EP4010962A1 - Elektrische maschine - Google Patents

Elektrische maschine

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Publication number
EP4010962A1
EP4010962A1 EP20739562.5A EP20739562A EP4010962A1 EP 4010962 A1 EP4010962 A1 EP 4010962A1 EP 20739562 A EP20739562 A EP 20739562A EP 4010962 A1 EP4010962 A1 EP 4010962A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductor
winding
conductors
electrical machine
contact
Prior art date
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Pending
Application number
EP20739562.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Ruppert
Robin BABIAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4010962A1 publication Critical patent/EP4010962A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/22—Auxiliary parts of casings not covered by groups H02K5/06-H02K5/20, e.g. shaped to form connection boxes or terminal boxes
    • H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/09—Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine, comprising a stator with a winding comprising a plurality of conductors assigned to one or more phases, which are interconnected.
  • Electric machines comprising a rotor and a stator are used in a wide variety of applications.
  • the use of electric machines for electric hybrid vehicles and electric vehicles or for hub drives is only mentioned as an example. If such an electrical machine is used as a drive machine, it is mostly designed as an internal rotor, which means that the stator surrounds the internal rotor. A wandering magnetic field is generated via the stator, which causes the rotor to rotate.
  • the stator has a winding consisting of a multiplicity of conductors, the conductors being assigned to one or usually several phases.
  • circumferential conductors To form quasi-meandering, circumferential conductors, they are to be connected accordingly at their ends, which is usually done by welding the conductor ends that are adjacent to one another.
  • the conductor ends converge at one point or one winding side in the form of a so-called star, where they are connected to one another.
  • the connection of the individual phases to an external power supply i.e. a power connection that is used to generate the mag- netfelds is used to do what is often very complicated to implement due to space constraints.
  • the invention is thus based on the problem of specifying an electrical machine that is improved in comparison.
  • the invention provides for an electrical machine of the type mentioned at the outset that the ends of at least two conductors assigned to a phase protrude axially or radially over the winding on the inner circumference and / or on the outer circumference of the winding and with one arranged radially outside the winding Power connection are connected via a common connecting conductor.
  • connection ring is used for the actual connection of the conductors, i.e. a conductor ring that is placed axially on the winding. This engages in the area of the protruding conductor ends, wherein the conductor ends can protrude axially on the inner circumference and / or on the outer circumference of the winding.
  • the conductor ends are the individual conductor sections, unless they are on other, z. B. further inner radial planes are connected to each other, assigned.
  • the conductor ends are connected to the interconnection ring, usually welded accordingly, so that the corresponding phase-specific conductor structures or conductor connections are generated via the interconnection ring.
  • connection conductors are provided according to the invention, which connect the conductors protruding axially over the winding or the winding head, phase-specifically, to the corresponding phase-specific contact areas of the power connection or HV terminal.
  • connection conductors have a certain length after the power connection and thus the corresponding contact areas there and the protruding ends of the stator on the other side are spaced apart due to the separation of the interconnection ring and the power connection.
  • the cross-section of the connecting conductor should be at least twice as large as that of the corresponding single conductors as they have been used up to now or as the winding conductors also have, so that it there is no jump in conductor cross-section at the transition from the conductor ends or the winding to the connecting conductors. If three in-phase conductor ends are connected, the conductor cross-section of the common connecting conductor should be at least three times, etc. This means that the conductor cross-section of the connecting conductor corresponds to at least the total cross-section of the winding-side conductors or conductor ends to be contacted, and is possibly slightly larger.
  • the connecting conductor can have a contact section sen, with which it is only contacted on one side of the two conductor ends.
  • the connec tion conductor is so with its contact section on only one side, for example radially outside, on the corresponding contact sections or surfaces of the conductor ends.
  • the connecting conductor can also have a contact section with which it is contacted on two opposite sides at both conductor ends. This means that there is double-sided contact at the conductor ends, whereby the contact connection is even more secure and, if necessary, also improved with regard to the current carrying capacity.
  • the connection of the conductor ends and the connecting conductor is of course preferably carried out by welding.
  • the connecting conductor can have a contact section which is U-shaped for contact on both sides of the conductor ends.
  • the contact section is designed like a clamp and, due to its U-shape, engages around the two or more conductor ends, so these are received in the U-shaped receptacle and can be welded accordingly ver.
  • the contact section can overall have a U-shaped receptacle encompassing both or more ends. It is thus designed as a U-shaped bracket at the end of the connecting conductor, into which the conductor ends engage.
  • the contact section can have two U-shaped receptacles, each of which encompasses one end of the conductor. So here each end of the conductor is fixed in a common U-shaped bracket.
  • the contact section can be made wider than the actual conductor width, the specific geometry ultimately depending on the distance between the two or more conductor ends to be contacted, which are usually more closely spaced and offset from one another only a short distance around the circumference of the winding.
  • several contact elements corresponding to the number of phases can be provided at the power connection, which contact elements have a wide base and at least two fingers protruding from this.
  • Such a contact element offers the possibility of both connecting a common, wide connecting conductor and, in the event that such a common, wide connecting conductor cannot be used, correspondingly narrower, individual connecting conductors to be connected.
  • the contact element is quasi multifunctional.
  • the wide, common connecting conductor can be connected in the area of the wide base. In the area of the narrower, protruding fingers, there is a narrow connecting conductor in each case, so that regardless of what type or geometry the connecting conductors are, a suitable connection can always be achieved with such a contact element.
  • the ends of at least some of the conductors are preferably protruding beyond the winding, some of these conductor ends being connected to a connection ring placed axially on the winding, the connection conductors being fixed to at least one holding element provided on the connection ring.
  • This configuration with the common interconnection ring enables the meander structure of the conductors to be formed easily via the winding itself.
  • the interconnection ring also serves as a location for fixing the connection conductors. This is because the connecting conductors have a certain length after the power connection and thus the corresponding contact areas on the local side and the protruding winding ends of the stator on the other side are spaced apart due to the separation of the connection ring and the power connection.
  • the invention provides that the connecting conductors are fixed to at least one retaining element provided on the interconnection ring.
  • the connecting conductors are not only connected via their actual contact points, i.e. welded connections to the conductor ends on the one hand and the contact areas on the other hand, but are also fixed over their length to at least one holding element provided on the interconnection ring. This enables a sufficiently rigid connection of the connecting conductor to which, respectively, is inside the machine on the other side the conductor configuration is still flexible enough to be able to compensate for any vibrations in the drive train.
  • the interconnection ring can have a housing on which the Hal teiata or elements are arranged. As described, the interconnection ring includes corresponding separate line bridges. These are preferably accommodated in a housing, preferably made of plastic, so that the interconnection ring can also be configured in advance and only needs to be put on.
  • the cable bridges which are correspondingly stable metal sheets, are geometrically shaped so that they reach the conductor ends to be connected accordingly. They are grouped to the corresponding circuit ring and allow easy bridging of appropriate distances in both circumferential and radial direction. Like the individual conductors and connecting conductors, they are of course insulated from one another. They also have corresponding, preferably radially vorsprin ing connecting sections to which the ends of the conductors that protrude from the winding are welded. These preferably protrude from the housing and enable simple conductor connection.
  • the connecting conductors can have a considerable length and, for example, run around a circumference of up to 90 °, the connecting conductors differ in length, which is why some connecting conductors only on a retaining element, others may also fixed to two or more retaining elements around the circumference who the.
  • the fixing is expediently carried out in such a way that the or each holding element is designed as a latching or clamping element to which one or more connecting conductors are fixed via a latching or clamping connection. This enables the holding elements to be easily connected to the corresponding connecting conductors.
  • the housing of the interconnection ring itself is preferably designed as a plastic housing that is manufactured using a plastic injection molding process.
  • the or each Hal teelement or the or each locking or clamping element is preferably di- Formed right on the plastic housing, so made integrally or in one piece with it.
  • the housing therefore has a double function, on the one hand the housing of the cable bridges and on the other hand that of the support point of the connec tion ladder.
  • Figure 1 is a partial view of an electrical machine according to the invention with a connecting conductor of a first embodiment
  • Figure 2 is a view corresponding to Figure 1 with a connecting conductor of a second embodiment
  • FIG. 3 shows a further partial view with a connecting conductor of a third embodiment
  • Figure 4 is a partial view with a connecting conductor of a fourth embodiment
  • FIG. 5 shows a detailed view of the area of the contact elements of the current connection without connected connecting conductors
  • FIG. 6 shows the arrangement from FIG. 5 with connected connecting conductors.
  • FIG. 1 shows, in the form of a partial view, a basic illustration of an electrical machine 1 according to the invention with a stator 2 with a winding 3 comprising a plurality of conductors 4, which are assigned to three separate phases in the example shown. More or fewer phases can also be provided.
  • Each conductor 4 is designed as a quasi U-shaped bracket, a plurality of such U-shaped Lei ter, often also called hairpins, are plugged together to form the winding 3, which can also be referred to as a winding basket.
  • the plurality of conductors 4 different radial planes R, as shown in FIG.
  • the conductors 4 extend, depending on the winding scheme, from one radial plane to another radial plane, for example an adjacent radial plane, in the area in which they are connected to the conductor ends of corresponding adjacent conductors continuing the phase conductor.
  • the conductors 4 are guided or bent and laid in such a way that corresponding recesses arise which extend radially so that corresponding stator teeth 5 engage in these recesses or the corresponding conductors 4 are wound between the corresponding grooves of the stator teeth 5.
  • the basic structure of such a stator or such an electrical machine and such a winding 3 wound from separate brackets is basically known.
  • the ends 6 of the conductors 4 project axially, as long as the ends 6 are positioned on the inner circumference and / or the outer circumference of the annular winding 3, i.e. they protrude axially from the winding 3.
  • These ends 6 are associated with individual conductors 4, which in turn are assigned un different phases, which is why the conductor ends 6 are to be interconnected according to the routing scheme of the conductor 4.
  • a formwork ring 7 is used, which is placed axially on the end face of the winding 3 and is arranged between the conductor ends 6 or engages between them.
  • the interconnection ring 7 comprises a number of corresponding line bridges, not shown in detail, as well as on connection sections that protrude to the side from the housing 8 and after inserting the circuit ring 7 between the conductor ends 6 are positioned precisely next to the corresponding conductor end 6 with which they are to be connected are.
  • the connection is made e.g. B. by simple welding, so that all conductors 4 correctly and phase-specifically switched to each other with the connection. Other connection methods are also conceivable.
  • a power supply 9 is also provided, which is arranged radially next to the winding 3 in the area of its axial end, that is to say the winding head.
  • This power connection 9, also called HV terminal, comprises a housing 10 in which the Speaking busbars are arranged which protrude with their contact elements 11, that is to say connection terminals (see FIG. 5) from the housing 10.
  • connecting conductors 12 are provided, with Figure 1 showing a connecting conductor 12a according to the invention, which is used to connect two conductor ends 6 assigned to the same phase to a contact element 11, as well as two separate, individual connecting conductors 12b, each of which connects a conductor end 6 with a common contact element 11 as before.
  • the connecting conductor 12 has a laterally or circumferentially widened contact section 13 which, coming from the radially outer side, lies against the two conductor ends 6 to which it is to be welded. So it contacts two conductor ends 6 simultaneously. Its conductor width or its conductor cross-section corresponds to at least twice a conductor width or a conductor cross-section of the conductor 4 or the conductor ends 6. It then runs from the contact point to the conductor ends 6 to a contact element 11 at the power connection 9, where it also lies flat and is welded on.
  • FIG. 1 clearly shows, the simultaneous contacting of two (or more) conductor ends 6 and their connection to a common contact element 11 is possible with a wide connecting conductor 12a according to the invention, while instead, as also shown in Figure 1, instead of such a wide connecting conductor 12a individual, narrow connecting conductors 12b each with a conductor end 6 would be to be contacted.
  • the assembly and laying effort is significantly reduced, as is the number of components to be used.
  • FIG. 2 shows a T-shape of the contact section 13 or the connection conductor 12a in the connection area to the two conductor ends 6 Plant of the contact section 13 at the conductor ends 6.
  • FIG. 3 shows an embodiment in which the contact section 13 of the wide connecting conductor 12a according to the invention is designed as a U-shaped bracket 14, which can be seen to encompass the two (or more) conductor ends 6, which are accordingly connected to the contact section 13 on the sides are in contact and connected. This ensures an even more secure connection with an even higher current carrying capacity.
  • Figure 4 shows an embodiment in which the devisab section 13 has two U-shaped brackets 14 each encompassing a conductor end 6 and also on both sides concern about him.
  • the connection is made by welding.
  • the embodiment according to Figure 3 is comparable to that of Figure 1, so also has an L-shaped side view, but with a U-shaped bracket design, while the embodiment according to Figure 4 corresponds to the T-shaped arrangement of Figure 2, but also with U-shaped bracket design.
  • FIG. 5 shows the three contact elements 11 of the current connection 9.
  • Each contact element 11 vst is assigned to a phase and has a wide base 15 from which two fingers 16 protrude.
  • Such a contact element 13 enables both a wide connecting conductor 12a according to the invention and individual narrow connecting conductors 12b to be arranged, as FIG. 6 shows.
  • the wide connecting conductor 12a has a contact area 17 corresponding to its conductor cross-section, which rests on the wide base 15 over a large area. There he follows the welding.
  • the narrow connecting conductors 12b (also) extend along the fingers 16 and are welded on there. This means that such a contact element 13 enables both the wide and the narrow connecting conductors to be fixed.
  • a retaining element 18 molded onto the housing 8, which is made of plastic, is shown, which is designed as a latching or clamping element 19. is out, and has two locking or clamping arms 20 which are slightly resilient.
  • the two connecting conductors 12b are inserted and snapped into these latching or clamping elements 19, so they are fixed in position there and pressed against the opposite leg by means of the fingers 20 so that they are fixed on the one hand, but still as on the other hand there is still sufficient mobility to compensate for any vibrations.
  • the holding element 18, of which several can be provided along the housing 8, is formed in one piece or integrally with the housing 8, that is to say also made of plastic, so that it is a multifunctional component. During assembly, only the connecting conductors need to be inserted and fixed.
  • FIG. 1 merely serves to show that, in principle, there is also the possibility, according to the invention, of laying connecting conductors 12a in contact with several conductor ends 6 together with conventional, narrow connecting conductors 12b.
  • primarily or exclusively correspondingly wide connecting conductors 12a, whatever their geometry, are used, particularly in the contact section 13, combined with a simplification of assembly and conductor routing, a reduction in the number of components required and greater compactness of the electrical machine.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

Elektrische Maschine, umfassend einen Stator (2) mit einer Wicklung (3) umfassend eine Mehrzahl an einer oder mehreren Phasen zugeordneten Leitern (4), die untereinander verschaltet sind, wobei die Enden (6) wenigstens zweier einer Phase zugeordneter Leiter (4) am Innenumfang und/oder am Außenumfang der Wicklung (3) axial oder radial über die Wicklung (3) hervorstehen und mit einem radial außerhalb der Wicklung (3) angeordneten Stromanschluss (9) über einen gemeinsamen Verbindungsleiter (12a) verbunden sind.

Description

Elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, umfassend einen Stator mit einer Wicklung umfassend eine Mehrzahl an einer oder mehreren Phasen zugeordneten Leitern, die untereinander verschaltet sind.
Elektrische Maschinen umfassend einen Rotor und einen Stator, kommen in den un terschiedlichen Anwendungsbereichen zum Einsatz. Lediglich exemplarisch ist die Verwendung von elektrischen Maschinen für elektrische Hybridfahrzeuge und Elektro fahrzeuge oder für Nabenantriebe zu nennen. Wird eine solche elektrische Maschine als Antriebsmaschine verwendet, ist sie zumeist als Innenläufer ausgeführt, das heißt, dass der Stator den innenliegenden Rotor umgibt. Über den Stator wird ein wandern des Magnetfeld erzeugt, über das die Rotation des Rotors erwirkt wird. Hierzu weist der Stator eine Wicklung auf, bestehend aus einer Vielzahl an Leitern, wobei die Leiter einer oder üblicherweise mehreren Phasen zugeordnet sind.
Nicht nur die Anzahl der Phasen geht in die Auslegung der Wicklungsgeometrie ein, sondern auch die Anzahl der Drähte pro Phase sowie die Anzahl der Drähte pro Nut innerhalb der Statorverzahnung und die Anzahl der Polpaare. Durch diese Vielfalt an Leitern und Wickelparametern entsteht ein komplexes Geflecht an Leitern, das in un terschiedlichen Wicklungstechnologien aufgebaut wird. Zu nennen sind beispielsweise die sogenannte Hairpin- oder Stabwellenwicklung. Hierbei werden die Leiter mittels U- förmig gebogener Stäbe, die zur Bildung eines Wicklungskorbes zusammengesteckt werden, gebildet. Die Leiter sind auf einer Mehrzahl an Radialebenen verlegt, wobei die Leiter quasi von Ebene zu Ebene wandern. Sie sind zur Bildung quasi mäander förmiger, umlaufender Leiter an ihren Enden entsprechend zu verbinden, was übli cherweise durch Verschweißen der Leiterenden, die benachbart zueinander liegen, erfolgt. Die Leiterenden laufen an einem Punkt respektive an einer Wicklungsseite in Form des sogenannten Sterns zusammen, wo sie miteinander verbunden werden. In diesem Bereich ist auch die Anbindung der einzelnen Phasen an eine externe Strom versorgung, also einen Stromanschluss, die respektive der zur Erzeugung des Mag- netfelds dient, vorzunehmen, was oft aus Bauraumgründen nur sehr kompliziert zu re alisieren ist.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte elektrische Maschine anzugeben.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einer elektrischen Maschine der eingangs ge nannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Enden wenigstens zweier einer Phase zugeordneter Leiter am Innenumfang und/oder am Außenumfang der Wicklung axial oder radial über die Wicklung hervorstehen und mit einem radial außerhalb der Wicklung angeordneten Stromanschluss über einen gemeinsamen Verbindungsleiter verbunden sind.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die eigentliche Leiterverschaltung, also die Ver schaltung der einzelnen Leiter zur Bildung der entsprechenden phasenspezifischen Mäanderstrukturen, und die Verschaltung zur Kopplung mit der Stromversorgung über ein Hochvolt-Terminal, also den Stromanschluss, zu trennen. Zur eigentlichen Leiter verschaltung dient ein Verschaltungsring, also ein separat auf die Wicklung axial auf gesetzter Leiterring. Dieser greift in den Bereich der vorstehenden Leiterenden, wobei die Leiterenden am Innenumfang und/oder am Außenumfang der Wicklung axial her vorstehen können. Die Leiterenden sind den einzelnen Leiterabschnitten, soweit diese nicht auf anderen, z. B. weiter innenliegenden Radialebenen miteinander verbunden sind, zugeordnet. Die Leiterenden werden an den Verschaltungsring angeschlossen, üblicherweise entsprechend verschweißt, so dass über den Verschaltungsring die entsprechenden phasenspezifischen Leiterstrukturen respektive Leiterverbindungen erzeugt werden.
Zur Verbindung der Wicklung mit dem eigentlichen Stromanschuss, also dem Hoch- volt-Terminal, sind erfindungsgemäß entsprechende Verbindungsleiter vorgesehen, die die axial über die Wicklung respektive den Wicklungskopf hervorstehenden Leiter enden phasenspezifisch mit den entsprechenden phasenspezifischen Kontaktberei chen des Stromanschlusses respektive HV-Terminals verbinden. Diese Verbindungs leiter weisen eine gewisse Länge auf, nachdem der Stromanschluss und damit die entsprechenden Kontaktbereiche dortseits sowie die hervorstehenden Enden des Sta tors auf der anderen Seite aufgrund der Trennung des Verschaltungsrings und des Stromanschlusses voneinander beabstandet sind.
Da oft mehr als zwei Leiterenden einer Phase zugeordnet sind, wären bei Verwen dung einzelner Verbindungsleiter eine Vielzahl an separaten Leitern zu verlegen, wo bei jedoch die Einzelleiter stets die entsprechenden Leiterenden der gleichen Phase verbinden. Um dies zu vereinfachen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigs tens zwei Leiterenden von einer gemeinsamen Phase zugeordneten Leitern über ei nen gemeinsamen Verbindungsleiter mit dem Stromanschluss verbunden sind. Das heißt, dass der eine Verbindungsleiter zwei oder mehr gleichphasige Leiterenden wicklungsseitig kontaktieren und als gemeinsamer Leiter zu dem einen stroman schlussseitigen Anschlussterminal läuft. Es ist also nur ein Leiter zu verlegen, der es ermöglicht, gleichzeitig mehrere wicklungsseitige Leiterenden zu kontaktieren. Dies vermeidet die aufwändige Verlegung und Integration einer Vielzahl von Parallelleitern, mithin damit aber auch den Aufwand zur Kontaktierung, wie auch die Kompaktheit der elektrischen Maschine hierdurch verbessert wird.
Dient der gemeinsame Verbindungsleiter dazu, zwei phasengleiche Leiterenden zu kontaktieren und mit einem terminalseitigen Anschuss zu verbinden, so sollte der Querschnitt des Verbindungsleiters mindestens dem Doppelten entsprechender Ein zelleiter, wie sie bisher verwendet wurden respektive wie ihn auch die Wicklungsleiter aufweisen, entsprechen, so dass es zu keinem Leiterquerschnittssprung am Über gang von den Leiterenden respektive der Wicklung zu den Verbindungsleitern kommt. Werden drei phasengleiche Leiterenden verbunden, so sollte der Leiterquerschnitt des gemeinsamen Verbindungsleiters mindestens dem Dreifachen entsprechen etc. Das heißt, dass der Leiterquerschnitt des Verbindungsleiters mindestens der Querschnitts summe der zu kontaktierenden wicklungsseitigen Leiter respektive Leiterenden ent spricht, und gegebenenfalls noch etwas größer ist.
Hinsichtlich der Ausgestaltung eines solchen Verbindungsleiters in Bezug auf die Kon taktierung der Leiterenden sind unterschiedliche Varianten denkbar. Gemäß einer ers ten Erfindungsalternative kann der Verbindungsleiter einen Kontaktabschnitt aufwei- sen, mit dem er nur an einer Seite der beiden Leiterenden kontaktiert ist. Der Verbin dungsleiter liegt also mit seinem Kontaktabschnitt nur einseitig, beispielsweise radial außen, an den entsprechenden Kontaktabschnitten oder -flächen der Leiterenden an. Alternativ dazu kann der Verbindungsleiter auch einen Kontaktabschnitt aufweisen, mit dem er an zwei gegenüberliegenden Seiten an beiden Leiterenden kontaktiert ist. Das heißt, dass ein beidseitiger Kontakt an den Leiterenden gegeben ist, wodurch die Kontaktverbindung noch sicherer und gegebenenfalls auch in Bezug auf die Strom tragfähigkeit verbessert ist. Unabhängig davon erfolgt die Verbindung der Leiterenden und des Verbindungsleiters bevorzugt natürlich durch Verschweißen.
Für den Fall, dass ein Leiterkontakt an beiden gegenüberliegenden Seiten der Leiter enden vorgesehen ist, kann in Weiterbildung der Erfindung der Verbindungsleiter ei nen Kontaktabschnitt aufweisen, der zur beidseitigen Anlage an den Leiterenden U- förmig ausgeführt ist. Der Kontaktabschnitt ist also quasi klammerartig ausgeführt und umgreift aufgrund seiner U-Form die beiden oder mehreren Leiterenden, diese sind also in der U-förmigen Aufnahme aufgenommen und können darin entsprechend ver schweißt werden.
Bezüglich einer solchen Kontaktabschnittsgeometrie mit einer U-Form sind zwei Alter nativen denkbar. Gemäß einer ersten Alternative kann der Kontaktabschnitt insgesamt eine U-förmige, beide oder mehrere Enden umgreifende Aufnahme aufweisen. Er ist also endseitig des Verbindungsleiters quasi als U-förmige Klammer ausgeführt, in die die Leiterenden eingreifen.
Alternativ dazu ist es möglich, dass der Kontaktabschnitt zwei U-förmige Aufnahmen aufweist, die jeweils ein Leiterende umgreifen. Hier ist also jedes Leiterende in einer gemeinsamen U-förmigen Klammer fixiert. Der Kontaktabschnitt kann im Vergleich zur eigentlichen Leiterbreite verbreitert ausgeführt sein, wobei die konkrete Geometrie letztlich vom Abstand der beiden oder mehreren zu kontaktierenden Leiterenden ab hängt, die üblicherweise enger benachbart und nur ein kurzes Stück um den Wick lungsumfang versetzt zueinander angeordnet sind. Am Stromanschuss können des Weiteren mehrere, der Anzahl an Phasen entspre chende Kontaktelemente vorgesehen sein, die eine breite Basis und wenigstens zwei von dieser abragende Finger aufweisen. Ein solches Kontaktelement bietet die Mög lichkeit, sowohl einen gemeinsamen, breiten Verbindungsleiter anzuschließen, als auch, für den Fall, dass ein solcher gemeinsamer breiter Verbindungsleiter nicht ver wendet werden kann, entsprechend schmälere, einzelne Verbindungsleiter anzu schließen. Das Kontaktelement ist quasi multifunktional. Im Bereich der breiten Basis kann der breite, gemeinsame Verbindungsleiter angeschlossen werden. Im Bereich der schmäleren, abragenden Finger jeweils ein schmaler Verbindungsleiter, so dass unabhängig davon, welcher Art respektive Geometrie die Verbindungsleiter sind, mit einem solchen Kontaktelement stets ein geeigneter Anschluss erreicht werden kann.
Wie bereits beschrieben, sind bevorzugt die Enden zumindest eines Teils der Leiter über die Wicklung hervorstehend, wobei ein Teil dieser Leiterenden an einem axial auf die Wicklung gesetzten Verschaltungsring angeschlossen sind, wobei die Verbin dungsleiter an wenigstens einem am Verschaltungsring vorgesehenen Halteelement fixiert sind. Diese Ausgestaltung mit dem gemeinsamen Verschaltungsring ermöglicht eine einfache Ausbildung der Mäanderstruktur der Leiter über die Wicklung selbst. Darüber hinaus dient der Verschaltungsring aber auch als Ort der Fixierung der Ver bindungsleiter. Denn die Verbindungsleiter weisen eine gewisse Länge auf, nachdem der Stromanschluss und damit die entsprechenden Kontaktbereiche dortseits sowie die hervorstehenden Wicklungsenden des Stators auf der anderen Seite aufgrund der Trennung des Verschaltungsrings und des Stromanschlusses voneinander beab- standet sind. Um zu vermeiden, dass diese Verbindungsleiter, die grundsätzlich im Querschnitt rechteckig oder rund sein können, im Betrieb schwingen oder vibrieren, resultierend aus etwaigen Schwingungen im Antriebsstrang, ist erfindungsgemäß vor gesehen, dass die Verbindungsleiter an wenigstens einem am Verschaltungsring vor gesehenen Halteelement fixiert sind. Das heißt, dass die Verbindungsleiter nicht nur über ihre eigentlichen Kontaktstellen, also Schweißverbindungen mit den Leiterenden einerseits und den Kontaktbereichen andererseits verbunden sind, sondern zusätzlich noch über ihre Länge an wenigstens einem Halteelement, das am Verschaltungsring vorgesehen ist, fixiert sind. Dies ermöglicht eine hinreichende steife Anbindung der Verbindungsleiter an die respektive innerhalb der Maschine, auf der anderen Seite ist die Leiterkonfiguration noch flexibel genug, um etwaige Schwingungen im Antriebs strang auch ausgleichen zu können.
Dabei kann der Verschaltungsring ein Gehäuse aufweisen, an dem das oder die Hal teelemente angeordnet sind. Wie beschrieben umfasst der Verschaltungsring ent sprechende separate Leitungsbrücken. Diese sind bevorzugt in einem Gehäuse, vor zugsweise aus Kunststoff, aufgenommen, so dass der Verschaltungsring auch vor konfiguriert werden kann und lediglich aufzusetzen ist. Die Leitungsbrücken, bei de nen es sich um entsprechende stabile Bleche handelt, sind entsprechend geometrisch so geformt, dass sie die entsprechend zu verbindenden Leiterenden erreichen. Sie sind zu dem entsprechenden Schaltungsring gruppiert und ermöglichen ein einfaches Überbrücken entsprechender Abstände sowohl in Umfangs- als auch in Radialrich tung. Sie sind natürlich, ebenso wie die einzelnen Leiter und Verbindungsleiter, ge geneinander isoliert. Sie weisen weiterhin entsprechende, bevorzugt radial vorsprin gende Anschlussabschnitte auf, an denen die Enden der Leiter, die aus der Wicklung vorstehen, angeschweißt werden. Diese ragen bevorzugt aus dem Gehäuse hervor und ermöglichen einen einfachen Leiteranschluss.
Da je nach Position der phasenspezifischen Enden der einzelnen Leiter die Verbin dungsleiter eine beachtliche Länge aufweisen können und beispielsweise um einen Umfang von bis zu 90° umlaufen, unterscheiden sich die Verbindungsleiter in der Länge, weshalb manche Verbindungsleiter nur an einem Halteelement, andere aber gegebenenfalls auch an zwei oder mehr Halteelemente um den Umfang fixiert wer den.
Die Fixierung erfolgt zweckmäßigerweise derart, dass das oder jedes Halteelement als Rast- oder Klemmelement, an dem ein oder mehrere Verbindungsleiter über eine Rast- oder Klemmverbindung fixiert sind, ausgeführt ist. Dies ermöglicht ein einfaches Verbinden der Halteelemente mit den entsprechenden Verbindungsleitern.
Das Gehäuse des Verschaltungsrings selbst ist bevorzugt als Kunststoffgehäuse aus geführt, das in einem Kunststoffspritzverfahren hergestellt wird. Das oder jedes Hal teelement respektive das oder jedes Rast- oder Klemmelement ist dabei bevorzugt di- rekt am Kunststoffgehäuse angeformt, mit diesem also integral respektive einteilig ausgeführt. Dem Gehäuse kommt demzufolge eine Doppelfunktion zu, also zum einen die Einhausung der Leitungsbrücken, zum anderen die des Abstützorts der Verbin dungsleiter.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnah me auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
Figur 1 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit ei nem Verbindungsleiter einer ersten Ausführungsform,
Figur 2 eine Ansicht entsprechend Figur 1 mit einem Verbindungsleiter einer zweiten Ausführungsform,
Figur 3 eine weitere Teilansicht mit einem Verbindungsleiter einer dritten Aus führungsform,
Figur 4 eine Teilansicht mit einem Verbindungsleiter einer vierten Ausführungs form,
Figur 5 eine Detailansicht des Bereichs der Kontaktelemente des Stroman schlusses ohne angebundene Verbindungsleiter, und
Figur 6 die Anordnung aus Figur 5 mit angeschlossenen Verbindungsleitern.
Figur 1 zeigt in Form einer Teilansicht eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemä ßen elektrischen Maschine 1 mit einem Stator 2 mit einer Wicklung 3 umfassend eine Mehrzahl an Leitern 4, die im gezeigten Beispiel drei separaten Phasen zugeordnet sind. Es können auch mehr oder weniger Phasen vorgesehen sein. Jeder Leiter 4 ist als quasi U-förmige Klammer ausgeführt, wobei eine Vielzahl solcher U-förmiger Lei ter, oft auch Hairpins genannt, zu der Wicklung 3, die auch als Wicklungskorb be zeichnet werden kann, zusammengesteckt sind. Die Vielzahl der Leiter 4 definieren verschiedene Radialebenen R, wie in Figur 1 dargestellt. Hierzu erstrecken sich die Leiter 4 je nach Wicklungsschema von einer Radialebene zu einer anderen Radial ebene, beispielsweise einer benachbarten Radialebene, im Bereich welcher sie die mit den Leiterenden von entsprechenden benachbarten, den Phasenleiter weiterfüh renden Leitern verbunden sind.
Die Leiter 4 sind so geführt respektive gebogen und verlegt, dass sich entsprechende Ausnehmungen ergeben, die sich radial erstrecken, so dass entsprechende Statorzähne 5 in diese Ausnehmungen greifen respektive die entsprechenden Leiter 4 zwischen die entsprechenden Nuten der Statorzähne 5 gewickelt sind. Der grundsätz liche Aufbau eines solchen Stators respektive einer solchen elektrischen Maschine und einer solchen, aus separaten Klammern gewickelten Wicklung 3 ist dem Grunde nach bekannt.
Bei dem erfindungsgemäßen Stator 2 sind die Enden 6 der Leiter 4, soweit die Enden 6 an dem Innenumfang und/oder dem Außenumfang der ringförmigen Wicklung 3 en den respektive positioniert sind, axial vorspringend, das heißt, sie stehen axial von der Wicklung 3 ab. Diese Enden 6 sind einzelnen Leitern 4 zugehörig, die wiederum un terschiedlichen Phasen zugeordnet sind, weshalb die Leiterenden 6 dem Verlegungs schema der Leiter 4 entsprechend zu verschalten sind. Hierzu dient ein Verschal tungsring 7, der axial auf die Stirnseite der Wicklung 3 gesetzt ist und zwischen den Leiterenden 6 angeordnet ist respektive zwischen diese eingreift. Der Verschaltungs ring 7 umfasst eine nicht näher gezeigte Anzahl entsprechender Leitungsbrücken so wie an Anschlussabschnitten, die zur Seite hin aus dem Gehäuse 8 hervorstehen und nach Einsetzen des Schaltungsrings 7 zwischen die Leiterenden 6 positionsgenau neben dem entsprechenden Leiterende 6 positioniert sind, mit dem sie zu verbinden sind. Die Verbindung erfolgt z. B. durch einfaches Verschweißen, so dass mit dem Verbinden auch sämtliche Leiter 4 korrekt und phasenspezifisch miteinander verschal tet sind. Auch andere Verbindungsverfahren sind denkbar.
Vorgesehen ist des Weiteren eine Stromversorgung 9, die radial neben der Wicklung 3 im Bereich deren axialen Endes, also des Wicklungskopfes angeordnet ist. Diese Stromverbindung 9, auch HV-Terminal genannt, umfasst ein Gehäuse 10, in dem ent- sprechende Stromschienen angeordnet sind, die mit ihren Kontaktelementen 11, also Anschlussterminals (siehe Figur 5) aus dem Gehäuse 10 ragen.
Zur Verbindung dieser Kontaktelemente 11 mit den entsprechenden, phasenspezifi schen Leiterenden 6 sind Verbindungsleiter 12 vorgesehen, wobei Figur 1 einerseits einen erfindungsgemäßen Verbindungsleiter 12a zeigt, der der Verbindung zweier derselben Phase zugeordneter Leiterenden 6 mit einem Kontaktelement 11 dient, so wie zwei separate, einzelne Verbindungsleiter 12b, die jeweils ein Leiterende 6 mit ei nem gemeinsamen Kontaktelement 11 wie bisher verbinden.
Der Verbindungsleiter 12 weist einen seitlich oder in Umfangsrichtung verbreiterten Kontaktabschnitt 13 auf, der von der radialen äußeren Seite kommend an den beiden Leiterenden 6, mit denen er zu verschweißen ist, anliegt. Er kontaktiert also simultan zwei Leiterenden 6. Seine Leiterbreite respektive sein Leiterquerschnitt entspricht mindestens dem Doppelten einer Leiterbreite oder eines Leiterquerschnitts der Leiter 4 respektive der Leiterenden 6. Er läuft vom Kontaktpunkt zu den Leiterenden 6 so dann zu einem Kontaktelement 11 am Stromanschluss 9, wo er ebenfalls flächig an liegt und angeschweißt ist.
Wie Figur 1 deutlich zeigt, ist mit einem erfindungsgemäßen breiten Verbindungsleiter 12a die gleichzeitige Kontaktierung zweier (oder mehr) Leiterenden 6 und deren An schluss an ein gemeinsames Kontaktelement 11 möglich, während stattdessen, wie ebenfalls in Figur 1 gezeigt, anstelle eines solchen breiten Verbindungsleiters 12a einzelne, schmale Verbindungsleiter 12b jeweils mit einem Leiterende 6 zu kontaktie ren wären. Der Montage- und Verlegeaufwand sinkt deutlich, ebenso die Anzahl der zu verwendenden Bauteile.
Während bei der Ausgestaltung gemäß Figur 1 der Kontaktabschnitt 13 quasi L-förmig relativ zum Verbindungsleiter 12a positioniert ist, zeigt Figur 2 eine T-Form des Kon taktabschnitts 13 respektive des Verbindungsleiters 12a im Verbindungsbereich zu den beiden Leiterenden 6. Auch hier erfolgt eine radial äußere Anlage des Kontaktab schnitts 13 an den Leiterenden 6. Alternativ hierzu zeigt Figur 3 eine Ausgestaltung, bei der der Kontaktabschnitt 13 des erfindungsgemäßen breiten Verbindungsleiters 12a als U-förmige Klammer 14 ausge führt ist, die ersichtlich die beiden (oder mehreren) Leiterenden 6 umgreift, die an bei den Seiten demzufolge mit dem Kontaktabschnitt 13 in Kontakt stehen und verbunden sind. Dies sorgt für eine noch sicherere, eine noch höhere Stromtragfähigkeit aufwei sende Verbindung.
Während bei der Ausgestaltung gemäß Figur 3 der Kontaktabschnitt 13 nur eine U- förmige Klammer aufweist, zeigt Figur 4 eine Ausgestaltung, bei der der Kontaktab schnitt 13 zwei U-förmige Klammern 14 aufweist, die jeweils ein Leiterende 6 umgrei fen und ebenfalls an beiden Seiten an ihm anliegen. Auch hier erfolgt, wie bei allen anderen Ausgestaltungen, die Verbindung durch Verschweißen.
Die Ausgestaltung gemäß Figur 3 ist vergleichbar mit der aus Figur 1 , hat also eine ebenfalls L-förmige Seitenansicht, jedoch mit U-förmiger Klammerausgestaltung, wäh rend die Ausgestaltung gemäß Figur 4 der T-förmigen Anordnung aus Figur 2 ent spricht, jedoch ebenfalls mit U-förmiger Klammerausgestaltung.
Figur 5 zeigt wie bereits beschrieben die drei Kontaktelemente 11 des Stroman schlusses 9. Jedes Kontaktelement 11 vst einer Phase zugeordnet und weist eine breite Basis 15 auf, von der zwei Finger 16 abragen. Ein solches Kontaktelement 13 ermöglicht die Anordnung sowohl eines erfindungsgemäßen breiten Verbindungslei ters 12a wie auch einzelner schmaler Verbindungsleiter 12b, wie Figur 6 zeigt. Der breite Verbindungsleiter 12a weist einen entsprechend seinem Leiterquerschnitt brei ten Kontaktbereich 17 auf, der großflächig auf der breiten Basis 15 aufliegt. Dort er folgt die Verschweißung.
Die schmalen Verbindungsleiter 12b erstrecken sich hingegen (auch) längs der Finger 16 und sind dort angeschweißt. Das heißt, dass ein derartiges Kontaktelement 13 die Fixierung sowohl der breiten als auch der schmalen Verbindungsleiter ermöglicht.
Zurückkommend auf Figur 1 ist des Weiteren ein am Gehäuse 8, das aus Kunststoff ist, angeformtes Halteelement 18 gezeigt, das als Rast- oder Klemmelement 19 aus- geführt ist, und zwei Rast- oder Klemmarme 20 aufweist, die leicht federnd sind. Im gezeigten Beispiel sind die beiden Verbindungsleiter 12b in diese Rast- oder Klemm elemente 19 eingesetzt und eingeschnappt, sind also dort positionsfest fixiert und ge gen den gegenüberliegenden Schenkel mittels der Finger 20 gedrückt, so dass sie ei- nerseits festgelegt sind, andererseits aber nach wie vor noch eine hinreichende Be weglichkeit gegeben ist, um etwaige Schwingungen auszugleichen. Das Halteelement 18, von dem mehrere längs des Gehäuses 8 vorgesehen sein können, ist einstückig respektive integral mit dem Gehäuse 8 angeformt, also ebenfalls aus Kunststoff, so dass es ein multifunktionales Bauteil ist. Im Rahmen der Montage sind lediglich die Verbindungsleiter einzusetzen und zu fixieren.
Anstelle der beiden in den Figuren gezeigten Verbindungsleitern 12b besteht natürlich auch die Möglichkeit, auch hier einen einzelnen, entsprechend breiter ausgelegten Verbindungsleiter 12a zu verlegen. Auch ein solcher breiter Verbindungsleiter 12a kann in dem Halteelement 18 fixiert werden. Figur 1 dient lediglich dazu, zu zeigen, dass grundsätzlich auch die Möglichkeit eben besteht, erfindungsgemäß breite, meh rere Leiterenden 6 kontaktierend Verbindungsleiter 12a zusammen mit üblichen, schmalen Verbindungsleitern 12b zu verlegen. Bevorzugt kommen natürlich vornehm lich oder ausschließlich entsprechend breite Verbindungsleiter 12a gleich welcher Ge- ometrie insbesondere im Kontaktabschnitt 13 zum Einsatz, verbunden mit einer Ver einfachung der Montage und Leiterverlegung, einer Reduzierung der benötigten Bau teile sowie einer höheren Kompaktheit der elektrischen Maschine.
Bezuqszeichenliste
1 elektrische Maschine Stator Wicklung Leiter Statorzahn Ende Verschaltungsring Gehäuse Stromversorgung
10 Gehäuse
11 Kontaktelement
12 Verbindungsleiter
12a Verbindungsleiter
12b Verbindungsleiter
13 Kontaktabschnitt
14 U-förmige Klammer
15 Basis
16 Finger
17 Kontaktbereich
18 Halteelement
19 Rast- oder Klemmelement
20 Finger
R Radialebene

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine, umfassend einen Stator (2) mit einer Wicklung (3) um fassend eine Mehrzahl an einer oder mehreren Phasen zugeordneten Leitern (4), die untereinander verschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die En den (6) wenigstens zweier einer Phase zugeordneter Leiter (4) am Innenum fang und/oder am Außenumfang der Wicklung (3) axial oder radial über die Wicklung (3) hervorstehen und mit einem radial außerhalb der Wicklung (3) an geordneten Stromanschluss (9) über einen gemeinsamen Verbindungsleiter (12a) verbunden sind.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsleiter (12a) einen Kontaktabschnitt (13) aufweist, mit dem er nur an einer Seite der beiden Leiterenden (6) kontaktiert ist, oder dass der Verbin dungsleiter (12a) einen Kontaktabschnitt (13) aufweist, mit dem der an zwei gegenüber liegenden Seiten an beiden Leiterenden (6) kontaktiert ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsleiter (12a) einen Kontaktabschnitt (13) aufweist, der zur beidseiti gen Anlage an den Leiterenden (6) U-förmig ausgeführt ist.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktabschnitt (13) eine U-förmige, beide Enden umgreifende Aufnahme (14) aufweist.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktabschnitt (13) zwei U-förmige Aufnahmen (14) aufweist, die jeweils ein Leiterende (6) umgreifen.
6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktabschnitt (13) im Vergleich zur eigentlichen Leiterbreite ver breitert ausgeführt ist.
7. Elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass am Stromanschluss (9) mehrere, der Anzahl an Phasen entsprechende Kontaktelemente (11) vorgesehen sind, die eine breite Basis (15) und wenigstens zwei von dieser abragende Finger (16) aufweisen.
8. Elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Leiterenden (6) zumindest eines Teils der Leiter (4) über die Wicklung (3) hervorstehen, wobei ein Teil dieser Leiterenden (6) an einem axial auf die Wicklung (3) gesetzten Verschaltungsring (7) angeschlos- sen sind, und dass die Verbindungsleiter (12, 12a, 12b) an wenigstens einem am Verschaltungsring (7) vorgesehenen Halteelement (18) fixiert sind.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschaltungsring (7) ein Gehäuse (8) aufweist, an dem das oder die Hal- teelemente (18) angeordnet sind.
10. Elektrische Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das o- der jedes Halteelement (18) als Rast- oder Klemmelement (19), an dem ein oder mehrere Verbindungsleiter (12, 12a, 12b) über eine Rast- oder Klemm verbindung fixiert sind, ausgeführt ist.
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