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Die Erfindung bezieht sich auf eine Verschaltungsplatte für einen Stator einer elektrischen Maschine, auf eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator mit einer Verschaltungsplatte sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen einem Kontaktabschnitt der Verschaltungsplatte und dem Wicklungsdraht einer Statorwicklung.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2008 054 529 A1 wird ein Elektromotor beschrieben, dessen Stator über den Umfang mehrere Spulen aufweist, welche über eine Verschaltungsplatte an der Stirnseite des Stators bestromt werden. Die Verschaltungsplatte umfasst mehrere Einzelringe, die jeweils Träger von axial umgebogenen, V-förmigen Schneidklemmen sind, die zur elektrischen Kontaktierung des Wicklungsdrahtes der Spulen dienen. Die Einzelringe aus elektrisch leitendem Material sind axial aufeinander gestapelt, wobei zwischen jeweils zwei aufeinanderliegenden Einzelringen ein Trennring aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Verschaltungsplatte kann in Statoren elektrischer Maschinen wie zum Beispiel einem Generator oder einem Elektromotor eingesetzt werden und dient dazu, elektrische Wicklungen am Stator zu kontaktieren und beispielsweise mit elektrischen Kontakten an einem Steckergehäuse zu verbinden. Bei dem Generator oder Elektromotor handelt es sich zum Beispiel um einen elektronisch kommutierten Synchronmotor. Die elektrische Maschine kann in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, beispielsweise als Servomotor, als Antriebsmotor oder als Generator.
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Die Verschaltungsplatte weist Leiterelemente auf, die aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt sind und mit denen einteilig Kontaktabschnitte ausgebildet sind, die zur Kontaktierung mit dem Wicklungsdraht einer Wicklung dienen. Die Verschaltungsplatte weist vorzugsweise mehrere, separat ausgebildete Leiterelemente mit Kontaktabschnitten auf, wobei verschiedene Leiterelemente elektrisch voneinander isoliert sind. Ein Leiterelement kann beispielsweise zwei oder mehr Kontaktabschnitte aufweisen.
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Die Leiterelemente einschließlich der einteilig mit den Leiterelementen ausgebildeten Kontaktabschnitte liegen annähernd oder genau in einer Ebene. Über die Ebene des Leiterelements ragen keine Abschnitte hinaus, auch die Kontaktabschnitte befinden sich vollständig in dieser Ebene. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass ein konstruktiv einfach aufgebautes und herzustellendes Leiterbauteil für die Kontaktierung der Wicklungen im Stator gegeben ist. Aufgrund der zumindest annähernd zweidimensionalen Ausbildung von Leiterelement und Kontaktabschnitt ist eine platzsparende Ausführung gegeben, die in einfacher Weise stapelbar ist. Zur Herstellung der Leiterelemente einschließlich der einteilig ausgebildeten Kontaktabschnitte sind keine Biegeprozesse erforderlich. Es genügt vielmehr, dass die Leiterelemente mit den Kontaktabschnitten aus einem plattenförmigen, elektrisch leitenden Material hergestellt werden.
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Das elektrisch leitende Material der Leiterelemente und der Kontaktabschnitte ist beispielsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung. Die Leiterelemente werden vorzugsweise aus einer ebenen Platte im Stanzverfahren hergestellt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung liegen die Kontaktabschnitte radial außerhalb der Leiterelemente und sind über einen Verbindungsabschnitt mit dem Leiterelement verbunden. Die Leiterelemente sind insbesondere ringförmig oder teilringförmig ausgebildet. Pro Leiterelement sind vorteilhafterweise zumindest zwei Kontaktabschnitte für die Kontaktierung von mindestens zwei Wicklungsdrähten angeordnet, wobei gegebenenfalls auch Ausführungen mit mehr als zwei Kontaktabschnitten in Betracht kommen, beispielsweise mit vier oder sechs Kontaktabschnitten. Es können am Leiterelement zusätzliche Kontaktabschnitte für den elektrischen Anschluss angeordnet sein.
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In der Verschaltungsplatte können mehrere Leiterelemente angeordnet sein, die elektrisch voneinander isoliert sind. Die Leiterelemente können bei einer teilringförmigen Ausführung winkelversetzt zueinander angeordnet sein und/oder axial übereinander liegen. Bei einer als geschlossener Ring ausgebildeten Ausführung der Leiterelemente liegen diese axial aufeinander gestapelt.
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Die Kontaktabschnitte befinden sich vorzugsweise radial außerhalb der Leiterelemente und sind über einen Verbindungsabschnitt mit dem Leiterelement verbunden, wobei der Verbindungsabschnitt vorteilhafterweise eine gegenüber dem Kontaktabschnitt reduzierte Querschnittsfläche aufweist. Diese reduzierte Querschnittsfläche des Verbindungsabschnittes erlaubt eine Deformation des Kontaktabschnittes im elastischen oder plastischen Bereich und damit insbesondere während der Montage der Verschaltungsplatte in einfacher Weise eine Anpassung an die Einbaugegebenheiten, insbesondere einen Toleranzausgleich. Die Kontaktabschnitte können über den querschnittsreduzierten Verbindungsabschnitt in Umfangsrichtung verbogen werden, um den gewünschten Kontakt mit Wicklungsdraht herzustellen.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist der Kontaktabschnitt eine Ausnehmung auf, durch die der Wicklungsdraht hindurchgeführt ist. Das Wicklungsdrahtende erstreckt sich somit orthogonal zur Ebene des Leiterelementes und des Kontaktabschnittes. Indem der Wicklungsdraht durch die Ausnehmung im Kontaktabschnitt geführt ist und sich das Ende des Wicklungsdrahts auf der gegenüberliegenden Seite des Kontaktabschnitts befindet, ist zugleich eine formschlüssige Verbindung zwischen Wicklungsdraht und Kontaktabschnitt in Radial- sowie Umfangsrichtung gegeben. Dabei kann die Ausnehmung in einem Arbeitsgang mit dem Leiterelement aus dem Kontaktabschnitt ausgestanzt werden.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Wicklungsdraht mit dem Kontaktabschnitt verschweißt. Insbesondere in der Ausführung mit einem Hindurchführen des Wicklungsdrahtes durch die Ausnehmung im Kontaktabschnitt kann die Verbindung durch Schweißen hergestellt werden. Beim Schweißvorgang, der insbesondere als Widerstandsschweißen durchgeführt wird, wird eine Lackschicht auf dem Wicklungsdraht im Schweißbereich verbrannt, wodurch ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem Wicklungsdraht und dem Kontaktabschnitt gewährleistet ist.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weisen die Kontaktabschnitte eine runde äußere Querschnittsform auf. Diese zeichnet sich durch eine materialsparende Ausführung aus.
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Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator, insbesondere einem Innenläufer, wobei dem Stator eine stirnseitig angeordnete, vorbeschriebene Verschaltungsplatte zur elektrischen Kontaktierung der Statorwicklungen zugeordnet ist. Die Verschaltungsplatte befindet sich an einer axialen Stirnseite des Stators und kann gegebenenfalls mithilfe eines Lagerschildes, in welchem der Rotor gelagert ist, mit dem Stator verbunden werden.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen einem Kontaktabschnitt der vorbeschriebenen Verschaltungsplatte und dem Wicklungsdraht einer Statorwicklung wird zunächst ein Leiterelement der Verschaltungsplatte auf einem Trägerwerkzeug positioniert, in das eine Einführöffnung für das Einführen des Wicklungsdrahtes eingebracht ist. Der Kontaktabschnitt liegt auf der Einführöffnung, so dass mit dem Einführen durch die Einführöffnung der Wicklungsdraht in definierter Position in Kontakt mit dem Kontaktabschnitt gebracht wird. Es ist insbesondere möglich, den Wicklungsdraht in einfacher Weise durch die Ausnehmung im Kontaktabschnitt hindurchzuführen. Anschließend werden der Wicklungsdraht und der Kontaktabschnitt miteinander verschweißt, insbesondere im Wege des Widerstandsschweißens.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 einen Ausschnitt aus einer Verschaltungsplatte für einen Stator mit einem teilringförmigen Leiterelement, an dessen radialer Außenseite Kontaktabschnitte für Statorwicklungen angeordnet sind,
- 2 einen Schnitt durch den Kontaktabschnitt bei der Herstellung der Verbindung mit dem Wicklungsdraht.
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In 1 ist ein Leiterelement 1 dargestellt, das Teil einer Verschaltungsplatte für einen Stator zur elektrischen Kontaktierung der Statorwicklungen ist. Der Wicklungsdraht 4 einer Statorwicklung ist durch eine Ausnehmung 5 geführt, die in einen Kontaktabschnitt 2 eingebracht ist, welcher einteilig mit dem Leiterelement 1 ausgebildet ist. Der Kontaktabschnitt 2 weist eine runde Querschnittsform auf und befindet sich radial auf der unten liegenden Seite des ringförmigen oder teilringförmigen Leiterelementes 1. Der Kontaktabschnitt 2 ist über einen Verbindungsabschnitt 3 mit dem Leiterabschnitt 1 verbunden, wobei der Verbindungsabschnitt 3 eine reduzierte Querschnittsfläche aufweist, die gegenüber dem Kontaktabschnitt 2 signifikant verjüngt ist. Die Verjüngung des Verbindungsabschnittes 3 erlaubt eine Deformation des Kontaktabschnittes 2 in beide Umfangsrichtungen und ermöglicht hierdurch eine erleichterte Anpassung an Einbaugegebenheiten und insbesondere einen Toleranzausgleich. Die Deformation über den Verbindungsabschnitt 3 erfolgt vorzugsweise im elastischen Bereich, sie kann gegebenenfalls auch bis in den plastischen Bereich reichen.
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An der radialen Außenseite des Leiterelementes 1 befinden sich mehrere Kontaktabschnitte 2 zur Aufnahme jeweils eines Wicklungsdrahtes 4, wobei jeder Kontaktabschnitt 2 über einen Verbindungsabschnitt 3 mit reduzierter Querschnittsfläche mit dem Leiterelement 1 verbunden ist. Die Breite in Umfangsrichtung des Verbindungsabschnittes 3 beträgt vorzugsweise maximal die Hälfte der Erstreckung des Kontaktabschnittes 2 in Umfangsrichtung.
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Das Leiterelement 1 ist vorzugsweise teilringförmig ausgebildet, wobei gegebenenfalls auch eine geschlossene Ringform möglich ist. In der Verschaltungsplatte sind vorzugsweise mehrere Leiterelemente angeordnet, die jeweils mehrere Kontaktabschnitte 2 aufweisen, wobei die verschiedenen Leiterelemente mit den an ihnen angeordneten Kontaktabschnitten elektrisch voneinander isoliert sind. Im Falle einer teilringförmigen Ausbildung des Leiterelementes 1 können verschiedene Leiterelemente in Umfangsrichtung versetzt, in Umfangsrichtung teilweise versetzt oder unmittelbar axial aufeinander liegend angeordnet sein. Im Fall einer Ausführung des Leiterelementes 1 als geschlossener, ringförmiger Kreis liegen die verschiedenen Leiterelemente 1 axial aufeinander. In jedem Fall sind die verschiedenen Leiterelemente voneinander elektrisch isoliert.
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Das Leiterelement 1 einschließlich der Kontaktabschnitte 2 und der Verbindungsabschnitte 3 liegt zumindest annähernd, vorzugsweise exakt in einer Ebene. Das Leiterelement 1 mit Kontaktabschnitten 2 und Verbindungsabschnitten 3 ist vorzugsweise als ein Stanzteil ausgebildet und besteht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Durch die ebene Ausführung ist gewährleistet, dass nach dem Stanzvorgang kein Biegeprozess erforderlich ist. Zugleich ist aber eine hinreichend feste mechanische Verbindung sowie ein hinreichender elektrischer Kontakt zwischen den Wicklungsdrähten 4 und den Kontaktabschnitten 2 gegeben.
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Die Verbindung zwischen Wicklungsdraht 4 und Kontaktabschnitt 2 erfolgt vorzugsweise im Wege des Widerstandsschweißens. Hierbei wird ein Kurzschlussstrom durch Anbringen von Elektroden an gegenüberliegenden Seiten jedes Kontaktabschnittes 2 erzeugt, wobei der Kurzschlussstrom zu einem Verbrennen der Lackschicht auf dem Wicklungsdraht 4 zumindest im Bereich des Kontaktabschnittes 2 führt, so dass zusätzlich zu der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Wicklungsdraht 4 und dem Kontaktabschnitt 2 auch ein optimaler elektrischer Kontakt zwischen Wicklungsdraht und Kontaktabschnitt gewährleistet ist.
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In 2 ist ein Trägerwerkzeug 6 mit einem aufliegenden Leiterelement 1 einschließlich Kontaktabschnitt 2 dargestellt. Das Trägerwerkzeug 6 wird während des Herstellungsprozesses zur Erzeugung der Verbindung zwischen Wicklungsdraht 4 und dem Kontaktabschnitt 2 eingesetzt und ist insbesondere aus einem elektrisch nichtleitenden Material, beispielsweise einem Kunststoffmaterial gefertigt. In das Trägerwerkzeug 6 ist eine trichterförmige Einführöffnung 7 eingebracht, wobei das Leiterelement 1 mit dem Kontaktabschnitt 2 in der Weise auf der Oberseite des Trägerwerkzeuges 6 positioniert ist, dass die Ausnehmung 5 im Kontaktabschnitt 2 mit der Einführöffnung 7 im Trägerwerkzeug 6 fluchtet. Aufgrund der Trichterform der Einführöffnung 7, die sich zur Oberseite hin verjüngt, auf der das Leiterelement 1 mit dem Kontaktabschnitt aufliegt, kann der Wicklungsdraht 4 von unten leicht über die Einführöffnung 7 eingeführt und durch die Ausnehmung 5 im Kontaktabschnitt 2 hindurchgeführt werden, so dass der Endabschnitt des Wicklungsdrahtes 4 auf der gegenüberliegenden Seite über den Kontaktabschnitt 2 hinausragt.
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Das Trägerwerkzeug 6 ist in der Weise ausgebildet, dass unmittelbar an die schmalste Stelle der trichterförmigen Einführöffnung 7 sich ein Rücksprung 8 im Trägerwerkzeug 6 anschließt, der einen größeren Durchmesser als die schmalste Stelle in der Einführöffnung 7 aufweist. Hierdurch ist gewährleistet, dass nur die außen liegenden Randbereiche des Kontaktabschnittes 2 auf dem Trägerwerkzeug 6 unmittelbar aufliegen, wohingegen die die Ausnehmung 5 begrenzenden Wandbereiche des Kontaktabschnittes ohne unmittelbaren Kontakt mit dem Trägerwerkzeug 6 sind. Dies gewährleistet, dass bei dem sich anschließenden Schweißvorgang das Material des Trägerwerkzeugs 6 durch die beim Schweißvorgang entstehende Hitze nicht beschädigt wird.
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Der Schweißvorgang wird nach dem Hindurchführen des Wicklungsdrahtes 4 durch die Ausnehmung 5 im Kontaktabschnitt 2 im Wege des Widerstandsschweißens durchgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008054529 A1 [0002]
