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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, umfassend einen Rotor und einen Stator, wobei der Stator einen Statorkörper umfasst, der wenigstens eine jeweilige Wicklung wenigstens einer Phase trägt, wobei die Wicklung der jeweiligen Phase oder wenigstens eine der Wicklungen der jeweiligen Phase leitfähig mit einer jeweiligen Kontaktbrücke verbunden ist, die die jeweilige Wicklung mit einer zugeordneten Stromquelle und/oder -senke verbindet. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung wenigstens einer Wicklung wenigstens einer Phase eines Stators einer elektrischen Maschine.
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Eine Möglichkeit, Wicklungen auf einen Stator einer elektrischen Maschine aufzubringen, die insbesondere im Kraftfahrzeugbereich zunehmend genutzt wird, ist die sogenannte Hairpin-Bauweise, bei der ein meist rechteckiger Profildraht in eine U-Form, also in Form einer Haarnadel beziehungsweise eines Hairpins, gebogen wird, wonach die Schenkel dieses Hairpins kreisförmig angeordnet und in Nuten eines Statorkörpers, also insbesondere eines Statorblechpakets, eingesetzt werden. Die offenben Pin-Enden an der Rückseite des Statorkörpers können im nächsten Schritt konzentrisch zur Statorachse um einen definierten Winkel verdreht werden. Insbesondere werden alle Pin-Enden auf einem Durchmesser in die gleiche Richtung in Umfangsrichtung und in aufeinander folgenden Lagen in Radialrichtung in unterschiedliche Richtungen gebogen. Dieser Vorgang wird auch „Twisten“ genannt. Dies führt dazu, dass freie Enden verschiedener Pins nebeneinander zum Liegen kommen und miteinander verschweißt werden können, um Wicklungen des Stators auszubilden. Je nach Wicklungsschema können sogenannte Verschaltbrücken auf den Wicklungskopf aufgesetzt und mit den Pin-Enden verschweißt werden, um die einzelnen Leiterabschnitte zu einer Gesamtwicklung zu verschalten. Um den Stator fertig zu stellen, können die Pin-Enden isoliert und der gesamte Stator imprägniert werden.
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Vorteile der beschriebenen Technik sind die hohe Automatisierbarkeit sowie ein hoher Kupferfüllfaktor in der Statornut. Weitere gängige Wickeltechniken für Profildrähte sind beispielsweise Wellenwicklungen oder Einzelzahnwicklungen.
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Um die Wicklungen beziehungsweise Phasen mit einer Stromquelle beziehungsweise -senke zu verbinden, also beispielsweise mit einem Wechselrichter für einen Motorbetrieb beziehungsweise einem Gleichrichter für einen Generatorbetrieb, werden an die Wicklungen Kontaktbrücken angeschweißt, die im Rahmen des Zusammenbaus der elektrischen Maschine mit Kontaktelementen einer Stromquelle beziehungsweise -senke verbunden werden, ein möglicher Ansatz hierfür ist beispielsweise der Druckschrift
DE 20 2018 006 090 U1 zu entnehmen.
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Problematisch ist hierbei, dass sowohl der Wickelvorgang als auch die Montage des Stators in einem Gehäuse der elektrischen Maschine Prozesse sind, bei denen gewisse Bauteilstreuungen beziehungsweise Toleranzen auftreten. Da die Statorfertigung eine Vielzahl von Fertigungsschritten umfasst, können in allen Raumachsen, insbesondere jedoch in der Axialrichtung der elektrischen Maschine, Summentoleranzen von einigen zehntel Millimetern oder sogar einem Millimeter oder mehr auftreten. Diese Toleranzen werden durch eine Verformung der Wicklung und/oder der Kontaktbrücke und/oder der Anschlüsse der Leistungselektronik ausgeglichen. Dies führt aufgrund der relativ starren verbundenen Elemente und aufgrund von zusätzlichen Belastungen aufgrund von Vibrationen beziehungsweise Schwingungen, thermischen Wechselzyklen etc., dazu, dass langfristig die Leitelemente, die beispielsweise aus Kupfer bestehen können, beziehungsweise Fügeverbindungen zwischen diesen beschädigt werden können. Hierdurch kann die Lebenszeit der elektrischen Maschine merklich reduziert werden.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte elektrische Maschine anzugeben, die insbesondere eine Verspannung von Komponenten, die zu einer Lebenszeitreduzierung der elektrischen Maschine führen kann, reduziert.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art gelöst, wobei die jeweilige Wicklung und die mit dieser verbundene Kontaktbrücke jeweils in einem Leiterabschnitt enden, der sich in Axialrichtung der elektrischen Maschine von dem Statorkörper weg erstreckt, wobei diese Leiterabschnitte leitend miteinander verbunden sind, wobei ein Befestigungsabschnitt der jeweiligen Kontaktbrücke ortsfest bezüglich eines den Stator aufnehmenden Gehäuses angeordnet ist, indem er über ein Isolationselement oder direkt einerseits an dem Gehäuse selbst befestigt ist und/oder andererseits an der Stromquelle und/oder -senke befestigt ist, die wiederum an dem Gehäuse befestigt ist.
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Da die Verbindung von Wicklung und Kontaktbrücke über Leiterabschnitte erfolgt, die sich beide in Axialrichtung der elektrischen Maschine von dem Statorkörper weg erstrecken, kann im Rahmen der Herstellung der elektrischen Maschine ein Toleranzausgleichen in Axialrichtung dadurch erfolgen, dass die relative Lage der Leiterabschnitte in Axialrichtung innerhalb gewisser Grenzen frei gewählt werden kann, ohne deren Verbindung zu stören. Dies ermöglicht es insbesondere, im Rahmen der Herstellung die Lage der Kontaktbrücke zunächst bezüglich des Gehäuses beziehungsweise der Stromquelle und/oder -senke festzulegen und erst im Anschluss daran die leitfähige Verbindung herzustellen. Dies ermöglicht es, Toleranzen in Axialrichtung der elektrischen Maschine im Wesentlichen vollständig auszugleichen. Somit werden die eingangs erläuterten Verspannungen der Komponenten zumindest weitgehend vermieden und die Belastung der Komponenten beziehungsweise ihrer Verbindungen kann erheblich reduziert werden. Hierdurch kann die Lebenszeit der elektrischen Maschine verlängert werden.
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Die Leiterabschnitte der Kontaktbrücke und der Wicklung können insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden sein, insbesondere verschweißt oder verlötet sein. Die Befestigung der Kontaktbrücke bzw. des Isolationselements an dem Gehäuse beziehungsweise der Stromquelle und/oder - senke und/oder die Befestigung der Kontaktbrücke an dem Isolationselement kann insbesondere kraft- oder formschlüssig erfolgen. Beispielsweise können diese Komponenten miteinander verschraubt sein. Insbesondere kann die Kontaktbrücke bzw. das Isolationselement ein Durchloch aufweisen, durch das ein Befestigungsmittel, insbesondere eine Schraube, geführt ist, das die Kontaktbrücke bzw. das Isolationselement an dem Gehäuse beziehungsweise der Stromquelle und/oder -senke haltert. Die Kontaktbrücke bzw. ihr Befestigungsabschnitt und das Isolationselement können z.B. miteinander verschraubt, verrastet oder verklebt sein. Die Kontaktbrücke bzw. ihr Befestigungsabschnitt kann auch zumindest teilweise in das Isolationselement eingegossen sein.
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Die Stromquelle beziehungsweise -senke ist insbesondere ein Stromrichter. Insbesondere kann es sich um einen Wechsel- beziehungsweise Gleichrichter handeln. Vorzugsweise ist der Stromrichter als Wechselrichter und als Gleichrichter betreibbar, beispielsweise um bedarfsgerecht einen Motor- und Generatorbetrieb zu ermöglichen.
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Das Gehäuse kann den Stator in Umfangsrichtung vollständig oder zumindest abschnittsweise umgreifen. Vorzugsweise erstreckt sich das Gehäuse in Axialrichtung über den Statorkörper und insbesondere auch über die Wicklungsköpfe der Wicklung hinaus. Wie später noch erläutert werden wird, können die Leiterabschnitte jedoch axial über das Gehäuse hinausragen, um das Herstellen der leitfähigen Verbindung beziehungsweise andere Bearbeitungsschritte zu erleichtern.
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Die Nutzung des Isolationselements ist insbesondere zweckmäßig, wenn ein leitendes Gehäuse verwendet wird, um ein Kurzschließen verschiedener Kontaktbrücken zu vermeiden. Das Isolationselement kann aus einem beliebigen Isolator, z.B. aus Kunststoff oder Keramik, bestehen. Alternativ zur Nutzung eines separaten Isolationselements kann ein Gehäuse genutzt werden, dass zumindest abschnittsweise aus einem isolierenden Material besteht, mit einem Isolator beschichtet ist oder Ähnliches.
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Zumindest ein Abschnitt der Kontaktbrücke kann an wenigstens einer jeweiligen Kontaktfläche des Gehäuses und/oder des Isolationselements anliegen und/oder in einer Ausnehmung des Gehäuses und/oder des Isolationselements aufgenommen sein. Dies erleichtert es, die Position der Kontaktbrücke bezüglich des Gehäuses im Rahmen der Herstellung der elektrischen Maschine festzulegen, bevor die leitfähige Verbindung zwischen den Leiterabschnitten hergestellt wird. Insbesondere kann somit bereits eine ortsfeste Anordnung an dem Gehäuse erfolgen, bevor der Befestigungsabschnitt bzw. das Isolationselement an dem Gehäuse beziehungsweise der Stromquelle und/oder -senke befestigt wird.
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Durch das Anliegen an der Kontaktfläche wird ein Anschlag beziehungsweise eine Führung am Gehäuse bzw. am Isolationselement erreicht, durch die die Bewegungsfreiheitsgrade der Kontaktbrücke bezüglich des Gehäuses im Rahmen der Herstellung bereits vor der Befestigung eingeschränkt werden können. Der Abschnitt, der an der Kontaktfläche anliegt beziehungsweise in der Ausnehmung aufgenommen ist, kann insbesondere der Befestigungsabschnitt und/oder ein Zwischenabschnitt zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Leiterabschnitt, der mit dem Leiterabschnitt der Wicklung verbunden wird, sein. Falls der Abschnitt in einer Ausnehmung des Gehäuses bzw. des Isolationselements aufgenommen wird, kann diese den Abschnitt formschlüssig aufnehmen oder zumindest in eine Richtung führen. Hierdurch kann die Festlegung der relativen Position von Kontaktbrücke und Gehäuse bereits vor der Befestigung verbessert werden.
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Der Leiterabschnitt der jeweiligen Wicklung kann sich in Axialrichtung durch eine Durchbrechung des Gehäuses und/oder des Isolationselements hindurch erstrecken und auf der von dem Statorkörper abgewandten Seite der Durchbrechung leitend mit Leiterabschnitt der jeweiligen Kontaktbrücke verbunden sein. Die Abmessungen der Durchbrechung können so gewählt sein, dass sie den Leiterabschnitt der jeweiligen Wicklung in Umfangsrichtung und/oder in Radialrichtung führt. Insbesondere wenn die Durchbrechung eine ausreichende Länge in Axialrichtung aufweist, kann somit die Lage des Leiterabschnitts der jeweiligen Wicklung bezüglich des Gehäuses in Umfangs- und/oder Radialrichtung mit hoher Genauigkeit festgelegt werden. Im Rahmen der Bewicklung des Statorkörpers auftretende Toleranzen bezüglich der Leiterposition in Umfangs- beziehungsweise Radialrichtung können somit zumindest weitgehend kompensiert werden, wodurch diese Toleranzen nicht zu einer Verspannung der Kontaktbrücke beziehungsweise von deren Verbindungen führen können.
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Die Durchbrechung kann insbesondere die jeweilige Kontaktfläche, an der der Abschnitt der jeweiligen Kontaktbrücke anliegt, durchbrechen beziehungsweise an diese angrenzen. Ist der Abschnitt in einer Ausnehmung aufgenommen, kann die Durchbrechung insbesondere in diese Ausnehmung münden.
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Prinzipiell ist es möglich, dass sich der Leiterabschnitt der Wicklung ausgehend von einem Abschnitt der Wicklung, die sich durch eine Nut des Statorkörpers erstreckt, geradlinig axial erstreckt. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, den die Wicklung bildenden Leiter ausgehend von dem durch die Nut geführten Abschnitt zunächst radial nach außen oder innen zu führen, um ihn dann auf einer veränderten Radialposition axial von dem Statorkörper weg und insbesondere durch die Durchbrechung hindurch zu führen.
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Die jeweilige Kontaktbrücke kann radial von dem jeweiligen Leiterabschnitt der Wicklung weggeführt sein. Insbesondere kann die Kontaktbrücke hierbei das Gehäuse und/oder das Isolationselement übergreifen.
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Zumindest ein Abschnitt der Kontaktbrücke kann auf einer in Axialrichtung der elektrischen Maschine von dem Statorkörper abgewandten Seite einer Wand des Gehäuses oder des Isolationselements angeordnet sein. Dies kann dadurch realisiert sein, dass der Leiter ausgehend von der Statornut radial nach innen oder außen geführt ist, was ihn auf die von dem Statorkörper abgewandten Seite der Wand führen kann. Insbesondere kann dies jedoch dadurch resultieren, dass der Leiterabschnitt der jeweiligen Wicklung, wie obig erläutert, durch eine Durchbrechung des Gehäuses bzw. des Isolationselements hindurchgeführt ist. Die Führung auf die von dem Statorkörper abgewandte Seite der Wand kann insbesondere dazu dienen, den Abschnitt und somit die Kontaktbrücke an dieser Wand abzustützen. Die Wand kann somit die obig erläuterte Kontaktfläche des Gehäuses bzw. des Isolationselements bilden.
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Die leitend verbundenen Leiterabschnitte der jeweiligen Wicklung und Kontaktbrücke können sich in Axialrichtung über das Gehäuse und/oder das Isolationselement hinaus erstrecken. Wie bereits erwähnt, wird die leitfähige Verbindung vorzugsweise erst hergestellt, nachdem das Gehäuse bereits an dem Stator angeordnet ist. Durch den axialen Überstand der Leiterabschnitte über das Gehäuse ist dennoch weiterhin ein leichter Zugang für Werkzeuge, beispielsweise für ein Verschweißen der Leiterabschnitte beziehungsweise, wie später noch erläutert wird, ein Kürzen der Leiterabschnitte, möglich. Somit kann der Aufwand für die Herstellung der elektrischen Maschine reduziert werden.
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Die miteinander verbundenen Leiterabschnitte der jeweiligen Wicklung und Kontaktbrücke können an der gleichen Position in Axialrichtung der elektrischen Maschine enden und an ihren axialen Stirnflächen miteinander verschweißt oder verlötet sein. Toleranzen können zwar im Rahmen der Herstellung der elektrischen Maschine zunächst dazu führen, dass die Leiterabschnitte an verschiedenen Positionen in Axialrichtung enden. Durch Kürzen wenigstens eines der zu verbindenden Leiterabschnitte kann jedoch sichergestellt werden, dass sie an gleicher Position in axialer Richtung enden, womit ein Verschweißen oder Verlöten über die axiale Stirnfläche ermöglicht wird. Ergänzend oder alternativ können die Leiterabschnitte an ihren Stirnflächen in Umfangsrichtung miteinander verschweißt oder verlötet sein. In Umfangsrichtung resultieren typischerweise erheblich geringere Toleranzen als in Axialrichtung, die zusätzlich, wie obig erläutert, durch eine entsprechende Führung des Leiterabschnitts der Wicklung kompensiert oder zumindest reduziert werden können. Somit liegen die Stirnflächen in Umfangsrichtung zumindest näherungsweise in einer Ebene und können somit zum Verschweißen beziehungsweise Verlöten und somit zur leitfähigen Verbindung der Leiterabschnitte genutzt werden.
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Die Kontaktbrücke oder wenigstens eine der Kontaktbrücken kann mit mehreren Wicklungen der gleichen Phase, insbesondere mit allen Wicklungen der gleichen Phase, leitend verbunden sein. Alternativ wäre es möglich, jede der Wicklungen über eine separate Kontaktbrücke zu kontaktieren. Eine Verbindung einer Kontaktbrücke mit mehreren Wicklungen kann insbesondere derart erfolgen, dass der sich axial erstreckende Leiterabschnitt der Kontaktbrücke beziehungsweise ein jeweiliger sich axial erstreckender Leiterabschnitt der Kontaktbrücke mit den sich axial erstreckenden Leiterabschnitten der verschiedenen Wicklungen leitend verbunden wird, beispielsweise wie obig erläutert verschweißt beziehungsweise verlötet wird. Beispielsweise können für jede der Phasen drei parallele Wicklungen vorgesehen sein, die durch eine gemeinsame Kontaktbrücke kontaktiert werden.
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Der Befestigungsabschnitt der jeweiligen Kontaktbrücke kann mit dem Gehäuse und/oder der Stromquelle und/oder -senke und/oder dem Isolationselement verschraubt und/oder das Isolationselement kann mit dem Gehäuse und/oder der Stromquelle und/oder -senke verschraubt sein. Insbesondere kann der Befestigungsabschnitt bzw. das Isolationselement eine Durchbrechung aufweisen, durch die eine Schraube geführt ist, mit der die Verschraubung erfolgt. Die Schraube kann den Befestigungsabschnitt bzw. das Isolationselement insbesondere in axiale Richtung der elektrischen Maschine durchsetzen.
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Die jeweilige Wicklung kann durch mehrere miteinander leitend verbundene Leiterklammern gebildet sein, die jeweils zwei durch eine jeweilige Nut des Statorkörpers geführte Nutabschnitte und einen die Nutabschnitte verbindenden Kopplungsabschnitt ausbilden, wobei die Leiterklammern verbunden sind, indem jeweilige freie Enden der Leiterklammern in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine gebogen und jeweils mit einem freien Ende einer weiteren Leiterklammer leitend verbunden sind. Die Wicklungen können somit in Hairpin-Bauweise aufgebaut sein.
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Neben der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst. Die elektrische Maschine kann insbesondere ein Antriebsmotor sein. Sie kann beispielsweise auch im Rahmen eines Rekuperationsbetriebs als Generator betrieben werden. Die elektrische Maschine kann jedoch auch als ein anderer Motor, beispielsweise als Verstellaktor zum Verstellen einer Komponente des Kraftfahrzeugs, genutzt werden.
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Zudem umfasst die Erfindung ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung wenigstens einer Wicklung wenigstens einer Phase eines Stators einer elektrischen Maschine, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen eines Stators, der einen Statorkörper umfasst, der die wenigstens eine jeweilige Wicklung der wenigstens einen Phase trägt, wobei die jeweilige Wicklung in einem Leiterabschnitt endet, der sich in Axialrichtung der elektrischen Maschine von dem Statorkörper weg erstreckt,
- - Anordnen des Stators in einem Gehäuse und Anordnen von wenigstens einer Kontaktbrücke oder eines einen Befestigungsabschnitt der Kontaktbrücke halternden Isolationselements an dem Gehäuse oder einer an dem Gehäuse angeordneten Stromquelle und/oder -senke derart, dass sich der Befestigungsabschnitt der Kontaktbrücke in einer bezüglich des Gehäuses vorgegebenen Montageposition befindet, wobei sich ein jeweiliger weiterer Leiterabschnitt, in dem die jeweilige Kontaktbrücke endet, in Axialrichtung der elektrischen Maschine von dem Statorkörper weg erstreckt, und anschließend
- - Herstellen einer leitfähigen Verbindung zwischen der Wicklung der jeweiligen Phase oder wenigstens einer der Wicklungen der jeweiligen Phase und einer jeweiligen Kontaktbrücke, indem der Leiterabschnitt dieser Wicklung leitfähig mit dem weiteren Leiterabschnitt dieser Kontaktbrücke verbunden wird, wobei vor oder nach dem Herstellen der leitfähigen Verbindung der Befestigungsabschnitt der jeweiligen Kontaktbrücke ortsfest in der Montageposition befestigt wird, indem der Befestigungsabschnitt oder das Isolationselement einerseits an dem Gehäuse selbst befestigt wird und/oder andererseits an der Stromquelle und/oder -senke befestigt wird, die wiederum an dem Gehäuse befestigt wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die bereits zur erfindungsgemäßen elektrischen Maschine erläuterte Vorteile erreicht, insbesondere dass eine Verspannung der Kontaktbrücke beziehungsweise ihrer Verbindungen vermieden werden kann, und somit die hergestellte elektrische Maschine eine längere Lebenszeit aufweisen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit den zur erfindungsgemäßen elektrischen Maschine erläuterten Merkmalen und mit den dort genannten Vorteilen weitergebildet werden und umgekehrt.
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Hierbei können insbesondere die erläuterten relativen Anordnungen von Gehäuse, Kontaktbrücke, Isolationselement und Statorkörper beziehungsweise den Leiterabschnitten der Wicklungen des Statorkörpers bereits vor Herstellung der leitfähigen Verbindungen gegeben sein. Insbesondere kann der Abschnitt der jeweiligen Kontaktbrücke bereits vor Herstellen der leitfähigen Verbindung an einer jeweiligen Kontaktfläche des Gehäuses bzw. Isolationselements anliegen beziehungsweise in einer Ausnehmung des Gehäuses bzw. Isolationselements aufgenommen sein. Ergänzend oder alternativ kann der Leiterabschnitt der jeweiligen Wicklung bereits vor Herstellung der leitfähigen Verbindung in Axialrichtung durch die Durchbrechung des Gehäuses bzw. Isolationselements hindurchgeführt werden. Unabhängig davon kann der Abschnitt der Kontaktbrücke bereits vor der Herstellung der leitfähigen Verbindung auf einer in Axialrichtung der elektrischen Maschine von dem Stator abgewandten Seite der Wand des Gehäuses bzw. Isolationselements angeordnet sein und/oder die Leiterabschnitte der jeweiligen Wicklung und der Kontaktbrücke können sich bereits vor dem Herstellen der leitfähigen Verbindung in Axialrichtung über das Gehäuse bzw. Isolationselement hinaus erstrecken.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung einer elektrischen Maschine, insbesondere der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, verwendet werden. Das Einbringen der Wicklungen in den Stator kann in einem vorbereiteten Schritt vor Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden, es kann jedoch auch als Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden. Das Einbringen der Wicklungen in den Stator kann insbesondere wie eingangs zur Hairpin-Bauweise erläutert erfolgen.
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Nach dem Anordnen der wenigstens einen Kontaktbrücke oder des Isolationselements an dem Gehäuse oder der Stromquelle und/oder -senke und vor dem Herstellen der leitfähigen Verbindung können der Leiterabschnitt und/oder der weitere Leiterabschnitt wenigstens eines zu verbindenden Paares aus Leiterabschnitt und weiterem Leiterabschnitt derart gekürzt werden, dass sie an gleicher Position in Axialrichtung der elektrischen Maschine enden. Hierbei kann nur jener Leiterabschnitt gekürzt werden, der sich weiter in Axialrichtung von dem Statorkörper wegerstreckt, oder beide Leiterabschnitte können auf eine feste Länge beziehungsweise feste Axialposition gekürzt werden. Insbesondere können alle Paare von zu verbindenden Leiterabschnitten auf die gleiche Länge beziehungsweise derart gekürzt werden, dass es sich bis zu der gleichen Axialposition erstrecken. Dies kann sowohl den mechanischen Aufwand zum Kürzen der Leiterabschnitte als auch den mechanischen Aufwand zum Verbinden, also beispielsweise zum Verschweißen oder Verlöten, reduzieren.
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Der Leiterabschnitt und der weitere Leiterabschnitt können an ihren axialen Stirnflächen miteinander verschweißt oder verlötet werden und/oder an ihren Stirnflächen in Umfangsrichtung miteinander verschweißt oder verlötet werden. Dies wurde bereits vorangehend erläutert.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 eine geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
- 2 eine Detailansicht in der in 1 gezeigten elektrischen Maschine,
- 3 eine Draufsicht auf einen Stator eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, und
- 4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt eine elektrische Maschine 1, die einen Rotor 2 und einen Stator 3 umfasst. Vom Rotor 2 ist in 1 nur die Rotorwelle 4 zu sehen. Der Stator 3 umfasst einen Statorkörper 5, typischerweise ein Blechpaket, das wenigstens eine jeweilige Wicklung 6 wenigstens einer Phase der elektrischen Maschine trägt. Die Wicklung 6 ist über eine Kontaktbrücke 7 mit einer Stromquelle und/oder -senke 8 verbunden, beispielsweise mit einem Wechselrichter beziehungsweise im Falle eines Generatorbetriebs mit einem Gleichrichter. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist von der Stromquelle bzw. Senke 8 nur das Kontaktelement 28 dargestellt. Die Kontaktierung der Wicklung 6 über die Kontaktbrücke 7 wird zunächst nur für eine einzige Wicklung 6 erläutert und in den Figuren dargestellt. Die Kontaktierung mehrerer Wicklungen mehrerer Phasen wird später noch mit Bezug auf 3 erläutert werden.
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Die Wicklung 6 und die Kontaktbrücke 7 enden jeweils in einem Leiterabschnitt 9, 10 der sich in Axialrichtung der elektrischen Maschine von dem Statorkörper 5 wegerstreckt. Ein Befestigungsabschnitt 13 der Kontaktbrücke 7 ist hierbei ortsfest bezüglich eines den Stator 3 aufnehmenden Gehäuses 12 angeordnet, indem er im gezeigten Beispiel über ein Isolationselement 27 an dem Gehäuse 12 selbst und zudem an der Stromquelle und/oder -senke 8 befestigt, im Beispiel verschraubt, ist. Wie im Folgenden mit Bezug auf 2 genauer erläutert werden wird, ermöglicht es eine derartige Kontaktierung der Wicklung 6, Toleranzen im Rahmen der Herstellung, die zu einer Verspannung der an der Kontaktierung beteiligten Komponenten führen könnten, weitgehend zu vermeiden.
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Zur Herstellung der in 1 dargestellten Maschine werden zunächst die Wicklungen 6 in Nuten des Statorträgers 5 eingebracht, die jeweils durch zwei Statorzähne 15 begrenzt sind. Dies kann beispielsweise durch die bereits eingangs erläuterte Hairpin-Bauweise erfolgen. Bei den in 2 gezeigten Abschnitten der Leiter kann es sich hierbei insbesondere jeweils um die freien Enden eines solchen Hairpins beziehungsweise einer solchen Leiterklammer handeln. Wie bereits eingangs erläutert, werden diese typischerweise in Umfangsrichtung verbogen, um weitere Leiterklammern beziehungsweise Hairpins zu kontaktieren, was in 2 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist.
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Beim Einbringen des Stators 3 in das Gehäuse 12 kann der Leiterabschnitt 9 der Wicklung 6, über den die Kontaktierung erfolgen soll, durch eine Durchbrechung 14 des Gehäuses 12 bzw. des Isolationselements 27 geführt werden. Hierdurch kann der Leiterabschnitt 9 durch das Gehäuse 12 bzw. das Isolationselement 27 derart geführt werden, dass seine Position in Umfangs- und Radialrichtung bezüglich des Gehäuses im Wesentlichen fest vorgegeben ist, womit diesbezügliche im Rahmen der Herstellung des Stators auftretende Abweichungen bereits kompensiert werden können. Vor oder nach dem Einbringen des Stators 3 in das Gehäuse 12 kann für die jeweilige zu kontaktierende Wicklung 6 beziehungsweise für jede der Phasen eine Kontaktbrücke 7 an dem Gehäuse 12 angeordnet werden.
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Um einen Kurzschluss zwischen verschiedenen Kontaktbrücken 7 zu vermeiden, wenn ein leitfähiges Gehäuse 12 verwendet wird, kann das Isolationselement 27 verwendet werden. Insbesondere kann ein Befestigungsabschnitt 13 der Kontaktbrücke 7 zunächst an dem Isolationselement 27 gehaltert werden, das anschließend an dem Gehäuse 12 befestigt wird. Im Beispiel wird die Kontaktbrücke 7 bzw. ihr Befestigungsabschnitt 13 durch den Vorsprung 30 und eine Rastnase 29 des Isolationselements in der Ausnehmung 18 des Isolationselements ortsfest gehaltert.
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Um die Montageposition der Kontaktbrücke 7 beziehungsweise des Befestigungsabschnitts 13, über den die Befestigung erfolgt, bereits vor dem Verbinden der Leiterabschnitte 9, 10 und insbesondere auch vor der Befestigung der Kontaktbrücke 7 an dem Kontaktelement 28 der Stromquelle und/oder - senke 8, die im Beispiel über die Schraube 31 erfolgt, mit guter Genauigkeit vorzugeben, wird ein Abschnitt der Kontaktbrücke 7, der den Befestigungsabschnitt 13 umfasst, in eine Ausnehmung 18 des Isolationselements 27 eingelegt und liegt an einer Kontaktfläche 17 des Isolationselements 27 an. Die Kontaktbrücke 7 ist somit auf einer in Axialrichtung der elektrischen Maschine 1 von dem Statorkörper 5 abgewandten Seite einer Wand 16 des Isolationselements 27 angeordnet. Das Isolationselement 27 wird im Beispiel über die Schraube 19 an dem Gehäuse 12 befestigt, um die relative Position von Isolationselement 27 und Gehäuse 12 zueinander mit guter Genauigkeit festzu legen.
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Toleranzen im Rahmen des Aufbaus der elektrischen Maschine können insbesondere dazu führen, dass die Axialpositionen der Enden der Leiterabschnitte 9, 10 variieren. Dies kann dazu führen, dass diese nicht an der gleichen Axialposition enden, sondern dass ihre Enden den Abstand 20 aufweisen. Da die Leiterabschnitte 9, 10, wie in 1 und 2 dargestellt ist, sich jedoch parallel in Axialrichtung der elektrischen Maschine erstrecken, können Toleranzen problemlos ausgeglichen werden, indem die leitfähige Verbindung erst erfolgt, nachdem die Kontaktbrücke 7 beziehungsweise der Befestigungsabschnitt 13 in die gezeigte Montageposition gebracht wurde beziehungsweise dort befestigt wurde. Die leitfähige Verbindung kann in diesem Fall beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Leiterabschnitte 9, 10 an ihren Stirnseiten in Umfangsrichtung miteinander verschweißt oder verlötet werden.
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Es kann jedoch, insbesondere wenn relativ viele Phasen beziehungsweise Wicklungen kontaktiert werden sollen, wie später noch mit Bezug auf 3 erläutert wird, vorteilhaft sein, die leitfähige Verbindung durch ein Verschweißen beziehungsweise Verlöten über die axialen Stirnflächen 11 zu realisieren. Hierzu kann einer der Leiterabschnitte 9, 10 derart gekürzt werden, dass die Leiterabschnitte 9, 10 an gleicher Position in Axialrichtung der elektrischen Maschine 1 enden. Es kann jedoch besonders einfacher sein, alle zu verwendenden Leiterabschnitte 9, 10 der elektrischen Maschine an einer festen Axialposition 21 zu trennen, um beispielsweise ein genutztes Löt- beziehungsweise Schweißwerkzeug nur in einer Ebene bewegen zu müssen.
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3 zeigt eine Draufsicht auf einen Stator 3 eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine. Die weiteren Komponenten der elektrischen Maschine sind, abgesehen von den Kontaktbrücken 7, aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt. Im Stator 3 trägt der Statorkörper 5 für drei Phasen 22, 23, 24 jeweils drei parallele Wicklungen 6. Jede der Wicklungen 6 endet, wie bereits obig für eine einzelne Wicklung 6 erläutert, in einem jeweiligen Leiterabschnitt 9, der sich in Axialrichtung von dem Statorkörper 5 weg erstreckt. Für jede der Phasen 22, 23, 24 ist eine jeweilige Kontaktbrücke 7 vorgesehen, die jeweils drei in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine beabstandete Leiterabschnitte 10 aufweist, die sich ebenfalls in Axialrichtung der elektrischen Maschine von dem Statorkörper 5 weg erstrecken. Für jede der Phasen 22, 23, 24 werden somit drei Paare aus einem Leiterabschnitt 9 der jeweiligen Wicklung 6 und einem jeweiligen Leiterabschnitt 10 der jeweiligen Kontaktbrücke 7 leitend verbunden, beispielsweise wie obig erläutert verschweißt oder verlötet. Es können somit mehrere Wicklungen mehrerer Phasen mit geringem Aufwand kontaktiert werden, wobei die obig genannten Vorteile bezüglich des Toleranzausgleichs und somit der Vermeidung einer Verspannung der zur Kontaktierung genutzten Komponenten erreicht werden.
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4 zeigt ein Kraftfahrzeug 25, das die mit Bezug zu 1 und 2 beziehungsweise die mit Bezug zu 3 diskutierte elektrische Maschine 1 umfasst. Die Stromquelle beziehungsweise -senke 8 ist in diesem Fall ein Wechselrichter, über den Strom eines Energiespeichers 26, beispielsweise einer Batterie, an die elektrische Maschine 1 bereitgestellt wird, um das Kraftfahrzeug 25 anzutreiben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202018006090 U1 [0004]
