DE102022210663A1

DE102022210663A1 - Busbar system for supplying a stator of an axial flux machine and stator

Info

Publication number: DE102022210663A1
Application number: DE102022210663.6A
Authority: DE
Inventors: Marco Mechi; Daniel Marc; Davide Matteini
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2022-10-10
Filing date: 2022-10-10
Publication date: 2023-11-02

Abstract

Stromschienensystem (10) zur Versorgung eines Stators (30) einer Axialflussmaschine, die zumindest einen um eine Drehachse (25) drehbaren Rotor sowie zumindest den entlang der Drehachse (25) von dem Rotor beabstandeten Stator (30) mit in Umfangsrichtung um die Drehachse (25) angeordneten Spulenaufnahmeplätzen (23) zur Aufnahme elektromagnetischer Spulenbaugruppen (26) aufweist, wobei jede Spulenbaugruppe (26) zumindest eine um einen Statorzahn in Axialrichtung gewickelte Spule aufweist, wobei das Stromschienensystem (10) folgendes aufweist:- elektrische Leitungen (4) zur Versorgung der Spulen der Spulenbaugruppen (26),- ein ringförmig ausgebildetes, die elektrischen Leitungen (4) aufnehmendes Gehäuse (11), wobei das Stromschienensystem (10) entlang des Umfangs des ringförmigen Gehäuses (11) für jede Spule Kontaktanschlüsse (5) der elektrischen Leitungen (4) bereitstellt und ferner zumindest einen zentralen Anschluss (17) für eine Spannungsversorgung aufweist.Busbar system (10) for supplying a stator (30) of an axial flux machine, which has at least one rotor rotatable about an axis of rotation (25) and at least the stator (30) spaced apart from the rotor along the axis of rotation (25) in the circumferential direction around the axis of rotation (25 ) arranged coil receiving locations (23) for receiving electromagnetic coil assemblies (26), each coil assembly (26) having at least one coil wound around a stator tooth in the axial direction, the busbar system (10) having the following: - electrical lines (4) for supplying the Coils of the coil assemblies (26), - an annular housing (11) which accommodates the electrical lines (4), the busbar system (10) having contact connections (5) of the electrical lines (10) along the circumference of the annular housing (11) for each coil. 4) provides and further has at least one central connection (17) for a power supply.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stromschienensystem zur Versorgung eines Stators für eine Axialflussmaschine, die zumindest einen um eine Drehachse drehbaren Rotor sowie zumindest einen entlang der Drehachse von dem Rotor beabstandeten Stator aufweist. Sie betrifft weiter einen Stator für eine derartige Axialflussmaschine.The present invention relates to a busbar system for supplying a stator for an axial flux machine, which has at least one rotor rotatable about an axis of rotation and at least one stator spaced apart from the rotor along the axis of rotation. It further relates to a stator for such an axial flux machine.

Axialflussmaschinen, auch als Scheibenläufermotoren bezeichnet, gewinnen wegen ihrer hohen Leistungsdichte und anderer günstiger Eigenschaften zunehmend an Bedeutung und sind auch als Antriebe für elektrisch angetriebene Fahrzeuge zunehmend interessant.Axial flux machines, also known as disc rotor motors, are becoming increasingly important because of their high power density and other favorable properties and are also becoming increasingly interesting as drives for electrically powered vehicles.

Bei derartigen Motoren weist der zumindest eine Rotor typischerweise die Form einer Scheibe auf und ist drehbar um eine Drehachse gelagert, wobei das erzeugte Magnetfeld im Wesentlichen parallel zur Drehachse verläuft.In such motors, the at least one rotor typically has the shape of a disk and is rotatably mounted about an axis of rotation, with the magnetic field generated running essentially parallel to the axis of rotation.

Derartige Axialflussmaschinen sind beispielsweise aus der WO 2010/092400 A2 und der US 2015/0364956 A1 bekannt. Bei den dort offenbarten Axialflussmaschinen handelt es sich um sogenannte YASA-Motoren (yokeless and segmented armature), deren Stator kein magnetisches Joch aufweist und die einen segmentierten Anker aufweisen.Such axial flow machines are, for example, from WO 2010/092400 A2 and the US 2015/0364956 A1 known. The axial flux machines disclosed there are so-called YASA motors (yokeless and segmented armature), whose stator does not have a magnetic yoke and which has a segmented armature.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen besonders kompakten und einfach zu montierenden Stator für eine Axialflussmaschine, insbesondere mit einem Stator ohne magnetisches Joch und mit einem segmentierten Anker, anzugeben.It is an object of the present invention to provide a particularly compact and easy-to-assemble stator for an axial flux machine, in particular with a stator without a magnetic yoke and with a segmented armature.

Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is solved with the subject matter of the independent patent claims. Embodiments and further developments are the subject of the subclaims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Stromschienensystem zur Versorgung eines Stators einer Axialflussmaschine angegeben, die zumindest einen um eine Drehachse drehbaren Rotor sowie zumindest einen entlang der Drehachse von dem Rotor beabstandeten Stator mit in Umfangsrichtung um die Drehachse angeordneten Spulenaufnahmeplätzen zur Aufnahme elektromagnetischer Spulenbaugruppen aufweist, wobei jede Spulenbaugruppe zumindest eine um einen Statorzahn in axialer Richtung gewickelte Spule aufweist.According to one aspect of the invention, a busbar system is specified for supplying a stator of an axial flux machine, which has at least one rotor rotatable about an axis of rotation and at least one stator spaced apart from the rotor along the axis of rotation with coil receiving locations arranged in the circumferential direction around the axis of rotation for receiving electromagnetic coil assemblies, wherein each coil assembly has at least one coil wound around a stator tooth in the axial direction.

Das Stromschienensystem weist elektrische Leitungen zur Versorgung der Spulen der Spulenbaugruppen auf sowie ein ringförmig ausgebildetes, die elektrischen Leitungen aufnehmendes Gehäuse. Das Stromschienensystem stellt entlang des Umfangs des ringförmigen Gehäuses für jede Spule Kontaktanschlüsse der elektrischen Leitungen bereit und weist ferner zumindest einen zentralen Anschluss für eine Spannungsversorgung auf.The busbar system has electrical lines for supplying the coils of the coil assemblies and a ring-shaped housing that accommodates the electrical lines. The busbar system provides contact connections for the electrical lines for each coil along the circumference of the annular housing and also has at least one central connection for a voltage supply.

Das Stromschienensystem hat den Vorteil, dass es als kompaktes Bauteil in das Statorgehäuse einsetzbar und besonders einfach montierbar ist. Die Stromzuführung zu den Spulenbaugruppen ist somit bereits vorgefertigt und muss nicht während der Montage des Stators erfolgen. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise des Stators, jedoch auch eine wesentliche Vereinfachung der Montage, da die Zahl der notwendigen Arbeitsschritte stark verringert wird und die Fehleranfälligkeit der Kontaktierung der Spulenbaugruppen sinkt.The busbar system has the advantage that it can be inserted into the stator housing as a compact component and is particularly easy to install. The power supply to the coil assemblies is therefore already prefabricated and does not have to be done during assembly of the stator. This enables a particularly compact design of the stator, but also a significant simplification of assembly, since the number of necessary work steps is greatly reduced and the susceptibility to errors in the contacting of the coil assemblies is reduced.

Die elektrischen Leitungen zur Versorgung der Spulen umfassen dabei alle zur Versorgung notwendigen Leitungen, d.h. typischerweise Anschlüsse für drei Phasen. Das ringförmig ausgebildete, die elektrischen Leitungen aufnehmende Gehäuse ist derart dimensioniert, dass es derart in das Statorgehäuse eingesetzt werden kann, dass es die Spulenbaugruppen konzentrisch umgibt. Das Stromschienensystem erlaubt damit eine Versorgung aller Spulen über die entlang des Umfangs des ringförmigen Gehäuses bereitgestellten Kontaktanschlüsse.The electrical lines for supplying the coils include all lines necessary for supply, i.e. typically connections for three phases. The ring-shaped housing that accommodates the electrical lines is dimensioned such that it can be inserted into the stator housing in such a way that it concentrically surrounds the coil assemblies. The busbar system thus allows all coils to be supplied via the contact connections provided along the circumference of the annular housing.

Gemäß einer Ausführungsform ist das ringförmige Gehäuse als spritzgegossenes Kunststoffgehäuse ausgebildet und die elektrischen Leitungen sind in die Kunststoffgehäusemasse eingebettet.According to one embodiment, the annular housing is designed as an injection-molded plastic housing and the electrical lines are embedded in the plastic housing mass.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist. Die Kunststoffgehäusemasse kann zudem als Isolierung der elektrischen Leitungen dienen, es kann jedoch auch eine separate Isolierung vorgesehen sein.This embodiment has the advantage that it is particularly simple and inexpensive to produce. The plastic housing compound can also serve as insulation for the electrical lines, but separate insulation can also be provided.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Gehäuse einen Trägerring auf, der Positionierelemente zur Positionierung der elektrischen Leitungen und ihrer Kontaktanschlüsse entlang seines Umfangs aufweist.According to one embodiment, the housing has a support ring which has positioning elements for positioning the electrical lines and their contact connections along its circumference.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Herstellung des Stromschienensystems vereinfacht wird. Insbesondere bei der Ausbildung des ringförmigen Gehäuses als spritzgegossenes Kunststoffgehäuse kann der Trägerring dazu dienen, die elektrischen Leitungen zu positionieren, bis diese in die Kunststoffgehäusemasse eingebettet sind. Dabei kann der Trägerring ebenfalls einen Teil des Gehäuses bilden und vollständig oder teilweise in das Gehäuse eingebettet sein und/oder Außenflächen des Gehäuses bilden.This embodiment has the advantage that the production of the busbar system is simplified. In particular, when the annular housing is designed as an injection-molded plastic housing, the carrier ring can serve to position the electrical lines until they are embedded in the plastic housing mass. The carrier ring can also form part of the housing and be completely or partially embedded in the housing and/or form outer surfaces of the housing.

Bei den Positionierelementen zur Positionierung der elektrischen Leitungen und ihrer Kontaktanschlüsse kann es sich beispielsweise um Löcher im Trägerring handeln, die in festen Abständen entlang des Umfangs des Trägerrings angeordnet sind und durch die Enden der elektrischen Leitungen gesteckt und die Leitungen somit positioniert werden können. Alternativ oder zusätzlich kann der Trägerring Klemmelemente oder andere für eine Positionierung der elektrischen Leitungen geeignete Elemente aufweisen.The positioning elements for positioning the electrical lines and their contact connections can, for example, be holes in the carrier ring, which are arranged at fixed distances along the circumference of the carrier ring and inserted through the ends of the electrical lines and the lines can thus be positioned. Alternatively or additionally, the carrier ring can have clamping elements or other elements suitable for positioning the electrical lines.

Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die elektrischen Leitungen durch Positionierelemente positioniert werden, die Teil einer Gießform sind. Gemäß einer Ausführungsform wird das Gehäuse in einem Spritzgießverfahren hergestellt mittels einer Gießform, die Positionierelemente für die elektrischen Leitungen, beispielsweise am Boden der Gießform, aufweist. In dem Fall können die Positionierelemente beispielsweise als Ausnehmungen oder Durchbrüche in der Gießform ausgebildet sein, in die die Leitungen eingeführt werden, um positioniert zu werden.Alternatively, it can be provided that the electrical lines are positioned by positioning elements that are part of a casting mold. According to one embodiment, the housing is produced in an injection molding process using a mold that has positioning elements for the electrical lines, for example at the bottom of the mold. In this case, the positioning elements can be designed, for example, as recesses or openings in the mold into which the lines are inserted in order to be positioned.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Kontaktanschlüsse als aus dem Gehäuse ragende Anschlusspins ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ragen die Enden der elektrischen Leitungen als Anschlusspins aus dem Gehäuse des Stromschienensystems und können durch die Spulenbaugruppen kontaktiert werden.According to one embodiment, the contact connections are designed as connection pins protruding from the housing. In this embodiment, the ends of the electrical lines protrude from the housing of the busbar system as connection pins and can be contacted by the coil assemblies.

Gemäß einer Ausführungsform weisen die elektrischen Leitungen für drei Phasen sowie Masseleitungen auf, wobei Leitungen einer ersten Phase in einer ersten Ebene, Leitungen einer zweiten Phase in einer zweiten Ebene, Leitungen einer dritten Phase in einer dritten Ebene und Masseleitungen in einer vierten Ebene verlegt sind, wobei sich die Ebenen senkrecht zur Drehachse erstrecken.According to one embodiment, the electrical lines have three phases and ground lines, with lines of a first phase in a first level, lines of a second phase in a second level, lines of a third phase in a third level and ground lines in a fourth level, where the planes extend perpendicular to the axis of rotation.

Insbesondere können die elektrischen Leitungen als Kupferelemente mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet sein, die gestanzt und in Form gebogen werden.In particular, the electrical lines can be designed as copper elements with a rectangular cross section that are punched and bent into shape.

Diese Ausführungsformen haben den Vorteil, dass unterschiedliche elektrische Leitungen in unterschiedlichen Ebenen geführt sind und somit von außen mittels eines oder mehrerer zentraler Anschlüsse kontaktiert werden können, wobei der zumindest eine Anschluss im Wesentlichen als Fenster in dem Gehäuse des Stromschienensystems ausgebildet sein kann, in dem die unterschiedlichen Leitungen neben- bzw. übereinander für eine Kontaktierung freiliegen.These embodiments have the advantage that different electrical lines are routed in different levels and can therefore be contacted from the outside by means of one or more central connections, wherein the at least one connection can be designed essentially as a window in the housing of the busbar system in which the different lines next to or above one another are exposed for contacting.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Stator für eine Axialflussmaschine bereitgestellt, die zumindest einen um eine Drehachse drehbaren Rotor sowie zumindest einen entlang der Drehachse von dem Rotor beabstandeten Stator mit in Umfangsrichtung um die Drehachse angeordneten elektromagnetischen Spulenbaugruppen aufweist, wobei jede Spulenbaugruppe einen Statorzahn sowie eine in axialer Richtung um den Statorzahn gewickelte Spule aufweist, wobei der Stator zur Versorgung der Spulen das beschriebene Stromschienensystem aufweist.According to one aspect of the invention, a stator is provided for an axial flux machine, which has at least one rotor rotatable about an axis of rotation and at least one stator spaced from the rotor along the axis of rotation with electromagnetic coil assemblies arranged in the circumferential direction around the axis of rotation, each coil assembly having a stator tooth and a has a coil wound in the axial direction around the stator tooth, the stator having the busbar system described to supply the coils.

Der Stator hat wie bereits oben beschrieben den Vorteil, dass er besonders einfach herstellbar und kompakt aufgebaut ist.As already described above, the stator has the advantage that it is particularly easy to manufacture and has a compact structure.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Stator ein Statorgehäuse mit einem Innenraum zur Aufnahme der Spulenbaugruppen auf sowie eine umlaufende äußere Gehäusewand, auf deren Innenseite das Stromschienensystem angeordnet ist, wobei das Stromschienensystem den Innenraum mit den Spulenbaugruppen konzentrisch umgibt.According to one embodiment, the stator has a stator housing with an interior for receiving the coil assemblies and a circumferential outer housing wall, on the inside of which the busbar system is arranged, the busbar system concentrically surrounding the interior with the coil assemblies.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Spulenbaugruppen von außen her kontaktiert werden, wo mehr Platz für eine Kontaktierung zur Verfügung steht als im Zentrum des Statorgehäuses.This embodiment has the advantage that the coil assemblies are contacted from the outside, where there is more space for contacting than in the center of the stator housing.

Gemäß einer Ausführungsform weist jede Spule zwei Spulenkontakte auf, die durch an seinen Enden zu einer Schlaufe gebogenen Wicklungsdraht ausgebildet sind, wobei die Schlaufen zur elektrischen Kontaktierung um Anschlusspins des Stromschienensystems gelegt sind.According to one embodiment, each coil has two coil contacts, which are formed by winding wire bent into a loop at its ends, the loops being placed around connection pins of the busbar system for electrical contacting.

Bei dieser Ausführungsform ist es vorgesehen, dass bei der Montage das Stromschienensystem in das Statorgehäuse eingesetzt wird bevor oder nachdem die Spulenbaugruppen montiert wurden. Anschließend werden die Schlaufen der Spulenkontakte um die Anschlusspins des Stromschienensystems gelegt und die Spulen somit elektrisch kontaktiert.In this embodiment it is provided that during assembly the busbar system is inserted into the stator housing before or after the coil assemblies have been assembled. The loops of the coil contacts are then placed around the connection pins of the busbar system and the coils are thus electrically contacted.

Alternativ können die elektrischen Leitungen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. In diesem Fall sind Schlaufen nicht erforderlich. Vielmehr können die Spulenkontakte, die ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt aufweisen können, und die Kontaktanschlüsse überlappend aneinandergelegt werden, so dass sie durch Schweißen, Klemmen oder auf andere Weise verbunden werden können.Alternatively, the electrical lines can have a rectangular cross section. In this case loops are not necessary. Rather, the coil contacts, which can also have a rectangular cross section, and the contact connections can be placed together in an overlapping manner so that they can be connected by welding, clamping or in another way.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Statorgehäuse Trennrippen auf, die benachbarte Spulenbaugruppen voneinander trennen. Die Trennrippen sind typischerweise Teil des Statorgehäuses und teilen den Innenraum des Statorgehäuses in die Spulenaufnahmeplätze ein. Sie können darüber hinaus zur Abfuhr von Wärme aus dem Innenraum des Stators dienen.According to one embodiment, the stator housing has separating ribs that separate adjacent coil assemblies from one another. The separating ribs are typically part of the stator housing and divide the interior of the stator housing into the coil receiving spaces. You can about it also serve to dissipate heat from the interior of the stator.

Das Stromschienensystem wird bei der Montage derart relativ zu den Trennrippen positioniert, dass für jeden Spulenaufnahmeplatz Kontaktanschlüsse der elektrischen Leitungen bereitgestellt werden.During assembly, the busbar system is positioned relative to the separating ribs in such a way that contact connections for the electrical lines are provided for each coil receiving location.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Stromschienensystems zur Versorgung eines Stators einer Axialflussmaschine bereitgestellt. Das Verfahren weist das Bereitstellen und Positionieren elektrischer Leitungen zur Versorgung des Stators in einer ringförmigen Anordnung auf sowie das Einschließen der elektrischen Leitungen in ein ringförmiges Gehäuse, wobei Kontaktanschlüsse der elektrischen Leitungen entlang des Umfangs des ringförmigen Gehäuses frei liegen.According to a further aspect of the invention, a method for producing a busbar system for supplying a stator of an axial flux machine is provided. The method includes providing and positioning electrical lines for supplying the stator in an annular arrangement and enclosing the electrical lines in an annular housing, with contact terminals of the electrical lines exposed along the circumference of the annular housing.

Das ringförmige Gehäuse kann dabei insbesondere in einem Spritzgussverfahren hergestellt werden, bei dem die elektrischen Leitungen in eine Kunststoffgehäusemasse eingebettet werden.The annular housing can in particular be produced in an injection molding process in which the electrical lines are embedded in a plastic housing compound.

Das Verfahren ermöglicht es, auf besonders einfache und kostengünstige Art eine Kontaktierung von Spulen eines Stators einer Axialflussmaschine bereitzustellen.The method makes it possible to provide contacting of coils of a stator of an axial flux machine in a particularly simple and cost-effective manner.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Trägerring bereitgestellt, an dem die elektrischen Leitungen vor dem Einschließen in das Gehäuse positioniert werden. According to one embodiment, a support ring is provided on which the electrical leads are positioned before being enclosed in the housing.

Dieses Vorgehen ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das ringförmige Gehäuse in einem Spritzgussverfahren hergestellt wird. Der Trägerring erleichtert das Positionieren der elektrischen Leitungen. Dazu kann er beispielsweise Löcher, Klemmen oder andere geeignete Positionierhilfen aufweisen, um die Kontaktanschlüsse der elektrischen Leitungen entlang des Umfangs geeignet zu positionieren und in der Position zu halten, bis die elektrischen Leitungen in dem Gehäuse eingeschlossen sind. Ein derartiger Trägerring kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen und sehr einfach in einem Spritzgussverfahren hergestellt sein. Er verbleibt nach dem Einschließen der elektrischen Leitungen in dem Gehäuse.This procedure is particularly useful if the annular housing is manufactured using an injection molding process. The support ring makes it easier to position the electrical cables. For this purpose, it can, for example, have holes, clamps or other suitable positioning aids in order to suitably position the contact connections of the electrical lines along the circumference and hold them in position until the electrical lines are enclosed in the housing. Such a carrier ring can be made of plastic, for example, and can be manufactured very easily using an injection molding process. It remains in the housing after the electrical cables have been enclosed.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Montage eines Stators einer Axialflussmaschine bereitgestellt, die zumindest einen um eine Drehachse drehbaren Rotor sowie zumindest einen entlang der Drehachse von dem Rotor beabstandeten Stator mit in Umfangsrichtung um die Drehachse angeordneten elektromagnetischen Spulenbaugruppen aufweist. Jede Spulenbaugruppe weist dabei einen Statorzahn sowie eine in axialer Richtung um den Statorzahn gewickelte Spule auf.According to one aspect of the invention, a method for assembling a stator of an axial flux machine is provided, which has at least one rotor rotatable about an axis of rotation and at least one stator spaced apart from the rotor along the axis of rotation with electromagnetic coil assemblies arranged in the circumferential direction around the axis of rotation. Each coil assembly has a stator tooth and a coil wound around the stator tooth in the axial direction.

Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Statorgehäuses mit in Umfangsrichtung um die Drehachse angeordneten elektromagnetischen Spulenaufnahmeplätzen, das Bereitstellen einer Mehrzahl von Spulenbaugruppen und das Einsetzen der Spulenbaugruppen in das Statorgehäuse auf die Spulenaufnahmeplätze, das Bereitstellen des beschriebenen Stromschienensystems sowie das Einsetzen des Stromschienensystems in das Statorgehäuse, wobei das Stromschienensystem einen Innenraum des Stators mit den Spulenbaugruppen konzentrisch umgibt.The method includes providing a stator housing with electromagnetic coil receiving locations arranged in the circumferential direction around the axis of rotation, providing a plurality of coil assemblies and inserting the coil assemblies into the stator housing onto the coil receiving locations, providing the described busbar system and inserting the busbar system into the stator housing, wherein the busbar system concentrically surrounds an interior of the stator with the coil assemblies.

Ferner umfasst das Verfahren das Verbinden der Kontaktanschlüsse der elektrischen Leitungen des Stromschienensystems mit Spulenkontakten der Spulenbaugruppen sowie das Kontaktieren zumindest eines zentralen Anschlusses des Stromschienensystems.Furthermore, the method includes connecting the contact connections of the electrical lines of the busbar system to coil contacts of the coil assemblies and contacting at least one central connection of the busbar system.

Dabei kann das Verbinden der Kontaktanschlüsse der elektrischen Leitungen des Stromschienensystems mit den Spulenkontakten insbesondere dadurch erfolgen, dass die als Schlaufe ausgebildeten Spulenkontakte um als Anschlusspins ausgebildete Kontaktanschlüsse des Stromschienensystems gelegt und durch Schweißen oder Klemmen verbunden werden. Das Kontaktieren zumindest eines zentralen Anschlusses des Stromschienensystems beinhaltet das Verbinden des zentralen Anschlusses des Stromschienensystems mit einem Versorgungsspannungsanschluss der Axialflussmaschine.The contact connections of the electrical lines of the busbar system can be connected to the coil contacts in particular by placing the coil contacts designed as loops around contact connections of the busbar system designed as connection pins and connecting them by welding or clamping. Contacting at least one central connection of the busbar system includes connecting the central connection of the busbar system to a supply voltage connection of the axial flux machine.

Das Verfahren weist den Vorteil auf, dass die Montage des Stators erheblich vereinfacht wird. Das Stromschienensystem kann als Ganzes in das Statorgehäuse eingesetzt werden, so dass auf das Verdrahten vieler einzelner Zuleitungen verzichtet werden kann. Zudem reduziert die Verwendung des Stromschienensystems die Wahrscheinlichkeit von Fehlern bei der Kontaktierung.The method has the advantage that the assembly of the stator is considerably simplified. The busbar system can be inserted as a whole into the stator housing, so that there is no need to wire many individual supply lines. In addition, the use of the busbar system reduces the likelihood of contacting errors.

Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielhaft beschrieben.

1 zeigt zwei verschiedene Ansichten eines Trägerrings zur Herstellung eines Stromschienensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt zwei verschiedene Ansichten des Trägerrings gemäß 1 mit bereits daran positionierten elektrischen Leitungen;
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stromschienensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nach dem Einschließen der elektrischen Leitungen in ein Gehäuse;
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Statorgehäuses mit darin eingesetztem Stromschienensystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators mit einem Stromschienensystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Embodiments of the invention are described below by way of example using schematic drawings.

1 shows two different views of a support ring for producing a busbar system according to an embodiment of the invention;
2 shows two different views of the carrier ring according to 1 with electrical wires already positioned on it;
3 shows a perspective view of a busbar system according to an embodiment of the invention after enclosing the electrical lines in a housing;
4 shows a perspective view of a stator housing with a busbar system inserted therein according to an embodiment of the invention and
5 shows a perspective view of a stator with a busbar system according to an embodiment of the invention.

1 zeigt schematisch zwei perspektivische Ansichten eines Trägerrings 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform ist der Trägerring 1 als spritzgegossenes Kunststoffteil ausgebildet und entspricht in seinem Umfang wesentlichen dem Umfang des herzustellenden Stromschienensystems. 1 shows schematically two perspective views of a carrier ring 1 according to an embodiment of the invention. In this embodiment, the carrier ring 1 is designed as an injection-molded plastic part and its scope essentially corresponds to the scope of the busbar system to be produced.

Der Trägerring 1 weist entlang seines Umfangs insgesamt 24 in gleichen Abständen angeordnete Löcher 2 auf, die zur Positionierung der elektrischen Leitungen, das heißt der Versorgungsleitungen für die Spulen des Stators, vorgesehen sind. Die Anzahl der Löcher 2 richtet sich nach der Anzahl der Spulenbaugruppen des Stators. Da jede Spulenbaugruppe typischerweise zwei Spulenkontakte aufweist, sind für den Fall, dass zwölf Spulen in dem Statorgehäuse angeordnet werden sollen, 24 Löcher 2 vorgesehen.The support ring 1 has a total of 24 equally spaced holes 2 along its circumference, which are provided for positioning the electrical lines, that is, the supply lines for the coils of the stator. The number of holes 2 depends on the number of coil assemblies of the stator. Since each coil assembly typically has two coil contacts, 24 holes 2 are provided in the event that twelve coils are to be arranged in the stator housing.

Ferner weist der Trägerring 1 auf seiner Unterseite eine Anzahl von Stützen 3 auf, die lediglich zur Positionierung des Trägerrings 1 in einer Gießform vorgesehen sind, um den Trägerring 1 mit den elektrischen Leitungen in einem Spritzgussverfahren mit einem Kunststoffgehäuse zu versehen.Furthermore, the carrier ring 1 has a number of supports 3 on its underside, which are only provided for positioning the carrier ring 1 in a mold in order to provide the carrier ring 1 with the electrical lines with a plastic housing in an injection molding process.

2 zeigt den Trägerring 1 gemäß 1 mit daran positionierten elektrischen Leitungen 4. Die elektrischen Leitungen 4 sind ringförmig an dem Trägerring 1 angeordnet. Ihre Enden sind jeweils durch die Löcher 2 gesteckt, um Kontaktanschlüsse 5 des zu bildenden Stromschienensystems bereitzustellen. Durch die in den Löchern 2 steckenden Enden der elektrischen Leitungen 4 werden die elektrischen Leitungen 4 in Bezug auf den Trägerring 1 fixiert, bis der Trägerring 1 zusammen mit den elektrischen Leitungen 4 in einem Gehäuse eingeschlossen ist. 2 shows the carrier ring 1 according to 1 with electrical lines 4 positioned thereon. The electrical lines 4 are arranged in a ring on the carrier ring 1. Their ends are each inserted through the holes 2 to provide contact connections 5 of the busbar system to be formed. Through the ends of the electrical lines 4 stuck in the holes 2, the electrical lines 4 are fixed in relation to the carrier ring 1 until the carrier ring 1 is enclosed in a housing together with the electrical lines 4.

Um die elektrischen Leitungen 4 trotz einer angestrebten möglichst geringen Breite des Stromschienensystems aneinander vorbei führen zu können, sind ihre Enden teilweise abgewinkelt.In order to be able to guide the electrical lines 4 past each other despite the desired width of the busbar system being as small as possible, their ends are partially angled.

Die elektrischen Leitungen 4 sind Versorgungsleitungen für die Spulen des Stators. Bei einer typischen Axialflussmaschine werden elektrische Leitungen 4 für drei Phasen sowie einen Masseleiter vorgesehen. Für die Kontaktierung gibt es dabei verschiedene Möglichkeiten. Für jeden Spulenaufnahmeplatz ist ein Anschlusspin für eine Phase sowie ein Anschlusspin für den Masseleiter vorgesehen, wobei es für den Betrieb der Axialflussmaschine vorteilhaft ist, wenn mit derselben Phase angesteuerte Spulen einander im Wesentlichen gegenüber oder zumindest nicht alle nebeneinander liegen. Dies kann beim Routing der elektrischen Leitungen 4 in dem Stromschienensystem berücksichtigt werden.The electrical lines 4 are supply lines for the stator coils. In a typical axial flux machine, electrical lines 4 are provided for three phases and a ground conductor. There are various options for contacting us. A connection pin for a phase and a connection pin for the ground conductor are provided for each coil receiving location, whereby it is advantageous for the operation of the axial flux machine if coils controlled with the same phase lie essentially opposite one another or at least not all of them next to one another. This can be taken into account when routing the electrical lines 4 in the busbar system.

3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Stromschienensystems 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Stromschienensystem 10 weist den in einem Gehäuse 11 eingeschlossenen Trägerring 1 mit den elektrischen Leitungen 4 gemäß den 1 und 2 auf. Der Trägerring 1 und die elektrischen Leitungen 4 sind in einem Spritzgussverfahren vollständig von einer Kunststoffgehäusemasse umgeben, wobei Kontaktanschlüsse 5 der elektrischen Leitungen 4 als Anschlusspins 2 aus dem Gehäuse 11 ragen. 3 shows a perspective view of the busbar system 10 according to an embodiment of the invention. The busbar system 10 has the support ring 1 enclosed in a housing 11 with the electrical lines 4 according to 1 and 2 on. The carrier ring 1 and the electrical lines 4 are completely surrounded by a plastic housing compound in an injection molding process, with contact connections 5 of the electrical lines 4 protruding from the housing 11 as connection pins 2.

Das Stromschienensystem 10 ist somit ringförmig ausgebildet mit einer Symmetrieachse 13 und weist eine hohlzylindrische Form auf mit einer Außenseite 14, einer Innenseite 15 sowie Stirnseiten 16, von denen in 3 nur diejenige Stirnseite 16 sichtbar ist, aus der die Anschlusspins 12 ragen.The busbar system 10 is therefore ring-shaped with an axis of symmetry 13 and has a hollow cylindrical shape with an outside 14, an inside 15 and end faces 16, of which in 3 only the end face 16 is visible from which the connection pins 12 protrude.

Das Stromschienensystem 10 weist mindestens einen zentralen Anschluss 17 auf, der im Wesentlichen als Fenster in dem Gehäuse 11 ausgebildet ist, in dem die elektrischen Leitungen 4 zur Kontaktierung von außen frei liegen. Der zentrale Anschluss 17 ist auf der Außenseite 14 des Stromschienensystems 10 angeordnet. Alternativ können auch separate Anschlüsse beispielsweise für jede Phase vorgesehen sein. Der Begriff „zentral“ bedeutet in dem Zusammenhang, dass über den Anschluss nicht nur eine Spule kontaktierbar ist, sondern aufgrund des Routings des Stromschienensystems mehrere Spulen.The busbar system 10 has at least one central connection 17, which is essentially designed as a window in the housing 11, in which the electrical lines 4 are exposed for contacting from the outside. The central connection 17 is arranged on the outside 14 of the busbar system 10. Alternatively, separate connections can also be provided for each phase, for example. In this context, the term “central” means that not only one coil can be contacted via the connection, but also several coils due to the routing of the busbar system.

4 zeigt ein Statorgehäuse 20 für eine Axialflussmaschine mit dem darin eingesetzten Stromschienensystem 10 gemäß 3. 4 shows a stator housing 20 for an axial flux machine with the busbar system 10 inserted therein 3 .

Das Statorgehäuse 20 kann beispielsweise aus Metall ausgebildet sein und ein äußeres ringförmiges Element 21 sowie ein inneres ringförmiges Element 22 aufweisen, zwischen denen eine Anzahl von Spulenaufnahmeplätzen 23 angeordnet ist, die voneinander durch Trennrippen 24 getrennt sind. In der gezeigten Ausführungsform sind zwölf Spulenaufnahmeplätze 23 vorgesehen.The stator housing 20 can, for example, be made of metal and have an outer annular element 21 and an inner annular element 22, between which a number of coil receiving places 23 are arranged, which are separated from one another by separating ribs 24. In the embodiment shown, twelve coil receiving locations 23 are provided.

Das Statorgehäuse 20 weist eine Symmetrieachse 25 auf, die einer Drehachse des in den Figuren nicht gezeigten Rotors der Axialflussmaschine entspricht. Das Stromschienensystem 10 ist derart konzentrisch in das Statorgehäuse 20 eingesetzt, dass die Achsen 13 und 25 zusammenfallen.The stator housing 20 has an axis of symmetry 25, which corresponds to an axis of rotation of the rotor of the axial flux machine, not shown in the figures. The busbar system 10 is inserted concentrically into the stator housing 20 in such a way that the axes 13 and 25 coincide.

5 zeigt das Statorgehäuse 20 gemäß 4, wobei zusätzlich auf allen zwölf Spulenaufnahmeplätzen 23 jeweils eine Spulenbaugruppe 26 angeordnet ist zur Bildung des Stators 30. Jede Spulenbaugruppe 26 umfasst einen nicht näher gezeigten Statorzahn, der beispielsweise aus laminierten Blechlagen aufgebaut sein kann oder aus einem oxidgebundenen Pulver (SMC, soft magnetic compound) bestehen kann, sowie eine in axialer Richtung um den jeweiligen Statorzahn gewickelte Spule. Enden der Wicklungsdrähte sind als Spulenkontakte 27 nach außen geführt. Jeder Spulenkontakt 27 ist als Schlaufe um einen Anschlusspin 12 gelegt, sodass jede Spule durch elektrische Leitungen 4 des Stromschienensystems 10 kontaktiert wird und über den zentralen Anschluss 17 des Stromschienensystems 10 versorgt werden kann. Der zentrale Anschluss 17 ist dabei auf der Außenseite des Statorgehäuses 20 zugänglich. 5 shows the stator housing 20 according to 4 , whereby a coil assembly 26 is also arranged on all twelve coil receiving locations 23 to form the stator 30. Each coil assembly 26 includes a stator tooth, not shown, which can be constructed, for example, from laminated sheet metal layers or from an oxide-bonded powder (SMC, soft magnetic compound). can exist, as well as a coil wound in the axial direction around the respective stator tooth. Ends of the winding wires are led outwards as coil contacts 27. Each coil contact 27 is placed as a loop around a connection pin 12, so that each coil is contacted by electrical lines 4 of the busbar system 10 and can be supplied via the central connection 17 of the busbar system 10. The central connection 17 is accessible on the outside of the stator housing 20.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2010/092400 A2 [0004]
US 2015/0364956 A1 [0004]

Claims

Busbar system (10) for supplying a stator (30) of an axial flux machine, which has at least one rotor rotatable about an axis of rotation (25) and at least the stator (30) spaced apart from the rotor along the axis of rotation (25) in the circumferential direction around the axis of rotation (25 ) arranged coil receiving locations (23) for receiving electromagnetic coil assemblies (26), each coil assembly (26) having at least one coil wound around a stator tooth in the axial direction, the busbar system (10) having the following: - electrical lines (4) for supplying the coils of the coil assemblies (26), - an annular housing (11) that accommodates the electrical lines (4), the busbar system (10) providing contact connections (5) of the electrical lines (4) for each coil along the circumference of the annular housing (11) and also at least one has a central connection (17) for a power supply.

Busbar system (10). Claim 1 , wherein the annular housing (11) is designed as an injection-molded plastic housing and the electrical lines (4) are embedded in the plastic housing mass.

Busbar system (10) according to one of the Claims 1 or 2 , wherein the housing (11) has a support ring (1) which has positioning elements (2) for positioning the electrical lines (4) and their contact connections (5) along its circumference.

Busbar system (10) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the contact connections (5) are designed as connection pins (12) protruding from the housing (11).

Busbar system (10) according to one of the Claims 1 until 4 , wherein the electrical lines (4) have lines for three phases and ground lines, with lines of a first phase laid in a first level, lines of a second phase in a second level, lines of a third phase in a third level and ground lines laid in a fourth level are, with the planes extending perpendicular to the axis of rotation (25).

Stator (30) for an axial flux machine, which has at least one rotor rotatable about an axis of rotation (25) and at least one stator (30) spaced from the rotor along the axis of rotation (25) with electromagnetic coil assemblies (26) arranged in the circumferential direction around the axis of rotation (25). ), wherein each coil assembly (26) has a stator tooth and a coil wound in the axial direction around the stator tooth, the stator (30) for supplying the coils having a busbar system (10) according to one of Claims 1 until 5 having.

Stator (30) after Claim 6 , wherein the stator (30) has a stator housing (20) with an interior for receiving the coil assemblies (26) and a circumferential outer housing wall, on the inside of which the busbar system (10) is arranged, the busbar system (10) covering the interior with the Coil assemblies (26) concentrically surrounds.

Stator (30) after Claim 6 or 7 , wherein each coil has two coil contacts (27), which are formed by winding wire bent into a loop at its ends, the loops being placed around connection pins (12) of the busbar system (10) for electrical contacting.

Stator (30) after Claim 6 or 7 , whereby the winding wire and the electrical lines have rectangular cross sections and are placed overlapping one another in some areas.

Stator (30) after Claim 8 or 9 , whereby the loops are connected to the connection pins (12) by clamping or welding.

Stator (30) according to one of the Claims 7 until 10 , wherein the stator housing (20) has separating ribs (24) which separate adjacent coil assemblies (26) from one another.

Method for producing a busbar system (10) for supplying a stator (30) of an axial flux machine, comprising - providing and positioning electrical lines (4) to supply the stator (30) in an annular arrangement, - enclosing the electrical lines (4) in an annular housing (11), with contact connections (5) of the electrical lines (4) being exposed along the circumference of the annular housing (11).

Procedure according to Claim 12 , wherein the annular housing (11) is manufactured in an injection molding process in which the electrical lines (4) are embedded in a plastic housing compound.

Procedure according to Claim 12 or 13 , wherein a support ring (1) is provided on which the electrical lines (4) are positioned before being enclosed in the housing (11).

Method for assembling a stator (30) of an axial flux machine, which has at least one rotor rotatable about an axis of rotation (25) and at least one stator (30) spaced apart from the rotor along the axis of rotation (25) with electromagnetic coil assemblies (26) arranged in the circumferential direction around the axis of rotation ), wherein each coil assembly (26) has a stator tooth and a coil wound in the axial direction around the stator tooth, the method comprising the following: - providing a stator housing (20) with electromagnetic coil receiving locations (23) arranged in the circumferential direction around the axis of rotation (25) ; - providing a plurality of coil assemblies (26) and inserting them into the stator housing (20) on the coil receiving locations (23); - providing a busbar system (10) according to one of the Claims 1 until 5 ; - inserting the busbar system (10) into the stator housing (20), the busbar system (10) concentrically surrounding an interior of the stator (30) with the coil assemblies (26); - connect the contact connections (5) of the electrical lines (4) of the busbar system (10) with coil contacts (27) of the coil assemblies (26) and - contact at least one central connection (17) of the busbar system (10).