-
Die vorliegende Erfindung betrifft Stromverteilung in Fahrzeugen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Stromverteilerringer mit einem vereinfachten Aufbau. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Stromverteilerring, einen Statorverteilerring, eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug, insbesondere ein Automobil sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Stromverteilerrings.
-
Stand der Technik
-
Elektrische Maschinen, beispielsweise Elektromotoren und Generatoren, weisen unter anderem als Hauptbestandteil einen Stator sowie einen Rotor auf. Hierbei ist am Stator meist eine Spulenanordnung vorgesehen, welche im Motorbetrieb den Rotor in Bewegung setzt und im Generatorbetrieb Bewegungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln vermag.
-
Herkömmliche elektrische Maschinen weisen regelmäßig einen 3-Phasen-Betrieb auf. Die einzelnen Spulenelemente der elektrischen Maschine werden dabei jeweils einer Phase zugeordnet. Eine Stromversorgung einer derartigen Spulengruppe erfolgt regelmäßig zentral über eine Einspeisung in die elektrische Maschine sowie individuelle Abgriffe einer geeigneten Verteilvorrichtung durch die einzelnen Spulenelemente. Im Generatorbetrieb bündeln diese Verteilerelemente die elektrische Energie und stellen sie an einem Ausgang des Generators in den drei Phasen bereit.
-
Derartige Verteiler- bzw. Sammelringe sind somit für jede Phase an den entsprechenden Spulenelementen einer Gruppe angebunden. Die Verteilerelemente sind in ihrer Form meist an die Form der Spulenelemente bzw. deren Anordnung in der elektrischen Maschine angepasst, beispielsweise kreisförmig angeordnet.
-
Stromschienen benötigen für ihren Einsatz zum Beispiel unter erschwerten Umweltbedingungen wie Feuchte und Verschmutzung eine Isolation, welche regelmäßig durch sehr aufwendige Kunststoffteile realisiert wird.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, einen Stromverteilerring mit vereinfachtem Aufbau bereitzustellen.
-
Demgemäß werden ein Stromverteilerring, ein Statorverteilerring, eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug, insbesondere ein Automobil sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Stromverteilerringes gemäß den unabhängigen Ansprüchen angezeigt. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Um eine sichere Isolation der einzelnen Stromschienenelemente zueinander bereitzustellen, ist es regelmäßig ausreichend, nur zwei der drei Stromschienenelemente im Falle einer 3-Phasen-Anordnung zu isolieren. Bereits mit nur zwei von drei isolierten Phasen lässt sich die Isolationsfestigkeit deutlich erhöhen. Bevorzugt können auch alle drei Stromschienenelemente mit einer Isolation umgeben werden.
-
Für eine vereinfachte Anbringung und Bereitstellung eines Stromverteilerringes mit zum Beispiel drei Stromschienenelementen können somit zwei der drei Stromschienenelemente mit einem flexiblen Isolationswerkstoff ummantelt, zum Beispiel umlegt, werden, während das dritte Stromschienenelement, welches an sich nicht isoliert ausgebildet ist, zwischen diesen beiden mit der flexiblen Isolation umgebenen Stromschienenelemente gelegt und somit gleichfalls isoliert wird.
-
Als flexibles Isolationsmaterial bzw. flexibles Isolationsgewebe im Sinne der vorliegenden Erfindung soll jedwedes Isolationsmaterial verstanden werden, welches geeignet ist, beispielsweise in einem Herstellungsvorgang um ein Stromschienenelement gelegt zu werden, ohne hier besondere Verarbeitung bzw. Bearbeitung des Isolationsmaterials zu benötigen. Das flexible Isolationsmaterial kann als ein Gewebematerial ausgebildet sein, welches in seiner Grundstruktur flexibel formbar ist und so beispielsweise um die Stromschienenelemente gelegt werden kann.
-
Ein Verweis auf ein Isolationsgewebe bedeutet hierbei nicht zwangsläufig, dass das Isolationsmaterial tatsächlich gewebt ist. Auch ein Isolationspapier soll hierunter verstanden werden. Einzig die flexible Verformbarkeit und damit leichte Bearbeitbarkeit ist für die Geeignetheit des Isolationsmaterials ausschlaggebend
-
Das Isolationsgewebe kann beispielsweise durch Verwendung eines weiteren Materials seine isolierenden Eigenschaften erhalten. Es kann beispielsweise in isolierendes Material getaucht bzw. damit getränkt werden. Auch kann eine Silikonschicht bzw. ein Silikonfilm, welcher auf ein Stromschienenelement aufgelegt werden kann, verwendet werden. Für die Isolation sind somit alle Werkstoff mit hoher Durchschlagsfestigkeit verwendbar, wie beispielsweise Silikon, Isolationspapier oder ein Lack.
-
Bei einer Montage können die Stromschienenelemente somit zum Beispiel in Isolationspapier eingelegt bzw. mit diesem umwickelt werden. Das Isolationspapier kann hierbei um das Stromschienenelement derart gelegt werden, so dass das Isolationspapier nach Umwickelung mit sich selbst verschweißt oder anders geeignet verbunden wird und somit im Wesentlichen eine vollständige Umhüllung eines Stromschienenelementes bereitstellt.
-
Im Falle von drei Phasen können hierbei zwei derart isolierte Stromschienenelemente vorgesehen sein, welche zwischenliegend ein weiteres Stromschienenelement aufnehmen bzw. zwischen welchen ein weiteres Stromschienenelement anordenbar ist, welche von den jeweils außenliegenden Stromschienenelementen durch deren Isolationsgewebe, beispielsweise dem Isolationspapier, voneinander bzw. zueinander isoliert werden.
-
Das zwischenliegende Stromschienenelement kann beispielsweise in seiner Größe bzw. Dimensionierung gegenüber den außenliegenden Stromschienenelementen geeignet kleiner ausgebildet sein, so dass eine Isolierung durch das Isolationsgewebe der außenliegenden Stromschienenelemente sichergestellt ist.
-
Eine solche Mehrzahl von Stromschienenelementen, welche gegeneinander isoliert sind, kann im Weiteren als eine Stromschienenelement-Paketeinheit angesehen werden. Diese Paketeinheit kann nun in eine gewünschte Form, beispielsweise einen passenden Bogen, gebracht werden.
-
Ein solcher Bogen kann auf eine spezielle Anwendungssituation, beispielsweise in einer elektrischen Maschine, angepasst sein. Nach oder auch vor der Verformung kann die Paketeinheit mit einem geeigneten Verbindungsmittel, wie beispielsweise Kabelbindern oder passenden Klammerelementen, zueinander bzw. miteinander fixiert werden. Somit ergibt sich eine stabile Paketeinheit.
-
Zur Anbindung in einer elektrischen Maschine an die Spulenelemente kann diese Paketeinheit z.B. unter Verwendung von standardisierten Haltern auf den entsprechenden Spulenelementen fixiert und in bekannter Weise mit Spulendrähten verbunden, beispielsweise verschweißt, werden.
-
Ein solcher erfindungsgemäße Stromverteilerring bzw. Statorverteilerring kann bei allen herkömmlichen elektrischen Maschinen sowie im Elektromotor- als auch im Generatorbetrieb sofort verwendet bzw. eingesetzt werden.
-
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
Es zeigen
-
1a, b eine exemplarische Ausgestaltung eines Stromschienenelementes gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine exemplarische Anordnung von drei Stromschienenelementen gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
3a, b eine exemplarische Verbindung von Stromschienenelementen zu einer Stromschienenelement-Paketeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung; und
-
4 eine exemplarische Anordnung eines Stromverteilerrings gemäß der vorliegenden Erfindung auf Spulenelementen.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Bezug nehmend auf 1 wird eine exemplarische Ausgestaltung eines Stromschienenelementes gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
-
In 1a ist ein herkömmliches Stromschienenelement 4, ausgebildet als Flachleiterelement dargestellt. Die Länge eines derartigen Stromschienenelementes 4 ist meist auf einen bestimmten Anwendungsfall und somit eine bestimmte elektrische Maschine angepasst. Als Flachleiterelement ausgebildet ist das Stromschienenelement 4 aufgrund einer größeren Höhe, in 1a zu sehen, im Vergleich zu seiner Tiefe in die Zeichenebene hinein, in 1a nicht näher dargestellt.
-
Stromschienenelement 4 stellt im Wesentlichen eine metallische Leiste dar. Es weist Erhöhung 5 auf, welche aus einer Isolation 6 herausragen mag und somit die elektrische Anbindung an das Stromschienenelement 4 ermöglicht.
-
In 1b exemplarisch dargestellt ist Stromschienenelement 4 aus 1a, ummantelt von einem geeigneten flexiblen Isolationsgewebe 6. Das Isolationsgewebe 6 ist um das Stromschienenelement 4 gelegt und exemplarisch auf der Oberseite mit sich selbst derart verbunden 7, so dass das Stromschienenelement 4 im Wesentlichen vollständig isoliert ist. Die Erhöhung 5 ist als aus dem Isolationsgewebe 6 herausragend dargestellt. Eine elektrische Anbindung an Erhöhung 5 kann über geeignete Verbindungsverfahren wie beispielsweise Schweißen, Verpressen oder Löten erfolgen.
-
Weiter Bezug nehmend auf 2 wird eine exemplarische Anordnung von drei Stromschienenelementen gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
-
In 2 sind exemplarisch drei Stromschienenelemente 4 dargestellt, wobei zwei Stromschienenelemente 4 mit einer Isolierung gemäß 1b ausgestattet sind und somit isolierte Stromschienenelemente 4b darstellen. Zwischen diesen isolierten Stromschienenelementen 4b angeordnet ist ein im Wesentlichen selbst nicht isoliertes Stromschienenelement 4a, das im Wesentlichen einem Stromschienenelement 4 gemäß 1a entspricht.
-
Durch das flexible Isolationsgewebe 6 der beiden isolierten Stromschienenelemente 4b ist auch eine Isolation zum zwischenliegenden, nicht isolierten Stromschienenelement 4a gegeben.
-
In 2 sind die drei Stromschienenelemente 4 bereits in einer leicht gekrümmten Form dargestellt, welche eine auf einen bestimmten Einsatz angepasste Form darstellen mag. Die Verformung der drei Stromschienenelemente 4 der 2 kann hierbei gemeinsam nach einer Packetierung erfolgt sein.
-
Weiter Bezug nehmend auf 3a, b wird eine exemplarische Verbindung von Stromschienenelementen zu einer Stromschienenelement-Paketeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
-
Die drei Stromschienenelemente 4 der 2 werden in den 3a, b über ein geeignetes Verbindungsmittel 8 zueinander verbunden bzw. miteinander befestigt.
-
3a zeigt exemplarisch eine Befestigung mittels eines herkömmlichen Kabelbinders 8, während 3b eine Verbindung unter Verwendung einer geeignet ausgebildeten Klammer 8 realisiert.
-
In 3a, b ist das mittlere Stromschienenelement 4 geringfügig kleiner ausgebildet als die beiden außenliegenden Stromschienenelemente, so dass trotz der selbst nicht isolierten Ausgestaltung des innenliegenden Stromschienenelementes 4a dieses durch das flexible Isolationsgewebe 6 der außenliegenden Stromschienenelemente 4b isoliert ist.
-
Weiter Bezug nehmend auf 4 wird eine exemplarische Anordnung eines erfindungsgemäßen Stromverteilerrings gemäß der vorliegenden Erfindung auf Spulenelementen dargestellt.
-
In 4 dargestellt ist eine Anordnung eines erfindungsgemäßen Stromverteilerrings 2, ausgebildet als eine Stromschienenelement-Paketeinheit 10. Einzelne Spulenelemente 12 einer elektrischen Maschine sind schematisch in 4 dargestellt. Auf den Spulenelementen 12 ist der erfindungsgemäße Stromverteilerring 2 durch geeignete Halterungen befestigt.
-
Die elektrische Anbindung der jeweiligen Phase eines Stromschienenelementes 4 des Stromverteilerrings 2 an die einzelnen Spulenelemente 12 ist in 4 nicht näher dargestellt.
