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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine weist eine optimal positionierte Anschlusseinrichtung auf, über die die eine elektrische Wicklung der elektrischen Maschine mit einer Energieversorgung elektrisch verbindbar ist.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, flexible Kupferstromschienen an entsprechende Anschlussteile einer Wicklung eines Stators einer elektrischen Maschine anzulöten, wobei nach der Montage der Wicklung bzw. des Stators in einem Gehäuse der elektrischen Maschine ein Befestigen der der Kupferstromschienen an einem Isolierteil. Dies ist notwendig, da die Kupferstromschienen durch eine Gehäuseöffnung verlaufen sollen, wobei das Isolierteil eine Fixierung der Kupferstromschienen am Gehäuse ermöglichen soll. Daher sind zunächst die Kupferstromschienen durch besagte Gehäuseöffnung zu führen und anschließend an dem Isolierteil zu befestigen. Auf diese Weise ist eine Anschlusseinrichtung geschaffen, die eine elektrische Verbindung von der Wicklung mit einer Energieversorgungseinrichtung ermöglicht.
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Eine Anschlusseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
JP 2010-211933 A bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ermöglicht eine Einhaltung hoher Toleranzanforderungen der Anschlusseinrichtung, insbesondere hinsichtlich Parallelität und Formtoleranzen. Außerdem entfällt ein Fügeschritt von Kupferstromschienen nach dem Durchführen durch das Gehäuse, wodurch insbesondere die Gefahr von Beschädigungen der Kupferstromschienen vermindert ist. Ebenso ist die Positionierungsgenauigkeit der Anschlusseinrichtung gegenüber dem Gehäuse verbessert.
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Die elektrische Maschine weist ein Gehäuse und einen Stator auf. Der Stator wiederum weist einen Statorkörper mit einer Mittelachse, eine elektrische Wicklung und eine Anschlusseinrichtung auf. Der Statorkörper ist insbesondere ein Blechpaket, wobei an dem Statorkörper die elektrische Wicklung angebracht ist. Die elektrische Wicklung umfasst vorteilhafterweise mehrere Phasenstränge. Die Anschlusseinrichtung ist zum elektrischen Anschließen der Phasenstränge der elektrischen Wicklung an eine Energieversorgung vorgesehen. Bevorzugt weist die Anschlusseinrichtung einen Anschlussträger und mehrere Phasenanschlüsse zum Kontaktieren der Phasenstränge auf. Die Phasenanschlüsse sind bevorzugt an dem Anschlussträger befestigt.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Anschlussträger zusammen mit den daran befestigten Phasenanschlüssen durch eine Gehäuseöffnung des Gehäuses steckbar ist. Die Anschlusseinrichtung weist ein Zentrierelement, das zum Ausrichten des Anschlussträgers gegenüber der Gehäuseöffnung dient. Dabei ist vorgesehen, dass der Anschlussträger durch das Zentrierelement in eine vordefinierte Position relativ zu dem Gehäuse überführbar und/oder in der vordefinierten Position an dem Gehäuse fixierbar ist. Somit sind insbesondere die Phasenanschlüsse an dem Gehäuse exakt anordenbar.
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Das Zentrierelement erlaubt somit eine Fixierung und/oder Ausrichtung der Anschlusseinrichtung an dem Gehäuse, wobei der Anschlussträger der Anschlusseinrichtung bereits fest mit der Wicklung verbunden ist. Durch die Teilung der Anschlusseinrichtung in den Anschlussträger und das Zentrierelement ist daher einerseits ein Durchführen des Anschlussträgers durch die Öffnung des Gehäuses, andererseits ein Befestigen der Anschlusseinrichtung an dem Gehäuse, nämlich mittels des Zentrierelements, ermöglicht. Da die Phasenanschlüsse bevorzugt fest mit dem Anschlussträger verbunden sind, ist auch eine Ausrichtung und Befestigung der Anschlussträger am Gehäuse erreicht.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Zentrierelement entlang einer Einschubrichtung, die bevorzugt senkrecht zur Mittelachse orientiert ist, in den Anschlussträger bis zu einer Endposition einschiebbar ist. Dabei ist insbesondere unter senkrecht ein Winkel von 90° mit einer Toleranz von +/- 10° zu verstehen. Der Anschlussträger und/oder das Zentrierelement weisen zumindest ein Rast- oder Clipselement auf, das in der Endposition ein Lösen von Anschlussträger und Zentrierelement verhindert. Insbesondere verhindert das Zentrierelement, dass der Anschlussträger durch die Öffnung des Gehäuses zurückbewegt werden kann, d.h. entgegen derjenigen Richtung, entlang derer der Anschlussträger durch das Gehäuse gesteckt wurde. Durch ein solches Zusammensetzen von Zentrierelement und Anschlussträger ist ein Fixieren und/oder Ausrichten des Anschlussträgers und damit der Anschlusseinrichtung mittels des Zentrierelements ermöglicht.
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Der Anschlussträger weist bevorzugt zumindest eine erste Führung auf. Das Zentrierelement weist bevorzugt zumindest eine zweite Führung auf. Zum Einschieben des Zentrierelements in den Anschlussträger wird insbesondere die zweite Führung in die erste Führung eingeführt. Es ist vorgesehen, dass die erste Führung und die zweite Führung zumindest abschnittsweise ineinandergreifen. Dies bedeutet, dass die erste Führung und die zweite Führung jeweils einzelne Führungsabschnitte aufweisen, die voneinander beabstandet sind. Beim Ineinanderschieben greifen die einzelnen ersten und zweiten Führungsabschnitte ineinander. Besonders vorteilhaft greifen die erste Führung und die zweite Führung vollständig ineinander ein. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Führung und die zweite Führung zusammen eine Schwalbenschwanzverbindung ausbilden.
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Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass die Phasenanschlüsse in den Anschlussträger eingegossen sind und/oder von dem Anschlussträger umspritzt sind und/oder mit dem Anschlussträger heißverstemmt sind und/oder auf in dem Anschlussträger vorhandene Buchsen aufgepresst sind. Bei den Buchsen handelt es sich bevorzugt um Gewindebuchsen. Somit ist eine feste Verbindung zwischen dem Anschlussträger und den Phasenanschlüssen vorhanden. Diese Verbindung ist nicht nachträglich, d.h. nach dem Durchführen des Anschlussträgers oder der Phasenanschlüsse durch die Öffnung des Gehäuses anzubringen, sondern es kann der Anschlussträger vollständig vorgefertigt sein, wenn dieser durch die Öffnung des Gehäuses geführt wird. Bei den Phasenanschlüssen handelt es sich insbesondere um Kupferschienen, so dass eine Gefahr einer Beschädigung dieser Kupferschienen durch den Wegfall nachgelagerter Fügeprozesse vermieden ist.
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Das Zentrierelement weist bevorzugt zumindest ein Befestigungsmittel auf. Über das Befestigungsmittel ist die Anschlusseinrichtung an dem Gehäuse befestigbar, um den Anschlussträger in die vordefinierte Position zu überführen und/oder in der vordefinierten Position zu halten. Wird das Zentrierelement über das Befestigungsmittel an dem Gehäuse befestigt, so ist die gesamte Anschlusseinrichtung und damit auch der Anschlussträger an dem Gehäuse befestigt. Insbesondere erfolgt alternativ oder zusätzlich ein Ausrichten der Anschlusseinrichtung und damit des Anschlussträgers, so dass Toleranzen in der Ausrichtung minimiert sind.
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Besonders vorteilhaft weist das Befestigungsmittel eine Befestigungsöse auf, über die die Anschlusseinrichtung mit dem Gehäuse verschraubbar ist. Die Verschraubung führt gleichzeitig zu einem Ausrichten der Befestigungsöse und damit des Zentrierelements und der Anschlusseinrichtung. Die Befestigungsöse ermöglicht daher eine einfache und zuverlässige Fixierung und/oder Ausrichtung der Anschlusseinrichtung.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist jeder der Phasenanschlüsse eine elektrische Kontaktfläche auf, die zum elektrischen Kontaktieren mit der Energieversorgung vorgesehen ist. Diese elektrischen Kontaktflächen sind insbesondere parallel zueinander und/oder senkrecht zu der Mittelachse orientiert sind. Diese Ausrichtung der Kontaktflächen ist bereits durch den Anschlussträger vorgegeben, da die Phasenanschlüsse feststehend ausgebildet sind und als Teil des Anschlussträgers durch die Öffnung des Gehäuses geführt werden. Die Kontaktflächen laufen somit keine Gefahr, in einem nachträglichen Schritt, d.h. nach dem Durchführen durch das Gehäuse, montiert werden zu müssen, wodurch eine Beschädigung durch eine solche nachträgliche Montage vermieden ist.
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Durch die Aufteilung in Anschlussträger und Zentrierelement ist die Anschlusseinrichtung zweiteilig. Um eine zuverlässige Fixierung und/oder Ausrichtung der Anschlusseinrichtung am Gehäuse zu erreichen ist bevorzugt vorgesehen, dass das Zentrierelement formschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Anschlussträger befestigbar ist. Diese Befestigung erfolgt insbesondere durch eine Rastverbindung oder Klipsverbindung. Somit kann durch Befestigung des Zentrierelements am Gehäuse einfach und zuverlässig eine Fixierung und/oder Ausrichtung der gesamten Anschlusseinrichtung erfolgen.
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Das Zentrierelement weist bevorzugt ein Abstützelement auf. Über das Abstützelement liegt das Zentrierelement an dem Gehäuse an. Besonders bevorzug ist das Abstützelement an einem Bereich des Zentrierelements ausgebildet, der einen größtmöglichen Abstand zu dem Befestigungsmittel aufweist. Dadurch ist insbesondere eine Verdrehsicherung der Anschlusseinrichtung erreicht. Die Anschlusseinrichtung lässt sich somit präzise ausrichten und ermöglicht geringe Toleranzen.
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Die Wicklung ist bevorzugt eine Steckwicklung, die mehrere miteinander verbundene I-förmige und/oder U-förmige Leitersegmente aufweist. Jedem Phasenstrang ist insbesondere ein Anschlusselement zugeordnet ist, wobei Enden einem Teil der Leitersegmente jedes Phasenstrangs mit dem jeweiligen Anschlusselement elektrisch verbundenen sind. Jeder der Phasenanschlüsse ist bevorzugt mit jeweils einem Anschlusselement elektrisch verbunden. Besonders vorteilhaft ist eine derartige Verbindung durch verlöten hergestellt. Die Verwendung von U-förmigen und/oder I-förmigen Leitersegmenten vereinfacht die Herstellung der Steckwicklung.
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Der Anschlussträger und/oder das Zentrierelement sind bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt sind. Vorteilhafterweise sind der Anschlussträger und/oder das Zentrierelement aus Kunststoff hergestellt. Auf diese Weise lässt sich insbesondere ein unerwünschter elektrischer Kontakt der Phasenanschlüsse vermeiden.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Abbildung einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische Abbildung eines Stators der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 eine schematische Abbildung einer Anschlusseinrichtung der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 4 eine erste schematische Abbildung der Anschlusseinrichtung zusammen mit einem Gehäuse der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 5 eine zweite schematische Abbildung der Anschlusseinrichtung zusammen mit einem Gehäuse der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 6 eine schematische Abbildung eines Zentrierelements der Anschlusseinrichtung der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 7 eine erste schematische Detailansicht der Anschlusseinrichtung der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 8 eine zweite schematische Detailansicht der Anschlusseinrichtung der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Maschine 2 weist einen Stator 1 auf, durch den ein Rotor 18 antreibbar ist. Der Stator 1 erstreck sich um eine Mittelachse 100, die insbesondere auch die Rotationsachse des Rotors 18 und vorteilhafterweise die Mittelachse der elektrischen Maschine 2 ist.
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Der Stator 1 weist eine elektrische Wicklung 4 auf, die mehrere, beispielsweise drei, Phasenstränge umfasst. Die Wicklung 4, d.h. jeder der Phasenstränge der Wicklung 4, ist durch eine Energieversorgung mit elektrischer Energie zu versorgen, um ein Antreiben des Rotors 18 zu ermöglichen. Dazu ist eine Anschlusseinrichtung 5 vorgesehen, die nachfolgend beschrieben wird und die eine elektrische Verbindung mit einer Energieversorgungseinrichtung ermöglicht.
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2 zeigt schematisch einen Ausschnitt des Stators 1 der elektrischen Maschine 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel, wobei insbesondere die Anschlusseinrichtung 5 gezeigt ist. Die Anschlusseinrichtung 5 ist elektrisch mit der Wicklung 4 verbunden. Hierzu sind mehrere Phasenanschlüsse 9a, 9b, 9c vorgesehen, wobei jeder Phasenanschluss 9a, 9b, 9c zum elektrischen Kontaktieren eines Phasenstrangs der Wicklung 4 dient. Bei den Phasenanschlüssen 9a, 9b, 9c handelt es sich beispielsweise um Kupferleitungen, insbesondere um Busbars, bevorzugt um flexible Busbars.
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Die Wicklung 4 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Steckwicklung, die mehrere miteinander verbundene I-förmige und/oder U-förmige Leitersegmente 16 aufweist. Diese Leitersegmente 16 sind mit ihren Enden untereinander verbunden, um die einzelnen Phasenstränge der Wicklung 4 zu bilden. Jedem Phasenstrang ist ein Anschlusselement 17a, 17b, 17c zugeordnet, wobei Enden eines Teils der Leitersegmente 16 jedes Phasenstrangs mit dem jeweiligen Anschlusselement 17a, 17b, 17c elektrisch verbundenen sind. Somit stellen die Anschlusselemente 17a, 17b, 17c jeweils einen elektrischen Anschlusspunkt zur Einspeisung elektrischer Energie dar. Jeder der Phasenanschlüsse 9a, 9b, 9c ist mit jeweils einem Anschlusselement 17a, 17b, 17c elektrisch verbunden, insbesondere verlötet. Damit erlauben die Phasenanschlüsse 9a, 9b, 9c externen Komponenten wie beispielsweise einer Energieversorgungseinrichtung eine elektrische Verbindung mit der Wicklung 4 herzustellen. Zur optimalen elektrischen Kontaktierung weisen die Phasenanschlüsse 9a, 9b, 9c jeweils eine elektrische Kontaktfläche 6a, 6b, 6c auf, die zur elektrischen Kontaktierung dienen. Damit lassen sich externe Komponenten einfach mit den Phasenanschlüssen 9a, 9b, 9c verbinden.
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Die Anschlusseinrichtung 5 ist in einen Anschlussträger 7 und ein Zentrierelement 8 unterteilt. Der Anschlussträger 7 der Anschlusseinrichtung 5 ist beispielhaft in 3 dargestellt. Es ist vorgesehen, dass die Phasenanschlüsse 9a, 9b, 9c mechanisch an dem Anschlussträger 7 befestigt sind. Insbesondere sind die Phasenanschlüsse 9a, 9b, 9c in den Anschlussträger 7 eingegossen und/oder von dem Anschlussträger 7 umspritzt und/oder mit dem Anschlussträger 7 heißverstemmt und/oder auf in dem Anschlussträger 7 vorhandene Buchsen 14 aufgepresst. In 3 ist beispielhaft die zuletzt genannte Befestigungsoption gezeigt. Bei den Buchsen 14 handelt es sich insbesondere um Gewindebuchsen, die eine Verschraubung von Gegenkontakten ermöglicht, um eine zuverlässige und elektrisch widerstandsarme elektrische Verbindung zwischen den Phasenanschlüssen und Gegenkontakten zu ermöglichen. Der Phasenträger 7 ist, wie auch das Zentrierelement 8, aus einem elektrisch nichtleitenden Material, beispielsweise auch elektrisch nicht leitendem Kunststoff, gefertigt.
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Durch die Verbindung der Phasenanschlüsse 9a, 9b, 9c mit dem Anschlussträger 7 sind diese vor Beschädigungen geschützt. Insbesondere ist ermöglicht, die elektrische Maschine 2 und/oder den Stator 1 in nicht vollständig montiertem Zustand, insbesondere ohne ein Gehäuse, zu transportieren oder zu verarbeiten, wobei eine Gefahr einer Beschädigung der Phasenanschlüsse 9a, 9b, 9c verringert ist.
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4 und 5 zeigen verschiedene Ansichten eines Teilbereichs der elektrischen Maschine 2, wobei ein Gehäuse 10 der elektrischen Maschine 2 dargestellt ist. Das Gehäuse 10 weist eine Gehäuseöffnung 20 auf, durch die der Anschlussträger 7 hindurchsteckbar ist. Insbesondere ist ein solches Stecken entlang einer Richtung parallel zu der Mittelachse 100 vorgesehen. Durch die Phasenanschlüsse 9a, 9b, 9c sind somit die elektrischen Kontakte zum Kontaktieren der Wicklung 4 aus dem Gehäuse 10 herausgeführt.
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Zum Fixieren und Ausrichten des Anschlussträgers 7 und damit der gesamten Anschlusseinrichtung 5 ist das Zentrierelement 8 vorgesehen. Das Zentrierelement 8 ist entlang einer Einschubrichtung 200 in den Anschlussträger 7 einschiebbar. Die Einschubrichtung ist bevorzugt senkrecht zur Mittelachse 100 orientiert. Das Einschieben erfolgt bis zu einer Endposition, wobei der Anschlussträger 7 und das Zentrierelement 8 in der Endposition durch eine Klipsverbindung oder Rastverbindung verbunden sind.
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Das Zentrierelement 8 weist zumindest ein Befestigungsmittel 15 auf, das in diesem Ausführungsbeispiel als Befestigungsöse ausgebildet ist. Über das Befestigungsmittel 15 ist die Anschlusseinrichtung 5 an dem Gehäuse 10 befestigbar, indem eine Schraube durch besagte Befestigungsöse geführt und mit dem Gehäuse 10 verschraubt wird. Auf diese Weise wird der Anschlussträger 7 in eine vordefinierte Position zu überführt und/oder in der vordefinierten Position gehalten. Es ist insbesondere eine genaue Ausrichtung der Phasenanschlüsse 9a, 9b, 9c erreicht. Sodass diese einfach und zuverlässig von externen Komponenten kontaktierbar sind.
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6 zeigt schematisch das Zentrierelement 8. Das Zentrierelement 8 weist Rast- oder Clipselemente 11 auf, die in der oben genannten Endposition beim Zusammenschieben von Anschlussträger 7 und Zentrierelement 8 eine Verbindung zwischen Anschlussträger 7 und Zentrierelement 8 herstellen. Dadurch ist ein relatives Bewegen von Anschlussträger 7 und Zentrierelement 8 in oder gegen die Einschubrichtung 200 verhindert oder zumindest begrenzt. Eine relative Bewegung senkrecht zu der Einschubrichtung ist ebenso verhindert, wie weiter unten mit Bezug auf 7 und 8 erläutert wird. Durch die Befestigung des Zentrierelements 8 an dem Anschlussträger 7 ist insbesondere ein Zurückführen des Anschlussträgers 7 durch die Gehäuseöffnung 20 des Gehäuses 10 vermieden. Außerdem ist wie zuvor beschrieben eine Fixierung der Anschlusseinrichtung 5 erreicht.
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Das Zentrierelement 8 weist insbesondere ein Abstützelement 19 auf, über welches das Zentrierelement 8 an dem Gehäuse 10 anliegt. Das Abstützelement 19 ist insbesondere an einem Bereich des Zentrierelements 8 ausgebildet, der einen größtmöglichen Abstand zu dem Befestigungsmittel 15 aufweist. Insbesondere in dem Fall der Verwendung einer Befestigungsöse als Befestigungsmittel 15 ist somit zusätzlich zu der einen Verschraubung ein Verdrehschutz als Drehmomentaufnahme vorhanden. Ein Verkippen des Zentrierelements 8 und damit der Anschlusseinrichtung 5 ist daher verhindert.
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Die 7 und 8 zeigen schematisch die Anschlusseinrichtung 5 aus verschiedenen Ansichten. Wie zuvor bereits beschrieben sollen Relativbewegungen zwischen Anschlussträger 7 und Zentrierelement 8 auch in einer Richtung senkrecht zur Einschubrichtung 200 verhindert werden. Hierzu weist der Anschlussträger 7 zumindest eine erste Führung 12 und das Zentrierelement 8 zumindest eine zweite Führung 13 auf. Zum Einschieben des Zentrierelements 8 in den Anschlussträger 7 wird die zweite Führung 13 in die erste Führung 12 eingeführt. Um eine Relativbewegung der ersten Führung 12 und der zweiten Führung 13 in jegliche Richtung senkrecht zur Einschubrichtung 200 zu vermeiden, greifen die erste Führung 12 und die zweite Führung 13 zumindest abschnittsweise ineinander, um zusammen eine Schwalbenschwanzverbindung ausbilden. Somit ist eine feste Anordnung von Anschlussträger 7 und Zentrierelement 8 erreicht.
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Die Verwendung der beschriebenen Anschlusseinrichtung 5 erlaubt somit die permanente Verbindung von Anschlussträger 7 und Phasenanschlüsse 9a, 9b, 9c und dadurch einen Schutz der Phasenanschlüsse 9a, 9b, 9c vor Beschädigung. Weiterhin ist die Anschlusseinrichtung 5 durch das Zentrierelement 8 genau und mit geringen Lagetoleranzen am Gehäuse 10 ausrichtbar. Somit lässt sich über die Phasenanschlüsse 9a, 9b, 9c eine elektrische Schnittstelle an der elektrischen Maschine 1 bereitstellen, die minimale Toleranzen aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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