DE102014225242A1

DE102014225242A1 - Verbindungsvorrichtung zwischen Statorwicklung und Steuereinrichtung einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102014225242A1
Application number: DE102014225242.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schroeder; Sridhar Selvaraj; Mario Kaepple
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2016-06-09
Also published as: US20160164363A1; CN105703515A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung mit Stromschienen (8–12), die eine elektrische Verbindung zwischen der Statorwicklung und zugehörigen Kontaktstellen (35–39) einer zur Ansteuerung der Statorwicklung vorgesehenen elektrischen Steuereinrichtung (6) einer elektrischen Maschine (1) herstellt, wobei die Verbindungsvorrichtung (5) an Statorwicklungsenden (18–22) parallel zur Mittelachse der elektrischen Maschine (1) abragende Stromschienen (8–12) hat und die Stromschienen (8–12) in an einer aus elektrisch nicht leitendem Material bestehenden Verbindungsplatte (31) angeordneten Führungskanälen (32–34) einliegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zwischen der Statorwicklung und einer Steuereinrichtung einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Elektrische Maschinen, die beispielsweise in Kraftfahrzeugen als Antriebe oder als Generatoren eingesetzt werden, können als Drehstrommaschinen ausgebildet sein, die einen Stator mit einer Statorwicklung besitzen, der einen Rotor umgibt. Zur Drehmomentübertragung besitzt der Rotor eine Rotorwelle, die drehbar im Gehäuse der elektrischen Maschine gelagert ist. Zur Erzeugung eines im Stator umlaufenden Drehfeldes wird dessen Statorwicklung von einer im Gehäuse der elektrischen Maschine angeordneten Steuereinrichtung angesteuert. Hierfür ist es erforderlich, dass die Wicklungsenden der Statorwicklung über geeignete elektrische Verbindungen mit zugehörigen Kontaktstellen der Steuereinrichtung verbunden werden. Die elektrischen Verbindungen müssen die hohen Erregerströme übertragen können und auch eine ausreichende mechanische Stabilität besitzen. Wesentlich ist aber auch, dass die Verbindungsleitungen insgesamt als eine Verbindungsvorrichtung ausgeführt werden, bei der die Verbindungsleitungen möglichst gut gegen Korrosion geschützt sind und auftretende Kriechströme zwischen den Verbindungsleitungen und der Masse der elektrischen Maschine möglichst sicher vermieden werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass derartige elektrische Maschinen im Einsatz von Kraftfahrzeugen starken Umwelteinflüssen, wie Feuchtigkeit, Schmutz und Erschütterungen, ausgesetzt sind.
Aus der DE 103 61 859 A1 ist eine elektrische Maschine, die als Drehstromgenerator in Kraftfahrzeugen einsetzbar ist, bekannt. Bei dieser bekannten elektrischen Maschine sind Wicklungsenden des Stators mit einem zusätzlichen Leiterelement verbunden, welches mehrere Einzeldrähte der Wicklungsenden mittels eines klammerartigen Fügebereichs zusammenfasst. Das hierfür verwendete Leiterelement ist als ein Blechteil ausgebildet, welches im Bereich der Wicklungsenden von einem Isolierteil eng umschlossen ist. Das Leiterelement besteht weiterhin im Wesentlichen aus radial zur Mittelachse der elektrischen Maschine ausgerichteten Stromschienen, die über einen weitgehend offenen Bereich eine elektrische Verbindung zu einer Reglerbaugruppe herstellen.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber herkömmlichen Verbindungsvorrichtungen den Vorteil, dass gerade und relativ kurze Stromschienen als Verbindung zwischen den Statorwicklungsenden und der Steuereinrichtung einer elektrischen Maschine zum Einsatz kommen, die einen entsprechend geringen Materialbedarf erfordern und auch mittels einer verhältnismäßig einfach herstellbaren Verbindungsplatte sehr gut gegen Korrosionseinflüsse geschützt werden können. Die Stromschienen liegen in Führungskanälen einer aus nicht leitendem Material bestehenden Verbindungsplatte ein, wobei die Führungskanäle eine elektrische Isolierung und einen Schutz gegen Feuchtigkeit oder andere Umwelteinflüsse, die auf die Stromschienen einwirken können, darstellen. Die Stromschienen sind in den Führungskanälen auch gegen Verschmutzung geschützt, sodass das Auftreten von Kriechströmen zwischen den Stromschienen und der Masse der elektrischen Maschine sicher vermieden wird.
Die Stromschienen besitzen vorzugsweise an ihren den Statorwicklungsenden zugewandten Enden jeweils ein Klemmelement, mit dem die Stromschiene am Statorwicklungsende festgeklemmt ist. Dabei bilden das Klemmelement und die zugehörige Stromschiene vorzugsweise ein einstückiges Metallteil aus Kupfer oder einem sonstigen elektrisch gut leitenden Material. Die Stromschienen können mittels des jeweils vorhandenen Klemmelements an jeweils einem Statorwicklungsende durch Festklemmen vormontiert werden, um dann mit den Statorwicklungsenden verlötet oder verschweißt zu werden. Die Klemmelemente stellen somit sehr vorteilhafte Montagehilfen dar.
Eine besonders einfache Ausführung eines derartigen Klemmelements besteht darin, dass dieses als ein von den Stromschienen abgewinkelt abstehender u-förmiger oder v-förmiger Blechbügel ausgebildet ist. Ein derart ausgeführtes Klemmelement lässt sich sehr einfach als Stanzteil herstellen, an dem der Blechbügel dann entsprechend abgewinkelt in die gewünschte Form gebogen wird.
Besonders vorteilhaft ist es, die Führungskanäle an der Verbindungsplatte so auszubilden, dass diese die einliegenden Stromschienen mit geringem Spiel umschließen. Damit ist es möglich, dass die einliegenden Stromschienen in Bezug auf die jeweils zugehörigen Kontaktpositionen an der Steuereinrichtung in einem gewissen Bereich ausrichtbar sind, um eventuell vorhandene Positionstoleranzen auszugleichen.
Eine bevorzugte Ausführung der Verbindungsvorrichtung sieht vor, dass die Winkelposition der an der Statorwicklung achsparallel zur Mittelachse der elektrischen Maschine abstehenden Statorwicklungsenden mit der Winkelposition der zugehörigen Kontaktstelle der Steuereinrichtung im Wesentlichen übereinstimmt. Damit ist es möglich, an den Stromschienen einheitlich ausgebildete und insbesondere einheitlich ausgerichtete Klemmelemente vorzusehen. Bevorzugt befinden sich dabei die Statorwicklungsenden in einem möglichst geringen radialen Abstand zu den jeweils zugehörigen Kontaktstellen, sodass die abgewinkelt an den Stromschienen angeordneten Kontaktelemente entsprechend kurz ausgebildet sein können.
Sämtliche Stromschienen der Verbindungsvorrichtung sind vorzugsweise identisch ausgebildete Blechteile, wodurch sich die Herstellung dieser Teile und auch deren Lagerhaltung vereinfachen.
Bei der bevorzugten Ausführung besitzt die Verbindungsvorrichtung Stromschienen als gerade ausgerichtete Blechstreifen mit jeweils angeformtem Klemmelement. Die Herstellung solcher Blechstreifen ist besonders einfach und damit auch besonders kostengünstig. Außerdem lassen sich flache und gerade ausgerichtete Blechstreifen nicht nur raumsparend lagern, sondern erfordern auch beim Einbau in eine elektrische Maschine einen entsprechend geringen Platzbedarf.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Ansicht einer elektrischen Maschine, wie sie als Drehstromgenerator oder elektrischer Antrieb in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt,
2 eine Ansicht des Wickelkopfs einer elektrischen Maschine mit achsparallel ausgerichteten Stromschienen,
3 eine Ansicht wie bei 2, jedoch mit einem den Wickelkopf abdeckenden Gehäusedeckel,
4 eine Ansicht gemäß 3, jedoch mit einer auf den Gehäusedeckel aufgesetzten Verbindungsplatte und
5 eine Detailansicht von der Unterseite der in 4 ersichtlichen Verbindungsplatte.
In 1 ist eine elektrische Maschine 1 dargestellt, die einen Stator 2 mit zwei Gehäusedeckeln 3, 4 hat. Am Gehäusedeckel 4 ist stirnseitig eine herkömmliche Verbindungsvorrichtung 5 aufgesetzt, die hier nicht näher dargestellte Verbindungsleitungen enthält, über die eine elektrische Verbindung zwischen der Statorwicklung des Stators 2 und einer Steuereinrichtung 6 hergestellt wird. An der rechten Stirnseite wird die Steuereinrichtung 6 von einem Deckel 7 abgeschlossen.
In 2 sind die elektrischen Leiterelemente der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung dargestellt. Als Verbindungselemente dienen hierbei Stromschienen 8 bis 12, die im Wesentlichen als gerade Blechteile mit jeweils einem rechtwinklig abstehenden Klemmelement 13 bis 17 ausgebildet sind. Die Klemmelemente 13 bis 17 sind auf Statorwicklungsenden 18 bis 22 aufgesetzt und mit diesen verklemmt. Zur Herstellung einer stabilen und auch elektrisch sicheren Verbindung sind die Klemmelemente 13 bis 17 mit den Statorwicklungsenden 18 bis 22 verlötet oder vorzugsweise verschweißt.
Die Stromschienen 8 bis 12 sind bezüglich der Mittelachse der elektrischen Maschine 1 achsparallel ausgerichtet und sind so positioniert, dass sie in ihrer Position mit zughörigen Kontaktstellen einer Steuereinrichtung 6, wie diese in 1 dargestellt ist, übereinstimmen. Um insgesamt einen einfachen Aufbau für die elektrischen Verbindungen zu erhalten, werden erfindungsgemäß die Statorwicklungsenden 18 bis 22 am Wickelkopf 23 des Stators 2 zumindest annähernd in der gleichen Winkelposition angeordnet, wie die jeweils zugehörigen Kontaktstellen der Steuerungseinrichtung 6. Auch der radiale Abstand zwischen den Statorwicklungsenden 18 bis 22 und den jeweils zugehörigen Kontaktstellen an der Steuereinrichtung 6 wird möglichst gering gehalten, um entsprechend kurze Klemmelemente 13 bis 17 verwenden zu können.
In 2 ist der im Stator 2 einliegende Rotor 24 mit einem Lüfterrad 25 ersichtlich. An der Rotorwelle 26 ist ein Kugellager 27 montiert, in welchem die Rotorwelle 26 drehbar gelagert ist.
In 3 ist nun ergänzend zu der Darstellung von 2 der Gehäusedeckel 4 des Stators 2 montiert, in welchem das Kugellager 27 einliegt. Die Stromschienen 8 bis 12 greifen durch entsprechende Aussparungen 28 bis 30, die am Gehäusedeckel 4 vorgesehen sind, hindurch.
Auf den in 3 ersichtlichen Gehäusedeckel 4 ist nun in 4 eine Verbindungsplatte 31 aus elektrisch nicht leitendem Material aufgesetzt, die als elektrisch isolierendes Element Teil der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung ist. Die Verbindungsplatte 31 besitzt drei Führungskanäle 32 bis 34, in denen die achsparallel ausgerichteten Stromschienen 8 bis 12 mit geringem Spiel einliegen. Die Verbindungsplatte 31 übernimmt eine mechanische und elektrische Schutzfunktion für die einliegenden Stromschienen 8 bis 12.
In der vergrößerten Ansicht von 5 ist die Unterseite der Verbindungsplatte 31 im Bereich der Stromschienen 11, 12 dargestellt. Die Stromschienen 11, 12 liegen in dem Führungskanal 34 der Verbindungsplatte 31 ein und umgreifen mit ihren Klemmelementen 16, 17 hier im Schnitt ersichtliche Statorwicklungsenden 21, 22.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Positionen der Stromschienen 8 bis 12 so gewählt, dass diese mit entsprechenden Kontaktstellen einer Steuereinrichtung übereinstimmen. In 1 können an der Steuereinrichtung 6 beispielsweise Kontaktstellen an den Positionen 35 bis 39 vorhanden sein, die von einer Randabdeckung 40 abgedeckt sind. Wesentlich ist dabei, dass die Winkelpositionen der Statorwicklungsenden 18 bis 22 (2) und die Winkelpositionen der am Rand der Steuereinrichtung 6 angeordneten Kontaktstellen im Wesentlichen übereinstimmen, sodass als elektrische Verbindungselemente Stromschienen 8 bis 12 verwendbar sind, wie diese in den 2 bis 5 dargestellt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10361859 A1 [0003]

Claims

Verbindungsvorrichtung mit Stromschienen (8–12), die eine elektrische Verbindung zwischen der Statorwicklung und zugehörigen Kontaktstellen (35–39) einer zur Ansteuerung der Statorwicklung vorgesehenen elektrischen Steuereinrichtung (6) einer elektrischen Maschine (1) herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung (5) an Statorwicklungsenden (18–22) parallel zur Mittelachse der elektrischen Maschine (1) abragende Stromschienen (8–12) hat, und dass die Stromschienen (8–12) in an einer aus elektrisch nicht leitendem Material bestehenden Verbindungsplatte (31) angeordneten Führungskanälen (32–34) einliegen.
Verbindungvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Stromschienen (8–12) an ihrem einem Statorwicklungsende (18–22) zugewandten Ende ein Klemmelement (13–17) hat, mit dem die Stromschiene (8–12) am Statorwicklungsende (18–22) festgeklemmt ist.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (13–17) als Blechbügel von den Stromschienen (8–12) abgewinkelt absteht.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskanäle (32–34) die einliegenden Stromschienen (8–12) mit geringem Spiel umschließen.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Stromschienen (8–12) mit dem jeweils zugehörigen Statorwicklungsende (18–22) verschweißt ist.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelposition der an der Statorwicklung achsparallel zur Mittelachse der elektrischen Maschine (1) abstehenden Statorwicklungsenden (18–22) mit der Wickelposition der zugehörigen Kontaktstelle der Steuereinrichtung (6) im Wesentlichen übereinstimmt.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklungsenden (18–22) einen geringen radialen Abstand zu den jeweils zugehörigen Kontaktstellen (35–39) haben.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Stromschienen (8–12) identisch ausgebildete Blechteile sind.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Stromschiene (8–12) als gerader Blechstreifen mit angeformtem Klemmelement (13–17) ausgebildet ist.