DE102020121273A1 - Electric machine with protective mechanism on a welded joint; and methods of assembling the electrical machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) für einen Kraftfahrzeugantrieb, mit einem einen Grundkörper (2) und eine innerhalb des Grundkörpers (2) aufgenommene Spulenwicklung (3) aufweisenden Spulenbauteil (4) sowie mit einem mit der Spulenwicklung (3) verbundenen Anschlussbauteil (5), wobei ein Ende (6) eines ersten Drahts (7) der Spulenwicklung (3) über eine Schweißverbindung (8) mit einem Ende (9) eines zweiten Drahts (10) des Anschlussbauteils (5) verbunden ist, wobei zwei zu dem jeweiligen Ende (6, 9) hin verlaufende Abschnitte (11, 12) der beiden Drähte (7, 10) über ein Halteelement (13) quer zueinander gehalten sind. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage dieser elektrischen Maschine (1).The invention relates to an electrical machine (1) for a motor vehicle drive, having a coil component (4) having a base body (2) and a coil winding (3) accommodated inside the base body (2), and a connection component (4) connected to the coil winding (3). 5), wherein one end (6) of a first wire (7) of the coil winding (3) is connected via a welded joint (8) to one end (9) of a second wire (10) of the connection component (5), two being connected to the sections (11, 12) of the two wires (7, 10) running towards each end (6, 9) are held transversely to one another via a holding element (13). The invention also relates to a method for assembling this electrical machine (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für einen Kraftfahrzeugantrieb, mit einem einen Grundkörper und eine innerhalb des Grundkörpers aufgenommene Spulenwicklung aufweisenden Spulenbauteil sowie mit einem mit der Spulenwicklung verbundenen Anschlussbauteil, wobei ein Ende eines ersten Drahts der Spulenwicklung über eine Schweißverbindung mit einem Ende eines zweiten Drahts des Anschlussbauteils verbunden ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage dieser elektrischen Maschine.The invention relates to an electrical machine for a motor vehicle drive, with a coil component having a base body and a coil winding accommodated within the base body, and with a connection component connected to the coil winding, one end of a first wire of the coil winding being connected via a welded connection to one end of a second wire of the Connection component is connected. Furthermore, the invention relates to a method for assembling this electrical machine.
Ein der Anmelderin bekannter Stand der Technik ist in
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine zur Verfügung zu stellen, die deutlich robuster gegenüber im Betrieb oder bei der Montage auftretender Kräfte ist.It is therefore the object of the present invention to provide an electrical machine that is significantly more robust with regard to the forces that occur during operation or during assembly.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwei zu dem jeweiligen Ende hin verlaufende Abschnitte der beiden Drähte über ein Halteelement quer zueinander gehalten / abgestützt sind. Unter „quer“ ist eine Querrichtung (bevorzugt senkrecht) zu einer gedachten, von dem Abschnitt zu dem Ende desselben Drahtes hin verlaufenden Bezugslinie zu verstehen.According to the invention, this is achieved in that two sections of the two wires running towards the respective end are held/supported transversely to one another via a holding element. "Transverse" means a direction transverse (preferably perpendicular) to an imaginary reference line extending from the section to the end of the same wire.
Durch das Halteelement wird ein einfaches Mittel zur Verfügung gestellt, um die Drähte vor einem unerwünschten Verkippen und folglich die Schweißverbindung vor einer zu großen Biegebelastung zu schützen. Die vorhandenen Verbindungen der Drähte sind dadurch wesentlich robuster. Des Weiteren besteht der Vorteil, dass das Halteelement sowohl für die Montage als auch für den Betrieb als Schutzmechanismus dient. Dadurch wird sowohl die Montage weiter vereinfacht, als auch die Dauerfestigkeit der elektrischen Maschine deutlich erhöht.The holding element provides a simple means of protecting the wires from undesired tilting and consequently the welded connection from excessive bending stress. The existing connections of the wires are therefore much more robust. Furthermore, there is the advantage that the holding element serves as a protective mechanism both for assembly and for operation. This further simplifies assembly and significantly increases the fatigue strength of the electrical machine.
Weitergehende vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.Further advantageous embodiments are claimed with the dependent claims and explained in more detail below.
Von Vorteil ist es demnach, wenn das Halteelement derart ausgebildet ist, dass es die Abschnitte gemeinsam zumindest von zwei entgegengesetzten Seiten her umgreift / umklammert. Dadurch ist das Halteelement auf einfache Weise an den Drähten fixierbar.Accordingly, it is advantageous if the retaining element is designed in such a way that it encompasses/clasps the sections together at least from two opposite sides. As a result, the holding element can be fixed to the wires in a simple manner.
Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Halteelement eine die Abschnitte (vollständig) umgebende / umgreifende Hülse ist. Dadurch werden die Drähte über eine möglichst stabile Verbindung aneinander festgelegt. Alternativ ist es auch zweckmäßig, wenn das Halteelement als Klammer realisiert ist (d.h. mit einseitig geöffneter Querschnittsform) umgesetzt ist.It is also advantageous if the holding element is a sleeve that (completely) surrounds/encloses the sections. This secures the wires to one another with the most stable connection possible. Alternatively, it is also expedient if the holding element is implemented as a clip (i.e. with a cross-sectional shape open on one side).
Als zweckmäßig hat es sich herausgestellt, wenn das Anschlussbauteil eine Stromsammelschiene, etwa in Form eines Hochspannungsterminals, und/oder eine Leistungselektronik, etwa aufweisend verschiedene elektrische Bauteile, aufweist. Dadurch wird die elektrische Maschine möglichst direkt an weitere Bestandteile angebunden.It has proven to be expedient if the connection component has a busbar, for example in the form of a high-voltage terminal, and/or power electronics, for example having various electrical components. As a result, the electrical machine is connected to other components as directly as possible.
Für eine weiter vereinfachte Montage ist es zudem von Vorteil, wenn das Halteelement stoffschlüssig mit zumindest einem der beiden Drähte, weiter bevorzugt mit jedem der beiden Drähte, verbunden ist. Diesbezüglich hat es sich insbesondere als vorteilhaft herausgestellt, wenn diese stoffschlüssige Verbindung als eine Schweißverbindung realisiert ist. Dadurch bleibt das Halteelement fest an der beabsichtigten Stelle der beiden Abschnitte.For a further simplified assembly, it is also advantageous if the holding element is materially connected to at least one of the two wires, more preferably to each of the two wires. In this regard, it has proven to be particularly advantageous if this material connection is implemented as a welded connection. This keeps the retaining member firmly in the intended location of the two sections.
Als besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, wenn das Halteelement über einen Schweißpunkt mit zumindest einem der beiden Drähte, vorzugsweise mit jeweils einem Schweißpunkt mit beiden Drähten, verbunden ist. Dadurch ergibt sich eine einfach automatisierbare Verbindung dieser Bestandteile.It has been found to be particularly expedient if the holding element is connected to at least one of the two wires via a spot weld, preferably to a spot weld with both wires. This results in a connection of these components that is easy to automate.
Alternativ zu der stoffschlüssigen Verbindung ist es auch von Vorteil, wenn das Halteelement kraft- und/oder formschlüssig mit zumindest einem der beiden Drähte, weiter bevorzugt mit beiden Drähten, verbunden ist. Diese Verbindung führt zu einem möglichst dichten Anliegen der beiden Drähte aneinander.As an alternative to the integral connection, it is also advantageous if the holding element is connected in a non-positive and/or positive manner to at least one of the two wires, more preferably to both wires. This connection causes the two wires to fit together as tightly as possible.
In diesem Zusammenhang hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn das Halteelement über eine Verstemmung mit zumindest einem der beiden Drähte, vorzugsweise gar beiden Drähten, verbunden ist.In this context, it has proven to be expedient if the holding element is connected to at least one of the two wires, preferably even to both wires, by means of a caulking.
Für eine möglichst robuste Fixierung der Drähte zueinander ist es zudem vorteilhaft, wenn das Halteelement eine die Umfangsseiten der zu verbindenden Abschnitte zumindest teilweise folgende Querschnittsform aufweist.In order to fix the wires to one another as robustly as possible, it is also advantageous if the holding element has a cross-sectional shape that at least partially follows the peripheral sides of the sections to be connected.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn das Halteelement (wie auch die Drähte), vorzugsweise unter Ausbildung der Hülse, eine im Wesentlichen viereckige / rechteckförmige Querschnittsform aufweist. Alternativ hierzu ist es auch von Vorteil, wenn die Drähte rund realisiert sind und folglich das Halteelement eine runde oder elliptische Querschnittsform aufweist. Auch eine Umklammerung eines runden Drahts und eines rechteckigen Drahts ist in einer weiter bevorzugten Ausführung umgesetzt, sodass das Halteelement abschnittsweise rund / elliptisch sowie abschnittsweise rechteckig ausgebildet ist. Dadurch ist das Halteelement geschickt an die entsprechende Form der Drähte angepasst. Weiter bevorzugt (etwa bei Umsetzen des Halteelementes als Klammer) ist die Querschnittsform des Halteelementes zu einer Seite geöffnet.In this context, it is advantageous if the holding element (like the wires) has an essentially square/rectangular cross-sectional shape, preferably forming the sleeve. As an alternative to this, it is also advantageous if the wires are implemented as round and consequently the holding element has a round or elliptical cross-sectional shape. A round wire and a rectangular wire are also clasped together in a further preferred embodiment, so that the holding element is designed to be round/elliptical in sections and rectangular in sections. As a result, the holding element is cleverly adapted to the corresponding shape of the wires. More preferably (e.g. when converting the holding element as a clamp), the cross-sectional shape of the holding element is open on one side.
Ist zumindest im Bereich der Schweißverbindung eine Isolationsschicht, vorzugsweise mittels eines Pulverbadtauchvorgangs, aufgebracht, ist eine verlässliche Isolierung der Drähte zur Verfügung gestellt.If an insulating layer is applied at least in the area of the welded connection, preferably by means of a powder bath dipping process, reliable insulation of the wires is provided.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen, wobei zunächst ein der Spulenwicklung zugehöriger, erster Draht mit seinem, an ein Ende des ersten Drahtes anschließenden, ersten gerade verlaufenden Abschnitt neben einem, parallel zu dem ersten Abschnitt verlaufenden, zweiten Abschnitt eines zweiten Drahtes des Anschlussbauteils angeordnet wird, sodass ein Ende des zweiten Abschnittes auf einer gleichen Höhe mit dem Ende des ersten Drahtes angeordnet ist, im Anschluss daran ein Halteelement an beiden Abschnitten angebracht wird, sodass die beiden Abschnitte in ihrer Querrichtung durch das Halteelement zueinander festgelegt sind, und anschließend die Enden über eine Schweißverbindung miteinander verbunden werden. Dadurch ergibt sich auch während der Montage eine möglichst exakte relative Positionierung der Drähte und deren Enden zueinander.Furthermore, the invention relates to a method for assembling an electrical machine according to the invention according to at least one of the above-described versions, wherein first a first wire associated with the coil winding is connected with its first straight section, which adjoins one end of the first wire, next to a parallel to second section of a second wire of the connection component running along the first section, so that one end of the second section is arranged at the same height as the end of the first wire, after which a holding element is attached to both sections, so that the two sections in their transverse direction are fixed to one another by the holding element, and then the ends are connected to one another via a welded joint. This results in the most exact possible positioning of the wires and their ends relative to one another, even during assembly.
Mit anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß ein Schutzmechanismus für eine Schweißstelle (Schweißverbindung) für elektrische Maschinen umgesetzt. In der elektrischen Maschine wird die Schweißverbindung für Stromschienen oder allgemeine Leiter durch eine zusätzliche Komponente (Halteelement) geschützt, sodass eine Zug-, Druck-, Torsions- oder Scherbelastung von der Schweißverbindung auf die zusätzliche Komponente verlagert wird. Genauer betrachtet, wird eine Hülse über die losen Stromschienen (erster Draht und zweiter Draht) geschoben, um diese für einen Schweißvorgang vorzupositionieren. Die Hülse ist zunächst lose und daher nicht mit den Stromschienen verbunden. Es ist jedoch vorteilhaft, diese Hülse mit den Stromschienen durch einen Schweißpunkt oder durch eine mechanische Verformung zu verbinden. Die Stromschienen können dann miteinander verschweißt werden.In other words, according to the invention, a protective mechanism for a weld point (weld connection) for electrical machines is implemented. In the electric machine, the welded connection for busbars or general conductors is protected by an additional component (retaining element) so that a tensile, compressive, torsional or shearing load is shifted from the welded connection to the additional component. More specifically, a sleeve is slid over the loose busbars (first wire and second wire) to pre-position them for a weld. The sleeve is initially loose and therefore not connected to the busbars. However, it is advantageous to connect this sleeve to the busbars by spot welding or by mechanical deformation. The busbars can then be welded together.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.The invention will now be explained in more detail below with reference to figures.
Es zeigen:
-
1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, mit der eine Verbindungsstelle zwischen zwei Drähten einer Spulenwicklung und eines Anschlussbauteils samt einem zur Sicherung der zwischen diesen Drähten vorhandenen Schweißverbindung dienenden Halteelement detailliert zu erkennen sind, -
2 eine perspektivische Darstellung der in1 bereits dargestellten Verbindungsstelle, -
3 eine perspektivische Darstellung des in den1 und2 eingesetzten, als Hülse ausgebildeten Halteelementes, womit eine Querschnittsform dieses Halteelementes näher zu erkennen ist, -
4 eine perspektivische Darstellung einer seitens ihres Stators und eines Anschlussbauteils zu erkennenden elektrischen Maschine, sowie -
5 eine Schnittansicht einer gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten elektrischen Maschine.
-
1 a sectional view of an electrical machine according to the invention according to a preferred exemplary embodiment, with which a connection point between two wires of a coil winding and a connection component together with a holding element serving to secure the welded connection between these wires can be seen in detail, -
2 a perspective view of the1 connection point already shown, -
3 a perspective view of the1 and2 inserted holding element designed as a sleeve, whereby a cross-sectional shape of this holding element can be seen in more detail, -
4 a perspective view of an electrical machine that can be seen from its stator and a connection component, and -
5 a sectional view of a trained according to the prior art electrical machine.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.The figures are only of a schematic nature and serve exclusively for understanding the invention. The same elements are provided with the same reference numbers.
Mit
Die elektrische Maschine 1 weist demnach auf übliche Weise einen in
Das Spulenbauteil 4, wie ebenfalls in
Der Grundkörper 2 ist zu einer radialen Innenseite 18 hin mit mehreren Nuten 19 versehen. Die Nuten 19 verlaufen in axialer Richtung, d. h. entlang einer gedachten Drehachse des Rotors, geradlinig und durchdringen den Grundkörper 2 vollständig. Die Nuten 19 sind zu der Innenseite 18 hin geöffnet. Die Nuten 19 sind in Umfangsrichtung an der Innenseite 18 verteilt angeordnet.The
An dem Grundkörper 2 bzw. in dem Grundkörper 2 ist eine Spulenwicklung 3 aufgenommen. Drähte 7 der Spulenwicklung 3 verlaufen mit entsprechenden Längsabschnitten innerhalb der Nuten 19 und sind zu je einer axialen Stirnseite 20a, 20b des Grundkörpers 2 auf übliche Weise umgelegt. Auf übliche Weise überkreuzen sich die einzelnen (ersten) Drähte 7 der Spulenwicklung 3 daher. Mit
Das Anschlussbauteil 5 ist in dieser Ausführung eine einfache Stromschiene zum weiteren Verbinden der Spulenwicklung 3 mit einer Steuerung ausgebildet. Es ist jedoch auch alternativ möglich, dieses Anschlussbauteil 5 auf andere Weise umzusetzen, bspw. bereits als eine Leistungselektronik / ein Leistungselektronikmodul mit weiteren elektronischen Bauteilen.In this embodiment, the connecting
Mit den
Auf diese Weise sind gemäß
In
Um die beiden Drähte 7, 10 an ihren Abschnitten 11, 12 an einem relativen Verkippen zueinander zu hindern, ist erfindungsgemäß ein Halteelement 13 in Form einer Hülse 21 an diesen Abschnitten 11, 12 angebracht. Das Halteelement 13, wie es alleine in
Das Halteelement 13 ist mit seiner Querschnittsform 16 derart auf die Außenform der Umfangsseiten 14, 15 der Drähte 7, 10 abgestimmt, dass es flächig an den Umfangsseiten 14, 15 der beiden Drähte 7, 10 anliegt. Da die beiden Abschnitte 11, 12 einen viereckigen Querschnitt aufweisen (jeweils zur Hälfte beschreiben), weist folglich auch das Halteelement 13 eine viereckige Querschnittsform 16 auf. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass in weiteren Ausführungen jedoch auch andere Querschnittsformen 16 für das Halteelement 13 denkbar sind. Demnach weist das Halteelement 13 bei einer kreisrunden Querschnittsform der Abschnitte 11, 12 bevorzugt eine ebenfalls kreisrunde oder elliptische Form auf.The
Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn das Halteelement 13 über eine Verbindung an den beiden Drähten 7 und 10 befestigt ist, um auch in Längsrichtung der Abschnitte 11, 12 festgelegt zu sein. Bevorzugt ist das Halteelement 13 über eine weitere Schweißverbindung, vorzugsweise in Form eines Schweißpunktes, an jedem Abschnitt 11, 12 befestigt. Alternativ hierzu ist es in weiteren Ausführungen auch möglich, wenn das Halteelement 13 über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung, etwa eine Verstemmung, mit jedem Abschnitt 11, 12 verbunden ist. Auch ist es möglich gemäß weiterer Ausführungen das Halteelement 13 lediglich mit einem der beiden Abschnitte 11 oder 12 zu verbinden.Furthermore, it is expedient if the holding element 13 is fastened to the two
Zudem sei darauf hingewiesen, dass die Schweißverbindung 8 vorzugsweise mit einer Isolationsschicht 17 (vollständig) beschichtet ist. Die Isolationsschicht 17 wird bevorzugt über einen Pulverbadtauchvorgang aufgebracht.It should also be pointed out that the welded
In Verbindung mit den
Anschließend wird bevorzugt das Halteelement 13 mittels der stoffschlüssigen Verbindung oder der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit dem ersten Draht 7 und dem zweiten Draht 10 verbunden. Anschließend wird dann die Schweißverbindung 8 aufgebracht. Auch kann alternativ hierzu die Schweißverbindung 8 vor dem Verbinden des Halteelements 13 mit den Drähten 7, 10 aufgebracht werden. Damit werden die auf gleicher Höhe angeordneten Enden 6, 9 der Drähte 7, 10 über die Schweißverbindung 8 miteinander verbunden / verschweißt.The holding element 13 is then preferably connected to the
Mit anderen Worten ausgedrückt, besteht die erfinderische Lösung darin, die Schweißstelle (Schweißverbindung 8) durch ein eins zusätzliches Bauteil (Halteelement 13) zu schützen und die Belastung von Zug-, Druck-, Torsions- und Schubspannungen von der Schweißverbindung 8 auf dieses zusätzliche Bauteil zu verlagern.In other words, the inventive solution consists in protecting the weld (weld 8) by an additional component (retaining element 13) and the loading of tensile, compressive, torsional and shear stresses from the
Im Sinne der erfinderischen Lösung wird in einer bevorzugten Ausführung eine Hülse 21 über die noch losen Busbars (Drähte 7, 10) gesteckt. Dadurch werden diese für den Schweißprozess vorpositioniert. Die Hülse 21 ist zunächst noch lose und somit nicht an den Busbars fixiert. Es ist vorstellbar, die Hülse 21 mit beiden Busbars über einen Schweißpunkt oder über eine mechanische Deformierung zu verbinden. Die beiden Drähte 7, 10 / Busbars können dann verschweißt werden.In accordance with the inventive solution, a sleeve 21 is inserted over the still loose busbars (
Im vorliegenden Fall werden zwei Rechteckdrähte (Drähte 7, 10) miteinander verbunden. Daher kann die Hülse 21 auch einen rechteckigen Querschnitt (Querschnittsform 16) aufweisen. Jedoch ist auch jeder beliebig andere Querschnitt, bspw. ein runder Querschnitt denkbar. Die zu verbindenden Drähte 7, 10 können ebenso rund sein.In the present case, two rectangular wires (
Mit Hilfe des zusätzlichen Bauteils in Form der Hülse 21 wird die Belastung der Schweißstelle auf die Hülse 21 übertragen. Somit ist die Schweißstelle gegen ein Aufklaffen geschützt. Entsprechende Belastungen können sein: Ausgleich von Toleranzen; Montagetoleranzen; Wärmeausdehnungen.With the help of the additional component in the form of the sleeve 21, the load on the weld point is transferred to the sleeve 21. The weld is thus protected against gaping. Corresponding loads can be: Compensation of tolerances; assembly tolerances; thermal expansions.
Das zusätzliche Bauteil ist zudem so klein, dass der Isolierprozess über das sogenannte Pulverbadtauchen durchgeführt werden kann.The additional component is also so small that the insulation process can be carried out using what is known as powder bath immersion.
Durch die erfindungsgemäße Verbindung mittels der Hülse 21 ergeben sich folgende Vorteile: Durch die Hülse 21 werden die beiden zu verbindenden Busbars / Drähte 7, 10 vorpositioniert. Die Belastung der Schweißstelle wird auf die Hülse 21 übertragen. Es ergibt sich einfaches System. Zudem bleiben bisherige Prozesse, wie Isolierung, Fügen, etc. unberührt.The connection according to the invention by means of the sleeve 21 results in the following advantages: The sleeve 21 pre-positions the two busbars/
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- elektrische Maschineelectric machine
- 22
- Grundkörperbody
- 33
- Spulenwicklungcoil winding
- 44
- Spulenbauteilcoil assembly
- 55
- Anschlussbauteilconnecting component
- 66
- erstes Endefirst end
- 77
- erster Drahtfirst wire
- 88th
- Schweißverbindungwelded joint
- 99
- zweites Endesecond end
- 1010
- zweiter Drahtsecond wire
- 1111
- erster Abschnittfirst section
- 1212
- zweiter Abschnittsecond part
- 1313
- Halteelementholding element
- 1414
- erste Umfangsseitefirst perimeter page
- 1515
- zweite Umfangsseitesecond peripheral side
- 1616
- Querschnittsformcross-sectional shape
- 1717
- Isolationsschichtinsulation layer
- 1818
- Innenseiteinside
- 1919
- Nutgroove
- 20a20a
- erste Stirnseitefirst face
- 20b20b
- zweite Stirnseitesecond face
- 2121
- Hülsesleeve
- 2222
- Verbindungsstelleconnection point
Claims (8)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |