DE102013225667A1 - Verfahren zum Verbinden von Anschlussdrähten einer Phasenwicklung einer Ständerwicklung für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Verbinden von Anschlussdrähten (65) einer Phasenwicklung (62) einer Ständerwicklung (18) für eine elektrische Maschine (10), wobei die zumindest zwei Anschlussdrähte (65) mit einer Anschlussvorrichtung (56) einer Brückengleichrichterschaltung (54) elektrisch leitfähig verbunden werden, wobei die Anschlussdrähte (65) zuerst miteinander verbunden und dann als miteinander verbundene Anschlussdrähte (65) mit einem Anschluss (115) der Anschlussvorrichtung (56) der Brückengleichrichterschaltung (54) elektrisch leitfähig verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (65) vor dem Verbinden mit dem Anschluss (115) der Anschlussvorrichtung (56) im Querschnitt (79) umgeformt und miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Elektrische Maschine (10) mit einem Stator (16), der in einem Ständereisen (17) eine Ständerwicklung (18) trägt, wobei die Ständerwicklung (18) zumindest eine Phasenwicklung (62) aufweist, wobei die Phasenwicklung (62) mehrere Anschlussdrähte (65) hat, die mit einen Anschluss (115) einer Anschlussvorrichtung (56) einer Brückengleichrichterschaltung (54) elektrisch leitfähig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (65 im Querschnitt (79) umgeformt und miteinander stoffschlüssig verbunden sind sowie mit einem Anschluss (115) stoffschlüssig verbunden sind.
Description
- In
1 ist ein Querschnitt durch eine elektrische Maschine10 , hier in der Ausführung als Generator bzw. Wechsel-, insbesondere Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge, dargestellt. Diese elektrische Maschine10 weist u. a. ein zweiteiliges Gehäuse13 auf, das ein erstes Lagerschild13.1 und ein zweites Lagerschild13.2 umfasst. Das Lagerschild13.1 und das Lagerschild13.2 nehmen in sich einen sogenannten Stator16 auf, der einerseits ein im Wesentlichen kreisringförmiges bzw. ringzylindrisches Ständereisen17 mit einer zentralen Zylinderachse29 umfasst, in dessen nach radial innen gerichteten, sich axial erstreckenden Nuten eine Ständerwicklung18 eingefügt ist. Dieser ringförmige Stator16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichteten genuteten Oberfläche, die eine elektromagnetisch wirksame Oberfläche19 ist, einen Rotor20 , der hier beispielsweise als Klauenpolläufer ausgebildet ist. Der Rotor20 umfasst u. a. zwei Klauenpolplatinen22 und23 , an deren Außenumfang jeweils sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger als elektromagnetisch polbare Pole24 und25 angeordnet sind. Beide Klauenpolplatinen22 und23 sind im Rotor20 derart angeordnet, dass deren sich in axiale Richtung erstreckende Klauenpolfinger bzw. Pole24 bzw.25 am Umfang des Rotors20 einander abwechseln. Der Rotor20 hat demnach ebenfalls eine elektromagnetisch wirksame Oberfläche26 . Es ergeben sich durch die sich am Umfang abwechselnden Pole24 bzw.25 magnetisch erforderliche Zwischenräume21 , die hier auch als Klauenpolzwischenräume bezeichnet werden. Der Rotor20 ist mittels einer Welle27 und je einem auf je einer Rotorseite befindlichen Wälzlager28 in den jeweiligen Lagerschilden13.1 bzw.13.2 drehbar gelagert. - Der Rotor
20 weist insgesamt zwei axiale Stirnflächen auf, an denen jeweils ein Lüfter30 befestigt ist. Dieser Lüfter30 besteht im Wesentlichen aus einem plattenförmigen bzw. scheibenförmigen Abschnitt, von dem Lüfterschaufeln in bekannter Weise ausgehen. Diese Lüfter30 dienen dazu, über Öffnungen40 in den Lagerschilden13.1 und13.2 einen Luftaustausch bspw. von einer axialen Stirnseite der elektrischen Maschine10 durch den Innenraum der elektrischen Maschine10 hindurch zu einer radial außen befindlichen Umgebung zu ermöglichen. Dazu sind die Öffnungen40 im Wesentlichen an den axialen Enden der Lagerschilde13.1 und13.2 vorgesehen, über die mittels der Lüfter30 Kühlluft in den Innenraum der elektrischen Maschine10 eingesaugt wird. Diese Kühlluft wird durch die Rotation der Lüfter30 nach radial außen beschleunigt, so dass diese durch den für Kühlluft durchlässigen Wicklungsüberhang45 hindurchtreten kann. Durch diesen Effekt wird der Wicklungsüberhang45 gekühlt. Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch den Wicklungsüberhang45 bzw. nach dem Umströmen dieses Wicklungsüberhangs45 durch hier in dieser1 nicht dargestellte Öffnungen einen Weg nach radial außen. - Die in
1 dargestellte und sich auf der rechten Seite des Generators befindende Schutzkappe47 schützt verschiedene Bauteile vor Umgebungseinflüssen. So deckt diese Schutzkappe47 beispielsweise eine sogenannte Schleifringbaugruppe49 ab, die dazu dient, eine Erregerwicklung51 mit Erregerstrom zu versorgen. Um diese Schleifringbaugruppe49 herum ist ein Kühlkörper53 angeordnet, der hier als Pluskühlkörper wirkt. Dieser Pluskühlkörper heißt Pluskühlkörper, weil dieser elektrisch leitfähig mit einem Pluspol eines Akkumulators (z. B. Starterstromversorgung) verbunden ist. Als sogenannter Minuskühlkörper wirkt das Lagerschild13.2 . Zwischen dem Lagerschild13.2 und dem Kühlkörper53 ist eine Anschlussvorrichtung56 (Anschlussplatte) angeordnet, die dazu dient, im Lagerschild13.2 angeordnete Minusdioden58 und hier in dieser Darstellung nicht gezeigte Plusdioden im Kühlkörper53 miteinander zu verbinden und somit eine an sich bekannte Brückengleichrichterschaltung54 zur Gleichrichtung eines Stroms, der von Phasenwicklungen62 der Ständerwicklung18 geliefert wird, darzustellen. - In
2a bis2d ist in einer Minimalkonfiguration dargestellt, wie mit zwei Anschlussdrähten65 einer Phasenwicklung62 verfahren wird, bevor die Anschlussdrähte65 mit einem hier zunächst nicht gezeigten Anschluss verbunden werden. Die Anschlussdrähte65 sind die Enden einer Phasenwicklung62 , die mit der Brückengleichrichterschaltung54 , vorzugsweise über die Anschlussvorrichtung56 , verbunden werden. Die Phasenwicklungen62 sind bereits in die Nuten des Ständereisens17 eingefügt. Danach werden die zwei mit Lack isolierten Anschlussdrähte65 und damit die Enden der Phasenwicklung62 gegriffen und an der vorgesehenen Verbindungsstelle66 parallel zueinander aneinander gelegt (gerichtet, ausgerichtet),2b , dann in einem Werkzeug68 unter Krafteinwirkung F so umgeformt bzw. verdichtet,2c , dass die Anschlussdrähte65 über eine Länge L in Drahtlängsrichtung eine gemeinsame Einhüllende72 (Außenkontur) mit zwei einander im wesentlichen parallelen Gegenlinien70 ,71 aufweisen, wobei die Einhüllende72 vorzugsweise rechteckig ist,2d . Gemäß2c wirken von vier Seiten insgesamt vier Flächen75 ,76 ,77 ,78 eines Umformwerkzeugs90 auf die Anschlussdrähte65 so ein, dass diese wie erwähnt umgeformt werden. Nach dem oder beim Umformen der Querschnitte79 Anschlussdrähte65 wird vorzugsweise quer zu einer durch je ein Kreuz im Querschnitt angedeutete Längsrichtung eine Schweißspannung U aufgebracht, die Anschlussdrähte65 mit Schweißstrom I durchflossen und dabei die Anschlussdrähte65 direkt miteinander stoffschlüssig miteinander verbunden bzw. verschweißt,2e (Widerstandsschweißen, kompaktieren, verdichten). Nach dem Entnehmen der Anschlussdrähte65 aus dem Schweißwerkzeug93 , das – wie hier erkennbar ist – das Umformwerkzeug90 ergänzt, und einem Schliff/Schnitt durch die Schweißstelle, ist beim Blick auf den Schliff kaum oder gar nicht zu erkennen, dass hier mehrere Anschlussdrähte65 miteinander verbunden wurden. Die Schweißstelle wirkt mindestens nahezu homogen. Die Anschlussdrähte65 bilden somit an diesen Enden der Phasenwicklung62 eine Einheit und wurden somit zu einer Einheit verbunden. Da die Phasenwicklungen62 aus Draht sind, weist ein solcher Draht zwei Enden auf. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass an beiden Enden eine solche Einheit – wie hier insgesamt beschrieben – hergestellt wird. Aber auch wenn nur an einem Drahtende eine solche Einheit vorgesehen sein sollte, sind zwischen den Enden die Drähte ohne elektrischen Kontakt. - In
3a und3b ist dargestellt, wie die Anschlussdrähte65 parallel zueinander aneinander gelegt in ein klammerartiges Umform- und Schweißwerkzeug80 mit einem Stempel81 eingesetzt wird. Unter dem Druck des Stempels81 unter gleichzeitigem Einfluss des Schweißstroms I werden die Anschlussdrähte65 miteinander verschweißt. Es ist dabei letztlich unerheblich, ob die zu verschweißenden Anschlussdrähte65 an der vorgesehenen Verbindungsstelle66 mit einer Lackisolation versehen bzw. beschichtet sind oder nicht. Die beim Schweißen entstehende Hitze pyrolysiert die Lackisolation oder entfernt diese auf andere Weise als Pyrolyse, so dass diese aus den Fugen zwischen den Anschlussdrähten65 im Wesentlichen verschwindet. - In
4a sind fünf Anschlussdrähte65 je Reihe100 in je zwei Reihen parallel zueinander aneinander gelegt. Dieses Bündel103 (vgl. auch2b ) wird wie oben beschrieben umgeformt,4b , so dass die Anschlussdrähte65 über eine Länge L in Drahtlängsrichtung eine gemeinsame Einhüllende72 (Außenkontur) mit zwei einander im wesentlichen parallelen Gegenlinien70 ,71 aufweisen, wobei die Einhüllende72 auch hier vorzugsweise rechteckig ist. Nach dem Umformen kann geschweißte Bündel103 gekürzt werden, um die Anschlussdrähte65 gleich endständig zu erhalten,4c . Ein Ende106 eines umgeformten und geschweißten Bündels von Anschlussdrähten65 teilt sich in Längsrichtung in einen Verbindungsabschnitt109 der Länge L1 und einen Abschnitt112 auf, bei dem die einzelnen Anschlussdrähte65 Längenabschnitte aufweisen, die dort nicht verschweißt bzw. nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind. - Im Rahmen des stoffschlüssigen miteinander Verbindens ist grundsätzlich auch Löten mit Hilfe einer Lötvorrichtung möglich.
- Wie in
5a dargestellt ist, wird ein umgeformtes und stoffschlüssig verbundenes Bündel103 von Anschlussdrähten65 danach zu einem Anschluss115 transportiert. Dieser Anschluss115 ist hier ein Teil einer Anschlussvorrichtung56 und ist durch einen U-förmigen Drahtverlauf gekennzeichnet. Dieser Drahtverlauf bildet eine Schlaufe, in die das Bündel103 eingeschoben wird,5b . In der eingeschobenen Position wird das Bündel103 durch Andrücken des Anschlusses115 an das Bündel103 unter gleichzeitigem Einfluss von Wärme, Druck/Kraft und Schweißstrom oder Wärme, Druck/Kraft und Lot direkt mit dem Anschluss115 stoffschlüssig verbunden,5c . Ein Anschluss115 kann auch ein Blech sein und somit eine flache Oberfläche zum Kontaktieren aufweisen. Ein Anschluss115 kann auch eine runde Oberfläche zum Kontaktieren aufweisen. In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass die Ständerwicklung18 in ein Ständereisen17 eingebracht wird, welches ringzylindrisch mit einer zentralen Zylinderachse29 ausgeführt ist, wobei die miteinander stoffschlüssig verbundenen Anschlussdrähte65 eine größte Erstreckung E eines umgeformten und stoffschlüssig verbundenen Bündels103 von Anschlussdrähten65 erhalten und aufweisen und die größte Erstreckung E in radialer Richtung R zur Drehachse der Welle27 erstreckt wird,1 in Verbindung mit5c . Die kleinste Erstreckung eines Bündels103 ist in Umfangsrichtung orientiert. Diese Situation wird herbeigeführt bevor das Bündel103 mit dem Anschluss115 verbunden wird. -
6 zeigt beispielhaft eine Anordnung von neun Anschlussdrähten65 in drei Reihen100 zu je drei Anschlussdrähten65 . Es ist im Übrigen bevorzugt, dass sich die größte Erstreckung eines umgeformten und stoffschlüssig verbundenen Bündels103 von Anschlussdrähten65 an einem Anschluss115 in radialer Richtung zur Drehachse der Welle27 erstreckt, die mit der Zylinderachse29 zusammenfällt. - Für die Anschlussdrähte
65 wird bevorzugt ein Durchmesser ab 0,1 mm vorgeschlagen. Für die Länge L der der Verdichtung werden mindestens 1 mm, vorzugsweise 2 mm vorgeschlagen. Die Länge L kann sich in axialer Richtung (drehaxiale Richtung der Welle27 ) bis an einen Wickelkopf erstrecken. Für ein umgeformtes und stoffschlüssig verbundenes Bündels103 von Anschlussdrähten65 wird eine Kantenbreite (Rechteck) von jeweils bevorzugt mindestens 0,5 mm vorgeschlagen. - Durch die vorbeschrieben Maßnahmen wird erreicht, dass die Verbindungsstelle zwischen Anschluss
115 und Anschlussdrähten65 fester und dadurch zuverlässiger wird. Eine Gefahr von Ermüdungsbrüchen durch Erschütterungen wird verringert. Der Übergangswiderstand zwischen Anschlussdrähten65 und Brückengleichrichterschaltung54 wird verringert
Claims (10)
- Verfahren zum Verbinden von Anschlussdrähten (
65 ) einer Phasenwicklung (62 ) einer Ständerwicklung (18 ) für eine elektrische Maschine (10 ), wobei hierzu Enden der Phasenwicklung (62 ) gegriffen werden und die Enden und damit die zumindest zwei Anschlussdrähte (65 ) mit einer Anschlussvorrichtung (56 ) einer Brückengleichrichterschaltung (54 ) elektrisch leitfähig verbunden werden, wobei die Anschlussdrähte (65 ) zuerst miteinander verbunden und dann als miteinander verbundene Anschlussdrähte (65 ) mit einem Anschluss (115 ) der Anschlussvorrichtung (56 ) der Brückengleichrichterschaltung (54 ) elektrisch leitfähig verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (65 ) vor dem Verbinden mit dem Anschluss (115 ) der Anschlussvorrichtung (56 ) im Querschnitt (79 ) umgeformt und direkt miteinander stoffschlüssig verbunden werden. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte (
79 ) der gebündelten Anschlussdrähte (65 ) durch das Umformen eine Einhüllende (72 ) mit zwei einander im Wesentlichen parallelen Gegenlinien (70 ,71 ) bilden, wobei die Einhüllende (72 ) vorzugsweise rechteckig ist. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umgeformten, miteinander stoffschlüssig verbundenen Anschlussdrähte (
65 ) danach mit dem Anschluss (115 ) der Anschlussvorrichtung (56 ) gemeinsam verbunden werden. - Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (
65 ) vor dem Schweißen an der Verbindungsstelle (66 ) isoliert oder nicht isoliert werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (
65 ) einreihig, zweireihig oder dreireihig miteinander stoffschlüssig verbunden werden. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander stoffschlüssig verbundenen Anschlussdrähte (
65 ) zu einem gemeinsamen Anschluss (115 ) transportiert werden, um mit diesem stoffschlüssig verbunden zu werden. - Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nur die miteinander stoffschlüssig verbundenen Anschlussdrähte (
65 ) in eine Schlaufe des Anschlusses (115 ) hineingeschoben und dort in der Schlaufe verbunden werden. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ständerwicklung (
18 ) in ein Ständereisen (17 ) eingebracht wird, welches ringzylindrisch mit einer zentralen Zylinderachse (29 ) ausgeführt wurde, wobei die miteinander stoffschlüssig verbundenen Anschlussdrähte (65 ) eine größte Erstreckung (E) eines umgeformten und stoffschlüssig verbundenen Bündels (103 ) von Anschlussdrähten (65 ) erhalten und aufweisen und die größte Erstreckung (E) in radialer Richtung zur Drehachse der Welle (27 ) erstreckt wird, bevor das Bündel (103 ) mit dem Anschluss (115 ) verbunden wird. - Elektrische Maschine (
10 ) mit einem Stator (16 ), der in einem Ständereisen (17 ) eine Ständerwicklung (18 ) trägt, wobei die Ständerwicklung (18 ) zumindest eine Phasenwicklung (62 ) aufweist, wobei die Phasenwicklung (62 ) mehrere Anschlussdrähte (65 ) hat, die mit einen Anschluss (115 ) einer Anschlussvorrichtung (56 ) einer Brückengleichrichterschaltung (54 ) elektrisch leitfähig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (65 ) im Querschnitt (79 ) umgeformt und miteinander direkt stoffschlüssig verbunden sind sowie mit einem Anschluss (115 ) stoffschlüssig verbunden sind. - Elektrische Maschine (
10 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ständerwicklung (18 ) in ein Ständereisen (17 ) eingebracht ist, welches ringzylindrisch mit einer zentralen Zylinderachse (29 ) ausgeführt ist, wobei die direkt miteinander stoffschlüssig verbundenen Anschlussdrähte (65 ) eine größte Erstreckung (E) eines umgeformten und stoffschlüssig verbundenen Bündels (103 ) von Anschlussdrähten (65 ) aufweisen und sich die größte Erstreckung (E) in radialer Richtung zur Drehachse der Welle (27 ) erstreckt.
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