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Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktierung eines Stators einer elektrischen Maschine. Der Stator der elektrischen Maschine besitzt drei Ringleiter, die an einem Statorende angeordnet sind. Drei Stromschienen sind vorgesehen, wobei je eine der Stromschienen mit je einem der Ringleiter elektrisch leitend über Enden der Ringleiter verbunden ist.
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Aus der
DE 10 2014 201 637 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Stators bekannt, der mehrere Statorpole und wenigstens eine Stromschiene zum elektrischen Verbinden der Enden der Wicklungen unterschiedlicher Statorpole aufweist. Die Stromschiene ist mehrteilig ausgebildet und hat mehrere Halteteile, an denen jeweils wenigstens ein Wickeldraht fixierbar ist. Zeitlich nach dem Wickelvorgang wird die Stromschiene dadurch zusammengesetzt, dass die Halteteile mittels des Verbindungsteils elektrisch leitend verbunden werden.
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Aus der
EP 3 300 218 B1 ist ein Kontaktring zur Anordnung an einem Stator eines elektronisch kommutierten Elektromotors bekannt. Der Kontaktring ist aus zumindest zwei Paaren identischer, teilringförmiger, metallischer Elemente ausgebildet. Jedes der Paare ist dabei mit einer Anschlussfahne zur Anbindung an einer Spannungsquelle verbunden. Die Anschlussfahnen benötigen viel axialen Bauraum.
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In vielen industriellen Anwendungen und zunehmend auch in der Automobilindustrie werden permanenterregte Synchronmaschinen (PSM) eingesetzt. Eine solche PSM-Maschine besteht aus einem zu bestromenden Stator und einem permanenterregten Rotor. Der Stator besteht zumindest aus Statorwicklungen (Drahtwicklungen), einem Statorträger, einem Verschaltungsring und einem Terminal zur Leistungselektronik.
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Elektrische Maschinen mit konzentrierter Wicklung besitzen eine unterschiedliche Anzahl an sog. Statorzähnen. In der Regel bilden drei aufeinanderfolgende Zähne ein Polpaar. Für elektrische Maschinen mit konzentrierter Wicklung und Sternverschaltung müssen die einzelnen Polpaare, also bspw. drei Zähne, miteinander gekoppelt bzw. elektrisch verbunden werden. Die Realisierung und Zugänglichkeit dieses Sternpunktes wird oft durch den Bauraum begrenzt.
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Gemäß dem Stand der Technik gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, die Verschaltung zu realisieren. Eine übliche Art und Weise ist, die beiden Enden eines Ringleiters mit einer Stromschiene zu verbinden. Dabei bedarf es einer hohen Positionierungsgenauigkeit, genauere Einzelteiltoleranzen und mehrere Schweiß- und Verbindungsstellen.
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Eine elektrische Kontaktierung eines Stators einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 10 2014 115 379 A1 bekannt.
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Bezüglich weiteren Standes der Technik wird auf die
DE 11 2011 100 325 T5 sowie auf Matthes, K.-J.; Schneider, W.: Schweißtechnik, 6. Auflage, Fachbuchverlag Leibzig, 2016, Seiten 341 bis 343, ISBN 978-3-446-44561-1, verwiesen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Kontaktierung eines Stators einer elektrischen Maschine durch eine Ausführung des Verschaltungsringes zu schaffen, so dass die Kontaktierung und die Montage der Stromschiene und des zugehörigen Ringleiters erheblich vereinfacht werden kann, so dass die Prozesse verschlankt, Prozesszeiten verkürzt und Kosten eingespart werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Kontaktierung eines Stators einer elektrischen Maschine, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Die erfindungsgemäße elektrische Kontaktierung des Stators der elektrischen Maschine wird dadurch erreicht, dass die Enden eines jeden Ringleiters in Umfangrichtung überlappen und miteinander fest verbunden sind. Ein Flachstück der entsprechenden Stromschiene ist mit den überlappenden Enden des entsprechenden Ringleiters verbunden.
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Die erfindungsgemäße Kontaktierung hat den Vorteil, dass elektrische Verluste deutlich verringert werden, da die Anzahl der Verbindungsstellen (Schweißstellen) reduziert ist. Hinzu kommt, dass Kontaktfläche der Verbindung zwischen dem Ringleiter und dem Flachstück der entsprechenden Stromschiene deutlich erhöht ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindung eines jeden Ringleiters an dessen Enden mittels einer Schweißnaht ausgeführt. Ebenso kann die Verbindung des Flachstücks der entsprechenden Stromschiene mit den überlappenden Enden des entsprechenden Ringleiters mittels einer Schweißnaht ausgeführt sein.
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Die kleinen Kontaktbereiche (Schweißstellen) der elektrischen Kontaktierung nach dem Stand der Technik führen aufgrund der Verluste zu Hotspots. Dies bedeutet, dass in diesen Bereichen hohe Temperaturen auftreten, was zu den Verlusten führt.
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Jeder Ringleiter hat an jedem Ende einen S-Schlag ausgebildet. Durch den Schlag können die beiden Enden in axialer Richtung überlappend angeordnet werden. Jede Stromschiene hat eine Kröpfung ausgebildet, so dass eine Gewindebuchse jeder Stromschiene von dem Ringleiter unter einem Abstand in axialer Richtung angeordnet ist.
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Die gemäß der Erfindung gestalteten Stromschienen können deutlich einfacher ausgeführt werden. Der Kontaktierungsbereich zu dem Ringleitern ist flach ausgeführt und verzeiht somit große Toleranzabweichungen. Ebenfalls lassen sich durch den flachen Kontaktierungsbereich die Herstellungskosten reduzieren, da weniger Fertigungsaufwand, wie z. B. Biege-Operationen bei der Ausbildung der Flächenelemente der Stromschienen des Standes der Technik, erforderlich ist.
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Hinzu kommt, dass gemäß der Erfindung der Bauraum im Bereich der Kontaktierung (zwischen Stromschiene und Ringleiter) erheblich reduziert werden kann. Diese Optimierung kommt auch einem Isolierprozess zu Gute, da der Bereich nun einfacher zugänglich ist und somit einfacher in einen Isolierprozess integriert werden kann.
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Ebenfalls kann gemäß der Erfindung der Stromschluss optimiert werden.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun die Erfindung und ihre Vorteile durch Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dadurch die Erfindung auf das gezeigte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
- 1 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf ein Statorende, an dem Stromschienen, gemäß dem Stand der Technik, die Ringleiter verbinden.
- 2 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Zuordnung einer der Stromschienen zum jeweiligen Ringleiter gemäß dem Stand der Technik.
- 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der elektrisch leitenden Verbindung der Stromschienen mit dem jeweiligen Ringleiter gemäß dem Stand der Technik.
- 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ringleiters gemäß der Erfindung.
- 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Zuordnung und Verbindung einer der Stromschienen mit dem jeweiligen Ringleiter.
- 6 zeigt eine Seitenansicht einer Stromschiene, die gemäß der Erfindung mit dem Ringleiter verbunden ist.
- 7 zeigt eine Seitenansicht einer Stromschiene, die gemäß dem Stand der Technik mit dem Ringleiter verbunden ist.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die Figuren stellen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, ohne jedoch die Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele zu beschränken.
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1 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf ein Statorende 10, an dem eine erste, zweite und dritte Stromschiene 1, 2 und 3, gemäß dem Stand der Technik, mit den entsprechenden ersten, zweiten und dritten Ringleitern 11, 12 und 13 elektrisch leitend verbunden sind. Die ersten, zweiten und dritten Ringleiter 11, 12 und 13 haben zwei in axialer Richtung A abstehende Enden 15 ausgebildet, die zur elektrischen Kontaktierung mit der entsprechenden ersten, zweiten bzw. dritten Stromschiene 1, 2 und 3 verbunden werden. Die ersten, zweiten und dritten Ringleiter 11, 12 und 13 führen zu den einzelnen Statorwicklungen (nicht dargestellt). Den Ringleitern 11, 12 und 13 ist ferner eine dezentrale Sternverschaltung 14 zugeordnet.
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2 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Zuordnung einer der Stromschienen 1, 2 oder 3 zum jeweiligen Ringleiter 11, 12 bzw. 13 gemäß dem Stand der Technik. In 2 ist lediglich der dritte Ringleiter 13 dargestellt, der mit der dritten Stromschiene 3 verbunden ist. Jede der Stromschienen 1, 2 und 3 trägt im Bereich eines ersten Endes 4 eine Gewindebuchse 6, mit der elektrische Leiter (nicht dargestellt) verbunden werden können. Im Bereich eines zweiten Endes 5 hat jede der Stromschienen 1, 2 und 3 Flächenelemente 8 ausgebildet, die ebenfalls in axialer Richtung A von der Stromschiene 1, 2 oder 3 abstehen. Über die Flächenelemente 8 werden die Stromschienen 1, 2 oder 3 mit den beiden Enden 15 der Ringleiter 11, 12 oder 13, die sich ebenfalls in axialer Richtung A erstecken, verbunden.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht der elektrisch leitenden Verbindung der dritten Stromschiene 3 mit dem jeweiligen dritten Ringleiter 13 gemäß dem Stand der Technik. Gemäß dem Stand der Technik gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, die Verschaltung der Ringleiter 11, 12 und 13 zu realisieren. Eine übliche Art und Weise ist, wie hier dargestellt, dass die beiden Enden 15 eines Ringleiters 11, 12 oder 13 (hier der dritte Ringleiter 13) mit der entsprechenden Stromschiene 1, 2 oder 3 (hier die dritte Stromschiene 3) verbunden werden. Die beiden Enden 15 des dritten Ringleiters 13 werden über Schweißnähte 16 mit den Flächenelementen 8 der dritten Stromschiene 3 verbunden. Dabei bedarf es einer hohen Positionierungsgenauigkeit, genauer Einzelteiltoleranz und mehrerer Schweiß- bzw. Verbindungsstellen.
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Diese Verbindung aus Ringleiter 11, 12 oder 13 und entsprechenden Stromschienen 1, 2 oder 3 steht in axialer Richtung A hervor. Es lässt sich leicht erkennen, dass diese Verbindung eine sehr hohe Positionierungsgenauigkeit fordert, um beide Enden 15 mit den entsprechenden Flächenelementen 8 sauber und sicher zu verbinden. Die beiden Enden 15 des Ringleiters 11, 12 oder 13 werden separat an die Stromschiene 1, 2 oder 3 kontaktierend angebunden. Somit entstehen zwei Schweißstellen 16. Es gilt, je höher die Anzahl der Schweißstellen 16 für den Übergang von der Stromschiene 1, 2 oder 3 in den Ringleiter 11, 12 oder 13, desto höher die Verluste.
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4 zeigt die Ausgestaltung eines Ringleiters 11, 12 oder 13, wie er bei der gegenwärtigen Erfindung Verwendung findet. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Ringleiters 11, 12 oder 13 sind die beiden Enden 15 derart ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung U überlappen.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Zuordnung und Verbindung einer der Stromschienen 1, 2 oder 3 mit dem jeweiligen Ringleiter 11, 12 oder 13. Die beiden Enden 15 eines jeden Ringleiters 11, 12 oder 13 sind über eine Schweißnaht 16 miteinander verbunden. Jeder der Ringleiter 11, 12 oder 13 hat hierzu an den beiden Enden 15 jeweils einen S-Schlag 20 (siehe 4) ausgebildet. Dadurch lassen sich beide Enden 15 übereinanderlegen und können beispielsweise durch eine Schweißnaht 16 verbunden werden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Möglichkeit der Verbindung durch eine Schweißnaht 16 nur eine von mehreren Möglichkeiten ist. Für die Verbindung der beiden Enden 15 eines jeden der Ringleiter 11, 12 oder 13 wäre z.B. auch ein Verkleben mit einem leitenden Kleber denkbar.
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Das zweite Ende 5 der Stromschienen 1, 2 oder 3 ist als Flachstück 9 ausgebildet. Das Flachstück 9 der Stromschienen 1, 2 oder 3 kann mit den beiden verbundenen Enden 15 des Ringleiters 11, 12 oder 13 ebenfalls mittels einer Schweißnaht 16 verbunden werden. Mit diesem speziellen Aufbau kann der axiale Aufbau deutlich verringert, die Positionsgenauigkeit erhöht und die Montage erheblich verbessert werden.
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Jede der Stromschienen 1, 2 oder 3 weist eine Kröpfung 7 auf. Mittels der Kröpfung 7 ist die Gewindebuchse 6 am ersten Ende 4 der Stromschiene 1, 2 oder 3 von den Ringleitern 11, 12 oder 13 durch einen Abstand B in axialer Richtung A beabstandet.
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6 zeigt eine Seitenansicht einer Stromschiene 1, 2 oder 3, die gemäß der Erfindung mit dem Ringleiter 11, 12 oder 13 verbunden ist. 7 zeigt eine Seitenansicht einer Stromschiene 1, 2 oder 3, die gemäß dem Stand der Technik mit dem Ringleiter 11, 12 oder 13 verbunden ist. Aus dem Vergleich der 6 und der 7 erkennt man, dass der Bauraum im Bereich der Kontaktierung von der Stromschiene 1, 2 oder 3 mit dem Ringleiter 11, 12 oder 13 erheblich reduziert werden kann. So erstreckt sich das Flachstück 9 der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Stromschiene 1, 2 oder 3 nicht in die axiale Richtung A (siehe 6), was Bauraum in der axialen Richtung A einspart.
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Bei der Stromschiene 1, 2 oder 3 des Standes der Technik erstecken sich die Flächenelemente 8 in die axiale Richtung A und beanspruchen folglich Bauraum in der axialen Richtung A (siehe 7).
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Es wird angenommen, dass die vorliegende Offenbarung und viele der darin erwähnten Vorteile durch die vorhergehende Beschreibung verständlich werden. Es ist offensichtlich, dass verschiedene Änderungen in Form, Konstruktion und Anordnung der Bauteile durchgeführt werden können, ohne von dem offenbarten Gegenstand abzuweichen. Die beschriebene Form ist lediglich erklärend, und es ist die Absicht der beigefügten Ansprüche, solche Änderungen zu umfassen und einzuschließen. Dementsprechend sollte der Umfang der Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Stromschiene
- 2
- zweite Stromschiene
- 3
- dritte Stromschiene
- 4
- erstes Ende
- 5
- zweites Ende
- 6
- Gewindebuchse
- 7
- Kröpfung
- 8
- Flächenelement
- 9
- Flachstück
- 10
- Statorende
- 11
- erster Ringleiter
- 12
- zweiter Ringleiter
- 13
- dritter Ringleiter
- 14
- Sternverschaltung
- 15
- Ende Ringleiter
- 16
- Schweißnaht
- 20
- S-Schlag
- A
- Axiale Richtung
- B
- Abstand
- U
- Umfangsrichtung
