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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Anschlussstabanordnung für eine Wechselspannungsausgangsseite eines Gleichrichter/Wechselrichter-Moduls.
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HINTERGRUND
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Ein Gleichspannungs-Batteriestapel kann in einem elektromechanischen System verwendet werden, um eine mehrphasige elektrische Maschine zu erregen. In einem derartigen System setzt ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (PIM) die Gleichspannungsausgabe des Batteriestapels typischerweise über ein Schalten von Halbleitern mit hoher Geschwindigkeit in Wechselspannungsleistung um, die zum Antreiben der elektrischen Maschine geeignet ist. Das gleiche Umrichtermodul kann verwendet werden, um Wechselspannungsleistung in Gleichspannungsleistung umzusetzen, um den Batteriestapel wieder aufzuladen. Aus diesem Grund werden PIMs als integraler Bestandteil von Antriebssträngen von Hybridelektrofahrzeugen, Elektrofahrzeugen mit vergrößerter Reichweite und Batterieelektrofahrzeugen verwendet.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird hier ein elektrisches System offenbart, das eine Wechselspannungs-Anschlussstabanordnung und eine mehrphasige elektrische Maschine umfasst.
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Die elektrische Maschine weist mehrere Phasenleitungen auf, von denen jede über die Wechselspannungs-Anschlussstabanordnung mit einem Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (PIM) verbunden ist. Die Wechselspannungs-Anschlussstabanordnung kann voneinander beabstandete Wechselspannungs-Anschlussstäbe, eine Trägerplatte, welche die Wechselspannungs-Anschlussstäbe aufnimmt und voneinander beabstandet, und mehrere isolierende Gehäuse umfassen. Die Trägerplatte definiert einen Satz von Merkmalen, zum Beispiel Einrasthebel, die mit einem passenden Satz von Merkmalen der isolierenden Gehäuse in Eingriff stehen, zum Beispiel einer umlaufenden Rille, wobei dennoch ermöglicht wird, dass sich jeder der Wechselspannungs-Anschlussstäbe in der Trägerplatte um seine jeweilige Mittelachse dreht.
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Es wird hier auch ein Fahrzeug offenbart. Das Fahrzeug kann einen Gleichspannungs-Batteriestapel, einen Gleichspannungsbus, der mit dem Gleichspannungs-Batteriestapel elektrisch verbunden ist, einen Wechselspannungsbus und ein PIM enthalten, das an einer ersten Seite mit dem Gleichspannungsbus und an einer zweiten Seite mit dem Wechselspannungsbus elektrisch verbunden ist. Das Fahrzeug enthält außerdem eine Wechselspannungs-Anschlussstabanordnung und ein Getriebe mit einem Ausgabeelement und einem dreiphasigen Elektroantriebsmotor. Der Motor erzeugt Ausgabedrehmoment für das Ausgabeelement und weist dreiphasige Leitungen auf, die über die Wechselspannungs-Anschlussstabanordnung mit dem PIM elektrisch verbunden sind. Die Wechselspannungs-Anschlussstabanordnung enthält drei voneinander beabstandete Wechselspannungs-Anschlussstäbe, eine Trägerplatte, die drei Durchgangslöcher definiert, welche die Wechselspannungs-Anschlussstäbe aufnehmen und voneinander beabstanden, und drei isolierende Gehäuse. Jedes der isolierenden Gehäuse umgibt einen jeweiligen der Wechselspannungs-Anschlussstäbe, während die Trägerplatte drei Buckel definiert, die jeweils eine flexible flache Erweiterung aufweisen. Ein freies Ende der flachen Erweiterungen steht in Eingriff mit den isolierenden Gehäusen, wobei ermöglicht wird, dass sich jeder der Wechselspannungs-Anschlussstäbe innerhalb der Trägerplatte um seine jeweilige Mittelachse dreht.
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Es wird hier auch eine Wechselspannungs-Anschlussstabanordnung zur Verwendung mit einer mehrphasigen elektrischen Maschine offenbart. Die Anordnung enthält voneinander beabstandete Wechselspannungs-Anschlussstäbe, die jeweils eine Mittelachse aufweisen, eine Trägerplatte, die Durchgangslöcher definiert, welche die Wechselspannungs-Anschlussstäbe aufnehmen und voneinander beabstanden, und eine Vielzahl von isolierenden Gehäusen. Jedes der Gehäuse umgibt einen jeweiligen der Wechselspannungs-Anschlussstäbe und definiert eine Nut. Die Trägerplatte definiert mehrere Buckel, die jeweils eine flache Erweiterung aufweisen. Die flachen Erweiterungen stehen in Eingriff mit einer jeweiligen der Nuten, die durch die isolierenden Gehäuse definiert sind, wobei sie dennoch ermöglichen, dass sich jeder der Wechselspannungs-Anschlussstäbe in der Trägerplatte um seine jeweilige Mittelachse dreht.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Systems, das eine hier beschriebene Wechselspannungs-Anschlussstabanordnung aufweist.
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2 ist eine schematische Explosionsansichtsdarstellung einer Wechselspannungs-Anschlussstabanordnung, die in dem in 1 gezeigten elektrischen System verwendet werden kann.
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3 ist eine schematische perspektivische Querschnittsansicht eines Teils der in 2 gezeigten Wechselspannungs-Anschlussstabanordnung.
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4 ist eine schematische Darstellung in perspektivischer Ansicht eines Paars von Wechselspannungs-Anschlussstabanordnungen bei der Installation an einem Getriebegehäuse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den mehreren Figuren gleiche Komponenten bezeichnen, ist ein beispielhaftes elektrisches System 10 in 1 schematisch gezeigt. Das elektrische System 10 enthält eine Gleichstromversorgung (DC-Stromversorgung) 12, beispielsweise einen Batteriestapel mit mehreren Zellen, eine Brennstoffzelle usw., ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (PIM) 14, eine mehrphasige elektrische Maschine 16 und eine Wechselspannungs-Anschlussstabanordnung 18. Die Wechselspannungs-Anschlussstabanordnung 18, die nachstehend mit Bezug auf 2–4 im Detail beschrieben ist, verbindet das PIM 14 mit einem elektrischen Anschlussblock 20 der elektrischen Maschine 16 und sie verbindet dadurch das PIM 14 mit den verschiedenen Phasenleitungen der elektrischen Maschine 16.
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Die elektrische Maschine 16 entnimmt elektrische Energie nach Bedarf aus der Gleichstromversorgung 12 und liefert elektrische Energie dort hin. Daher führt die Gleichstromversorgung 12 eine Energiespeicherfunktion in jedem größeren System aus, in welchem das elektrische System 10 verwendet wird, beispielsweise in einem Fahrzeugantriebsstrang, wie in 1 gestrichelt gezeigt ist. Bei einer derartigen Ausführungsform kann die elektrische Maschine 16 aus einem oder mehreren Hochspannungs-Antriebsmotoren bestehen, beispielsweise 60 VDC bis 300 VDC oder mehr. In dieser Ausgestaltung kann die elektrische Maschine 16 verwendet werden, um ein Motordrehmoment zu erzeugen, das zum Vortrieb ausreicht.
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Das heißt, dass ein Motorausgabedrehmoment aus der bzw. den elektrischen Maschinen 16 über eine Motorausgabewelle 25 direkt oder durch einen oder mehrere Zahnradsätze an eine oder mehrere Antriebsachsen 22 und schließlich an einen Satz von Antriebsrädern 24 geliefert werden kann. Andere Verwendungen im Fahrzeug und nicht im Fahrzeug des elektrischen Systems 10 können leicht in Betracht gezogen werden, und daher ist die beispielhafte Fahrzeugausführungsform von 1 nur eine mögliche nützliche Anwendung des elektrischen Systems 10.
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Das PIM 14 von 1 ist über positive (+) und negative (-) Stromschienen eines Gleichspannungsbusses 13 mit der Gleichstromversorgung 12 und über einen entsprechenden Wechselspannungsbus 15 mit der elektrischen Maschine 14 elektrisch verbunden. Der Betrieb des PIM 14 kann über einen Schaltsteuerungsblock 17, z. B. einen Satz von bipolaren Hochgeschwindigkeits-Transistoren mit isolierter Gateelektrode (IGBTs), von Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) oder anderen Halbleiterschaltkomponenten mit Hilfe einer Pulsbreitenmodulation gesteuert werden. Auf diese Weise ist das PIM 14 in der Lage, Gleichspannungsleistung (VDC) von der Gleichstromversorgung 12 in Wechselspannungsleistung (VAC), die zum Betreiben der elektrischen Maschine 16 geeignet ist, umzusetzen, sowie Wechselspannungsleistung in Gleichspannungsleistung umzusetzen, die zum Speichern in der Gleichstromversorgung 12 geeignet ist.
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Mit Bezug auf 2 ist die Wechselspannungs-Anschlussstabanordnung 18 von 1 in einer Explosionsansicht gezeigt, um ihre Bestandteile deutlicher zu veranschaulichen. Die Anordnung 18 enthält eine Mehrzahl von Wechselspannungs-Anschlussstäben 30, die jeweils eine Mittelachse 11 aufweisen. Die Mehrzahl ist gleich der Anzahl der Phasen der elektrischen Maschine 16, zum Beispiel drei bei einer typischen Ausführungsform mit einer dreiphasigen Wechselspannung. Die Anordnung 18 enthält auch mehrere isolierende Gehäuse 32, wobei pro Stab 30 ein isolierendes Gehäuse 32 verwendet wird, und eine Trägerplatte 34, welche die isolierenden Gehäuse 32 und die Stäbe 30 mit Bezug zueinander gruppiert und voneinander beabstandet.
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Die in 2 gezeigte Trägerplatte 34 kann bei einer speziellen Ausführungsform aus einem Spritzgusskunststoff ausgebildet sein. Die Trägerplatte 34 definiert einen Satz von Durchgangslöchern 55. Jedes Durchgangsloch 55 der Trägerplatte 34 nimmt einen entsprechenden der Wechselspannungs-Anschlussstäbe 30 auf, ohne sich negativ auf die Drehung der Stäbe 30 um ihre Achse 11 auszuwirken, wobei der Einfachheit halber einer von diesen in 2 mit Bezug auf die Trägerplatte 34 gezeigt ist. Die Trägerplatte 34 definiert außerdem einen Satz von Buckeln 50, d. h. eine erhöhte Oberfläche oder einen Vorsprung, wie in 2 gezeigt ist, von denen jeder ein Merkmal 62 aufweist, das mit einem passenden Merkmal 60 eines entsprechenden der isolierenden Gehäuse 32 in Eingriff steht. Dieser Eingriff ermöglicht, dass sich jeder der Stäbe 30 frei und getrennt innerhalb der Trägerplatte 34 um seine jeweilige Mittelachse 11 nach Bedarf drehen kann, speziell während der Installation.
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Jeder der Wechselspannungs-Anschlussstäbe 30 von 2 kann aus Aluminium hergestellt sein, obwohl in Abhängigkeit von der Anwendung andere Materialien verwendet werden können. Jeder Anschlussstab 30 definiert einen Flansch 44 in der Nähe eines Endes 52. Jeder Anschlussstab 30 definiert außerdem eine umlaufende Rille 38 ungefähr bei einem axialen Mittelpunkt des Anschlussstabs 30.
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Ein O-Ring 40 oder eine andere geeignete Fluiddichtung kann in der umlaufenden Rille 38 sitzen, um eine ausreichende statische Fluiddichtung zwischen dem Anschlussstab 30 und dem zugehörigen isolierenden Gehäuse 32, innerhalb dessen der Anschlussstab 30 positioniert ist, auszubilden.
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Ab dem anderen Ende des Anschlussstabs 30 entgegengesetzt zu demjenigen mit dem Flansch 44 kann der Anschlussstab 30 einen optionalen Satz von abgeflachten Seitenwänden 48 enthalten, die eine Bohrung 36 definieren. Über die Bohrung 36 und einen Anschlussblock 20 der elektrischen Maschine 16, wie in 1 gezeigt ist, ist der Stab 30 schließlich mit einer der Phasenleitungen der elektrischen Maschine 16 verbunden. Eine Ausnehmung 54 in dem Ende 52 des Stabs 30 kann mit einem Gewinde versehen sein, um ein spezielles Befestigungselement, z. B. eine Schraube mit M6-Gewinde, zur Verbindung der Anordnung 18 mit dem PIM 14 aufzunehmen.
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Außerdem ist in 2 das isolierende Gehäuse 32 gezeigt. Jedes isolierende Gehäuse 32 kann aus einem Spritzgusskunststoff mit gleicher oder ähnlicher Qualität wie die derjenigen Materialien, die zum Ausbilden der Trägerplatte 34 verwendet wurden, bestehen. Der Begriff ”isolierend” bezeichnet, so wie er hier verwendet wird, die elektrischen Eigenschaften des isolierenden Gehäuses 32. Folglich trägt das isolierende Gehäuse 32 zur elektrischen Isolierung der Wechselspannungs-Anschlussstäbe 30 von der umgebenden Umwelt bei. Jede isolierende Gehäuse 32 definiert auch eine Mittelbohrung 46, durch welche ein entsprechender der Stäbe 30 beim Zusammenbauen eingeführt wird.
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Die isolierenden Gehäuse 32 von 2 definieren außerdem eine umlaufende Rille 41, in der ein weiterer O-Ring 39 sitzt. Der O-Ring 39, der das isolierende Gehäuse 32 wie in 2 gezeigt umgibt, kann bei bestimmten Anwendungen als statistische Fluiddichtung wirken, zum Beispiel wenn die Wechselspannungs-Anschlussstabanordnung 18 in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang verwendet wird.
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Eine derartige Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf 4 in weiterem Detail erläutert.
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Außerdem kann jedes der isolierenden Gehäuse 32 einen Flansch 42 definieren. Der Flansch 42 weist einen Außendurchmesser auf, der größer als der Durchmesser der Durchgangslöcher 55 der Trägerplatte 34 ist. Die Konstruktion der Flansche 42 des gemeinsamen Satzes von isolierenden Gehäusen 32 ermöglicht folglich, dass die Trägerplatte 34 die Wechselspannungs-Anschlussstäbe 30 und die zugehörigen isolierenden Gehäuse 32 erfasst und fest hält und damit den Zusammenbau und die Installation erleichtert.
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Mit Bezug auf 3 ist die Trägerplatte 34 in einer installierten Position relativ zu einem Paar der Wechselspannungs-Anschlussstäbe 30 gezeigt. Jeder Buckel 50 der isolierenden Gehäuse 32 definiert ein Merkmal 60, das ein passendes Merkmal 62 der Trägerplatte 34 aufnimmt. Bei der in 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist das passende Merkmal 60 des isolierenden Gehäuses 32 eine Nut, die in dem Material des isolierenden Gehäuses 32 ausgebildet oder auf andere Weise dadurch definiert ist. Das Merkmal 62 des Buckels 50 ist eine ausreichend flexible, flache Erweiterung der Trägerplatte 34, z. B. ein flexibler Arm oder ein hebelähnlicher Vorsprung, der sich bei der Installation relativ zu dem isolierenden Gehäuse 32 verbiegen kann. Das Merkmal 62 wird schließlich von dem passenden Merkmal 60 aufgenommen und rastet in dieses ein, wodurch der Wechselspannungs-Anschlussstab 30 und das entsprechende isolierende Gehäuse 32 an der Trägerplatte 34 befestigt werden. Die Größe und Form der Flansche 42 und 44 trägt zur Verhinderung einer ungewünschten Bewegung des Wechselspannungs-Anschlussstabs 30 längs der Achse 11 bei, während den Wechselspannungs-Anschlussstäben 30 dennoch die Freiheit zur Drehung um die Achse 11 in den Durchgangslöchern 55 der Trägerplatte 34 gegeben wird, die beim Zusammenbau und der Installation benötigt wird.
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Mit Bezug auf 4 können die Wechselspannungs-Anschlussstabanordnungen 18, wie vorstehend mit Bezug auf 1 erwähnt wurde, als Teil eines elektrischen Systems 10 in einem Fahrzeug verwendet werden. Bei einer derartigen Ausführungsform kann ein Getriebegehäuse 70 einen Teil der in 1 gezeigten elektrischen Maschine 16 umschließen. Bei der in 4 gezeigten beispielhaften Konfiguration werden zwei Wechselspannungs-Anschlussstabanordnungen 18 verwendet, um das PIM 14 von 1 mit zwei verschiedenen elektrischen Maschinen 16 zu verbinden, z. B. mit einem Paar dreiphasiger Hochspannungs-Elektroantriebsmotoren des Typs, der in einem Hybridelektrofahrzeug verwendet wird.
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Bei einer derartigen Ausführungsform kann die eine oder können die mehreren elektrischen Maschinen 16 unmittelbar benachbart zu dem Getriebegehäuse 70 positioniert sein, wobei das Getriebegehäuse 70 einen Satz Bohrlöcher 72 definiert. Der Aufbau der Wechselspannungs-Anschlussstabanordnungen 18 ermöglicht, dass die Wechselspannungs-Anschlussstäbe 30 wie vorstehend erläutert in der Trägerplatte 34 frei schweben. Als Folge können die Stäbe 30 beim Zusammenbau und der Installation leicht in die Bohrlöcher 72 eingeführt werden, ohne die Verwendung von Ausrichtungsstiften oder anderen zusätzlichen Ausrichtungsmerkmalen zu benötigen, im Gegensatz zu herkömmlich einzeln zusammengebauten oder umspritzten Wechselspannungs-Anschlussstabanordnungen.
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Nachdem die Wechselspannungs-Anschlussstabanordnungen 18 in die Bohrlöcher 72 des Getriebegehäuses 70 eingeführt wurden, richten sich die isolierenden Gehäuse 32 selbständig auf die Bohrlöcher 72 aus. Zum Beispiel können sich die abgeflachten Seitenwände 48 der Wechselspannungs-Anschlussstäbe 30, wie in 2 am besten gezeigt ist, auf ein ähnliches rechteckiges Profil im Anschlussblock 20 von 1 ausrichten, so dass eine spezielle Ausrichtung zum vollständigen Einführen der Stäbe 30 in die Bohrlöcher 72 vorhanden sein muss. Anschließend kann die Trägerplatte 34 unter Verwendung eines Satzes von Befestigungselementen 74 am Getriebegehäuse 70 angebracht werden. Der Rest des elektrischen Systems 10 von 1 kann auf eine beliebige geeignete Weise angeschlossen werden, z. B. indem eine Busstromschiene des in 1 gezeigten Wechselspannungsbusses 15 mit dem Ende 52 des Wechselspannungs-Anschlussstabs 30 verbunden wird.
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Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung in die Praxis im Umfang der beigefügten Ansprüche erkennen.
