-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromaschine mit einem Stator, einem relativ zum Stator drehbar gelagerten Rotor und einer Leistungselektronik zum Steuern der Elektromaschine. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Montieren einer Leistungselektronik einer Elektromaschine mit einem Stator der Elektromaschine.
-
Elektromaschinen weisen zumeist einen Stator zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfelds auf, welcher einen Rotor mit einer Rotorlängsachse umgibt. Der Rotor ist um die Rotorlängsachse drehbar zum Stator gelagert und weist eine Magnetvorrichtung mit Spulen und/oder Permanentmagneten auf. Mittels des magnetischen Wechselfelds des Stators sowie der Magnetvorrichtung des Rotors sind Anziehungs- sowie Abstoßungskräfte bewirkbar, um den Rotor in Drehung zu versetzen.
-
Das Ansteuern des Stators zum Erzeugen des magnetischen Wechselfelds erfolgt mittels einer Leistungselektronik, welche mit dem Stator elektrisch gekoppelt ist. Hierfür weist der Stator eine Verbindungsvorrichtung auf, welche mit starren Kontaktschienen des Rotors elektrisch koppelbar ist. Bei herkömmlichen Drehstrom Elektromotoren weist die Verbindungsvorrichtung drei elektrisch voneinander getrennte Verbindungsstränge auf, welche jeweils mit einer Kontaktschiene der Leistungselektronik elektrisch koppelbar sind. Hierfür weisen die Verbindungsstränge üblicherweise jeweils einen um 90° gebogenen Kabelschuh auf, dessen freier Endbereich parallel zu den Kontaktschienen angeordnet ist. Mittels Befestigungsschrauben sind die Kontaktschienen mit jeweils einem Endbereich eines Kabelschuhs verbindbar.
-
Aufgrund von Fertigungstoleranzen, insbesondere bei der Herstellung des Stators und der Leistungselektronik, kann es vorkommen, dass eine saubere Heranführung der Endbereiche an die Kontaktschienen nicht möglich ist und somit ein Spalt zwischen Endbereich und Kontaktschiene verbleibt. Zur Behebung dieses Problems werden in der Montage Unterlegscheiben verwendet, welche in den Spalt eingesetzt und mit den Befestigungsschrauben mit verschraubt werden. Dies hat im Wesentlichen zwei Nachteile. Zunächst muss bei der Montage festgestellt werden, welche Fertigungstoleranzen vorliegen, anschließend müssen die Fertigungstoleranzen mittels der Unterlegscheiben ausgeglichen werden. Dies ist sehr zeitaufwendig und verursacht zusätzliche Herstellungskosten.
-
Aus der
DE 10 2015 205 209 A1 ist eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden von Endstücken elektrischer Leitungen, insbesondere Kabelschuhen, mit Anschlusskontakten einer Batterie eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Verbindungsvorrichtung weist zur Aufnahme von mindestens zwei Endstücken mindestens zwei Aufnahmeabschnitte auf. Auf diese Weise ist eine Handhabung verbessert sowie eine Montage erleichtert. Nachteilig ist, dass die Verbindungsvorrichtung zum Kompensieren von Fertigungstoleranzen nicht ausgebildet ist. Überdies ist ein Einsatz innerhalb einer Elektromaschine nicht vorgesehen. Die
DE 100 57 140 A1 offenbart eine Verbindungsvorrichtung, welche zum elektrischen Koppeln von Kondensatoren mit einer Leistungselektronik ausgebildet ist. Die Verbindungsvorrichtung weist eine starre Stromschiene auf, wobei an einem Endbereich der Stromschiene ein flexibles Verbindungsende über eine Presshülse gehalten ist. Nachteilig bei dieser Verbindungsvorrichtung ist, dass diese relativ aufwendig herzustellen ist. Ferner ist für eine elektrische Kopplung der Leistungselektronik sowie der Kondensatoren mit der Verbindungsvorrichtung eine Vielzahl von vielen Einzelschritten erforderlich.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Elektromaschine sowie einem Verfahren zum Montieren einer Leistungselektronik einer Elektromaschine mit einem Stator der Elektromaschine zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Elektromaschine und ein Verfahren zum Montieren einer Leistungselektronik einer Elektromaschine mit einem Stator der Elektromaschine zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine leichte Montage der Elektromaschine gewährleisten und eine Kompensation von Fertigungstoleranzen sicherstellen.
-
Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch eine Elektromaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Montieren einer Leistungselektronik einer Elektromaschine mit einem Stator der Elektromaschine mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektromaschine beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Elektromaschine gelöst. Die Elektromaschine weist einen Stator zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfelds, einen relativ zum Stator drehbar gelagerten Rotor und eine Leistungselektronik zum Steuern der Elektromaschine auf. Der Stator weist Statorwicklungen sowie eine Verbindungsvorrichtung zum elektrischen Koppeln mit starren Kontaktschienen der Leistungselektronik auf, wobei die Verbindungsvorrichtung einen wicklungsseitigen Verbindungsbereich und einen leistungselektronikseitigen Verbindungsbereich aufweist. Erfindungsgemäß ist die Verbindungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich relativ zum wicklungsseitigen Verbindungsbereich verschwenkbar ist.
-
Die Leistungselektronik ist mit dem Stator elektrisch gekoppelt. Zum elektrischen Koppeln der Leistungselektronik mit dem Stator weist die Leistungselektronik mehrere starre Kontaktschienen auf, welche vorzugsweise nebeneinander angeordnet sind und weiter bevorzugt identisch ausgebildet sind. Die Kontaktschienen sind vorzugsweise an einer Leiterplatte der Leistungselektronik gehalten sowie mit dieser elektrisch gekoppelt. Demnach bilden die Kontaktschienen mit der Leistungselektronik eine Baugruppe, welche als solche der Endmontage der Elektromaschine bereitstellbar ist. Vorzugsweise weisen die Kontaktschienen Kupfer auf oder sind aus Kupfer gebildet. Die Kontaktschienen sind vorzugsweise quaderförmig ausgebildet. Unter einer starren Ausbildung wird im Rahmen der Erfindung verstanden, dass die Kontaktschiene nicht bzw. nur unter verhältnismäßig großem Kraftaufwand verbiegbar ausgebildet ist.
-
Zum elektrischen Koppeln des Stators mit der Leistungselektronik weist der Stator die Verbindungsvorrichtung auf. Die Verbindungsvorrichtung ist mit den Statorwicklungen elektrisch gekoppelt. Demnach bildet die Verbindungsvorrichtung mit dem Stator eine Baugruppe, welche als solche der Endmontage der Elektromaschine bereitstellbar ist. Der wicklungsseitige Verbindungsbereich ist ein Bereich der Verbindungsvorrichtung, welcher den Statorwicklungen benachbart ist, während der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich ein Bereich der Verbindungsvorrichtung ist, welcher der Leitungselektronik benachbart ist. Der wicklungsseitige Verbindungsbereich ist somit in Bezug auf einen Strompfad des Stators zwischen den Statorwicklungen und dem leistungselektronikseitigen Verbindungsbereich angeordnet. Die Verbindungsvorrichtung ist vorzugsweise derart ausrichtbar, dass der wicklungsseitige Verbindungsbereich und der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich in einer ersten Stellung auf einer gemeinsamen Ebene und in einer zweiten Stellung um 90° zueinander verschwenkt angeordnet sind. Vorzugsweise sind der wicklungsseitige Verbindungsbereich und der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich einteilig bzw. integral miteinander ausgebildet.
-
Besonders bevorzugt weist der wicklungsseitige Verbindungsbereich zur Kontaktschiene im montierten Zustand der Elektromaschine einen Winkel auf, welcher zwischen 80° und 100°, insbesondere etwa 90°, beträgt. Der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich ist im montierten Zustand der Elektromaschine vorzugsweise parallel zur Kontaktschiene angeordnet. Demnach weist der wicklungsseitige Verbindungsbereich im montierten Zustand vorzugsweise um einen Winkel von etwa 90° zur Kontaktschiene auf.
-
Die Verbindungsvorrichtung ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich relativ zum wicklungsseitigen Verbindungsbereich verschwenkbar ist, solange der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich noch nicht mit der Kontaktschiene verbunden ist. Unter einer derartigen Verschwenkbarkeit wird im Rahmen der Erfindung verstanden, dass ein Monteur der Elektromaschine den leistungselektronikseitigen Verbindungsbereich mit einfachen Mitteln, insbesondere mit den Händen, einer Zange oder dergleichen, und ohne weitere Hilfsmittel unter einem geringen bis mittleren Krafteinsatz verschwenken kann. Das Verschwenken kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, dass die Verbindungsvorrichtung aus einem plastisch und/oder elastisch verformbaren Material hergestellt ist bzw. ein derartiges Material aufweist. Ebenso kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Verbindungsvorrichtung ein Schwenkgelenk oder dergleichen aufweist.
-
Eine erfindungsgemäße Elektromaschine hat gegenüber herkömmlichen Elektromaschinen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Montage der Leistungselektronik mit dem Stator realisierbar ist, wobei Fertigungstoleranzen aufgrund der Verschwenkbarkeit leicht ausgleichbar sind. Die Zahl der Montageschritte ist reduzierbar, da eine Kompensation von Fertigungstoleranzen bei der Montage durch ein relatives Verschwenken des leistungselektronikseitigen Verbindungsbereichs zum wicklungsseitigen Verbindungsbereich erfolgen kann. Die Verwendung von zusätzlichen Unterlegscheiben zum Toleranzausgleich ist somit entbehrlich. Hierdurch können Herstellungs- sowie Montagekosten der Elektromaschine auf vorteilhafte Weise gesenkt werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Elektromaschine vorgesehen sein, dass die Verbindungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich relativ zum wicklungsseitigen Verbindungsbereich, insbesondere linear, verschiebbar ist. Eine derartige Verschiebbarkeit ist vorzugsweise über eine elastische und/oder plastische Verformbarkeit der Verbindungsvorrichtung realisierbar. Die Verschiebbarkeit ist somit beispielsweise durch Bildung einer Ausbuchtung, insbesondere in einem Zwischenverbindungsbereich der Verbindungsvorrichtung, erzielbar, wobei der Zwischenverbindungsbereich zwischen dem leistungselektronikseitigen Verbindungsbereich und dem wicklungsseitigen Verbindungsbereich ausgebildet ist. Eine Verschiebbarkeit hat den Vorteil, dass mehrere Freiheitsgrade zum Toleranzausgleich bereitgestellt sind. Somit ist eine Ausrichtung des leistungselektronikseitigen Verbindungsbereichs zur Kontaktschiene mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise verbessert. Hierdurch sind Herstellungs- und Montagekosten der Elektromaschine auf vorteilhafte Weise weiter reduzierbar.
-
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Verbindungsvorrichtung ein leicht elastisch und/oder plastisch verformbares Material, insbesondere Kupfer, aufweist oder aus einem plastisch verformbaren Material gebildet ist. Vorzugsweise ist die Verbindungsvorrichtung monolithisch ausgebildet, wobei eine Verformbarkeit der Verbindungsvorrichtung vorzugsweise durch eine hierfür angepasste Gestaltgebung der Verbindungsvorrichtung realisiert ist. Der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich und/oder der wicklungsseitige Verbindungsbereich sind vorzugsweise relativ starr ausgebildet, wobei der Zwischenverbindungsbereich vorzugsweise relativ flexibel ausgebildet ist, sodass ein Verschwenken mit bloßen Händen leicht möglich ist. Vorzugsweise weist der Zwischenverbindungsbereich eine geringere Materialstärke und/oder eine geringere Breite, insbesondere durch seitliche Einkerbungen, als der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich und/oder der wicklungsseitige Verbindungsbereich auf. Dies hat den Vorteil, dass die Verbindungsvorrichtung mit einfachen Mitteln und auf eine kostengünstige Art und Weise herstellbar ist. Zudem ist hierdurch ein relatives Verschwenken des leistungselektronikseitigen Verbindungsbereichs zum wicklungsseitigen Verbindungsbereich verbesserbar.
-
Weiter bevorzugt weist die Elektromaschine eine Gegenhaltevorrichtung auf, wobei der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich und die Kontaktschienen zwischen der Gegenhaltevorrichtung und Befestigungsmitteln anordenbar sowie klemmbar sind. Die Gegenhaltevorrichtung weist vorzugsweise ein elektrisch nichtleitendes Material auf, sodass ein Kurzschließen benachbarter Kontaktschienen vermieden wird. Die Gegenhaltevorrichtung ist vorzugsweise zur Fixierung an einem von der Verbindungsvorrichtung verschiedenen Abschnitt des Stators und/oder einem Elektromaschinengehäuse der Elektromaschine oder dergleichen ausgebildet. Weiter bevorzugt ist die Gegenhaltevorrichtung im Vergleich zur Verbindungsvorrichtung starr ausgebildet, um den Kontaktschienen sowie den Befestigungsmitteln einen sicheren Halt zu bieten. Vorzugsweise weist die Gegenhaltevorrichtung Gewinde zur Aufnahme von als Befestigungsschrauben ausgebildeten Befestigungsmitteln auf. Die Kontaktschienen sind vorzugsweise zwischen der Gegenhaltevorrichtung und der Verbindungsvorrichtung angeordnet. Eine Gegenhaltevorrichtung hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Befestigen der Kontaktschienen mit der Verbindungsvorrichtung verbessert ist. Zudem ist mittels der Gegenhaltevorrichtung ist ein Widerlager für Befestigungsmittel zum Befestigen der Kontaktschienen mit der Verbindungsvorrichtung bereitstellbar. Zusätzliche Muttern und Unterlegscheiben sind nicht mehr erforderlich. Die Gegenhaltevorrichtung ist zum Anlegen der Verbindungsvorrichtung, insbesondere des wicklungsseitigen Verbindungsbereichs, ausgebildet und ist somit als Widerlager ausgebildet, um ein relatives Verschwenken des leistungselektronikseitigen Verbindungsbereichs zum wicklungsseitigen Verbindungsbereich zu erleichtern sowie einen relativen Verschwenkwinkel formschlüssig zu begrenzen. Ein bevorzugter relativer Verschwenkwinkel zwischen dem leistungselektronikseitigen Verbindungsbereich und dem wicklungsseitigen Verbindungsbereich beträgt zwischen 70° und 110°, insbesondere 90°. Um ein derartiges Verschwenken zu erleichtern und ein definiertes Umformen der Verbindungsvorrichtung beim Verschwenken zu erzielen, weist die Gegenhaltevorrichtung vorzugsweise eine Schwenkkante mit einem Radius auf. Somit ist die Verbindungsvorrichtung beim relativen Verschwenken um die Schwenkkante biegbar.
-
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Gegenhaltevorrichtung eine Führungsvorrichtung zum seitlichen Führen der Verbindungsvorrichtung und/oder zum Ausrichten der Gegenhaltevorrichtung an den Kontaktschienen auf. Vorzugsweise weist die Gegenhaltevorrichtung eine als Führungskanal ausgebildete Führungsvorrichtung auf. Vorzugsweise ist die Führungsvorrichtung zum seitlichen Führen mindestens einer, vorzugsweise sämtlicher Kontaktschienen ausgebildet. Die Führungsvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine vordefinierte relative Lage zu den Kontaktschienen und somit zur Leistungselektronik formschlüssig einzunehmen. Dies hat den Vorteil, dass ein Ausrichten der leistungselektronikseitigen Verbindungsbereiche der Verbindungsvorrichtung zu den Kontaktschienen mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise erleichtert ist.
-
Vorzugsweise weisen der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich und die Kontaktschienen Durchführungen zum Durchführen von Befestigungsmitteln zum Fixieren der Verbindungsvorrichtung an den Kontaktschienen auf. Die Durchführungen sind vorzugsweise als Durchgangslöcher bzw. Bohrungen ausgebildet und weisen vorzugsweise einen runden Querschnitt auf. Alternativ können die Durchführungen auch einen eckigen, insbesondere dreieckigen oder quadratischen, Querschnitt oder dergleichen aufweisen. Mittels der Durchführungen ist ein Befestigen der Verbindungsvorrichtung an den Kontaktschienen mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise verbessert.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine der Durchführungen als Langloch ausgebildet. Das Langloch kann beispielsweise einen ovalen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass ein Befestigen des leistungselektronikseitigen Verbindungsbereichs an den Kontaktschienen erleichtert ist, da beim Ausrichten des leistungselektronikseitigen Verbindungsbereichs zu den Kontaktschienen mittels eines Langlochs ein Höhenversatz zwischen der Verbindungsvorrichtung und den Kontaktschienen ausgleichbar ist. Somit sind auf eine einfache sowie kostengünstige Art und Weise Montagekosten der Elektromaschine weiter senkbar.
-
Besonders bevorzugt weisen die Verbindungsvorrichtung drei elektrische voneinander getrennte Verbindungsstränge und die Leistungselektronik drei elektrische voneinander getrennte Kontaktschienen auf, welche jeweils paarweise miteinander elektrisch gekoppelt sind. Unter einer paarweisen elektrischen Kopplung wird im Rahmen der Erfindung verstanden, dass jeweils ein Verbindungsstrang mit einer Kontaktschiene elektrisch gekoppelt ist. Die Kontaktschienen sind vorzugsweise nebeneinander auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei zwischen benachbarten Kontaktschienen jeweils ein Spalt ausgebildet ist. Die leistungselektronikseitigen Verbindungsbereiche sind ebenfalls voneinander beabstandet, sodass eine elektrische Trennung zwischen den drei Kontaktschienen gewährleistet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Elektromaschine mit Drehstrom betreibbar ist und einen kompakten Aufbau aufweist.
-
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Elektromaschine einen zusätzlichen Verdrängungsbereich zur Aufnahme eines bei der Montage der Verbindungsvorrichtung mit den Kontaktschienen verdrängbaren Zwischenverbindungsbereichs der Verbindungsvorrichtung aufweist, wobei der Zwischenverbindungsbereich zwischen dem leistungselektronikseitigen Verbindungsbereich und dem wicklungsseitigen Verbindungsbereich ausgebildet ist. Ein Verdrängungsbereich ist ein Freiraum, in welchen ein Abschnitt des Verbindungsbereichs, insbesondere in genickter, gestauchter, gefalteter, gekrümmter oder gebogener Form oder dergleichen, anordenbar ist. Insbesondere bei einer linearen Verschiebung des leistungselektronikseitigen Verbindungsbereichs relativ zum wicklungsseitigen Verbindungsbereich wird der Zwischenverbindungsbereich aus einer Ursprungslage herausbewegt. Durch den Verdrängungsbereich wird eine solche Bewegung begünstigt, da dieser dem verdrängten Zwischenverbindungsbereich ausreichend Platz zur Verfügung stellt. Ein Verdrängungsbereich hat daher den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein relatives Bewegen, insbesondere ein Verschwenken und/oder Verschieben, des leistungselektronikseitigen Verbindungsbereichs zum wicklungsseitigen Verbindungsbereich verbessert ist.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Montieren einer Leistungselektronik einer erfindungsgemäßen Elektromaschine mit einem Stator der Elektromaschine gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- - Anordnen der Leistungselektronik an dem Stator, wobei ein erster leistungselektronikseitiger Verbindungsbereich der Verbindungsvorrichtung des Stators zu einer ersten Kontaktschiene der Leistungselektronik einen Winkel aufweist,
- - Verschwenken des ersten leistungselektronikseitigen Verbindungsbereichs relativ zu dem ersten wicklungsseitigen Verbindungsbereich des Stators zur ersten Kontaktschiene hin,
- - lineares Ausrichten des ersten leistungselektronikseitigen Verbindungsbereichs zur ersten Kontaktschiene, und
- - Befestigen des ersten leistungselektronikseitigen Verbindungsbereichs an der ersten Kontaktschiene.
-
Zunächst wird die Leistungselektronik am Stator derart angeordnet, dass die Kontaktschiene der Leistungselektronik der Verbindungsvorrichtung zugewandt und dieser benachbart ist. Hierbei weist die Kontaktschiene vorzugsweise einen Winkel, insbesondere von 90°, zur Verbindungsvorrichtung, insbesondere zum wicklungsseitigen Verbindungsbereich, auf. Vorzugsweise sind der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich und der wicklungsseitige Verbindungsbereich auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet oder weisen zumindest in dieselbe Richtung. Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass zwischen dem leistungselektronikseitigen Verbindungsbereich und dem wicklungsseitigen Verbindungsbereich ein Initialwinkel ausgebildet ist, wobei dieser Initialwinkel vorzugsweise wesentlich kleiner als 90° ist. Demnach ist es bevorzugt, dass die Kontaktschiene einen Winkel, insbesondere von 90°, zum leistungselektronikseitigen Verbindungsbereich aufweist. Vorzugsweise wird ebenfalls eine Gegenhaltevorrichtung am Stator angeordnet, welche insbesondere zum Ausrichten am Stator und an der Kontaktschiene ausgebildet ist.
-
Anschließend wird der erste leistungselektronikseitige Verbindungsbereich relativ zu dem ersten wicklungsseitigen Verbindungsbereich des Stators verschwenkt. Das Verschwenken erfolgt vorzugsweise durch Verbiegen des Verbindungsbereichs. Weiter bevorzugt wird das Verschwenken derart durchgeführt, dass der erste leistungselektronikseitige Verbindungsbereich an die Kontaktschiene heranbewegt wird, insbesondere die Kontaktschiene berührt. Vorzugsweise ist der erste leistungselektronikseitige Verbindungsbereich nach dem Verschwenken parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zur Kontaktschiene angeordnet.
-
Beim linearen Ausrichten wird der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich relativ zum wicklungsseitigen Verbindungsbereich linear verschoben. Dies kann beispielsweise zeitversetzt, gleichzeitig oder iterativ abwechselnd mit dem Verschwenken erfolgen. Unter linearem Ausrichten wird erfindungsgemäß auch das Überprüfen verstanden, ob ein lineares Ausrichten erforderlich ist oder nicht. Das Verschwenken und lineare Ausrichten haben zum Ziel, den leistungselektronikseitigen Verbindungsbereich in einer vordefinierten Relativposition zur starren Kontaktschiene anzuordnen. Es ist bevorzugt, dass die Verbindungsvorrichtung in der vordefinierten Relativposition die Kontaktschiene elektrisch leitend kontaktiert. Weiter bevorzugt sind in der vordefinierten Relativposition Durchführungen der Verbindungsvorrichtung und der Kontaktschiene zum Durchführen eines Befestigungsmittels, wie beispielsweise einer Befestigungsschraube, koaxial zueinander und/oder in einer Flucht miteinander angeordnet.
-
Schließlich wird der erste leistungselektronikseitige Verbindungsbereich an der ersten Kontaktschiene befestigt. Dies kann beispielsweise mittels einer Befestigungsschraube, einem Befestigungsclip, einer Befestigungsklemme oder dergleichen erfolgen. Vorzugsweise wird hierfür eine Gegenhaltevorrichtung verwendet, in welche das Befestigungsmittel zum Befestigen insbesondere eingeschraubt wird. Das Befestigen erfolgt derart, dass die Verbindungsvorrichtung mit der Kontaktschiene elektrisch gekoppelt ist.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Montieren einer Leistungselektronik einer erfindungsgemäßen Elektromaschine mit einem Stator der Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Elektromaschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber bekannten Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Montage der Leistungselektronik mit dem Stator realisiert ist, wobei Fertigungstoleranzen aufgrund der Verschwenkbarkeit leicht ausgeglichen werden. Es ist zudem eine geringere Zahl an Montageschritten erforderlich, da eine Kompensation von Fertigungstoleranzen bei der Montage durch ein relatives Verschwenken des leistungselektronikseitigen Verbindungsbereichs zum wicklungsseitigen Verbindungsbereich erfolgt. Es werden keine zusätzlichen Unterlegscheiben zum Toleranzausgleich verwendet. Hierdurch sind Herstellungssowie Montagekosten der Elektromaschine auf vorteilhafte Weise reduziert.
-
Eine erfindungsgemäße Elektromaschine sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer Draufsicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Elektromaschine,
- 2 in einer Schnittdarstellung eine Seitenansicht der Elektromaschine aus 1 ohne Fertigungstoleranzen,
- 3 in einer Schnittdarstellung eine Seitenansicht der Elektromaschine aus 1 mit Fertigungstoleranzen,
- 4 in einer perspektivischen Ansicht eine Gegenhaltevorrichtung,
- 5 in einer perspektivischen Ansicht einen ersten Montagezustand einer erfindungsgemäßen Elektromaschine,
- 6 in einer perspektivischen Ansicht einen zweiten Montagezustand der Elektromaschine aus 5, und
- 7 in einer perspektivischen Ansicht einen dritten Montagezustand der Elektromaschine aus 5.
-
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 7 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
In 1 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Elektromaschine 1 schematisch in einer Draufsicht abgebildet. Die Elektromaschine 1 weist einen Stator 2 mit einer Verbindungsvorrichtung 5 auf, welche drei nebeneinander angeordnete Verbindungsstränge 11 aufweist. Jeder der Verbindungsstränge 11 weist einen wicklungsseitigen Verbindungsbereich 5a, einen leistungselektronikseitigen Verbindungsbereich 5b und dazwischen einen Zwischenverbindungsbereich 5c auf. Der Zwischenverbindungsbereich 5c ist derart umgebogen, dass zwischen dem wicklungsseitigen Verbindungsbereich 5a und dem leistungselektronikseitigen Verbindungsbereich 5b ein Winkel von ca. 90° ausgebildet ist.
-
Ferner weist die Elektromaschine 1 eine Leistungselektronik 4 zum Betreiben der Elektromaschine 1 auf. Die Leistungselektronik 4 weist drei starre Kontaktschienen 6 auf, welche jeweils mit einem leistungselektronikseitigen Verbindungsbereich 5b elektrisch gekoppelt und gemeinsam über ein Befestigungsmittel 8 an einer Gegenhaltevorrichtung 7 der Elektromaschine 1 befestigt sind. Die Gegenhaltevorrichtung 7 weist eine Führungswände aufweisende Führungsvorrichtung 9 zum Führen der Verbindungsvorrichtung während der Montage auf. Die Gegenhaltevorrichtung 7 ist beispielsweise am Stator 2, einem Statorgehäuse oder dergleichen gehalten.
-
2 zeigt eine Seitenansicht der Elektromaschine 1 aus 1 ohne Fertigungstoleranzen schematisch in einer Schnittdarstellung. In dieser Ansicht ist deutlich erkennbar, dass der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich 5b des Verbindungsstrangs 11 der Verbindungsvorrichtung 5 des Stators 2 parallel zur Kontaktschiene 6 der Leistungselektronik 4 angeordnet ist. Hierfür ist der Zwischenverbindungsbereich 5c um ca. 90° umgebogen. Der wicklungsseitige Verbindungsbereich 5a des Verbindungsstrangs 11 weist somit zum leistungselektronikseitigen Verbindungsbereich 5b einen Winkel von ca. 90° auf. Der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich 5b und die Kontaktschiene 6 weisen jeweils eine Durchführung 10 auf, welche in einer Flucht zueinander angeordnet sind. In der Durchführung ist ein als Befestigungsschraube ausgebildetes Befestigungsmittel 8 angeordnet und mit der Gegenhaltevorrichtung 7 verschraubt, sodass der Verbindungsstrang 11 und die Kontaktschiene 6 gegeneinandergedrückt sind. In dieser Ansicht ist unterhalb des Zwischenverbindungsbereichs 5c ein Verdrängungsbereich 12 der Elektromaschine angeordnet. Der Verdrängungsbereich 12 ist zur Aufnahme zumindest eines Teils des Zwischenverbindungsbereichs 5c ausgebildet. In dieser Ansicht weisen die dargestellten Bauteile keine Fertigungstoleranzen auf, sodass der Zwischenverbindungsbereich 5c an der Gegenhaltevorrichtung 7 anliegt.
-
3 zeigt eine Seitenansicht der Elektromaschine 1 aus 1 mit Fertigungstoleranzen schematisch in einer Schnittdarstellung. Wie in 3 deutlich erkennbar, weist der Zwischenverbindungsbereich 5c eine Ausbuchtung auf, welche sich in den Verdrängungsbereich 12 erstreckt. Diese Ausbuchtung beruht auf Fertigungstoleranzen von Komponenten der Elektromaschine 1. Durch ein Ausrichten der Durchführung 10 des Verbindungsstrangs 11 mit der Durchführung 10 der starren Kontaktschiene 6 ist der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich 5b relativ zum wicklungsseitigen Verbindungsbereich 5a verschoben. Überschüssiges Material des Verbindungsstrangs 11 ist hierdurch in den Verdrängungsbereich 12 verdrängt.
-
In 4 ist eine Gegenhaltevorrichtung 7 schematisch in einer perspektivischen Ansicht abgebildet. Die Gegenhaltevorrichtung 7 weist drei Durchführungen 10 auf, welche jeweils zur Aufnahme eines nicht gezeigten Befestigungsmittels 8 ausgebildet sind. Anstatt Durchführungen 10 können auch Sacklöcher vorgesehen sein. Vorzugsweise weisen die Durchführungen 10 bzw. Sacklöcher ein Innengewinde auf. Zum Erleichtern eines Ausrichtens der leistungselektronikseitigen Verbindungsbereiche 5b der Verbindungsvorrichtung 5 beim Verschwenken relativ zu den wicklungsseitigen Verbindungsbereichen 5a weist die Gegenhaltevorrichtungen seitliche Führungsvorrichtungen 9 mit Führungswänden auf. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Gegenhaltevorrichtung 7 ausgebildet, ein definiertes Verschwenken des leistungselektronikseitigen Verbindungsbereich 5b relativ zum wicklungsseitigen Verbindungsbereich 5a auf 90° formschlüssig zu begrenzen.
-
In 5 ist ein erster Montagezustand einer erfindungsgemäßen Elektromaschine 1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht illustriert. In dem ersten Montagezustand ist die Gegenhaltevorrichtung 7 am Stator 2 angeordnet. Vorzugsweise ist die Gegenhaltevorrichtung 7 am Stator befestigt. In dieser Ansicht ist nur ein Verbindungsstrang 11 der Verbindungsvorrichtung 5 gezeigt. Der Verbindungsstrang 11 erstreckt sich auf einer Ebene. Demnach ist der Zwischenverbindungsbereich 5c noch nicht umgebogen. Die Leistungselektronik 4 ist vom Stator 2 beabstandet und wird in diesem ersten Montagezustand zum Stator 2 hinbewegt.
-
In 6 ist ein zweiter Montagezustand der Elektromaschine 1 aus 5 schematisch in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. In dem zweiten Montagezustand ist die Leistungselektronik 4 am Stator 2 angeordnet. Die Kontaktschienen 6 der Leistungselektronik 4 sind an der Gegenhaltevorrichtung 7 angeordnet und kontaktieren diese vorzugsweise. Durchführungen 10 der Kontaktschienen 6 sind koaxial zu Durchführungen 10 der Gegenhaltevorrichtung 7 angeordnet. Der Verbindungsstrang 11 erstreckt sich weiterhin auf einer Ebene. Demnach ist der Zwischenverbindungsbereich 5c noch nicht umgebogen.
-
In 7 ist ein dritter Montagezustand der Elektromaschine 1 aus 5 schematisch in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. In dem dritten Montagezustand ist der Zwischenverbindungsbereich 5c des Verbindungsstrangs 11 um ca. 90° zur zugehörigen Kontaktschiene 6 derart hingebogen, dass der leistungselektronikseitige Verbindungsbereich 5b parallel zur Kontaktschiene 6 angeordnet ist und diese flächig kontaktiert. Die Durchführung 10 des Verbindungsstrangs 11 ist koaxial zu den Durchführungen 10 der Kontaktschiene 6 und der Gegenhaltevorrichtung 7 angeordnet. In diesem dritten Montagezustand ist ein Befestigungsmittel 8 insbesondere eine Befestigungsschraube, in die Durchführungen 10 einführbar, um den Verbindungsstrang 11 mit der Kontaktschiene 6 an der Gegenhaltevorrichtung 7 zu befestigen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Elektromaschine
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Leistungselektronik
- 5
- Verbindungsvorrichtung
- 5a
- wicklungsseitiger Verbindungsbereich
- 5b
- leistungselektronikseitiger Verbindungsbereich
- 5c
- Zwischenverbindungsbereich
- 6
- Kontaktschiene
- 7
- Gegenhaltevorrichtung
- 8
- Befestigungsmittel
- 9
- Führungsvorrichtung
- 10
- Durchführung
- 11
- Verbindungsstrang
- 12
- Verdrängungsbereich
-
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 102015205209 A1 [0005]
- DE 10057140 A1 [0005]
