WO2015197264A1 - Elektrische maschine mit einer statorverschaltungsanordnung - Google Patents

Elektrische maschine mit einer statorverschaltungsanordnung Download PDF

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WO2015197264A1
WO2015197264A1 PCT/EP2015/060940 EP2015060940W WO2015197264A1 WO 2015197264 A1 WO2015197264 A1 WO 2015197264A1 EP 2015060940 W EP2015060940 W EP 2015060940W WO 2015197264 A1 WO2015197264 A1 WO 2015197264A1
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stator
carrier element
coils
carrier
coil ends
Prior art date
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PCT/EP2015/060940
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Schäflein
Jochen Wittmann
Roland Lindwurm
Matthias Cudok
Udo Niehaus
Klaus GEIDEL
Matthias Weidner
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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    • 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
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/006—Structural association of a motor or generator with the drive train of a motor vehicle

Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine having a stator circuit arrangement according to the preamble of claim 1.
  • a generic electrical machine with a wiring arrangement is disclosed for example in EP 2 139 094 A1.
  • the stator of the electric machine explained there has a stator winding with individual coils whose coil ends are connected to a plurality of common connecting conductors of a wiring arrangement.
  • the connecting conductors of the interconnection arrangement are inserted into a carrier element, which is arranged immediately adjacent to the coil ends and is supported on winding bodies of the coils or is supported by these.
  • the interconnection arrangement can be amplified excited to vibrations, which can also twist relative to the coils.
  • the coil ends can be damaged.
  • an insulating sheath of the winding wire can be damaged and a short circuit between the lying at different potential conductor elements can be generated.
  • wire breaks can occur in this area, which can lead to a performance limitation or failure of the electrical machine.
  • the proposed electric machine initially has a rotor and a stator.
  • the stator comprises an annular stator lamination stack fixed to a stator carrier with a stator yoke and stator teeth projecting therefrom. Coils with coil ends are arranged on the stator teeth.
  • the stator further comprises an adjacent to the coils interconnection arrangement with an annular support member and with mutually insulated arranged and interconnected with the coil ends connecting conductor.
  • the electrical machine is characterized in that the carrier element is arranged radially supported on the stator or on a housing connected to the stator carrier.
  • the carrier element is connected to the comparatively large mass of the stator carrier or an associated housing.
  • the carrier element and thus the interconnection arrangement experience a reduced in vibrations impressed by a vehicle drive train
  • the interconnection arrangement is thus largely isolated due to at least partial mass decoupling with respect to the vibrations occurring particularly at the winding heads of the coils. A free vibration of the carrier element and the interconnection arrangement, as can occur in the coil-side storage, is reliably prevented. If appropriate, the carrier element can also be supported with a certain amount of coil winding bodies in order to reduce the natural oscillations.
  • a housing connected to the stator carrier can be, for example, in an internal rotor machine, a housing surrounding the electric machine or, for example, in an external rotor, an intermediate housing forming an end wall.
  • the advantage of the arrangement of the carrier element on the stator is insbesondre that the stator as a prefabricated unit from the stator, the laminated core, the Coils and the interconnection arrangement can be represented, which can thus be introduced into a housing, such as a transmission housing of a vehicle and fixed there.
  • the radial support of the annular support member is preferably carried on a cylindrical peripheral surface of the stator or housing, wherein for an electric inner rotor motor, an inner peripheral surface and for an electric external rotor motor Au zisticsthesis can be formed on.
  • the carrier element can advantageously be arranged spaced from the bobbins to form a gap.
  • the gap may be designed as a free space.
  • the support element is vibration-isolated with vibrations occurring with a high quality compared to the winding bodies.
  • the coil ends connected to the carrier element or the interconnection arrangement form no load-bearing connection for the carrier element in mechanical terms. Operating vibrations of the coil ends are absorbed by the interconnection arrangement.
  • the carrier element may be fixed axially secured in addition to the radial support on the stator or the housing.
  • an axial surface is provided on the stator or the housing, through which the carrier element is fixed at least in an axial direction.
  • the peripheral surface for radial support and the axial surface mentioned here can be formed in a simple manner at a diameter stage of the stator or the housing.
  • the carrier element and the stator or the housing by means of a latching connection, in particular a Einwegrastharm, axially secured to each other.
  • the said elements are thus designed for mutual tool-free assembly.
  • the support member may be formed trough-shaped with a bottom portion which is located axially or radially adjacent to the exit portions of the coil ends and wherein the coil ends are inserted through openings formed in the bottom portion in the support member.
  • This trough-shaped support element can be filled after the interconnection of the coil ends with a potting compound, so that the contact points of the coil ends and the connecting conductors are sealed and permanently protected from environmental influences.
  • FIG. 2 shows a partial view of an electric machine arranged in a vehicle transmission housing with a stator and a connection arrangement
  • FIG 3 shows a perspective partial view of a carrier element of the circuit arrangement.
  • Fig. 1 shows schematically an electric machine 10, more precisely a permanent magnet synchronous electric machine in internal rotor type, with a rotatable about a rotor shaft 12 rotor 14 and a radially outer surrounding stator 1 6.
  • the rotor 14 comprises a cup-shaped, formed of a steel rotor armature 18, on the cylindrical outer peripheral surface of a laminated laminated core 20 is arranged, which carries a plurality of mutually spaced-apart permanent magnets 22.
  • the stator 1 6 comprises a metallic, for example, made of an aluminum or a steel material annular stator 24, in the central recess a likewise formed of sheet metal laminations and a total annular stator lamination 26 is arranged and axially secured there.
  • the stator support 24 may thus constitute an external or an intermediate housing of the electric machine 10.
  • the laminated stator core 26 is segmented in the circumferential direction and is assembled from a plurality of stator segments 28, which are received and held together by the stator carrier 24.
  • stator 24 is used in a housing 29, in particular in a transmission housing of a vehicle gear change transmission and together with this a cooling channel 31 for dissipating heat loss during operation of the electric machine 10 is formed.
  • the electric machine 10 is thus part of a hybrid vehicle drive train and can drive a vehicle alone or in conjunction with an internal combustion engine, not shown here.
  • stator lamination 26 and each of the individual stator segments 28 on a yoke 30 and the stator 1 6 radially inwardly directed teeth 32 which is equipped to form a stator winding 34 with coils, in particular with single-toothed coils 36.
  • the coil ends 36a, b of the individual coils 36 are interconnected by means of a wiring arrangement 38 shown only schematically in FIG. 1, in order to be connected to a power electronics, not shown in the drawing, which for the operation of the electrical machine 10, the winding 34 with a variable phase current and amplitude can apply.
  • the individual coils 36 are each wound by means of two, consisting of a heat-resistant plastic insulating or bobbins 40, 42 of a copper wire around the teeth 32 and secured there against slipping.
  • the winding bodies 40, 42 each comprise a base region 44 (FIG. 1) resting on the end face on the laminated core 26 and two legs 40a, b projecting approximately at right angles therefrom. 42a, b which limit the winding area in the radial direction.
  • the winding body 40, 42 can also simultaneously cover the longitudinal sides of the teeth 32 and also in one piece, ie be executed together.
  • the teeth 32 can also be encapsulated on the longitudinal and end sides with a plastic to form the wound bodies, so that the entire circumferential area of a tooth 32 delimiting the winding area is insulated.
  • stator 1 6 40 b of the winding body 40 each come from the winding area and guided on the leg 40 b in a guide structure coil ends 36 a, b inserted and protrude first in the axial direction of the stator 1 6 away.
  • connection conductors 52a-c are designed as band conductors made of copper and preferably bent into an open ring.
  • individual connection conductors 52a-c for connection to the coil ends 36a, b at predetermined positions with respect to the further connection conductors have raised or projecting connection regions 52.
  • the coils 36 are connected by means of three connecting conductors to a delta connection.
  • the respective Verschaltungsart for the explanation of the subject invention irrelevant, ie, alternatively, could be realized using a further, fourth connection conductor, a star connection or still other interconnection.
  • a carrier element 56 formed from a plastic, which is shown in cross-section in FIG. 2 and in a perspective view in FIG.
  • the carrier element 56 is embodied, in particular, as an open-sided, approximately annular trough-shaped profile with a base 56a, b which is stepped in the axial direction with respect to the electric machine 10 and side walls 56c, d, e which project perpendicularly therefrom.
  • dividing into a plurality of annular chambers 56h-k is carried out by means of separating webs 56f, which are arranged radially outside the coils 36 and overlap at least partially axially with them.
  • the bottom region 56b is located axially adjacent to the exit regions of the coil terminals 36a, b from the coils 36 and covers them radially.
  • a number of openings 56m corresponding to the coil terminals 36a, b are formed, through which the coil terminals 36a, b, which are initially aligned axially on the stator 16, are passed.
  • the support member 56 is supported both radially and axially on the stator 24 and is at the same time attached to this captive.
  • an annular receiving area with an axial surface 24a and a peripheral surface 24b, in the present case an inner peripheral surface, which bears against the bottom region 56a and the side wall 56c is formed on the stator support 24 approximately axially at the level of the coil heads by means of a diameter graduation stand.
  • the support member 56 is radially centered and fixed.
  • the axial surface 24a acts as a one-sided axial securing.
  • the peripheral surface 24b is further formed on a circumferentially segmented annular extension 25 of the stator 24, in particular on teeth 25a of a crown-shaped annular extension 25 of the stator 24.
  • a snap or locking connection 58 for captive axial attachment of the carrier element ment 56 on the stator 24 is at the parts 24, 56c a snap or locking connection 58, in particular a Einwegrastkonfiguration provided, which secures the support member 24 in the axial direction facing away from the axial surface 24a axial direction.
  • a hook-shaped latching contour 56p is formed on the carrier element 56 and a latching groove 24c which is asymmetrical in cross-section is formed on the stator carrier 24.
  • the support member 56 in a simple manner and in this case in principle also without tools mounted and can be inserted, for example during assembly axially into the stator 24 until it stops against the axial surface 24a, wherein at this position the parts 24, 56th be secured by activating the snap connection 58.
  • To achieve an elastic deformation of the support member 56 may be provided on this constructive measures, such as interruptions 56q.
  • the snap connection 58 may be formed in the circumferential direction continuously or alternatively also segmented, as is the case in the example discussed here.
  • the support member 56 is connected to the relatively large mass of the stator support 24 and the machine housing 29 and largely isolated from occurring particularly to the coils 36 with a significant amplitude occurring vibrations of the vehicle drive train.
  • the support member 56 and the winding body 40, 42 of the coil 36 is not in mutual contact. Instead, a free space 60 or a gap is formed between them, so that only the coil ends 36a, b of the winding bodies 40, 42 can enter the carrier element 56 and indeed form a certain mechanical, but non-supporting connection.
  • the coil ends 36a, b are already passed through the openings 56m formed in the carrier element 56 and bent radially inwards within the annular space or interconnection area 56o by 90 °, so that they are initially spaced from the connecting conductors 52a-c and only come into contact with their raised connection areas.
  • the coil ends 36a, b against corrosion and also to increase the stability of the Verschaltungsanord- 38, the Verschaltungs Scheme 56o of the support member 56 after connection complete with a sealant 60 and a potting compound 60, for example with a Resin or silicone potted, with the openings 56m are completely sealed from the environment.
  • the special design of the electric machine 10 with respect to the basic design of the stator wiring assembly 38 is irrelevant; For example, it may also be an external-type electric machine.

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Abstract

Es wird eine elektrische Maschine (10) mit einem Rotor (14) und mit einem Stator (16) beschrieben, wobei der Stator (16) ein an einem Statorträger (24) festgelegtes ringförmiges Statorblechpaket (20) mit einem Statorjoch (30) und mit davon abstehenden Statorzähnen (32) umfasst, an welchen Spulen (36) mit Spulenenden (36a, b) angeordnet sind. Der Stator (16) umfasst weiter eine zu den Spulen (36) benachbarte Verschaltungsanordnung (38) mit einem ringförmigen Trägerelement (56) und mit daran gegenseitig isoliert angeordneten und mit den Spulenenden (36a, b) verschalteten Verbindungsleitern (52a-c). Es wird vorgeschlagen, das Trägerelement (56) am Statorträger (24) oder an einem mit dem Statorträger (24) verbundenem Gehäuse (29) radial abgestützt anzuordnen.

Description

Elektrische Maschine mit einer Statorverschaltunqsanordnunq
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einer Statorverschaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 .
Eine gattungsgemäße elektrische Maschine mit einer Verschaltungsanordnung wird beispielsweise mit der EP 2 139 094 A1 offenbart. Der Stator der dort erläuterten elektrischen Maschine weist eine Statorwicklung mit Einzelspulen auf, deren Spulenenden mit mehreren gemeinsamen Verbindungsleitern einer Verschaltungsanordnung verbunden sind. Die Verbindungsleiter der Verschaltungsanordnung sind in ein Trägerelement eingesetzt, welches unmittelbar benachbart zu den Spulenenden angeordnet ist und sich an Wickelkörpern der Spulen abstützt bzw. von diesen getragen wird.
Eine solche Anordnung unterliegt betriebsbedingt, insbesondere im Zusammenwirken mit einem Verbrennungsmotor in einem Fahrzeugantriebsstrang auftretenden Vibrationen. Dabei kann die Verschaltungsanordnung verstärkt zu Schwingungen angeregt werden, wobei sich diese auch relativ zu den Spulen verwinden kann. Bei einer solchen Wechselbelastung von Spulenwicklung und Verschaltungsanordnung können insbesondere die Spulenenden geschädigt werden. Als Folge kann beispielsweise eine Isolationshülle des Wickeldrahtes beschädigt und ein Kurzschluss zwischen den auf unterschiedlichem Potential liegenden Leiterelementen erzeugt werden. Im ungünstigsten Fall können in diesem Bereich auch Drahtabrisse auftreten, welche zu einer Leistungseinschränkung oder zu einem Ausfall der elektrischen Maschine führen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt von dem genannten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine mit einer Statorverschaltungsanordnung bereitzustellen, welcher unter dem Einfluss von Vibrationen eine größere Widerstandsfähigkeit und eine größere Funktionssicherheit bietet. Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die vorgeschlagene elektrische Maschine weist zunächst einen Rotor und einen Stator auf. Der Stator umfasst dabei ein an einem Statorträger festgelegtes ringförmiges Statorblechpaket mit einem Statorjoch und mit davon abstehenden Statorzähnen. An den Statorzähnen sind Spulen mit Spulenenden angeordnet. Der Stator umfasst weiter eine zu den Spulen benachbarte Verschaltungsanordnung mit einem ringförmigen Trägerelement und mit daran gegenseitig isoliert angeordneten und mit den Spulenenden verschaltete Verbindungsleiter.
Gemäß der Erfindung zeichnet sich die elektrische Maschine dadurch aus, dass das Trägerelement am Statorträger oder an einem mit dem Statorträger verbundenem Gehäuse radial abgestützt angeordnet ist. Auf diese Weise ist das Trägerelement an die vergleichsweise große Masse des Statorträgers bzw. eines damit verbundenen Gehäuses angebunden. Im Vergleich zu einer radialen Abstützung an den Spulen erfahren das Trägerelement und damit die Verschaltungsanordnung bei von einem Fahrzeugantriebsstrang eingeprägten Schwingungen eine verringerte
Amplitude und gegebenenfalls auch eine demgegenüber verschobene, insbesondere verringerte Frequenz. Die Verschaltungsanordnung ist somit infolge einer zumindest teilweisen Massenentkopplung gegenüber den besonders an den Wickelköpfen der Spulen auftretenden Vibrationen weitgehend isoliert. Eine freie Schwingung des Trägerelements und der Verschaltungsanordnung, wie diese bei deren spulenseitigen Lagerung auftreten kann, wird zuverlässig unterbunden. Das Trägerelement kann sich zur Reduzierung der Eigenschwingungen gegebenenfalls auch zusätzlich mit einem gewissen Teil an Spulenwickelkörpern abstützen.
Ein mit dem Statorträger verbundenes Gehäuse kann z.B. bei einer Innenläuferma- schine ein die elektrische Maschine umgebendes Gehäuse sein oder z.B. bei einem Außenläufer ein, eine Stirnwand ausbildendes Zwischengehäuse. Der Vorteil der Anordnung des Trägerelements am Statorträger besteht insbesondre darin, dass der Stator als eine vorgefertigte Baueinheit aus dem Statorträger, dem Blechpaket, den Spulen und der Verschaltungsanordnung dargestellt werden kann, welche so in ein Gehäuse, beispielsweise ein Getriebegehäuse eines Fahrzeugs eingeführt und dort festgelegt werden kann. Die radiale Abstützung des ringförmigen Trägerelements erfolgt vorzugsweise an einer zylindrischen Umfangsfläche des Statorträgers oder Gehäuses, wobei für einen elektrischen Innenläufermotor eine Innenumfangsfläche und für einen elektrischen Außenläufermotor eine Au ßenumfangsfläche am ausgebildet werden kann.
Sofern die Spulen mit Wickelkörpern an den Statorzähnen angeordnet sind, kann mit Vorteil das Trägerelement unter Ausbildung eines Zwischenraumes von den Wickelkörpern beabstandet angeordnet sein. Gemäß einer Ausführungsform kann der Zwischenraum als Freiraum ausgeführt sein. Dadurch ist das Trägerelement bei auftretenden Vibrationen mit einer hohen Güte gegenüber den Wickelkörpern schwingungsisoliert. Die mit dem Trägerelement bzw. der Verschaltungsanordnung verbundenen Spulenenden bilden in mechanischer Hinsicht keine tragende Verbindung für das Trägerelement aus. Betriebsbedingte Vibrationen der Spulenenden werden von der Verschaltungsanordnung absorbiert.
Mit weiterem Vorteil kann das Trägerelement zusätzlich zu der radialen Abstützung auch an dem Statorträger oder dem Gehäuse axial gesichert festgelegt sein. Dazu ist an dem Statorträger oder dem Gehäuse eine Axialfläche vorgesehen, durch welche das Trägerelement zumindest in einer Axialrichtung festgelegt ist. Die Umfangsfläche zur radialen Abstützung und die hier erwähnte Axialfläche können in einfacher Weise an einer Durchmesserstufe des Statorträgers oder des Gehäuses ausgebildet werden.
Zur Ermöglichung einer leichten und zugleich sicheren Montage können das Trägerelement und der Statorträger oder das Gehäuse mittels einer Rastverbindung, insbesondere einer Einwegrastverbindung, axial gesichert zueinander festgelegt werden. Insbesondere sind die genannten Elemente damit zur gegenseitigen werkzeuglosen Montage ausgebildet. Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Trägerelement wannenförmig mit einem Bodenbereich ausgeführt sein, der sich axial oder radial benachbart zu den Austrittsbereichen der Spulenenden befindet und wobei die Spulenenden durch in dem Bodenbereich ausgebildete Öffnungen in das Trägerelement eingeführt sind. Dieses wannenförmige Trägerelement kann nach erfolgter Verschaltung der Spulenenden mit einer Vergußmasse gefüllt werden, so dass die Kontaktstellen der Spulenenden und die Verbindungsleiter abgedichtet und dauerhaft vor Umwelteinflüssen geschützt sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine in Innenläu- ferbauart;
Fig. 2 eine Teildarstellung einer in einem Fahrzeug-Getriebegehäuse angeordneten elektrischen Maschine mit einem Stator und einer Verschaltungs- anordnung;
Fig. 3 eine perspektivische Teildarstellung eines Trägerelements der Verschal- tungsanordnung.
Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten oder vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Darstellung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt. Fig. 1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine 10, genauer eine permanenterregte elektrische Synchronmaschine in Innenläuferbauart, mit einem um eine Rotorwelle 12 drehbaren Rotor 14 und mit einem diesen radial außen umgebenden Stator 1 6. Der Rotor 14 umfasst einen topfförmigen, aus einem Stahlblech umgeformten Rotorträger 18, auf dessen zylindrischen Außenumfangsfläche ein lamelliertes Rotorblechpaket 20 angeordnet ist, welches eine Mehrzahl von gegenseitig beabstan- deten Permanentmagneten 22 trägt.
Der Stator 1 6 umfasst einen metallischen, beispielsweise aus einem Aluminium- oder einem Stahlwerkstoff hergestellten ringförmigen Statorträger 24, in dessen zentraler Ausnehmung ein ebenfalls aus Blechlamellen gebildetes und insgesamt kreisringförmiges Statorblechpaket 26 angeordnet und dort axial gesichert ist. Der Statorträger 24 kann damit ein Außen- oder ein Zwischengehäuse der elektrischen Maschine 10 darstellen. Das Statorblechpaket 26 ist vorliegend in Umfangsrichtung segmentiert ausgeführt und aus einer Mehrzahl von Statorsegmenten 28 zusammengefügt, welche von dem Statorträger 24 aufgenommen und zusammengehalten werden. In Fig. 2 ist erkennbar, dass der Statorträger 24 in einem Gehäuse 29, insbesondere in einem Getriebegehäuse eines Fahrzeug-Gangwechselgetriebes eingesetzt ist und mit diesem gemeinsam einen Kühlkanal 31 zur Abfuhr einer Verlustwärme beim Betreiben der elektrischen Maschine 10 ausbildet. Die elektrische Maschine 10 ist somit Teil eines Hybridfahrzeugantriebsstranges und kann allein oder im Verein mit einem hier nicht dargestellten Verbrennungsmotor ein Fahrzeug antreiben.
Mit Verweis auf Fig. 1 weist das Statorblechpaket 26 bzw. jedes der einzelnen Statorsegmente 28 einen Jochbereich 30 und am Stator 1 6 nach radial innen gerichteten Zähne 32 auf, welcher zur Bildung einer Statorwicklung 34 mit Spulen, insbesondere mit Einzelzahnspulen 36 bestückt ist. Die Spulenenden 36a, b der Einzelspulen 36 sind mittels einer in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Verschaltungsanord- nung 38 verschaltet, um mit einer zeichnerisch nicht dargestellten Leistungselektronik verbunden zu werden, welche zum Betreiben der elektrischen Maschine 10 die Wicklung 34 mit einem Strom variabler Phase und Amplitude beaufschlagen kann. Die Einzelspulen 36 sind jeweils mittels zwei, aus einem wärmebeständigen Kunststoff bestehenden Isolier- bzw. Wickelkörpern 40, 42 aus einem Kupferdraht um die Zähne 32 gewickelt und dort gegen Verrutschen gesichert. Die Wickelkörper 40, 42 umfassen jeweils einen stirnseitig am Blechpaket 26 anliegenden Basisbereich 44 (Fig. 1 ) und zwei davon etwa rechtwinklig abstehende Schenkel 40a, b; 42a, b die den Wickelbereich in radialer Richtung begrenzen. Die Wickelkörper 40, 42 können auch gleichzeitig die Längsseiten der Zähne 32 abdecken und zudem einteilig, d.h. gemeinsam ausgeführt sein. Alternativ zu vorgefertigten Wickelkörpern 40, 42 können die Zähne 32 zur Bildung der Wickelkörper auch an den Längs- und Stirnseiten mit einem Kunststoff umspritzt werden, so dass die gesamte, den Wickelbereich begrenzende Umfangsfläche eines Zahns 32 isoliert ist.
An einer gemeinsamen Stirnseite des Stators 1 6 sind an den radial äußeren Schenkeln 40b der Wickelkörper 40 jeweils zwei vom Wickelbereich kommende und am Schenkel 40b in einer Führungsstruktur geführte Spulenenden 36a, b eingelegt und ragen zunächst in axialer Richtung vom Stator 1 6 weg.
Die Spulen 36 sind elektrisch einzelnen Strängen zugeordnet und werden mittels der Verschaltungsanordnung 38 über gemeinsame Verbindungsleiter 52a-c in einer vorbestimmten Weise miteinander verschaltet, das heißt elektrisch kontaktiert (Fig. 2). Die Verbindungsleiter 52a-c sind als Bandleiter aus Kupfer ausgeführt und bevorzugt zu einem offenen Ring gebogen. Wie in Fig. 2 beispielhaft anhand des Verbindungsleiters 52a erkennbar, weisen jeweils einzelne Verbindungsleiter 52a-c zur Verbindung mit den Spulenenden 36a, b an vorbestimmten Positionen gegenüber den weiteren Verbindungsleitern überhöhte bzw. hervorstehende Anschlussbereiche 52 auf.
Im erläuterten Ausführungsbeispiel sind die Spulen 36 mittels drei Verbindungsleitern nach einer Dreieckschaltung verschaltet. Jedoch ist die jeweilige Verschaltungsart für die Erläuterung des Erfindungsgegenstandes unerheblich, d.h. alternativ könnte auch unter Verwendung eines weiteren, vierten Verbindungsleiters eine Sternschaltung oder eine noch andere Verschaltung verwirklicht werden. Zur Anordnung der Verbindungsleiter 52a-c am Stator 16 sind diese von einem aus einem Kunststoff ausgebildeten Trägerelement 56 aufgenommen, welches in Fig. 2 im Querschnitt und in Fig. 3 ausschnittweise perspektivisch dargestellt ist.
Das Trägerelement 56 ist insbesondere als einseitig offenes, etwa ringwannenförmi- gen Profil mit einem hier bezüglich der elektrischen Maschine 10 in axialer Richtung gestuften Boden 56a, b und senkrecht davon abstehenden Seitenwandungen 56c, d, e ausgeführt. Zur gegenseitig isolierten Anordnung der Verbindungsleiter 52a-c erfolgt mittels Trennstegen 56f, g eine Unterteilung in mehrere Ringkammern 56h-k (Fig. 3), welche radial außerhalb der Spulen 36 angeordnet sind und sich zumindest teilweise mit diesen axial überlappen. Es ist erkennbar, dass die Seitenwandungen 56c, d die Trennstege 56f, g überragen, so dass sich dadurch ein an die Ringkammern 56h-k angrenzender offener Ringraum als Verschaltungsbereich 56o ausbildet, in welchem die Verbindungsleiter 52a-c mit den Spulenanschlüssen 36a, b elektrisch verschaltet werden.
Der Bodenbereich 56b befindet sich axial benachbart zu den Austrittsbereichen der Spulenanschlüsse 36a, b aus den Spulen 36 und überdeckt diese radial. In dem Bodenbereich 56b ist eine den Spulenanschlüssen 36a, b entsprechende Anzahl von Öffnungen 56m ausgebildet, durch welche die zunächst am Stator 1 6 axial ausgerichteten Spulenanschlüsse 36a, b hindurchgeführt werden.
Das Trägerelement 56 stützt sich sowohl radial als auch axial am Statorträger 24 ab und ist gleichzeitig auch an diesem verliersicher befestigt. Zu diesem Zweck ist am Statorträger 24 etwa axial auf der Höhe der Spulenköpfe mittels einer Durchmesser- stufung ein ringförmiger Aufnahmebereich mit einer Axialfläche 24a und einer Um- fangsfläche 24b, vorliegend einer Innenumfangsfläche ausgebildet, welche in Anlage zu dem Bodenbereich 56a und zu der Seitenwandung 56c stehen. Durch die Innenumfangsfläche 24b wird das Trägerelement 56 radial zentriert und festgelegt. Die Axialfläche 24a wirkt als einseitige axiale Sicherung. Die Umfangsfläche 24b ist im Weiteren an einem in Umfangsrichtung segmentierten Ringfortsatz 25 des Statorträgers 24, insbesondere an Zähnen 25a eines kronenförmigen Ringfortsatzes 25 des Statorträgers 24 ausgebildet. Zur verliersicheren axialen Befestigung des Trägerele- ments 56 am Statorträger 24 ist an den Teilen 24, 56c eine Schnapp- bzw. Rastverbindung 58, insbesondere eine Einwegrastkonfiguration vorgesehen, welche das Trägerelement 24 in der von der Axialfläche 24a abgewandten Axialrichtung sichert. Dazu ist am Trägerelement 56 eine hakenförmige Rastkontur 56p und am Statorträger 24 eine im Querschnitt asymmetrische Rastnut 24c ausgebildet. Durch diese Rastverbindung 58 ist das Trägerelement 56 auf einfache Art und Weise und vorliegend insbesondere auch grundsätzlich werkzeuglos montierbar und kann beispielweise bei der Montage axial in den Statorträger 24 bis zum Anschlag an die Axialfläche 24a eingeschoben werden, wobei an dieser Position die Teile 24, 56 mittels Aktivierung der Schnappverbindung 58 gesichert werden. Zur Erzielung einer elastischen Verformung des Trägerelements 56 können an diesem konstruktive Maßnahmen, wie zum Beispiel Unterbrechungen 56q vorgesehen sein. Die Schnappverbindung 58 kann in Umfangsrichtung durchgehend oder alternativ auch segmentiert ausgebildet sein, wie das im hier besprochenen Beispiel der Fall ist.
Auf die voranstehend beschriebene Weise ist das Trägerelement 56 an die relativ große Masse des Statorträgers 24 und des Maschinengehäuses 29 angebunden und gegenüber besonders an den Spulen 36 mit einer merklichen Amplitude auftretenden Vibrationen des Fahrzeugantriebsstrangs weitgehend isoliert.
Zur noch besseren Schwingungsentkopplung befinden sich das Trägerelement 56 und die Wickelkörper 40, 42 der Spulen 36 nicht in gegenseitiger Anlage. Stattdessen ist zwischen diesen ein Freiraum 60 bzw. ein Spalt ausgebildet, so dass lediglich die Spulenenden 36a, b von den Wickelkörpern 40, 42 in das Trägerelement 56 eintreten können und dabei zwar eine gewisse mechanische, jedoch nicht-tragende Verbindung ausbilden.
In Fig. 2 sind die Spulenenden 36a, b bereits durch die in dem Trägerelement 56 ausgebildeten Öffnungen 56m hindurchgeführt und innerhalb des Ringraumes bzw. Verschaltungsbereiches 56o um 90° nach radial innen abgebogen, so dass diese zu den Verbindungsleitern 52a-c zunächst beabstandet sind und nur mit deren erhabenen Anschlussbereichen in Anlage kommen. Zum Schutz der Verbindungsleiter 52a-c, der Spulenenden 36a, b vor Korrosionserscheinungen und gleichfalls zur Erhöhung der Stabilität der Verschaltungsanord- nung 38 wird der Verschaltungsbereich 56o des Trägerelementes 56 nach erfolgter Verschaltung komplett mit einem Dichtmittel 60 bzw. einer Vergußmasse 60, beispielsweise mit einem Harz oder Silikon vergossen, wobei auch die Öffnungen 56m vollständig gegenüber der Umgebung abgedichtet werden.
Anstelle der dargestellten radialen Staffelung der Verbindungsleiter 52a-c können diese auch axial gestaffelt zum Stator 1 6 angeordnet und die weiteren Elemente sofern erforderlich entsprechend angepasst werden.
Auch ist die spezielle Bauart der elektrischen Maschine 10 hinsichtlich der prinzipiellen Ausführung der Stator-Verschaltungsanordnung 38 unerheblich; es kann sich also beispielsweise auch um eine elektrische Maschine in Außenläuferbauart handeln.
Bezuqszeichen elektrische Maschine
Rotorwelle
Rotor
Stator
Rotorträger
Rotorblechpaket
Permanentmagnet
Statorträger
a Axialfläche
b Umfangsfläche
c Rastnut
Ringfortsatz
Statorblechpaket
Statorsegment
Gehäuse
Jochbereich
Kühlkanal
Statorzahn
Wicklung
Spule
a, b Spulenende
Verschaltungsanordnung, 42 Wickelkörper
a, b Schenkel
a, b Schenkel
Basisbereich
a-c Anschlussleiter
Trägerelement
a, b Boden
c, d, e Seitenwandung
f,g Trennsteg m Öffnungo Ringraump Rastkonturq Unterbrechung
Rastverbindung Freiraum Dichtmittel

Claims

Patentansprüche
1 . Elektrische Maschine (10) mit einem Rotor und mit einem Stator (1 6), wobei der Stator (1 6) umfasst
- ein an einem Statorträger (24) festgelegtes ringförmiges Statorblechpaket (26) mit einem Statorjoch (30) und mit davon abstehenden Statorzähnen (32),
- an den Statorzähnen (32) angeordnete Spulen (36) mit Spulenenden (36a, b),
- eine zu den Spulen (36) benachbarte Verschaltungsanordnung (38) mit einem ringförmigen Trägerelement (56) und mit daran gegenseitig isoliert angeordneten und mit den Spulenenden (36a, b) verschalteten Verbindungsleiter (52a-c), dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (56) am Statorträger (24) oder an einem mit dem Statorträger (24) verbundenem Gehäuse (29) radial abgestützt angeordnet ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , wobei die Spulen (36) mit Wickelkörpern (40) an den Statorzähnen (32) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (56) unter Ausbildung eines Zwischenraumes (60) von den Wickelkörpern (40) beabstandet angeordnet ist.
3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (56) an dem Statorträger (24) oder dem Gehäuse (29) axial gesichert festgelegt ist.
4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (56) und der Statorträger (24) oder das Gehäuse (29) mittels einer Rastverbindung (58), insbesondere einer Einwegrastverbindung, axial gesichert zueinander festgelegt sind.
5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (56) wannenförmig mit einem Bodenbereich (56b) ausgeführt ist, der sich benachbart zu den Austrittsbereichen der Spulenenden (36a, b) befindet und wobei die Spulenenden (36a, b) durch in dem Bodenbereich (56b) ausgebildete Öffnungen (56m) in das Trägerelement (56) eingeführt sind.
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