DE102016221677A1

DE102016221677A1 - Elektrischer Rotor mit Verbindungsanordnung

Info

Publication number: DE102016221677A1
Application number: DE102016221677.5A
Authority: DE
Inventors: Vincenzo De Renzi; Jose Luis Rodriguez Fernandez; Ivan Usle Ateca; Jose Antonio Urbano Coin; Rene Deponte
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2018-05-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Rotor aufweisend eine Rotorerregerwicklung (14), welche einen Wicklungsdraht aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material aufweist und an einem Wicklungsträger (12) angeordnet ist; eine Schleifringanordnung mit einer Kontaktfahne aus einem vom ersten elektrisch leitfähigen Material verschiedenen zweiten elektrisch leitfähigen Material; eine Verbindungsanordnung (16) mit einem Verbindungsleiter (16a), welcher zumindest teilweise aus einem dritten elektrisch leitfähigen Material besteht, wobei die Verbindungsanordnung (16) dazu ausgestaltet ist, mittels des Verbindungsleiter (16a) den Wicklungsdraht mit der Kontaktfahne elektrisch leitend zu verbinden; wobei die Verbindungsanordnung (16) zumindest teilweise am Wicklungsträger (12) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Rotor mit einer zumindest teilweise an einem Wicklungsträger angeordneten Verbindungsanordnung. Dier Erfindung findet somit insbesondere im Bereich von Elektromotoren und Drehstromgeneratoren, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, Anwendung.
Stand der Technik
Elektrische Rotoren werden in Stromgeneratoren, wie etwa in Drehstromgeneratoren, oder auch in Elektromotoren verwendet. Sog. fremderregte Rotoren weisen dabei jeweils zumindest eine Rotorerregerwicklung auf, welche oftmals mit einer Schleifringanordnung elektrisch verbunden wird. Herkömmlicherweise sind sowohl die elektrische Wicklung des Rotors, d.h. die Rotorwicklung bzw. der Wicklungsdraht, als auch die Schleifringanordnung bzw. der Kommutator aus Kupfer ausgebildet. Diese können auf effiziente Weise elektrisch miteinander kontaktiert werden, beispielsweise durch Löten, Widerstandsschweißen und/oder durch Ultraschallschweißen.
Beispielsweise ist in der Druckschrift DE 38 38 436 A1 ein herkömmlicher Drehstromgenerator offenbart, bei welchem die Rotorerregerwicklung und die Verbindungsleitungen durch Punktverschweißen miteinander elektrisch kontaktiert sind.
Die Verbindung der Rotorerregerwicklung mit der Verbindungsleitung zur Schleifringanordnung ist dabei oftmals sehr anfällig für Korrosion, welche die elektrische Leitfähigkeit und somit die Effizienz des Generators zu reduzieren vermag. Dies gilt insbesondere dann, wenn unterschiedliche Metalle für die Rotorerregerwicklung und die Verbindungsleitung verwendet werden, insbesondere für die Kombination aus Aluminium und Kupfer. Daher müssen besondere Vorkehrungen zur Vermeidung von Korrosion getroffen werden, welche herkömmlicherweise mit einem hohen Aufwand verbunden sind und/oder eine Korrosion nur bedingt vermeiden können.
Die EP 2 066 006 A2 offenbart eine elektrische Maschine, bei welcher die Statorwicklung und/oder die Rotorwicklung elektrische Leiter aus Aluminium aufweisen, welche an stromführende Teile der Maschine aus Kupfer angeschlossen sind. Zur Vermeidung von Korrosion an den Enden der Aluminiumleiter im Bereich der Verbindung mit den stromführenden Kupferteilen der Maschine werden dabei die Enden der Aluminiumleiter jeweils mit einem Leitungsabschnitt aus Kupfer in Form einer Kontakthülse abgeschlossen und diese Leitungsabschnitte dann mit dem stromführenden Teil der Maschine kontaktiert.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, den Wicklungsdraht aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Aluminium aufweisend, mit der Kontaktfahne aus einem von dem ersten elektrischen Material verschiedenen zweiten elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Kupfer aufweisend, mittels einer Verbindungsanordnung aufweisend einen Verbindungsleiter aus einem dritten elektrisch leitfähigen Material zu verlängern, welches mit dem zweiten elektrisch leitfähigen Material vorzugsweise korrosionsfrei verbunden werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass der Wicklungsdraht und die Kontaktfahne, auf einfache und effiziente Weise verbunden werden können.
Die Erfindung bietet dabei den Vorteil, dass die elektrische Verbindung des Wicklungsdrahtes mit der Verbindungsanordnung in unmittelbarer Nähe zum Wicklungsträger erfolgen kann und die Kontaktstelle zumindest teilweise auch am Wicklungsträger untergebracht werden kann. Vorzugsweise kann die Rotorwicklung insbesondere aus Aluminiumdraht bestehen, der mittels der Verbindungsanordnung mit einem Kupferdraht als Verbindungsleiter verlängert wird. Die Kontakt- bzw. Verlängerungsstelle liegt dabei am Wicklungsträger, insbesondere abgedeckt, z.B. von einem Klauenpolelement, so dass nur der Verbindungsleiter aus Kupferdraht aus der Rotorbaugruppe herausragt und wie ein Drahtende einer Kupfer-Rotorwicklung auf herkömmliche Weise mit der Kontaktfahne verbunden werden kann.
Dies hat ferner den Vorteil, dass eine elektrische Kontaktierung des Wicklungsdrahtes mit der Verbindungsanordnung, welche aus unterschiedlichen elektrisch leitfähigen Materialien ausgebildet sein können, nahe am Wicklungsträger erfolgen kann. Die Rotorwicklung kann sodann mittels des Verbindungsleiters der Verbindungsanordnung wie gewohnt mit der Kontaktfahne verbunden werden, da die Kontaktfahne und die Verbindungsanordnung, insbesondere deren Verbindungsleiter, aus elektrisch leitfähigen Materialien ausgebildet sind, welche zweckmäßigerweise korrosionsfrei verbunden werden können. Korrosionsfrei bedeutet dabei, dass keine oder nur ein derart geringes Maß an Korrosion an der Kontaktstelle des Verbindungsleiters mit der Kontaktfahne auftritt, dass die Funktionalität und/oder Leitfähigkeit und/oder Langlebigkeit nicht signifikant beeinträchtigt werden. Insbesondere kann dadurch eine korrosionsanfällige Mehrschichtverbindung zur Kontaktierung der Rotorwicklung mit der Kontaktfahne an der Kontaktfahne vermieden werden.
Vorzugsweise umfassen sowohl das zweite als auch das dritte elektrisch leitfähige Material Kupfer. Weiter bevorzugt sind sowohl das zweite als auch das dritte elektrisch leitfähige Material identisch und bestehen insbesondere aus Kupfer. Dies ermöglicht auf ganz besonders effiziente Weise ein korrosionsfreies Kontaktieren. Rotorwicklungen, welche einen Wicklungsdraht aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material (insbesondere unedleren) als die Kontaktfahne aufweisen, beispielsweise aus einem Aluminiumdraht, können auf diese Weise besonders effizient mit herkömmlichen Schleifringanordnungen bzw. Kontaktfahnen, beispielsweise aus Kupfer, auf einfache Weise verbunden werden.
Somit bietet die Erfindung den Vorteil, dass Kontaktfahnen und Rotorerregerwicklungen aus verschiedenen Materialen auf besonders einfache Weise miteinander verbunden werden können und hinsichtlich der verwendbaren Materialien nicht auf bestimmte zur Verfügung stehende Kontaktierungsmethoden beschränkt sind. Beispielsweise ist es nicht erforderlich, eine herkömmliche Schleifringbaugruppe aus Kupfer zwangsläufig mit einer Rotorerregerwicklung zu verbinden, welche ebenfalls aus Kupfer gefertigt ist. Vielmehr ist es aufgrund der Erfindung möglich, auch Rotorerregerwicklungen aus anderen Materialien, beispielsweise aus Aluminium, mit herkömmlichen Schleifringbaugruppen aus Kupfer oder ähnlichem zu verbinden. Durch den Einsatz der Verbindungsanordnung, welche einen Verbindungsleiter aus dem dritten elektrisch leitfähigen Material aufweist, das vorzugsweise korrosionsfrei mit der Kontaktfahne verbunden werden kann und bevorzugt aus dem gleichen Material wie die Kontaktfahne, beispielsweise Kupfer, ist, können der Verbindungsleiter und die Kontaktfahne wie gewohnt mittels Löten und/oder Schweißen miteinander elektrisch kontaktiert werden, obwohl der Wicklungsdraht gegebenenfalls aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material gefertigt ist, dessen direktes Verlöten und/oder Verschweißen mit der Kontaktfahne nachteilhaft wäre oder sein könnte.
Der Wicklungsträger ist dabei dazu ausgebildet, die zumindest eine Rotorerregerwicklung zu tragen bzw. zu stützen. Ferner kann der Wicklungsträger dazu ausgebildet sein, dass er die zumindest eine Rotorerregerwicklung teilweise oder vollständig umschließt.
Vorzugsweise weist die Verbindungsanordnung ein Kontaktierelement auf, welches dazu ausgelegt ist, ein Ende des Wicklungsdrahtes zumindest teilweise elektrisch kontaktierend zu umschließen und mit dem Verbindungsleiter elektrisch leitend zu verbinden. Besonders bevorzugt ist das Kontaktierelement an den Wicklungsträger angrenzend angeordnet. Beispielsweise kann das Kontaktierelement an dem Wicklungsträger befestigt sein.
Weiter bevorzugt erstreckt sich der Verbindungsleiter vom Kontaktierelement zur Kontaktfahne. Beispielsweise kann der Verbindungsleiter elektrisch leitend mit dem Kontaktierelement verbunden sein und/oder einstückig mit diesem ausgebildet sein. Insbesondere kann das Kontaktierelement an einem Ende des Verbindungsleiters ausgebildet bzw. angeordnet sein.
Das Kontaktierelement kann beispielsweise als Kontakthülse und/oder als Schneidklemme und/oder als Crimp ausgestaltet sein. Mit anderen Worten ausgedrückt kann das Kontaktierelement derart ausgestaltet sein, dass der Wicklungsdraht in das Kontaktierelement eingeführt werden kann und durch Zusammenquetschen des Kontaktierelements ein elektrischer und vorzugsweise mechanischer Kontakt zwischen dem Kontaktierelement und dem Wicklungsdraht hergestellt wird. Insbesondere kann das Kontaktierelement derart ausgebildet sein, dass dieses den Wicklungsdraht mittels eines kalten Kontakts elektrisch kontaktiert, d.h. dass kein Löten und/oder Schweißen erforderlich ist und für die Kontaktierung weder das Kontaktierelement noch der Wicklungsdraht angeschmolzen werden müssen. Vorzugsweise ist das Kontaktierelement zumindest im Kontaktbereich mit dem Wicklungsdraht kontaktkorrosionsverhindernd beschichtet, insbesondere verzinnt.
Andererseits kann der Verbindungsleiter vorzugsweise mittels Löten und/oder Schweißen mit der Kontaktfahne verbunden werden. Dies kann ferner dadurch begünstigt werden, dass vorzugsweise der Verbindungsleiter aus dem gleichen Material ausgebildet ist wie auch die Kontaktfahne.
Vorzugsweise ist das Kontaktierelement dazu ausgestaltet, insbesondere während und/oder nach einem Zusammenquetschen, zumindest stellenweise in den Wicklungsdraht einzudringen und vorzugsweise eine am Wicklungsdraht ausgebildete Isolierschicht zumindest stellenweise zu durchdringen. Dies hat den Vorteil, dass ein Abisolieren des Wicklungsdrahtes vor dem Kontaktieren mittels des Kontaktierelements nicht zwingend erforderlich ist. Weiterhin bietet die verbleibende Isolierung auch einen Schutz vor Feuchtigkeit.
Besonders bevorzugt ist das Kontaktierelement derart ausgebildet ist, dass es ein Eindringen von korrosionsfördernden Substanzen zu der zumindest einen Rotorerregerwicklung zumindest im Bereich des elektrischen Kontakts zwischen dem Kontaktierelement und dem Wicklungsdraht erschwert. Beispielsweise kann das Kontaktierelement aus einem Material ausgebildet sein, welches keine oder nur eine sehr geringe Diffusion von Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit zulässt.
Vorzugsweise weist der Wicklungsträger zumindest ein Aufnahmeelement auf, welches dazu ausgestaltet ist, die Verbindungsanordnung zumindest teilweise aufzunehmen. Das zumindest eine Aufnahmeelement ermöglicht dabei, dass die elektrische Kontaktverbindung der Rotorerregerwicklung mit der Verbindungsanordnung direkt am Wicklungsträger ausgebildet werden kann, oder gar als integraler Bestandteil des Wicklungsträgers ausgestaltet werden kann. Auf diese Weise wird die Angriffsfläche für Korrosion, also Flächen, an denen korrosionsfördernde Substanzen auf die Kontaktverbindung einwirken können, reduziert.
Das Aufnahmeelement kann dazu ausgelegt sein, zusammen mit einem Isolierelement die Verbindungsanordnung zumindest teilweise zu umschließen. Bevorzugt sind das Aufnahmeelement und/oder das Isolierelement derart ausgebildet, dass das Aufnahmeelement bzw. das Isolierelement ein Eindringen von korrosionsfördernden Substanzen zu der zumindest einen Rotorerregerwicklung zumindest im Bereich der elektrischen Kontaktierung erschweren.
Dies hat den Vorteil, dass das Isolierelement nicht nur zur elektrischen Isolierung der Kontaktverbindung gegen elektrische Ladungen und/oder Ströme von Außen isoliert werden kann, sondern dass das Isolierelement auch zur Abschirmung der Kontaktverbindung gegen korrosionsfördernde Substanzen beitragen kann, indem das Isolierelement vorzugsweise mit in dem Aufnahmeelement aufgenommen ist und vorzugsweise mit dem Aufnahmeelement die Kontaktverbindung umschließt. Dadurch wird ferner die kompakte Bauweise des Rotors weiter verbessert.
Der elektrische Rotor weist vorzugsweise einen Klauenpol auf, welcher eine Aussparung aufweist, wobei die Aussparung dazu ausgelegt ist, das Aufnahmeelement des Wicklungsträgers und ein darin angeordnetes Kontaktierelement zumindest teilweise aufzunehmen. Dadurch kann eine kompakte Bauweise des Rotors erzielt werden, wobei beispielswiese ein Zusammenführen bzw. Zusammenstecken des Klauenpols mit dem Wicklungsträger trotz zumindest eines am Wicklungsträger ausgebildeten Aufnahmeelements ermöglicht wird.
Das zumindest eine Aufnahmeelement ist dabei vorzugsweise in und/oder an dem Wicklungsträger ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das zumindest eine Aufnahmeelement an der Außenseite des Wicklungsträgers angebracht, d.h. an der der Rotorerregerwicklung abgewandten Seite des Wicklungsträgers. Beispielsweise kann das Aufnahmeelement auf den Wicklungsträger aufgesetzt sein und/oder strukturell in den Wicklungsträger integriert sein. Besonders bevorzugt ist das zumindest eine Aufnahmeelement am Wicklungsträger derart ausgebildet, dass der Rotor dadurch keine Unwucht erfährt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Aufnahmeelement im Wesentlichen auf der Rotorachse und/oder um die Rotorachse herum ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch bei einer Anordnung des Aufnahmeelements abseits der Rotorachse ein Gegengewicht an anderer Stelle des Rotors und/oder des Gehäuses ausgebildet sein, um eine Unwucht des Rotors zu vermeiden. Beispielsweise kann der Wicklungsträger auch eine Mehrzahl von Aufnahmeelementen aufweisen, welche bevorzugt derart angeordnet sind, dass eine Unwucht vermieden oder reduziert wird.
Weiter bevorzugt ist das zumindest eine Aufnahmeelement mit dem Wicklungsträger einstückig ausgebildet und/oder ein integraler Bestandteil des Wicklungsträgers. Insbesondere kann der Wicklungsträger mitsamt des zumindest einen Aufnahmeelements aus einem Guss gefertigt sein und/oder aus einem Stück gefräst sein. Dies bietet den Vorteil, dass die Herstellung des Wicklungsträgers bzw. des Rotors auf besonders einfache und/oder kostengünstige Weise erfolgen kann. Ferner wird dadurch ein kompakter Aufbau des Rotors ermöglicht.
Besonders bevorzugt weist der Wicklungsträger zumindest zwei Aufnahmeelemente auf, um die beiden Enden einer Rotorerregerwicklung in jeweils einem separaten Aufnahmeelement kontaktieren zu können. Diese können vorzugsweise derart angeordnet sein, dass eine Unwucht des Rotors vermieden wird. Beispielsweise können die Aufnahmeelemente symmetrisch und/oder konzentrisch zu einer Rotationsachse des Rotors ausgebildet sein.
Über die Verbindungsanordnung und zumindest eine Kontaktfahne kann der Rotor beispielsweise mit einem Schleifring und/oder einer Schleifringbaugruppe verbunden werden.
Bevorzugt sind die zumindest eine Rotorerregerwicklung bzw. ein Ende des Wicklungsdrahtes und die Verbindungsanordnung zumindest im Bereich der elektrischen Kontaktverbindung in dem zumindest einen Aufnahmeelement angeordnet. Besonders bevorzugt ist die elektrische Kontaktverbindung vollständig innerhalb des Aufnahmeelements angeordnet. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn zur Herstellung der Kontaktverbindung eventuell abisolierte Bereiche der Rotorerregerwicklung bzw. des Wicklungsdrahtes und des Verbindungsleiters innerhalb des Aufnahmeelements angeordnet sind und außerhalb des Aufnahmeelements befindliche Bereiche der Rotorerregerwicklung und der Verbindungsleitung nicht abisoliert sind, sofern generell isolierte Leiter verwendet werden.
Auf diese Weise kann das Aufnahmeelement besonders effektiv zur Abschirmung der Kontaktverbindung vor Korrosion beitragen. Weiter bevorzugt sind dabei die Rotorerregerwicklung und das Kontaktierelement im Bereich der Kontaktverbindung mittels des Isolierelements formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse verbunden. Auf diese Weise kann zusätzlich zu einem wirksamen Schutz vor Korrosion auch ein Schutz vor mechanischen Beschädigungen durch ein ungewolltes Herausziehen oder Herausfallen der Kontaktverbindung aus dem Aufnahmeelement geboten werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wicklungsträgers eines erfindungsgemäßen Rotors in einer ersten bevorzugten Ausführungsform.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Wicklungsträgers eines erfindungsgemäßen Rotors in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.
3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Wicklungsträgers eines erfindungsgemäßen Rotors in einer dritten bevorzugten Ausführungsform.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Aufnahmeelements.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer offenen Verbindungsanordnung.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer geschlossenen Verbindungsanordnung.
7 zeigt einen elektrischen Rotor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Darstellung.
8A bis 8D zeigen ein Aufnahmeelement gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform.
9A bis 9D zeigen ein Aufnahmeelement gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.
10A und 10B zeigen ein Aufnahmeelement gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform.
11A bis 11C zeigen einen Klauenpol gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.

Ausführungsform(en) der Erfindung
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wicklungsträgers 12 eines erfindungsgemäßen Rotors in einer ersten bevorzugten Ausführungsform. Der Rotor weist dabei den Wicklungsträger 12 auf, welcher eine Rotorerregerwicklung teilweise umgibt bzw. trägt, welche einen Wicklungsdraht 14 aus Aluminium als erstes elektrisch leitfähiges Material aufweist. In der gezeigten Ausführungsform ist der Wicklungsträger 12 mit einer zylindrischen Achse 12a ausgestaltet, auf welche die Rotorerregerwicklung gewickelt ist. Ferner weist der Wicklungsträger 12 auch Seitenwände 12b auf, welche die Rotorerregerwicklung seitlich begrenzen. Im vorliegenden Beispiel sind auf den Seitenwänden 12b zwei Aufnahmeelemente 18 ausgebildet, insbesondere aus einem Guss mit den Seitenwänden.
Eine Verbindungsanordnung 16 weist dabei einen Verbindungsleiter 16a und ein Kontaktierelement 16b auf. Der Verbindungsleiter 16a erstreckt sich gemäß der gezeigten Ausführungsform von dem Kontaktierelement16b wegführend und dient dazu, die Rotorwicklung 14 mit einer Kontaktfahne zu verbinden.
Im vorliegenden Beispiel sind die Aufnahmeelemente 18 taschenartig ausgebildet und dazu eingerichtet, jeweils ein Kontaktierelement aufzunehmen, in welches zuvor ein Ende der Rotorerregerwicklung 14 und ein Ende des Verbindungsleiters 16a aufgenommen wurden. Durch das Kontaktierelement 16b werden die Rotorwicklung 14 bzw. ein Ende des Wicklungsdrahts mit dem Verbindungsleiter 16a verbunden bzw. elektrisch kontaktiert, wobei die Kontaktstelle und das Kontaktierelement 16b in der gezeigten Ausführungsform von dem Aufnahmeelement 18 zumindest teilweise umgeben ist. Das Kontaktierelement 16b ist in der gezeigten Ausführungsform als Crimp ausgebildet.
Eine Ausnehmung 12c an der Seitenwand 12b des Wicklungsträgers kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, um das Herausführen der Rotorerregerwicklung 14 bzw. des Wicklungsdrahtes zu dem Aufnahmeelement 18 zu erleichtern.
Die Verbindungsanordnung16 kann ferner insbesondere im Bereich des Aufnahmeelements 18 durch ein Isolierelement, welches zugunsten der Übersichtlichkeit nicht gezeigt ist (siehe stattdessen 4), bedeckt und/oder versiegelt werden. Beispielsweise kann das Aufnahmeelement 18 mit dem darin befindlichen Kontaktierelement 16bmit einem aushärtenden Isolierelement vergossen werden, um eine effiziente Abschirmung gegen Korrosion und solide mechanische Festigkeit zu erzielen.
Die Verbindungsanordnung 16 kann dazu dienen, mittels des Verbindungsleiters 16a den Rotor 10 über eine Kontaktfahne mit einer Schleifringanordnung (nicht gezeigt) zu verbinden. Beispielsweise kann die Schleifringanordnung elektrische Leitungen aus Kupfer umfassen und/oder die Kontaktfahne aus Kupfer ausgebildet sein. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, den Verbindungsleiter 16a aus Kupfer zu fertigen, während die Rotorerregerwicklung 14 aus Aluminium gefertigt sein kann. Die Verbindungsanordnung16, sowie das bedeckende Isolierelement (nicht gezeigt) im Zusammenwirken mit dem Aufnahmeelement 18 können diese Kontaktverbindung sodann wirksam vor Korrosion schützen.
Wenngleich in der gezeigten Ausführungsform nur in einem der beiden Aufnahmeelemente 18 Teile der Rotorerregerwicklung und des Verbindungsleiters 16a angeordnet sind, gilt das Gesagte für das andere Aufnahmeelement ebenso. Ein weiteres Ende des Wicklungsdrahtes bzw. der Rotorerregerwicklung 14 könnte beispielsweise in dem anderen Aufnahmeelement 18 mit einer weiteren Verbindungsanordnung 16 verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Aufnahmeelement 18 dazu dienen, zu einer geeigneten Gewichtsverteilung beizutragen und eine Unwucht des Rotors zu vermeiden.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Wicklungsträgers 12 eines erfindungsgemäßen Rotors 10 in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform. Diese unterscheidet sich von der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform dadurch, dass nur ein Aufnahmeelement 18 ausgebildet ist. Entsprechend ist auch nur eine Ausnehmung 12c in der Seitenwand 12b ausgebildet.
3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Wicklungsträgers 12 eines erfindungsgemäßen Rotors 10 in einer dritten bevorzugten Ausführungsform. Wie in 3 erkennbar ist, ist eine derartige Anordnung, bei welcher die Verbindungsanordnung 16 und das Aufnahmeelement 18 direkt am Wicklungsträger 12 angeordnet sind, besonders vorteilhaft, da die erforderliche Länge der Rotorerregerwicklung 14, welche aus dem Wicklungsträger 12 zur Kontaktierung herausgeführt werden muss, sehr kurz gehalten werden kann. Weiterhin kann das Aufnahmeelement und ein darin aufgenommenes Kontaktierelement von weiteren rotorbauteilen, insbesondere einem Klauenpol, verdeckt und abgeschirmt werden.
Ferner zeigt 3 die Verbindungsanordnung 16, welche als Crimp ausgebildet ist. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist in dem Aufnahmeelement 18 die dargestellte Rotorerregerwicklung 14 aus Aluminium mit dem Verbindungsleiter 16a aus Kupfer verbunden.
Dabei kann die Verbindungsanordnung16 beispielsweise auch die Funktion des Isolierelements übernehmen. Das bedeutet, dass die Verbindungsanordnung16 derart ausgestaltet sein kann, dass sie die Kontaktverbindung zwischen der Rotorerregerwicklung 14 und dem Verbindungsleiter 16a nicht nur herstellt, sondern auch nach außen elektrisch isoliert und/oder gegen Korrosion abschirmt. Ferner kann die Verbindungsanordnung16 derart an dem Wicklungsträger 12 bzw. an dem Aufnahmeelement 18 befestigt sein, dass auch eine mechanische Befestigung der Kontaktverbindung an dem Wicklungsträger 12 gewährleistet ist.
Alternativ oder zusätzlich kann ein weiteres Isolierelement (nicht gezeigt) ausgebildet sein, um die Kontaktverbindung vor Korrosion zu schützen, elektrisch zu isolieren und vor mechanischen Belastungen zu schützen. Beispielsweise kann dazu das durch das Aufnahmeelement aufgespannte Innenvolumen, bzw. der Innenraum des Aufnahmeelements 18, mit einem Isolierelement ausgegossen werden. Dazu kann beispielsweise ein flüssiges, aushärtendes Isoliermittel dienen, wie etwa ein Lack und/oder ein Kunstharz, dienen.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufnahmeelements 18, welches mit einem Isolierelement 22 versehen ist. Dabei sind das durch das Aufnahmeelement 18 aufgespannte Innenvolumen sowie die darin befindliche Kontaktverbindung bzw. Kontaktierelement 16b (nicht sichtbar, da von dem Isolierelement 22 bedeckt) mit dem Isolierelement 22 ausgegossen. Auf diese Weise kann eine besonders effektive elektrische Isolierung und eine besonders effektiver Schutz vor Korrosion erzielt werden.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbindungsanordnung mit einem offenen Kontaktierelement 16b. Das Kontaktierelement 16b ermöglicht die elektrische Verbindung der Rotorerregerwicklung 14 und des Verbindungsleiters 16a, ohne dass ein Schweißvorgang nötig ist. Mit dem Kontaktierelement 16 ist daher eine sogenannte „kalte“ Kontaktierung möglich. Beispielsweise kann die Rotorerregerwicklung 14 aus Aluminiumlackdraht (d.h. Aluminiumdraht mit Isolierung) ausgebildet sein und der Verbindungsleiter 16a als Kupferdraht. Beide Drähte werden dann in das Kontaktierelement 16b eingeführt und mittels eines geeigneten Werkzeuges gequetscht. Durch die Quetschung wird der elektrische Kontakt zwischen dem Verbindungsleiter 16a und der Rotorerregerwicklung 14 hergestellt.
Das Kontaktierelement 16b ist vorzugsweise aus Kupfer und an seiner Kontaktfläche zu dem Aluminiumlackdraht vorzugsweise mit Zinn beschichtet. Auf diese Weise wird zwischen Aluminium und verzinntem Kupfer eine kalte Kontaktstelle ohne direkten Aluminium-Kupfer-Kontakt hergestellt. Ein Abisolieren des Endes der Rotorwicklung 14 ist bei Verwendung des Kontaktierelements 16b nicht erforderlich, da das Kontaktierelement gemäß der gezeigten Ausführungsform die den Aluminiumdraht umgebende Isolierschicht zumindest stellenweise durchdringen kann. Vorzugsweise weist es dazu eine reliefartige bzw. gezahnte Strukturierung auf, welche ein Durchdringen durch eine gegebenenfalls vorhandene Isolierung um den Rotorwicklungsdraht ermöglicht. Beispielsweise können insbesondere für unterschiedlich ausgestaltete bzw. unterschiedlich isolierte Rotorwicklungsdrähte auch andere reliefartige Strukturierungen, beispielsweise mit größeren oder kleineren Zähnen, ausgebildet sein.
6 zeigt die Verbindungsanordnung 16 nach dem Quetschvorgang des Kontaktierelements 16b. Dabei umschließt das Kontaktierelement 16b die Enden der Rotorwicklung 14 und des Verbindungsleiters 16a und stellt über die vorzugsweise mit Zinn beschichtete Innenfläche einen elektrischen Kontakt zwischen dem aus Kupfer ausgebildeten Verbindungsleiter und dem isolierten Aluminiumdraht der Rotorerregerwicklung 14 her. Somit eignet sich eine elektrische Kontaktverbindung mittels Verbindungsanordnung 16 besonders im Rahmen der vorliegenden Erfindung, um einen Rotor mit einer Rotorerregerwicklung 14 aus Aluminium mittels einer Verbindungsanordnung 16 mit einer Kontaktfahne aus Kupfer zu verbinden.
7 zeigt einen elektrischen Rotor 10 mit einem erfindungsgemäßen Wicklungsträger 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Zudem weist der elektrische Rotor 10 zwei Klauenpole 24 auf, welche den Wicklungsträger 12 umgebend angeordnet sind. Ferner ist eine Schleifringanordnung 26 an einer Rotorwelle 28 angeordnet. Zur deutlichen Erkennbarkeit ist ein Bereich, in welchem die Verbindungsanordnung 16 angeordnet ist, vergrößert dargestellt. Dabei ist in der vergrößerten Darstellung des Ausschnitts das Aufnahmeelement 18 erkennbar, welches an dem Wicklungsträger 12 ausgebildet ist und welches das Kontaktierelement 16b aufnimmt, mittels welchem die Rotorerregerwicklung 14 und der Verbindungsleiter 16a miteinander kontaktiert werden. Insbesondere ist in 7 zu erkennen, dass das Aufnahmeelement 18 und das Kontaktierelement 16b teilweise von einem der Klauenpole 24 überdeckt werden.
Die 8A bis 8D zeigen jeweils in einer perspektivischen Darstellung das am Wicklungsträger 12 ausgebildete Aufnahmeelement 18. Das Aufnahmeelement 18 ist dabei in Form einer Tasche ausgebildet und weist Rastelemente 18a auf, welche in Form von Rastnasen ausgebildet sind. Diese Rastelemente 18a dienen dabei bevorzugt dem Zweck, das Kontaktierelement 16b, welches beispielsweise als ein Crimp ausgebildet ist, in dem Aufnahmeelement 18 zu fixieren bzw. zu befestigen. Der über dem Aufnahmeelement 18 befindliche Klauenpol 24 ist transparent dargestellt, um die Sicht auf das Aufnahmeelement 18 freizugeben.
Gemäß der gezeigten Ausführungsform weist das Aufnahmeelement 18 radial zum Wicklungsträger eine Aussparung bzw. Durchführung 18b (siehe 8C) auf, durch welche der Verbindungsleiter 16a und die Rotorerregerwicklung 14 aus dem Aufnahmeelement 18 heraus bzw. in das Aufnahmeelement 18 hineingeführt werden. 8C zeigt das Aufnahmeelement 18 ohne darüber liegenden Klauenpol 24 und ohne die Rotorerregerwicklung 14 und den Verbindungsleiter 16a. Dabei ist insbesondere die Durchführung 18b zu erkennen, durch welche die Rotorerregerwicklung 14 und der Verbindungsleiter 16a herausgeführt werden können.
Die 9A bis 9D zeigen eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Aufnahmeelements 18, welche sich insbesondere dadurch von der in den 8A bis 8D gezeigten Ausführungsform unterscheidet, dass das Aufnahmeelement 18 eine tangential zum Wicklungsträger angeordnete Durchführung 18b aufweist. Weiterhin ist die Durchführung 18b kleiner als in den 8A bis 8D.
Die 9C und 9D zeigen den Wicklungsträger 12 mit dem Aufnahmeelement 18 in einer perspektivischen Darstellung ohne einen darüber angeordneten Klauenpol 24.
In der in 9B gezeigten Darstellung wird durch die tangential zum Wicklungsträger angeordnete Durchführung 18b die Rotorerregerwicklung 14 geführt. Das Verbindungselement 16a wird gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform nicht durch eine Durchführung herausgeführt, sondern erstreckt sich senkrecht zu einer Grundfläche bzw. Bodenfläche des Aufnahmeelements 18 nach oben und wird auf diese Weise vom Aufnahmeelement 18 herausgeführt.
Die 10A und 10B zeigen die bevorzugte Ausführungsform, welche in den 9A bis 9D gezeigt ist, wobei zusätzlich das Aufnahmeelement 18 zumindest teilweise mit einem Isolierelement 22 gefüllt bzw. ausgegossen ist. Vorzugsweise ist das Aufnahmeelement dabei derart mit dem Isolierelement 22 ausgegossen, dass das Kontaktierelement 16b vollständig von dem Isolierelement 22 bedeckt ist. In 10B ist das Isolierelement 22 transparent dargestellt, um die Sicht auf das darin eingebettete Kontaktierelement 16b freizugeben. Das Isolierelement kann dabei zur mechanischen Stabilisierung und/oder Fixierung des Kontaktierelements 16b an das Aufnahmeelement 18 dienen und/oder das Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Schmutz erschweren und/oder das Kontaktierelement 16b elektrisch isolieren.
Die 11A bis 11C zeigen einen Klauenpol 24, welcher mit mehreren Aussparungen 24a versehen ist. Die Aussparungen 24a sind dabei gemäß der gezeigten Ausführungsform als Vertiefungen ausgebildet, um das Aufnahmeelement 18 und das darin angeordnetes Kontaktierelement 16 aufzunehmen, wenn der Klauenpol mit einem Wicklungsträger 12 zusammengesetzt wird. 11C zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Aussparung 24a, in welcher die relative Lage der Aussparung 24a, des Wicklungsträgers 12 mit dem Aufnahmeelement 18, dem Verbindungsleiter 16a, der Rotorerregerwicklung 14 und einer Klaue 24b des anderen Klauenpols 24 gezeigt ist. Die Aussparungen 24a ermöglichen das Anlegen des Klauenpols 24 an den Wicklungsträger 12 trotz des von dem Aufnahmeelement 18 und Kontaktierelement 16benötigten Platzes.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3838436 A1 [0003]
EP 2066006 A2 [0005]

Claims

Elektrischer Rotor (10), aufweisend: eine Rotorerregerwicklung (14), welche einen Wicklungsdraht aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material aufweist und an einem Wicklungsträger (12) angeordnet ist; eine Schleifringanordnung mit einer Kontaktfahne aus einem vom ersten elektrisch leitfähigen Material verschiedenen zweiten elektrisch leitfähigen Material; eine Verbindungsanordnung (16) mit einem Verbindungsleiter (16a), welcher zumindest teilweise aus einem dritten elektrisch leitfähigen Material besteht, wobei die Verbindungsanordnung (16) dazu ausgestaltet ist, mittels des Verbindungsleiter (16a) den Wicklungsdraht mit der Kontaktfahne elektrisch leitend zu verbinden; wobei die Verbindungsanordnung (16) zumindest teilweise am Wicklungsträger (12) angeordnet ist.
Elektrischer Rotor (10) nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsanordnung (16) ein Kontaktierelement (16b) aufweist, welches dazu ausgelegt ist, ein Ende des Wicklungsdrahtes zumindest teilweise elektrisch kontaktierend zu umschließen und mit dem Verbindungsleiter (16a) elektrisch leitend zu verbinden.
Elektrischer Rotor (10) nach Anspruch 2, wobei das Kontaktierelement (16b) an den Wicklungsträger (12) angrenzend angeordnet ist und der Verbindungsleiter (16a) sich vorzugsweise vom Kontaktierelement (16b) zur Kontaktfahne erstreckt.
Elektrischer Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste elektrisch leitfähige Material Aluminium aufweist oder aus Aluminium besteht, und/oder wobei das zweite elektrisch leitfähige Material Kupfer aufweist oder aus Kupfer besteht, und/oder wobei das dritte elektrisch leitfähige Material Kupfer aufweist oder aus Kupfer besteht.
Elektrischer Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktierelement (16b) als Kontakthülse und/oder als Schneidklemme ausgestaltet ist und dazu ausgelegt ist, den Wicklungsdraht mittels eines kalten Kontakts elektrisch zu kontaktieren; und wobei der Verbindungsleiter (16a) vorzugsweise mittels Löten und/oder Schweißen mit der Kontaktfahne verbunden ist.
Elektrischer Rotor (10) nach Anspruch 5, wobei das Kontaktierelement (16b) dazu ausgestaltet ist, zumindest stellenweise in den Wicklungsdraht einzudringen und vorzugsweise eine am Wicklungsdraht ausgebildete Isolierschicht zumindest stellenweise zu durchdringen.
Elektrischer Rotor (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Kontaktierelement (16b) derart ausgebildet ist, dass es ein Eindringen von korrosionsfördernden Substanzen zu der zumindest einen Rotorerregerwicklung (14) zumindest im Bereich des elektrischen Kontakts zwischen dem Kontaktierelement (16b) und dem Wicklungsdraht erschwert.
Elektrischer Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wicklungsträger (12) zumindest ein Aufnahmeelement (18) aufweist, welches dazu ausgestaltet ist, die Verbindungsanordnung (16) zumindest teilweise aufzunehmen.
Elektrischer Rotor (10) nach Anspruch 8, wobei das zumindest eine Aufnahmeelement (18) dazu ausgelegt ist, zusammen mit einem Isolierelement (22) die Verbindungsanordnung (16) zumindest teilweise zu umschließen.
Elektrischer Rotor (10) nach Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend einen Klauenpol (24), welcher zumindest eine Aussparung (24a) aufweist, wobei die Aussparung (24a) dazu ausgelegt ist, das zumindest eine Aufnahmeelement (18) des Wicklungsträgers (12) zumindest teilweise aufzunehmen.
Elektrischer Rotor (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Aufnahmeelement (18) zumindest ein Rastelement (18a) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Verbindungsanordnung (16) an dem Aufnahmeelement (18) zu befestigen.
Elektrischer Rotor (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das Aufnahmeelement (18) zumindest eine Durchführung (18b) zum Durchführen der Rotorerregerwicklung (14) und/oder des Verbindungsleiters (16a) aufweist.
Elektrischer Rotor (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Wicklungsträger (12) mehrere Aufnahmeelemente (18) aufweist, welche bevorzugt derart angeordnet sind, dass eine Unwucht des Rotors vermieden oder reduziert wird.