-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschaltungsanordnung für eine elektrische Maschine mit einer Wicklung aus mehrere Formstäben, die zumindest zwei in Umfangsrichtung beabstandete Nuten durchlaufen und auf einer Seite der elektrischen Maschine Kontaktstellen aufweisen, welche zur Bildung der Wicklung miteinander verbunden werden. Derartige Wicklungen werden auch als Hairpin-Wicklung oder Wellenwicklung bezeichnet, wobei im Folgenden nur die Bezeichnung Hairpin beziehungsweise Hairpin-Wicklung verwendet wird, wobei hiermit im Sinne der Anmeldung auch Wellenwicklungen und dergleichen umfasst sind.
-
Im Stand der Technik ist bekannt Wicklungen von elektrischen Maschinen, insbesondere des Stators, am Wickelkopf die Mehrzahl an Anschlusspins entsprechend der für die Spulen der Wicklung benötigten Polung über entsprechende Leiter zu verbinden. Die Anschlusspins werden im Stand der Technik direkt oder über einen zusätzlichen Leiter miteinander verbunden und die Verschaltung ist in der Regel nur mit der Wicklung verbunden. Aus
US 2007/0278876 A1 ist bekannt, die Verschaltung über Vorsprünge am Stator abzustützen. Aus
DE 11 2012 007 017 T5 ist bekannt, federnde Elemente vorzusehen, die eine separat ausgebildete Verschaltung in Richtung der Wicklung drückt.
Probleme des Standes der Technik liegen in der auf die Verbindung zwischen Anschlusspins und Leiter wirkenden Kräfte bei elektrischen Maschinen, vor allem in mobilen Einsatzgebieten, wie die Verwendung in Fahrzeugen. Durch die wirkenden Kräfte aufgrund von Vibrationen, Stoßbelastungen und dergleichen, kann es zu Beschädigungen an der Verbindung und somit zum Ausfall der elektrischen Maschine kommen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Verschaltung, die einfach und schnell herzustellen ist sowie eine sichere Verbindung über den Nutzungszeitraum der elektrischen Maschine bietet.
-
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Verschaltung und einer elektrischen Maschine sowie einem Verfahren zu deren Herstellung gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
-
Erfindungsgemäß ist eine Verschaltung für eine elektrische Maschine mit Hairpin-Wicklung, wobei die Hairpin-Wicklung eine Mehrzahl von Anschlusspins aufweist, wobei die Verschaltung eine Mehrzahl von Verbindungsleitern umfasst, welche sich jeweils zumindest über einen Teil des Umfangs erstrecken, wobei die Verschaltung einen Träger aufweist, welcher die Verbindungsleiter trägt und zumindest die Verbindungsleiter zueinander isoliert, und wobei jeder Anschlusspin mit einem Verbindungsleiter elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger an seinem Außenumfang eine Vielzahl von Stützarmen aufweist, dass die Stützarme gegenüber einer radial verlaufenden Ebene geneigt sind, und dass die Stützarme Klemmflächen aufweisen, mit welchen sie zwischen einem Gehäuse oder Statorträger und einem Lagerschild klemmbar sind.
Eine Hairpin-Wicklung wird aus mehreren Hairpins beziehungsweise Formstäben gebildet, die an ihren Enden am Wickelkopf Kontaktstellen aufweisen. An den Kontaktstellen werden jeweils paarweise miteinander elektrisch leitend verbunden um aus den Hairpins die Spulen der Hairpin-Wicklung herzustellen. Die paarweise miteinander verbundenen Kontaktstellen werden als Hairpin-Enden bezeichnet und die jeweiligen einzelnen Kontaktstellen am Start und Ende der jeweiligen Spulen werden als Anschlusspins bezeichnet. Die Anschlusspins werden mit einer Verschaltung elektrisch leitend verbunden, um die mit der Leistungselektronik zu Steuerung der elektrischen Maschine zu verbinden.
Um eine elektrische Maschine betreiben zu können, müssen die Spulen der Bauart entsprechend jeweils mit einer Phase oder einem Neutralleiter verbunden werden, welche in der Regel über einer Leistungselektronik gesteuert werden. Damit die Leistungselektronik mit einem gemeinsamen Kontakt gegebenenfalls mehrere Spulen beziehungsweise genauer mehrere Anschlusspins versorgen kann, ist eine Verschaltung vorgesehen, die Verbindungsleiter umfasst. Jeder Verbindungsleiter ist mit einer Phase der Leistungselektronik oder dem Neutralleiter verbunden. Die Anschlusspins sind dem Aufbau der elektrischen Maschine entsprechend jeweils mit einem der Verbindungsleiter elektrisch leitend verbunden, wobei mehrere Anschlusspins mit dem gleichen Verbindungsleiter verbunden sein können.
-
Die Verbindungsleiter erstrecken sich jeweils in Umfangsrichtung zumindest über einen Teilbereich, damit von der Hairpin-Wicklung vorstehende Anschlusspins mit dem entsprechenden Verbindungsleiter verbunden werden können.
Der Teilbereich in Umfangsrichtung umfasst hierbei vorzugsweise mindestens den Winkel zwischen Anschlusspins gleicher Phase. Zur Erhöhung der Stabilität und für eine bessere Handhabung können sich die Verbindungsleiter und/oder der Träger in dem sie aufgenommen sind, auch über den kompletten Umfang erstrecken.
Der Träger nimmt die Verbindungsleiter auf und umfasst ein elektrisch isolierendes Material. Hierfür kann der Träger vorgeformt sein und entsprechende Aufnahmebereiche für die Verbindungsleiter aufweisen, in welche diese eingesetzt werden. Vorzugsweise werden die Verbindungsleiter im Träger fixiert, was beispielsweise mittels Rasten oder separate Befestigungsmittel erfolgen kann. Es ist ebenfalls möglich, dass der Träger mehrteilig ausgebildet ist, und die Verbindungsleiter durch die Montage der einzelnen Teile des Trägers umschlossen und gehalten werden. Alternativ ist es bevorzugt ebenfalls möglich, dass die Verbindungsleiter durch einen Spritzgießprozess direkt mit dem Träger umgossen werden, also der Träger in einem urformenden Prozess direkt die Verbindungsleiter zumindest teilweise umgreifend gebildet wird. Durch das zwischen den Verbindungsleitern angeordnete Material des Trägers werden diese gegeneinander isoliert.
An seinem Außenumfang weist der Träger eine Vielzahl von Stützarmen auf, mit denen der Träger und somit die Verschaltung innerhalb der elektrischen Maschine positioniert wird. Die Stützarme stehen in radialer Richtung vom Träger ab und sind gegenüber einer radial verlaufenden Ebene der elektrischen Maschine geneigt. Vorzugsweise sind mindestens drei relativ gleichmäßig über den Umfang verteilte Stützarme vorgesehen, um ein Verkippen zu vermeiden. Um die auf die einzelnen Stützarme wirkende Belastung zu verringern kann bevorzugt auch eine größere Anzahl von Stützarmen vorgesehen werden. Die Vielzahl der Stützarme kann dabei im Sinne der Anmeldung auch einen umlaufenden Flansch bilden, der sich über den kompletten Umfang erstreckt. Die Stützarme sind gegenüber einen radial verlaufenden Ebene geneigt, um eventuell im Betrieb wirkende Kräfte sowohl in radialer als auch in axialer Richtung zumindest teilweise als Zug-Druck-Spannung aufnehmen zu können und somit gleichzeitig elastische Verformungen aufgrund einer federnden Wirkung weitestgehend zu vermeiden beziehungsweise gering zu halten.
-
Die Stützarme können alle gleich ausgerichtet sein, es ist jedoch auch möglich, dass die Stützarme gegenüber dem Träger unterschiedlich geneigt sind.
An den Stützarmen sind Klemmflächen vorgesehen, mit welchen sie zwischen einem Gehäuse oder Statorträger und einem Lagerschild der elektrischen Maschine klemmbar sind. Die Klemmflächen sind an den Stützarmen jeweils auf beiden axialen Seiten vorgesehen. Alle Klemmflächen einer Richtung, zum Beispiel der Hairpin-Wicklung zugewandte Klemmflächen, liegen vorzugsweise auf einer radialen beziehungsweise konischen Ebene, wodurch die Aufnahme und Klemmung zwischen den Teilen des Gehäuses vereinfacht wird. Bevorzugt weisen die Stützarme zumindest im Bereich der Klemmflächen einen einheitliche Dicke auf. Hierdurch wird die Klemmung zwischen Teile des Gehäuses der elektrischen Maschine ebenfalls vereinfacht. Bei unterschiedlich geneigten Stützarmen können diese entsprechend unterschiedlich in axialer Richtung am Träger positioniert sein. Alternativ können die Klemmflächen einer Richtung auch auf verschiedenen Ebenen positioniert sein, um beispielsweise als Positionierhilfe während der Montage dienen zu können, wobei in diesem Fall auch die Gehäuseteile entsprechend ausgebildet sein können.
-
Ausführungsformen einer Verschaltung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmflächen parallel zu oder auf einer radial verlaufenden Ebene angeordnet sind. Verlaufen die Klemmflächen in radialer Richtung, können an den Gehäuseteilen entsprechend plane Stirnflächen vorgesehen werden, deren Fertigung gegenüber geneigten Ausführungen einfacher ist. Wie bereits ausgeführt, ist bevorzugt, dass die Klemmflächen einer Richtung auf einer Ebene liegen. Es ist ebenfalls möglich, dass die Klemmflächen in axialer Richtung an unterschiedlichen Stellen vorgesehen sind, wobei sie zueinander parallel ausgeführt sind.
-
Verschaltung gemäß Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Klemmflächen zumindest einen Vorsprung aufweisen, wobei der Vorsprung verformbar ist, um bei der Montage Fertigungstoleranzen auszugleichen. Die Vorsprünge sind axial vorstehende Bereiche, welche sich bei der Montage zwischen Gehäuseteil und Klemmfläche befinden und durch Montagekräfte verformt werden. Eine axiale Höhe der Vorsprünge ist vorzugsweise kleiner oder gleich der Dicke der Stützarme im Bereich der Klemmflächen und ein Vorsprung weist zumindest in einer in einer radialen Ebene liegenden Richtung eine geringe Erstreckung auf. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich die Vorsprünge verformen können. Durch die Verformung können Fertigungstoleranzen, insbesondere hinsichtlich der axiale Länge der Gehäuseteile sowie deren Planlauf ausgeglichen werden. Die Vorsprünge können sich nur auf einer oder auch auf beiden Seiten der Stützarme befinden, wobei vorzugsweise pro Stützarm zumindest eine Klemmfläche zumindest einen Vorsprung aufweist. Die Vorsprünge können als lokale Strukturen, wie Punkte und dergleichen, oder auch lineare Strukturen, in Art von Rippen und dergleichen, vorgesehen werden.
-
In Ausführungsformen sind Verschaltung dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleiter koaxial oder in axialer Richtung parallel zueinander verlaufen. Die Verbindungsleiter sind benachbart zueinander angeordnet, wobei zwischen ihnen noch isolierendes Material des Trägers angeordnet ist.
-
Verschaltung gemäß Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleiter ringförmig, sich über den gesamten Umfang erstreckend, ausgebildet sind. Die Verbindungsleiter weisen somit eine Form einer Ringscheibe oder einer Hülse auf. Aufgrund dieser Ausgestaltung können die Verbindungsleiter mit dazwischenliegender Isolierung durch den Träger als in axialer Richtung gestapelt Ringscheiben oder als koaxiale Hülsen angeordnet werden, wodurch Verbindungsleiter mit einem ausreichend großen Leitungsquerschnitt bei relativ geringem Bauraum bereitgestellt werden.
-
Ausführungsformen einer Verschaltung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleiter im radial inneren oder radial äußeren Bereich aus dem Träger vorstehende Kontaktstellen zur Verbindung mit den Anschlusspins aufweisen. Um die Anschlusspins mit den Verbindungsleitern zu kontaktieren, weisen die Verbindungsleiter Kontaktstellen aus, welche sich in radialer Richtung aus dem Träger erstrecken. Die Kontaktstellen sind hierbei vorzugsweise einteilig mit dem jeweiligen Verbindungsleiter ausgebildet. Alternative Ausgestaltungen, bei denen die Kontaktstellen als separate, mit dem Verbindungsleiter verbundene Bauteile ausgeführt sind, sind ebenfalls möglich.
-
Bevorzugte Ausführungsformen einer Verschaltung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstellen jeweils zumindest in einem Teilbereich axial parallel zu einem Anschlusspin verlaufen. Zur einfacheren Anbindung der Anschlusspins an die Kontaktstellen verlaufen diese zumindest im Bereich der Anbindung parallel zu den Anschlusspins. Die Kontaktstellen können hierzu beispielsweise aus einer radialen Ebene des Verbindungsleiters in axialer Richtung umgeformt, insbesondere gebogen, werden.
Die Kontaktstellen der unterschiedlichen Verbindungsleiter sind hierbei vorzugsweise unterschiedlich lang ausgebildet, damit die axialen Bereiche der Kontaktstellen nach der Umformung in einem gleichen axialen Abschnitt liegen.
-
Verschaltung sind in Ausführungsformen dadurch gekennzeichnet, dass der Träger die Verbindungsleiter formschlüssig umschließt. Um die Verbindungsleiter sicher im Träger zu positionieren und zu halten, können diese durch den Träger formschlüssig umschlossen werden. Das formschlüssige Umschließen erfolgt dabei vorzugsweise durch ein Rast- oder Schnappverbindung, welche eine Kante oder eine in den Verbindungsleitern vorgesehene Aussparung hintergreifen kann. Hierbei können mehrere Rastverbindungen jeweils direkt mit dem jeweiligen Verbindungsleiter zusammenwirken. Alternativ kann der Träger auch mehrteilig ausgebildet sein und die zumindest zwei Teile des Trägers über entsprechende Rastverbindungen miteinander verbunden werden, wobei diese dadurch die Verbindungsleiter formschlüssig umschlie-ßen. Aufgrund der Rast- oder Schnappverbindungen können die Bauteile schnell und einfach gefügt werden und die Verbindung ist lösbar.
-
Ausführungsformen einer Verschaltung sind dadurch gekennzeichnet, dass der Träger durch Umspritzen der Verbindungsleiter hergestellt ist. Bei einem Träger aus Kunststoff kann dieser auch gebildet werden, indem die zueinander positionierten Verbindungsleiter in eine Form eingebracht und direkt mit dem Material des Trägers umspritzt werden. Der Träger somit beim Urformen direkt um die Verbindungsleiter hergestellt wird. Hierdurch können Fertigungsschritte eingespart werden.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine elektrische Maschine mit einer Hairpin-Wicklung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Verschaltung gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen ist, und dass die Klemmflächen zwischen einem Gehäuse oder Statorträger und einem Lagerschild der elektrischen Maschine geklemmt sind. Hierdurch weist die elektrische Maschine die beschriebenen Vorteile der Verschaltung auf und durch die Anordnung der Klemmflächen zwischen dem Gehäuse und einem Lagerdeckel ist die Verschaltung sicher im Gehäuse untergebracht und eine Belastung der Verschaltung durch im Betrieb auftretende Kräfte werden durch die Stützarme und das Gehäuse aufgenommen und nicht auf die Hairpin-Wicklung übertragen.
-
Elektrische Maschinen in weiteren Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Hairpin-Wicklung miteinander verschweißte Hairpin-Enden aufweist, dass die Hairpin-Enden durch eine Isoliereinheit abgedeckt sind, und dass die Verschaltung auf der Isoliereinheit aufliegt. Die verschweißten Enden der Hairpin-Wicklung müssen zueinander ausreichend isoliert sein, weshalb eine Isoliereinheit auf den verschweißten Hairpin-Enden vorgesehen ist. Die Verschaltung wird elektrisch leitend mit den Anschlusspins der Hairpin-Wicklung verbunden. Zur einfacheren Montage wird die Verschaltung auf die Isoliereinheit aufgelegt, wodurch gleichzeitig die Isoliereinheit durch die Verschaltung, vor allem nach dem Klemmen der Klemmflächen zwischen Gehäuse und Lagerschild gehalten und positioniert wird.
-
Durch die Verwendung einer Isoliereinheit als eigenständiges Bauteil kann die Positionierung sowie die Handhabung deutlich vereinfacht werden. Die Isoliereinheit weist hierbei einen Grundkörper auf, der einen elektrisch isolierenden Werkstoff umfasst. Als Werkstoff wird bevorzugt Kunststoff verwendet, wobei auch Ausführungsformen mit anderen elektrisch isolierenden Werkstoffen, wie Kautschuk beziehungsweise weitere elastische Materialien oder auch keramische Materialien, möglich sind. Der Grundkörper kann einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein und erstreckt sich zumindest über einen Teil des Umfangs. Bauartbedingt können insbesondere im Bereich der Anschlusspins die Abstände zwischen den Anschlusspins und Hairpin-Enden geringer sein oder auch an anderen Stellen des Umfangs der Abstand von Hairpin-Enden zu anderen elektrisch leitfähigen Bauteilen gering sein, weshalb vor allem in diesen Bereichen eine Isolierung notwendig ist. Abhängig von der Konstruktion der elektrischen Maschine sind daher Ausführungsformen möglich, bei denen es ausreichend ist, dass durch die Isoliereinheit nur ein Teil des Umfangs der Hairpin-Wicklung abgedeckt wird. Bevorzugte Ausführungsformen weisen allerdings einen Grundkörper auf der den kompletten Umfang der Hairpin-Wicklung beziehungsweise der Hairpin-Enden abdeckt.
Um die Hairpin-Enden gegeneinander zu isolieren, weist der Grundkörper, in axialer Richtung der elektrischen Maschine gesehen, Öffnungen auf, welche sich über die Dicke des Grundkörpers erstrecken und somit durchgängig sind. Aufgrund der durchgängigen Öffnungen kann bei einem Verguss der Hairpin-Enden die Luft entweichen, wodurch Lufteinschlüsse und dergleichen sicher vermieden werden können. Gleichzeitig wird durch das zwischen den Öffnungen vorhandene Material des Grundkörpers eine Isolierung der Hairpin-Enden zueinander, insbesondere hinsichtlich des Luftspalts zueinander, verbessert. Jede Öffnung ist hierbei einem Hairpin-Ende beziehungsweise einem Kontaktpaar aus miteinander verschweißten Leiterelementen oder einem Anschlusspin zugeordnet.
-
Ausführungsformen einer Isoliereinheit einer elektrischen Maschine sind dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper an seiner der Hairpin-Wicklung abgewandten Seite Abstandshalter aufweist, welche als Abstandshalter für eine Verschaltung dienen. Um zu verhindern, dass beispielsweise durch eine aufgesetzte Verschaltung oder andere Bauteile die durchgängigen Öffnungen verschlossen werden, sind am Grundkörper Abstandshalter vorgesehen, durch welche ein Mindestabstand zwischen der Stirnfläche des Grundkörpers mit den Öffnungen und einem benachbarten Bauteil gewährleistet ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch bei einem Verguss nachdem zum Beispiel die Verschaltung aufgesetzt und verbunden wurde, weiterhin die Öffnungen durchgängig sind und an den Öffnungen Vergussmasse eintreten beziehungsweise Luft entweichen kann.
-
Bevorzugte Isoliereinheiten sind dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind. Durch eine gleichmäßige Verteilung wird der Mindestabstand über den kompletten Umfang sichergestellt und es können Symmetrien genutzt werden.
-
Isoliereinheiten gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter nicht direkt benachbart zu einer Öffnung für einen Anschlusspin angeordnet sind. Bei einer mit einem Anschlusspin verbundenen Verschaltung kann ein direkt benachbarter Abstandshalter zu einer unerwünschten Verkürzung der Kriechstrecke für die Isolierung führen. Daher ist vorzugsweise am eine Öffnung für einen Anschlusspin direkt umgebenden Material des Grundkörpers kein Abstandshalter vorgesehen, sondern die Abstandshalter sind zwischen Öffnung für Hairpin-Enden angeordnet.
Die Abstandshalter an einer Isoliereinheit einer elektrischen Maschine sind vorzugsweise T-förmig ausgebildet. Aufgrund der T-Form kann auch bei relativ wenigen Abstandshaltern eine zuverlässige Abstützung sichergestellt werden und selbst bei einer Anlage an einem einzelnen Abstandshalter ein Verkippen vermieden werden. Des Weiteren lassen sich T-förmige Abstandshalter gut zwischen den Öffnungen anordnen.
-
Ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine mit einer Verschaltung, wie jeweils beschrieben, ist ein weiterer Aspekt der Erfindung, umfassend ein Bereitstellen der Hairpin-Wicklung, ein Positionieren der Verschaltung auf der Hairpin-Wicklung, wobei Stützarme der Verschaltung mit ihren Klemmflächen auf einem Gehäuse oder Statorträger positioniert werden, Verbinden der Anschlusspins mit den Verbindungsleitern, Aufsetzen und Verbinden eines Lagerschilds auf das Gehäuse oder den Statorträger, wobei die Stützarme mit ihren Klemmflächen zwischen dem Gehäuse oder Statorträger und dem Lagerschild geklemmt werden. Wie bereits ausgeführt, werden die Stützarme mit ihren Klemmflächen zwischen einem Gehäuse und einem Lagerschild der elektrischen Maschine geklemmt. Hierdurch wird die zuvor mit der Hairpin-Wicklung verbundene Verschaltung fest innerhalb der elektrischen Maschine positioniert und im Betrieb eventuell auftretende Kräfte werden direkt an das Gehäuse übertragen, wodurch eine Relativbewegung zwischen Verschaltung und Hairpin-Wicklung sowie eine Belastung der Verbindung zwischen Verschaltung und Anschlusspins vermieden wird.
-
Verfahren gemäß Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass vor der Verschaltung eine Isoliereinheit auf der Hairpin-Wicklung aufgebracht wird, wobei die Hairpin-Enden in der Isoliereinheit positioniert werden und die Anschlusspins axial durch oder an der Isoliereinheit vorbei mit der Verschaltung elektrisch leitend verbunden werden. Um eine Verbindung zwischen der Verschaltung und den Anschlusspins zu ermöglichen, weist die Isoliereinheit durchgängige Öffnungen auf, durch welche die Anschlusspins geführt werden, oder die Anschlusspins werden radial an der Isoliereinheit beziehungsweise in an der Umfangsfläche vorgesehenen Aussparungen vorbeigeführt.
-
Ausführungsformen eines Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, dass eine Vergussmasse vor oder nach dem Aufsetzen der Verschaltung aufgebracht wird, um die Hairpin-Enden zu isolieren.
Wie bereits oben zur Isoliereinheit beziehungsweise elektrischen Maschine ausgeführt, wird zunächst die Wicklung bereitgestellt, wobei es sich insbesondere um die Wicklung des Stators einer elektrischen Maschine handelt. Auf den Wicklungskopf der Hairpin-Wicklung wird die Isoliereinheit positioniert, um eine Ausrichtung der Hairpin-Enden sowie den Anschlusspins zu den Öffnungen und der Verschaltung herzustellen. Durch die durchgängigen Öffnungen ist sichergestellt, dass beim Einbringen der Vergussmasse von einem axialen Ende der Öffnungen aus die Luft aus dem gegenüberliegenden Ende der Öffnung entweichen kann und somit keine Lufteinschlüsse entstehen. Es wird damit eine gleichmäßige Isolierung der Hairpin-Enden erreicht. Die Vergussmasse kann vor dem Aufbringen der Verschaltung eingebracht werden, um einen isolierten Wicklungskopf für den folgenden Montageschritt bereitzustellen.
-
Alternativ kann das Einbringen der Vergussmasse nach dem Aufsetzen der Verschaltung vorgenommen werden. Durch einen Verguss nach dem Aufsetzen der Verschaltung kann diese in vorteilhafter Weise zusammen mit der Isoliereinheit vergossen werden. Dies weist den Vorteil auf, dass durch einen gemeinsamen Verguss eine zusätzliche Verbindung zwischen Verschaltung und Isoliereinheit erfolgt und gleichzeitig eine Isolierung der Verschaltung, insbesondere der Anschlusspins und der Kontaktstellen, erzeugt wird.
Die Verschaltung wird dabei vorzugsweise auf Abstandshalter, welche an der Isoliereinheit vorgesehen sind, aufgelegt, wodurch die Verschaltung zur Isoliereinheit beabstandet wird. Durch diese Beabstandung wird ein Kontakt zwischen der Verschaltung und den Kontaktpaaren vermieden. Des Weiteren bleiben über den Abstand die durchgängigen Öffnungen der Isoliereinheit von beiden axialen Enden zugänglich, weshalb das Einbringen der Vergussmasse sowie das Entweichen der Luft erfolgen kann.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Gleiche oder ähnliche Bauteile werden mit einheitlichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 stellt einen Schnitt durch eine Ausführungsform im verbauten Zustand dar.
- 2 zeigt einen Teilschnitt einer perspektivischen Ansicht einer Ausführungsform.
- 3 zeigt eine Ansicht von oben einer Ausführungsform einer Verschaltung.
-
In 1 ist ein oberer Teilbereich eines Stators mit Wicklungskopf im Schnitt gezeigt. Der Wicklungskopf (5) ist hierbei der einer Hairpin-Wicklung, bei der eine Vielzahl von Formstäben mit ihren Kontaktenden entsprechend paarweise angeordnet und elektrisch leitend miteinander verbunden werden, wodurch sich die Hairpin-Enden (7) ausbilden. Durch die Verbindungen an den Hairpin-Enden (7) entstehen aus den Formstäben die Spulen der Hairpin-Wicklung, welche jeweils an den Spulenenden einzelnen Anschlusspins (6) aufweisen. Die Hairpin-Enden (7) sind in den durchgängigen Öffnungen (3) des Grundkörpers (2) der Isoliereinheit aufgenommen, wobei die Hairpin-Enden (7) innerhalb der Öffnungen (3) enden und somit nicht über den Grundkörper (2) vorstehen. Im Gegensatz hierzu stehen die, ebenfalls in Öffnungen (3) aufgenommenen, Anschlusspins (6) über den Grundkörper (2) über.
-
Die Anschlusspins (6) sind mit einer auf die Isoliereinheit (1) aufgesetzten Verschaltung (10) verbunden, mit der die verschiedenen Anschlusspins (6) entsprechend miteinander und mit einer Leistungselektronik verschalten sind. Im dargestellten Beispiel ist die Verschaltung (10) aus mehreren in axialer Richtung benachbart angeordneten sowie gegeneinander isolierten Verbindungsleitern (12) gebildet, welche in Richtung der Anschlusspins (6) vorstehende Kontaktstellen (13) aufweisen. Die Kontaktstellen (13) sind mit den Anschlusspins (6) elektrisch leitend verbunden, vorzugsweise verschweißt. Die Verschaltung (10) kann abhängig von der Konstruktion der elektrischen Maschine auch anders, beispielsweise mit koaxial angeordneten Leiterhülsen, ausgeführt sein.
-
Die Verschaltung (10) liegt auf den axialen Abstandshaltern (4) des Grundkörpers (2) der Isoliereinheit (1) auf. Durch die Abstandshalter (4) ist sichergestellt, dass zwischen Verschaltung (10) und Grundkörper (2) ein freier Spalt verbleibt, durch welchen beim Einbringen einer nicht dargestellten Vergussmasse, Luft aus den Öffnungen (3) entweichen beziehungsweise Vergussmasse in die Öffnungen (3) einfließen kann. Somit ist gewährleistet, dass in der Vergussmasse keine Lufteinschlüsse entstehen, welche die Isolierwirkung verringern können.
-
Die Verschaltung (10) umfasst im dargestellten Beispiel zusätzlich Stützarme (14), welche sich am Gehäuse (8) der elektrischen Maschine abstützen, um eine Positionierung der Verschaltung (10) zu verbessern. Die Stützarme (14) verlaufen zumindest teilweise in gegenüber einer axialen Richtung geneigt, wodurch eine Steifigkeit sowohl gegenüber axialen als auch radialen Kräften verbessert wird. Hierdurch werden Relativbewegungen zwischen Verschaltung (10) und Wicklungskopf (5) vermieden und die mechanische Belastung der Verbindung zwischen Anschlusspin (6) und Kontaktstelle (13) während des Betriebs verringert. Alternativ oder zusätzlich können die Stützarme (14) Versteifungen (18), zum Beispiel in Art von Rippen oder dergleichen, aufweisen.
-
An ihrem radial äußeren Ende weisen die Stützarme (14) jeweils an ihren in axialer Richtung liegenden Seiten Klemmflächen (15) auf. Diese Klemmflächen (15) werden zwischen Kontaktflächen von nicht bewegten Bauteilen der elektrischen Maschine vorgesehen und durch diese geklemmt. In 1 liegt eine Kontaktfläche (15) auf einem Absatz des Gehäuses (8) beziehungsweise des Statorträgers auf. Bei einer Montage der elektrischen Maschine wird ein nicht dargestelltes Lagerschild mit dem Gehäuse (8) verbunden, wobei dieses mit seiner Anlagefläche oder einem vorstehenden Ringabsatz, welcher auch als Zentrierhilfe verwendet werden kann, mit der gegenüberliegenden Klemmfläche (15) in Kontakt kommt und diese somit befestigt.
-
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf der dem Gehäuse (8) abgewandten Klemmfläche (15) ein Vorsprung (16) vorgesehen. Der Vorsprung (16) weist in 1 einen dreieckigen Querschnitt auf, wobei auch andere Querschnittsformen möglich sind. Bei der Montage kommt das Lagerschild zunächst mit der Spitze des Vorsprungs (16) in Kontakt und verformt diesen Vorsprung (16) aufgrund der Montagekräfte. Eventuelle Abweichung an den mit den Klemmflächen (15) in Kontakt kommenden Bauteilen aufgrund von Fertigungstoleranzen können durch die Vorsprünge (16) ausgeglichen werden, da eine Befestigung der Verschaltung (10) bereits durch einen Kontakt mit dem Vorsprung (16) erreicht werden kann unabhängig von dessen Verformungsgrad.
-
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist weitestgehend analog zu 1 aufgebaut, weshalb auf die obige Beschreibung verwiesen wird. Der Flansch (9) des Gehäuses (8) mit dem ein nicht dargestelltes Lagerschild verschraubt wird ist in 2 gezeigt.
-
Die Stützarme (14) sind ebenfalls am Außenumfang im axial oberen Bereich angeordnet und erstrecken sich schräg nach oben. Eine Anordnung der Stützarme an der oberen Stirnseite der Verschaltung (10) wäre auch möglich. Genauso können die Stützarme (14) nach unten geneigt vorgesehen werden, abhängig von zur Verfügung stehenden Bauraum. Auch können die über den Umfang verteilten Stützarme (14) an unterschiedlichen Stellen, wie unterschiedlicher axialer Höhe am Umfangsbereich oder unterschiedlichen Radien auf der Stirnseite, vorgesehen sein, um vorzugsweise symmetrisch über den Umfang verteilt unterschiedliche Neigungswinkel zwischen Stützarm (14) und Verschaltung (10) bereitzustellen oder Bauraumeinschränkungen einhalten zu können.
-
Die Vorsprünge (16) an den Klemmflächen (15) sind hier in radialer Richtung am Ende vorgesehen. Durch die Anordnung am Ende kann bei einer Verformung der Vorsprünge (16) das verformte Material nicht nur entlang der Klemmfläche (15) ausweichen, sondern auch in gegebenenfalls vorhandene Zwischenräume in radialer Richtung zwischen Stützarm (14) und Gehäuse (8).
-
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verschaltung (10) in einer Ansicht von oben, also von der dem Wicklungskopf (5) abgewandten Seite, wobei nur die Verschaltung (10) sowie die mit ihr verbundenen Anschlusspins (6) dargestellt sind. Vom Träger (11) stehen die Stützarme (14) radial vor.
-
Zusätzlich sind an der inneren Umfangsfläche mit den jeweiligen Verbindungsleitern (12) elektrisch leitend verbundene Leistungsanschlüsse (17) vorgesehen, mit denen die Verbindungsleiter (12) mit einer nicht dargestellten Leistungselektronik verbunden und mit elektrischem Strom versorgt werden. Die Leistungsanschlüsse (17) sind vorzugsweise analog zu den Kontaktstellen (13) jeweils mit einem Verbindungsleiter (12) verbunden ausgebildet, wobei diese einen gegenüber den Kontaktstellen (13) größeren Querschnitt aufweisen. Die Leistungsanschlüsse (17) sind relative nahe zueinander angeordnet, um eine Verbindung gegebenenfalls über einen Stecker oder ein gemeinsames Kabel zu vereinfachen. Die Leistungsanschlüsse (17) können auch abhängig vom Bauraum und Anordnung der Verbindungsleiter (12) in der Verschaltung (10) an der äußeren Umfangsfläche und/oder der oberen Stirnfläche vorgesehen sein. Im gezeigten Beispiel sind drei Leistungsanschlüsse (17) für beispielsweise eine drei-phasige elektrische Maschine gezeigt, wobei abhängig von der elektrischen Maschine, insbesondere der Anzahl der Phasen oder der maximal pro Leistungsanschluss (17) übertragbaren Leistung, entsprechend mehr oder weniger Leistungsanschlüsse (17) vorhanden sein können.
-
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungen eingeschränkt. Es können wie oben ausgeführt, auch nur einzelne vorteilhafte Merkmale vorgesehen werden beziehungsweise verschiedene Merkmale unterschiedlicher Beispiele miteinander kombiniert werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Isoliereinheit
- 2
- Grundkörper
- 3
- Öffnungen
- 4
- Abstandshalter
- 5
- Stator mit Wicklungskopf
- 6
- Anschlusspin
- 7
- Hairpin-Ende
- 8
- Gehäuse
- 9
- Flansch
- 10
- Verschaltung
- 11
- Träger
- 12
- Verbindungsleiter
- 13
- Kontaktstelle
- 14
- Stützarm
- 15
- Klemmfläche
- 16
- Vorsprung
- 17
- Leistungsanschluß
- 18
- Versteifung
-
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
-
- US 2007/0278876 A1 [0002]
- DE 112012007017 T5 [0002]
