-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leistungsanschluss für eine elektrische Maschine, insbesondere für zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
-
Bei Elektromotoren, insbesondere für Hybridfahrzeuge, werden üblicherweise die elektrischen Anschlüsse des Stators bzw. dessen Wicklungspaketes elektrisch mit Stromschienen verbunden. Diese erstrecken sich in axialer Richtung nach radial außen durch eine Motoröffnung in einen Aufnahmeraum eines Anschlussgehäuses und werden dort mittels einem weiteren Verbindungsanschluss mit Phasenanschlüssen einer Hochvoltverkabelung verbunden. Problematisch in der Anwendung sind die vom Verbrennungsmotor verursachten Schwingungen, die sich auch auf den Elektromotor und damit auf die einzelnen Komponenten der elektrischen Maschine übertragen und auswirken. Da eine feste bzw. starre Verbindung der Leistungsanschlüsse über das Anschlussgehäuse mit dem nicht schwingenden Motorgehäuse besteht, kann dies zu Defekten in der elektrischen Maschine führen, z.B. einem Kabelabriss.
-
In der
DE 10 2014 201 191 A1 ist eine Lösung vorgeschlagen, bei der ein flexibles Zwischenelement an der Stromschiene vorgesehen ist, welches auch bei von einem Verbrennungsmotor übertragenen Schwingungen eine sichere elektrische Verbindung zwischen dem Stator und der externen Energieeinheit gewährleistet.
-
Da es weiterhin Verbesserungsbedarf gibt, einen Schwingungseintrag in die elektrische Maschine möglichst auszuschließen, ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Leistungsanschluss für elektrische Maschinen bereitzustellen, durch welchen dies erreicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Vorgeschlagen wird ein Leistungsanschluss für eine in einem Gehäuse angeordnete elektrische Maschine, aufweisend zumindest eine Stromschiene, die an einem Bereich davon direkt oder indirekt elektrisch leitend mit einem Stator der elektrischen Maschine verbindbar ist, und mindestens einen elektrisch leitfähigen Bolzen, der an einem Endbereich davon mit der Stromschiene elektrisch kontaktierbar ist, und an einem anderen Endbereich davon über ein Verbindungsmittel mit einer Hochvoltverkabelung elektrisch kontaktierbar ist. Der Kopf des Bolzens weist an einem Bereich am Übergang zu seinem Schaft einen größeren Durchmesser als an einem darüber liegenden Bereich derart auf, dass ein Anschlagbereich gebildet ist. Außerdem ist ein als Hohlzylinder gebildeter Isolator je Bolzen vorgesehen, welcher derart gebildet ist, dass er den Bolzen in seinem Inneren aufnimmt, wobei der Isolator mit dem Bolzen an einem unteren Bereich davon durch eine Öffnung des Gehäuses der elektrischen Maschine dichtend durchgeführt ist, und der Isolator, genauer die Innenwand des Hohlraums, mit dem Kopfbereich des Bolzens oberhalb des Anschlagbereichs eine Nut bildet. Ferner ist eine Hülse einer vorgegebenen Länge vorgesehen, die über den Kopf des Bolzens in den Zwischenraum zwischen Kopf des Bolzens und Innenwand des Isolators aufbringbar ist, sowie ein Dichtungselement, das zwischen Anschlagbereich und Hülse eingebracht ist, wobei die Hülse beim Kontaktieren des Bolzens mit dem Verbindungsmittel das Dichtungselement an dem Anschlagbereich verpresst.
-
Durch die Hülse mit der Dichtung wird ein schwingungsgedämpfter Leistungsanschluss für E-Maschinen bei Fahrzeugen erreicht. Außerdem können dadurch Fertigungstoleranzen der Stromschiene ausgeglichen werden, so dass eine spannungsfreie Montage des Bolzens erreicht werden kann.
-
In einer Ausführung ist der untere Bereich des Isolators derart gebildet, dass der Bereich, der sich außerhalb der Öffnung des Gehäuses befindet, einen größeren Außendurchmesser aufweist als der Bereich, der in die Öffnung eingebracht ist. Somit wird ein Anschlag zwischen Isolator und Gehäuse der E-Maschine bereitgestellt und die Abdichtung verbessert.
-
In einer Ausführung ist das Verbindungsmittel ein Kabelschuh, und zusätzlich ist eine Schraube vorgesehen, mit welcher der Kabelschuh am Bolzen verschraubbar ist. Durch den Kabelschuh kann ein gleichmäßiger Druck beim Befestigen der Hochvoltverkabelung auf den Bolzen, die Hülse und die Dichtung erreicht werden.
-
In einer Ausführung weist die zumindest eine Stromschiene mindestens einen Phasenanschluss zur elektrischen Kontaktierung mit Phasenanschlüssen der Hochvoltverkabelung mittels jeweils einem Bolzen auf.
-
In einer Ausführung ist der Bolzen als Kupferbolzen ausgeführt. In einer Ausführung ist die Hülse als Stahlhülse ausgeführt.
-
Ferner wird eine Verwendung des Leistungsanschlusses zur Kontaktierung einer elektrischen Maschine mit einer Hochvoltverkabelung in einem Fahrzeug vorgeschlagen.
-
Ferner wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine als Antriebseinheiten, wobei die elektrische Maschine mit einem vorgeschlagenen Leistungsanschluss versehen ist.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt einen Leistungsanschluss für eine elektrische Maschine gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
-
Zum Betreiben von elektrischen Maschinen, nachfolgend auch kurz als E-Maschinen bezeichnet, in Fahrzeugen wie z.B. Hybridfahrzeugen bedarf es eines speziellen Stromanschlusses. Da die E-Maschinen für Fahrzeuge meist unter Öl laufen, müssen die Gehäusedurchführungen der drei Phasen gegen außen abgedichtet werden. Darüber hinaus müssen bei diesen Gehäusedurchführungen die geltenden Kriech-, Luft- und Durchschlagstrecken berücksichtigt werden. Meist erfolgt die Gehäusedurchführung mittels einem Bolzen 4, der mit einer (elektrisch leitfähigen) Stromschiene 2 des Stators 1 verbunden, z.B. aufgeschraubt, wird. Ein Bolzen 4 ist ein zylinderförmiges Verbindungselement, das an einem Ende davon einen Kopfbereich aufweist, dessen Durchmesser größer ist als der Schaft, d.h. der Rest des Verbindungselements.
-
Die Verbindung mit dem Bolzen 4 kann erfolgen, wenn die E-Maschine oder das Hybrid-Getriebe bereits moniert ist. Anschließend kann beim Verkabeln des Fahrzeugs die Hochvoltverkabelung an diesen Bolzen 4 mit Hilfe eines Kabelschuhs 8 und einer Schraube 7 angeschraubt werden.
-
Durch die Masse des Bolzens 4, der meist als Kupferbolzen ausgeführt ist, und die Masse der Hochvoltverkabelung kann es im Betrieb zu Schwingungen kommen, die auf die Stromschienen 2 übertragen werden können. Dies kann zum Defekt der E-Maschine führen, z.B. zu einem Kabelabriss. Um dies zu vermeiden, ist hier eine entsprechende Entkopplung nötig.
-
Außerdem kann durch Fertigungstoleranzen die radiale Lage der Stromschienen 2 von E-Maschine zu E-Maschine unterschiedlich sein, so dass bei der Montage mechanische Spannungen auf die Stromschiene einwirken können. Durch die Montage des Bolzens 4 sollten aber keine Montagekräfte auf die Stromschienen 2 aufgebracht werden.
-
Um beide Probleme zu lösen, wird ein Leistungsanschluss für elektrische Maschinen, auch als E-Maschinen bezeichnet, vorgeschlagen, wie nachfolgend anhand 1 erläutert.
-
Eine elektrische Maschine wird gemäß einer Ausführung dazu verwendet, ein Fahrzeug alleine oder gemeinsam mit einem Verbrennungsmotor anzutreiben. Ein solches Fahrzeug wird auch als Elektro- bzw. Hybridfahrzeug bezeichnet. Die elektrische Maschine ist in der Regel als permanenterregte elektrische Synchronmaschine mit Stator 1, Rotor etc. ausgeführt. Zur Bestromung ist das Wicklungspaket des Stators 1 der E-Maschine an mindestens einer Stromschiene 2 mit für die benötigten Phasen vorgesehenen Phasenanschlüssen befestigt. Zur elektrischen Verbindung mit der Hochvoltverkabelung des Fahrzeugs wird je ein vorteilhaft als Kupferbolzen ausgeführter Bolzen 4 mit seinem unteren Ende an den Phasenanschlüssen der Stromschiene 2 befestigt, z.B. in eine in der Stromschiene vorgesehene Öffnung verschraubt. In der Regel sind drei Phasen vorhanden, so dass auch drei Bolzen 4 benötigt werden. Mit seinem Kopf, also seinem oberen Ende, wird der Bolzen 4 z.B. mittels einer Schraube 7 an einem Kabelschuh 8 befestigt, der mit der Hochvoltverkabelung elektrisch verbunden ist. Hierfür kann der Bolzen 4 eine mittige Öffnung aufweisen, wie in 1 angedeutet.
-
Zur elektrischen Isolierung und Abdichtung der E-Maschine ist ein als Hülse, d.h. als Hohlzylinder, gebildeter Isolator 3 vorgesehen, in den der Bolzen 4 eingeführt ist bzw. wird. Der Isolator 3 ist in eine dafür vorgesehene Öffnung im Gehäuse 10 der E-Maschine abdichtend eingebracht. Seine Länge ist derart gewählt, dass auch ein Teil des oberen Bereichs bzw. des Kopfes des Bolzens 4 in seinen Hohlraum eingeführt werden kann. Hierfür ist eine entsprechende Verbreiterung des Hohlraums am oberen Endbereich des Isolators 3 vorgesehen. Das heißt, dass der Isolator 3 im Inneren im Wesentlichen dieselbe Form aufweist wie der Bolzen 4, d.h. der Innendurchmesser ist im oberen Bereich, welcher den Kopf des Bolzens 4 aufnimmt, größer als im unteren Bereich, in dem der Schaft des Bolzens 4 steckt.
-
Außerdem ist, wie in 1 gezeigt, der untere Bereich des Isolators 3 zur besseren Abdichtung vorteilhaft derart gebildet, dass der Bereich, der sich außerhalb der Öffnung des Gehäuses 10 befindet, einen größeren Außendurchmesser aufweist als der Bereich, der in die Öffnung eingebracht ist. Somit liegt der Isolator 3 auch auf dem Gehäuse 10 auf.
-
Der Bolzen ist erfindungsgemäß so ausgeführt, dass er spannungsfrei (d.h. ohne mechanische Spannung) an die Stromschienen 2 geschraubt werden kann. Um eine Spannungsfreiheit zu erreichen, ist eine z.B. als Stahlhülse ausgeführte Hülse 6 vorgesehen, die über das äußere Ende des Bolzens 4 aufgebracht, z.B. gesteckt, wird, so dass sie sich zwischen Außenwand des Bolzens 4 und Innenwand des Isolators 3 befindet.
-
Hierfür ist der Durchmesser des Hohlraums des Isolators 3 derart gebildet, dass die Hülse 6 zwischen Bolzen 4, genauer oberem Ende des Bolzens 4, und Isolator 3 eingeschoben werden kann. Ein Teilbereich des Kopfes des Bolzens 4 weist also einen geringeren Durchmesser auf als der Durchmesser des Hohlraums des Isolators 3, so dass ein Freiraum zwischen Kopf des Bolzens 4 und Innenwand des Hohlraums des Isolators 3 gebildet ist. Vorteilhaft ist der Durchmesser nur um die Breite der Hülse 6 geringer.
-
Um das Einschieben nach unten hin zu begrenzen, ist nicht der gesamte Kopf des Bolzens 4 in seinem Durchmesser geringer gebildet. Vielmehr weist der Kopf einen unteren Anschlagbereich 40 auf, der als Einschubbegrenzung und Auflagefläche für die Hülse 6 (genauer die Dichtung 5, wie nachher beschrieben) dient. Hierfür weist der Kopf des Bolzens 4 an einem Bereich am Übergang zu seinem Schaft einen größeren Durchmesser als an einem darüber liegenden Bereich auf. Somit wird der Anschlagbereich 40 gebildet, wie in 1 zu sehen. Durch den Anschlagbereich 40 und das obere Kopfende des Bolzens 4 wird damit also eine Nut zwischen Bolzen 4 und Isolator 3 gebildet, in welche die Hülse 6 einbringbar ist, z.B. durch Aufstecken bzw. Aufschieben.
-
Vor dem Aufbringen der Hülse 6 wird noch eine Dichtung 5 in Form z.B. eines O-Rings über den Kopf des Bolzens 4 bis zum Anschlagbereich 40 aufgebracht. Auf die Dichtung 5 wird dann die Hülse 6 aufgeschoben, so dass die Dichtung 5 zwischen Hülse 6 und Anschlagbereich 40 verpresst (eingepresst) wird.
-
Die Abmessungen der einzelnen Komponenten sind so gewählt, dass beim Befestigen des Kabelschuhs 8, z.B. durch Festschrauben mit der Schraube 7, die Hülse 6 in Richtung der Stromschiene 2, d.h. in Richtung Anschlagbereich 40 geschoben wird, bis sie mit der Dichtung 5 verpresst, d.h. darauf aufgedrückt, wird. Durch das Verpressen der Dichtung 5 wird der Bolzen 4 im Isolator 3 fixiert und damit ein Schwingen des Bolzens 4 verhindert. Durch die Dichtung 5 können außerdem geringe Fertigungstoleranzen der Stromschienen 2 mehrerer E-Maschinen ausgeglichen werden, wodurch ein (mechanisch) spannungsfreies Verschrauben des Bolzens 4 an der Stromschiene 2 erreicht wird. Somit kann verhindert werden, dass Montagekräfte auf die Stromschiene 2 übertragen werden.
-
Der Anschlagbereich 40 ist vorteilhaft so dick, dass er den beim Befestigen des Bolzens 4 einwirkenden Kräften widersteht, sich also nicht verformt oder zerstört wird, da er als Gegenstück bzw. Anschlagbereich zum Verpressen der Dichtung 5 dient.
-
Durch die vorgeschlagene Ausführung des Leistungsanschlusses können also sowohl Schwingungsübertragungen durch Schwingungen des Bolzens 4 auf die Stromschiene 2 und damit auf die E-Maschine verhindert als auch Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden, so dass keine Montagekräfte auf die Stromschiene 2 übertragen werden.
-
Das Anwendungsgebiet sind alle Fahrzeuge, die eine E-Maschine und einen Verbrennungsmotor aufweisen, also sogenannten Hybridfahrzeuge, da hier der Verbrennungsmotor Schwingungen erzeugt, die auf die E-Maschine übertragen werden, wodurch diese beschädigt werden könnte. Auch sind andere Arten von E-Maschinen umfasst, bei denen aufgrund äußerer Einflüsse unerwünschte Schwingungen auf die E-Maschine übertragen werden können.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Stator der E-Maschine
- 10
- Gehäuse der E-Maschine
- 2
- Stromschiene
- 3
- Isolator
- 4
- Bolzen
- 40
- Anschlagbereich Bolzen
- 5
- Dichtung
- 6
- Hülse
- 7
- Schraube
- 8
- Kabelschuh
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014201191 A1 [0003]
