 stirnförmig herausragende erste Kontaktstellen 2a', 2b', 2c' auf, und der Sternpunktring weist an derselben Stirnseite des Trägerringes 1 herausragende zweite Kontaktstellen 3a auf, die jeweils zur Aufnahme von Drahtenden 4 dienen. Diese Drahtenden 4, die jeweils für sich gesehen ein mehrteiliges Ende einer einzigen Spule, die im Stator (nicht dargestellt) des Elektromotors angeordnet ist, bilden, müssen zum einen zu einer Einheit zusammengefasst und zum anderen in entsprechender Weise miteinander verbunden beziehungsweise verschaltet werden, damit der Elektromotor in der Sternschaltung betrieben werden kann. Im Inneren des Stators ist der Rotor 7 angeordnet. Im Trägerring 1 ist das Klemmbrett 5 integriert, das entsprechende Anschlüsse U, V, W für den Drehstromanschluss aufweist. Das Klemmbrett 5 bildet mit dem Trägerring 1 eine Einheit und ist somit Bestandteil des Kontaktringes, dessen Trägerring 1 bevorzugt aus Polyphenylensulfid besteht.
In 2 ist der Kontaktring für den Elektromotor in der Seitenansicht in einer am Stator 6 angeordneten Position dargestellt. Bei der Anordnung des Kontaktringes am Stator 6 werden die Drahtenden 4 jeweils entweder durch die ersten Kontaktstellen 2a', 2b' 2c' oder durch die zweiten Kontaktstellen 3a geführt. Anschließend werden die Drahtenden 4 an den ersten Kontaktstellen 2a', 2b', 2c' und an den zweiten Kontaktstellen 3a durch Einbringen von Wärmeenergie zum einen zu einer Einheit verbunden und gleichzeitig zum anderen untereinander über den dreigeteilten Schaltring (nicht dargestellt) und den Sternpunktring (nicht dargestellt), die im Trägerring 1 angeordnet sind, miteinander verbunden beziehungsweise verschaltet. Dies geschieht in vorteilhafter Weise in einem einzigen Arbeitsgang, wobei auf Tätigkeiten per Hand vollständig verzichtet werden kann und die automatische Fertigung begünstigt wird. Dies ist besonders für die Serienfertigung von Vorteil.
In 3 ist der Kontaktring für den Elektromotor am Stator 6 gemäß 2 dreidimensional dargestellt. Innerhalb des Stators 6 ist der Rotor 7 angeordnet.
In 4 sind der dreigeteilte Schaltring 2 mit seinem ersten Teil 2a, seinem zweiten Teil 2b und seinem dritten Teil 2c sowie der Sternpunktring 3 in der Vorderansicht dargestellt. Der dreigeteilte Schaltring 2 und der Sternpunktring 3 befinden sich in dieser Position im Trägerring, der aus hitzebeständigem Kunststoff besteht (nicht dargestellt). Der dreigeteilte Schaltring 2 weist für das erste Teil 2a, das zweite Teil 2b und das dritte Teil 2c jeweils mehrere, aus dem Trägerring (nicht dargestellt) sternförmig herausragende erste Kontaktstellen 2a', 2b', 2c' auf. Der Sternpunktring 3 weist an derselben Stirnseite des Trägerringes (nicht dargestellt) herausragende zweite Kontaktstellen 3a auf. Sowohl die ersten Kontaktstellen 2a', 2b', 2c' als auch die zweiten Kontaktstellen 3a dienen jeweils zur Aufnahme von Drahtenden (nicht dargestellt), die aus dem Stator (nicht dargestellt) herausragen. Die ersten Kontaktstellen 2a', 2b', 2c' und die zweiten Kontaktstellen 3a sind teilkreisförmig ausgebildet und jeweils abwechselnd benachbart zueinander angeordnet. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise des Kontaktringes. Der dreigeteilte Schaltring 2 ist näher an derselben Längsachse angeordnet als der weiter außenliegende Sternpunktring 3. Der erste Teil 2a weist einen ersten Phasendraht R auf. Der zweite Teil 2b weist einen zweiten Phasendraht S auf. Der dritte Teil 2c weist einen dritten Phasendraht T auf. Diese sind im Trägerring (nicht dargestellt) innen nach außen verlaufend angeordnet und ragen über den Trägerring hinaus. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der erste Phasendraht R, der zweite Phasendraht S und der dritte Phasendraht T außerhalb des Trägerringes als entsprechende Anschlüsse U, V, W (nicht dargestellt) des Klemmbrettes (nicht dargestellt) ausgebildet sind und der Trägerring mit diesem eine Einheit bildet. Durch die spezifische Anordnung des dreigeteilten Schaltringes 2 und des Sternpunktringes 3 im Zusammenwirken mit den ersten Kontaktstellen 2a', 2b', 2c' und den zweiten Kontaktstellen 3a ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, das Verbinden der jeweiligen Drahtenden (nicht dargestellt) zu einer Einheit und das gleichzeitige Verbinden beziehungsweise Verschalten dieser Einheiten untereinander in einem einzigen Arbeitsschritt durchzuführen, wobei keine Tätigkeit von Hand ausgeführt werden muss und eine automatische Fertigung in besonders vorteilhafter Weise möglich ist.

Claims

Kontaktring für ein Elektromotor, der in Sternschaltung betrieben wird, der aus einem Trägerring (1) aus hitzebeständigem Kunststoff besteht, in dem ein dreigeteilter Schaltring (2) und ein Sternpunktring (3) benachbart nebeneinander angeordnet sind, wobei der Trägerring (1), der dreigeteilte Schaltring (2) und der Sternpunktring (3) dieselbe Längsachse aufweisen, bei dem der dreigeteilte Schaltring (2) für das erste Teil (2a), das zweite Teil (2b) und das dritte Teil (2c) jeweils mehrere, aus dem Trägerring (1) stirnförmig herausragende erste Kontaktstellen (2a', 2b', 2c'), aufweist und der Sternpunktring (3) an derselben Stirnseite des Trägerringes (1) herausragende zweite Kontaktstellen (3a) aufweist, die jeweils zur Aufnahme von Drahtenden (4) dienen.
Kontaktring nach Anspruch 1, bei dem der Trägerring (1) aus Polyphenylensulfid besteht.
Kontaktring nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die ersten Kontaktstellen (2a' 2b', 2c') und die zweiten Kontaktstellen (3a) teilkreisförmig ausgebildet sind.
Kontaktring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die ersten Kontaktstellen (2a', 2b' 2c') und die zweiten Kontaktstellen (3a) jeweils abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind.
Kontaktring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der dreigeteilte Schaltring (2) näher an derselben Längsachse angeordnet ist als der weiter außenliegende Sternpunktring (3).
Kontaktring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der erste Teil (2a) einen ersten Phasendraht R, der zweite Teil (2b) einen zweiten Phasendraht S und der dritte Teil (2c) einen dritten Phasendraht T aufweisen, die jeweils im Trägerring (1) innen nach außen verlaufend angeordnet sind und über den Trägerring (1) hinausragen.
Kontaktring nach Anspruch 6, bei dem der erste Phasendraht R, der zweite Phasendraht (S) und der dritte Phasendraht T außerhalb des Trägerringes (1) als entsprechende Anschlüsse U, V, W des Klemmbrettes (5) ausgebildet sind und der Trägerring (1) mit diesem eine Einheit bildet.
Verwendung des Kontaktringes nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Statorgenerator für ein Hybridfahrzeug.