WO2020064870A1 - Verschaltungsanordnung für eine elektrische maschine - Google Patents

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WO2020064870A1
WO2020064870A1 PCT/EP2019/075924 EP2019075924W WO2020064870A1 WO 2020064870 A1 WO2020064870 A1 WO 2020064870A1 EP 2019075924 W EP2019075924 W EP 2019075924W WO 2020064870 A1 WO2020064870 A1 WO 2020064870A1
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circuit
electrical machine
carrier
hairpin
connection
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PCT/EP2019/075924
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Jochen Wittmann
Christoph Wieder
Matthias Cudok
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Zf Friedrichshafen Ag
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Priority to JP2021516769A priority patent/JP2022502991A/ja
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    • 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
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
    • H02K15/0414—Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils
    • H02K15/0421—Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils consisting of single conductors, e.g. hairpins
    • 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 present invention relates to a circuit arrangement for an electrical machine with a winding of a plurality of shaped bars, which pass through at least two grooves spaced in the circumferential direction and have contact points on one side of the electrical machine, which are connected to form the winding.
  • Such windings are also referred to as hairpin windings or wave windings, only the term hairpin or hairpin windings being used in the following, which also includes wave windings and the like in the sense of the application.
  • connection pins are connected to one another directly or via an additional conductor, and the interconnection is generally only connected to the winding.
  • US 2007/0278876 A1 it is known to support the connection via projections on the stator.
  • DE 11 2012 007 017 T5 it is known to provide resilient elements which press a separately formed connection in the direction of the winding.
  • the object of the present invention is to provide a circuit which is quick and easy to produce and which provides a secure connection over the period of use of the electrical machine.
  • the object is achieved by a circuit and an electrical machine and a method for their production in accordance with the independent claims.
  • the interconnection for an electrical machine with a hairpin winding, the hairpin winding having a plurality of connection pins, the interconnection comprising a plurality of connecting conductors which each extend at least over part of the circumference, the interconnection having a carrier , which carries the connecting conductors and at least insulates the connecting conductors from one another, and wherein each connecting pin is electrically conductively connected to a connecting conductor, characterized in that the carrier has a plurality of supporting arms on its outer circumference, that the supporting arms are opposite a radially extending one Are inclined plane, and that the support have poor clamping surfaces with which they can be clamped between a housing or stator carrier and a bearing plate.
  • a hairpin winding is formed from several hairpins or shaped rods which have contact points at their ends on the winding head. At the contact points in pairs are electrically connected to each other in order to produce the coils of the hairpin winding from the hairpins.
  • the contact points connected in pairs are referred to as hairpin ends and the respective individual contact points at the start and end of the respective coils are referred to as connection pins.
  • the connection pins are connected in an electrically conductive manner in order to connect them to the power electronics for controlling the electrical machine.
  • a circuit which comprises connecting conductors.
  • Each connecting conductor is connected to a phase of the power electronics or the neutral conductor.
  • the connection pins are connected in an electrically conductive manner to one of the connecting conductors in accordance with the structure of the electrical machine, it being possible for a plurality of connecting pins to be connected to the same connecting conductor.
  • the connecting conductors each extend in the circumferential direction at least over a partial area, so that connection pins protruding from the hairpin winding can be connected to the corresponding connecting conductor.
  • the partial area in the circumferential direction preferably comprises at least the angle between connection pins of the same phase.
  • the connecting conductors and / or the carrier in which they are accommodated can also extend over the entire circumference.
  • the carrier receives the connecting conductors and comprises an electrically insulating material.
  • the carrier can be preformed and have corresponding receiving areas for the connecting conductors in which these are used.
  • the connecting conductors are preferably fixed in the carrier, which can be done, for example, by means of catches or separate fastening means. It is also possible that the carrier is formed in several parts, and the connecting conductors are enclosed and held by the assembly of the individual parts of the carrier. Alternatively, it is preferably also possible for the connecting conductors to be cast directly around the carrier by means of an injection molding process, that is to say the carrier is at least partially encompassing the connecting conductors directly in an original molding process. The material of the carrier arranged between the connecting conductors insulates them from one another.
  • the carrier On its outer circumference, the carrier has a plurality of support arms with which the carrier and thus the circuitry within the electrical machine are positioned.
  • the support arms protrude in the radial direction from the carrier and are inclined to a radial plane of the electrical machine.
  • at least three relatively evenly distributed over the circumference support arms are provided to avoid tilting.
  • a larger number of support arms can preferably also be provided.
  • the plurality of support arms can also form a circumferential flange in the sense of the application, which extends over the complet th scope.
  • the support arms are inclined relative to a radially extending plane in order to be able to absorb at least some of the forces acting during operation in the radial as well as in the axial direction at least partially as tension-compression stresses and thus at the same time largely avoid elastic deformations due to a resilient effect or to a small extent to keep.
  • the support arms can all be oriented identically, but it is also possible for the support arms to be inclined differently with respect to the carrier.
  • Clamping surfaces are provided on the support arms, with which they can be clamped between a housing or stator carrier and a bearing plate of the electrical machine.
  • the clamping surfaces are provided on the support arms on both axial sides. All clamping surfaces in one direction, for example the clamping surfaces facing the hairpin winding, are preferably on a radial or conical plane, which simplifies the reception and clamping between the parts of the housing.
  • the support arms preferably have a uniform thickness at least in the region of the clamping surfaces. This also simplifies the clamping between parts of the housing of the electrical machine. In the case of differently inclined support arms, these can be positioned differently in the axial direction on the carrier. Alternatively, the clamping surfaces in one direction can also be positioned on different levels, for example as a positioning aid during assembly, in which case the housing parts can also be designed accordingly.
  • Embodiments of a connection are characterized in that the clamping surfaces are arranged parallel to or on a radially extending plane. Are the clamping surfaces in the radial direction, accordingly flat end faces can be provided on the housing parts, the manufacture of which is easier compared to ge inclined versions. As already stated, it is preferred that the clamping surfaces of one direction lie on one plane. It is also possible for the clamping surfaces to be provided at different points in the axial direction, with them being designed parallel to one another.
  • Interconnection according to embodiments are characterized in that at least some of the clamping surfaces have at least one projection, the projection being deformable in order to compensate for manufacturing tolerances during assembly.
  • the projections are axially projecting areas, which are located between the housing part and the clamping surface during assembly and are deformed by assembly forces.
  • An axial height of the projections is preferably less than or equal to the thickness of the support arms in the area of the clamping surfaces, and a projection at least has least in a direction lying in a radial plane on a small extent. This ensures that the projections can deform.
  • the deformation can compensate for manufacturing tolerances, particularly with regard to the axial length of the housing parts and their axial runout.
  • at least one clamping surface has at least one projection per support arm.
  • the projections can be seen as local structures, such as points and the like, or also linear structures, in the manner of ribs and the like.
  • interconnection is characterized in that the connecting conductors run coaxially or in the axial direction parallel to one another.
  • the Ver connection conductors are arranged adjacent to each other, with insulating material of the carrier being arranged between them.
  • Interconnection according to embodiments are characterized in that the connecting conductors are ring-shaped, extending over the entire circumference.
  • the connecting conductors thus have a shape of an annular disk or a sleeve. Because of this configuration, the connecting conductors with intervening insulation can be arranged by the carrier as ring disks stacked in the axial direction or as coaxial sleeves, whereby connecting leads are provided with a sufficiently large line cross section with a relatively small installation space.
  • Embodiments of a circuit are characterized in that the connecting conductors in the radially inner or radially outer region have contact points protruding from the carrier for connection to the connection pins.
  • the connecting conductors In order to contact the connection pins with the connecting conductors, the connecting conductors have contact points which extend from the carrier in the radial direction.
  • the contact points are preferably formed in one piece with the respective kauslei ter.
  • Alternative configurations in which the contact points are designed as separate components connected to the connecting conductor are also possible.
  • Preferred embodiments of an interconnection are characterized in that the contact points each run axially parallel to a connecting pin at least in a partial area.
  • connection pins run parallel to the connection pins, at least in the area of the connection.
  • the contact points can be shaped, in particular bent, from a radial plane of the connecting conductor in the axial direction.
  • the contact points of the different connecting conductors are preferably of different lengths, so that the axial regions of the contact points lie in the same axial section after the deformation.
  • interconnections are characterized in that the carrier encloses the connecting conductors in a form-fitting manner.
  • the form-fitting enclosing is preferably carried out by a snap or snap connection, which can engage behind an edge or a recess provided in the connecting conductors.
  • several snap-in connections can work directly with the respective connection conductor.
  • the carrier can also be formed in several parts and the at least two parts of the carrier can be connected to one another via corresponding latching connections, which thereby positively enclose the connecting conductors. Due to the snap or snap connections, the components can be joined quickly and easily and the connection can be released.
  • Embodiments of a circuit are characterized in that the carrier is produced by extrusion-coating the connecting conductors.
  • the carrier is produced by extrusion-coating the connecting conductors.
  • this can also be formed by introducing the connecting conductors positioned relative to one another into a mold and directly extrusion-coated with the material of the carrier. The carrier is thus produced directly around the connecting conductor during the primary shaping. This can save manufacturing steps.
  • Another aspect of the invention is an electrical machine with a hairpin winding, which is characterized in that an interconnection according to a of the described embodiments is provided and that the clamping surfaces are clamped between a housing or stator carrier and a bearing plate of the electrical machine.
  • the electrical machine has the described advantages of the circuitry and the arrangement of the clamping surfaces between the housing and a bearing cover means that the circuitry is safely accommodated in the housing and a load on the circuitry due to forces occurring during operation is absorbed by the support arms and the housing and not transferred to the hairpin winding.
  • the hairpin winding has hairpin ends welded to one another, that the hairpin ends are covered by an insulation unit, and that the circuitry rests on the insulation unit.
  • the welded ends of the hairpin winding must be sufficiently insulated from one another, which is why an insulating unit is provided on the welded hairpin ends.
  • the circuit is electrically connected to the connection pins of the hairpin winding. To simplify installation, the circuit is placed on the insulation unit, which means that the insulation is kept and positioned by the circuit, especially after the clamping surfaces have been clamped between the housing and the end shield.
  • the insulation unit here has a base body which comprises an electrically insulating material.
  • Plastic is preferably used as the material, execution forms with other electrically insulating materials, such as rubber or other elastic materials or ceramic materials, are also possible.
  • the base body can be made in one piece or in multiple parts and extends at least over part of the circumference. Due to the design, the distances between the connection pins and the hairpin ends may be smaller, in particular in the area of the connection pins, or the distance from the hairpin ends to other electrically conductive components may be small at other points on the circumference, which is why insulation is necessary especially in these areas.
  • inventions are therefore possible in which it it is sufficient that only a part of the circumference of the hairpin winding is covered by the insulation unit.
  • preferred embodiments have a base body that covers the entire circumference of the hairpin winding or the hairpin ends.
  • the base body In order to isolate the hairpin ends from one another, the base body, viewed in the axial direction of the electrical machine, has openings which extend over the thickness of the base body and are thus continuous. Due to the through openings, the air can escape when the hairpin ends are encapsulated, as a result of which air pockets and the like can be reliably avoided. At the same time, the insulation of the hairpin ends from one another, in particular with regard to the air gap to one another, is improved by the material of the base body present between the openings. Each opening is assigned a hairpin end or a pair of contacts made of interconnected conductor elements or a connecting pin.
  • Embodiments of an insulation unit of an electrical machine are characterized in that the base body has spacers on its side facing away from the hairpin winding, which serve as spacers for a connection.
  • spacers are provided on the base body, by means of which a minimum distance between the end face of the base body with the openings and an adjacent component is ensured. This ensures that even in the case of potting after, for example, the connection has been put in place and connected, the openings continue to be continuous and potting compound can enter or air can escape at the openings.
  • Preferred insulation units are characterized in that the spacers are arranged distributed uniformly over the circumference. The minimum distance over the entire circumference is ensured by an even distribution and symmetries can be used.
  • Isolation units are characterized in that the spacers are not directly adjacent to an opening for a connection pin are arranged.
  • a directly adjacent spacer can lead to an undesirable shortening of the creepage distance for the insulation. Therefore, preferably no spacer is provided on the material of the base body directly surrounding an opening for a connection pin, but the spacers are arranged between the opening for hairpin ends.
  • the spacers on an insulating unit of an electrical machine are preferably T-shaped. Due to the T-shape, reliable support can be ensured even with relatively few spacers and tilting can be avoided even with a single spacer system.
  • T-shaped spacers can be arranged well between the openings.
  • a method for producing an electrical machine with a circuit is a further aspect of the invention, comprising providing the hairpin winding, positioning the circuit on the hairpin winding, support arms of the circuit with their clamping surfaces on a Ge housing or stator carrier are positioned, connecting the connection pins with the connecting conductors, placing and connecting a bearing plate on the housing or the stator carrier, the support arms being clamped with their clamping surfaces between the housing or stator carrier and the bearing plate. As already out, the support arms are clamped with their clamping surfaces between a housing and a bearing plate of the electrical machine.
  • connection previously connected to the hairpin winding is firmly positioned within the electrical machine and any forces that occur during operation are transmitted directly to the housing, thereby avoiding a relative movement between the connection and hairpin winding and stressing the connection between the connection and connection pins becomes.
  • Methods according to embodiments are characterized in that an insulation unit is applied to the hairpin winding before the connection, the hairpin ends being positioned in the insulation unit and the connecting pins being electrically conductively connected axially through or past the insulation unit to the connection. be bound.
  • the insulation unit has through openings through which the connection pins are guided, or the connection pins are guided ra dial past the insulation unit or into recesses provided on the peripheral surface.
  • Embodiments of a method are characterized in that a casting compound is applied before or after the connection is placed in order to isolate the hairpin ends.
  • the winding is first made available, in particular the winding of the stator of an electrical machine.
  • the insulation unit is positioned on the winding head of the hairpin winding in order to align the hairpin ends and the connection pins to the openings and the interconnection.
  • the through openings ensure that when the potting compound is brought in from one axial end of the openings, the air can escape from the opposite end of the opening and thus no air pockets occur. A uniform insulation of the hairpin ends is achieved.
  • the potting compound can be brought in before applying the circuit to provide an insulated winding head for the following assembly step.
  • the casting compound can be introduced after the connection has been put on.
  • this can advantageously be potted together with the insulating unit. This has the advantage that an additional connection between the interconnection and the insulation unit takes place through a joint casting and at the same time an insulation of the interconnection, in particular the connection pins and the contact points, is produced.
  • the circuit is preferably placed on spacers, which are provided on the insulation unit, whereby the circuit is spaced apart from the insulation unit. This spacing prevents contact between the circuitry and the contact pairs. Furthermore, the remain over the distance through openings of the insulating unit accessible from both axial ends, which is why the potting compound can be introduced and the air can escape.
  • Fig. 1 shows a section through an embodiment in the installed state.
  • Fig. 2 shows a partial section of a perspective view of an embodiment.
  • FIG. 3 shows a view from above of an embodiment of an interconnection.
  • FIG. 1 an upper portion of a stator with winding head is shown in section.
  • the winding head (5) is that of a hairpin winding in which a large number of shaped rods are arranged in pairs with their contact ends and are connected to one another in an electrically conductive manner, as a result of which the hairpin ends (7) form.
  • the connections at the hairpin ends (7) result in the coils of the hairpin winding, which each have individual connection pins (6) on the coil ends, from the shaped rods.
  • the hairpin ends (7) are received in the continuous openings (3) of the base body (2) of the insulating unit, the hairpin ends (7) ending within the openings (3) and thus not projecting beyond the base body (2) .
  • the connection pins (6) which are also received in openings (3), protrude beyond the base body (2).
  • connection pins (6) are connected to a circuit (10) placed on the insulation unit (1), with which the various connection pins (6) are connected to each other and to power electronics.
  • the interconnection (10) is formed from a plurality of connecting conductors (12) which are arranged adjacent to one another in the axial direction and are insulated from one another and which extend in the direction the connection pins (6) have projecting contact points (13).
  • the contact points (13) are electrically conductively connected to the connection pins (6), preferably welded ver.
  • the circuit (10) can also be designed differently, for example with coaxial conductor sleeves.
  • the circuit (10) rests on the axial spacers (4) of the base body (2) of the insulation unit (1).
  • the spacers (4) ensure that there remains a free gap between the circuitry (10) and the base body (2), through which air can escape from the openings (3) or potting compound into the openings when a potting compound (not shown) is introduced (3) can flow. This ensures that there are no air pockets in the casting compound that can reduce the insulating effect.
  • the circuit (10) in the example shown also includes support arms (14) which are supported on the housing (8) of the electrical machine in order to improve the positioning of the circuit (10).
  • the support arms (14) run at least partially inclined in relation to an axial direction, whereby rigidity is improved both with respect to axial and radial forces.
  • the support arms (14) can have stiffeners (18), for example in the form of ribs or the like.
  • the support arms (14) each have clamping surfaces (15) on their sides lying in the axial direction. These clamping surfaces (15) are provided between contact surfaces of non-moving components of the electrical machine and clamped by them.
  • Fig. 1 is a contact surface (15) on egg nem paragraph of the housing (8) or the stator carrier.
  • a bearing plate (not shown) is connected to the housing (8), the latter being connected to its contact surface or a protruding existing ring shoulder, which can also be used as a centering aid, comes into contact with the opposite clamping surface (15) and thus fastens it.
  • a projection (16) is provided on the clamping surface (15) facing away from the housing (8).
  • the projection (16) has a triangular cross-section in FIG. 1, other cross-sectional shapes also being possible.
  • the end shield first comes into contact with the tip of the projection (16) and deforms this projection (16) due to the assembly forces. Any deviations in the components coming into contact with the clamping surfaces (15) due to manufacturing tolerances can be compensated for by the projections (16), since attachment of the circuit (10) can already be achieved by contact with the projection (16) regardless of its degree of deformation.
  • FIG. 2 The exemplary embodiment shown in FIG. 2 is constructed largely analogously to FIG. 1, which is why reference is made to the above description.
  • the flange (9) of the housing (8) with which a bearing plate (not shown) is screwed is shown in Fig.
  • the support arms (14) are also arranged on the outer circumference in the axially upper region and extend obliquely upwards. An arrangement of the support arms on the upper end of the circuit (10) would also be possible. In the same way, the support arms (14) can be provided inclined downwards, depending on the available space.
  • the support arms (14) distributed over the circumference can also be provided at different points, such as different axial heights at the circumference area or different radii on the end face, in order to preferably have different angles of inclination between the support arm (14) and the circuitry (10) distributed symmetrically over the circumference. to provide or to be able to comply with space restrictions.
  • the projections (16) on the clamping surfaces (15) are provided here in the radial direction on the En de. Due to the arrangement at the end, if the projections (16) are deformed, the deformed material can not only extend along the clamping surface (15). Chen, but also in any gaps in the radial direction between the support arm (14) and housing (8).
  • Fig. 3 shows an embodiment of a circuit (10) in a view from above, that is, from the winding head (5) facing away, only the United circuit (10) and the connection pins (6) connected to it are shown.
  • the support arms (14) protrude radially from the carrier (11).
  • connection (17) there are provided on the inner peripheral surface with the respective connecting conductors (12) electrically conductively connected power connections (17), with which the connecting conductors (12) are connected to power electronics (not shown) and supplied with electrical current.
  • the power connections (17) are preferably each connected to a connecting conductor (12) in a manner analogous to the contact points (13), these having a larger cross section than the contact points (13).
  • the power connections (17) are arranged relatively close to one another in order to simplify a connection, possibly via a plug or a common cable.
  • the power connections (17) can also be seen depending on the space and arrangement of the connecting conductors (12) in the United circuit (10) on the outer peripheral surface and / or the upper end face.
  • three power connections (17) are shown for a three-phase electrical machine, for example, depending on the electrical machine, in particular the number of phases or the maximum power that can be transmitted per power connection (17), correspondingly more or fewer power connections (17 ) may be present.
  • Insulation unit is not restricted to the embodiments described. As stated above, only individual advantageous features can be provided, or the various features of different examples can be combined with one another. Insulation unit

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschaltung (10) für eine elektrische Maschine mit Hairpin-Wicklung, wobei die Hairpin-Wicklung eine Mehrzahl von Anschlusspins (6) aufweist, wobei die Verschaltung (10) eine Mehrzahl von Verbindungsleitern (12) umfasst, welche sich jeweils zumindest über einen Teil des Umfangs erstrecken, wobei die Verschaltung (10) einen Träger (11) aufweist, welcher die Verbindungsleiter (12) trägt und zumindest die Verbindungsleiter (12) zueinander isoliert, und wobei jeder Anschlusspin (6) mit einem Verbindungsleiter (12) elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (11) an seinem Außenumfang eine Vielzahl von Stützarmen (14) aufweist, dass die Stützarme (14) sowohl gegenüber einer radial verlaufenden Ebene als auch gegenüber einer Drehachse der elektrischen Maschine geneigt sind, und dass die Stützarme (14) Klemmflächen (15) aufweisen, mit welchen sie zwischen einem Gehäuse (8) oder Statorträger und einem Lagerschild klemmbar sind. Weiter betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einer derartigen Verschaltung (10) sowie eine Verfahren zur Herstellung einer derartigen elektrischen Maschine.

Description

Verschaltunqsanordnunq für eine elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschaltungsanordnung für eine elektrische Maschine mit einer Wicklung aus mehrere Formstäben, die zumindest zwei in Um fangsrichtung beabstandete Nuten durchlaufen und auf einer Seite der elektrischen Maschine Kontaktstellen aufweisen, welche zur Bildung der Wicklung miteinander verbunden werden. Derartige Wicklungen werden auch als Hairpin-Wicklung oder Wellenwicklung bezeichnet, wobei im Folgenden nur die Bezeichnung Hairpin bezie hungsweise Hairpin-Wicklung verwendet wird, wobei hiermit im Sinne der Anmeldung auch Wellenwicklungen und dergleichen umfasst sind.
Im Stand der Technik ist bekannt Wicklungen von elektrischen Maschinen, insbeson dere des Stators, am Wickelkopf die Mehrzahl an Anschlusspins entsprechend der für die Spulen der Wicklung benötigten Polung über entsprechende Leiter zu verbin den. Die Anschlusspins werden im Stand der Technik direkt oder über einen zusätzli chen Leiter miteinander verbunden und die Verschaltung ist in der Regel nur mit der Wicklung verbunden. Aus US 2007/0278876 A1 ist bekannt, die Verschaltung über Vorsprünge am Stator abzustützen. Aus DE 11 2012 007 017 T5 ist bekannt, federn de Elemente vorzusehen, die eine separat ausgebildete Verschaltung in Richtung der Wicklung drückt.
Probleme des Standes der Technik liegen in der auf die Verbindung zwischen An schlusspins und Leiter wirkenden Kräfte bei elektrischen Maschinen, vor allem in mobilen Einsatzgebieten, wie die Verwendung in Fahrzeugen. Durch die wirkenden Kräfte aufgrund von Vibrationen, Stoßbelastungen und dergleichen, kann es zu Be schädigungen an der Verbindung und somit zum Ausfall der elektrischen Maschine kommen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Verschaltung, die ein fach und schnell herzustellen ist sowie eine sichere Verbindung über den Nutzungs zeitraum der elektrischen Maschine bietet.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Verschaltung und einer elektrischen Maschine sowie einem Verfahren zu deren Herstellung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Erfindungsgemäß ist eine Verschaltung für eine elektrische Maschine mit Hairpin- Wicklung, wobei die Hairpin-Wicklung eine Mehrzahl von Anschlusspins aufweist, wobei die Verschaltung eine Mehrzahl von Verbindungsleitern umfasst, welche sich jeweils zumindest über einen Teil des Umfangs erstrecken, wobei die Verschaltung einen Träger aufweist, welcher die Verbindungsleiter trägt und zumindest die Verbin dungsleiter zueinander isoliert, und wobei jeder Anschlusspin mit einem Verbin dungsleiter elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Trä ger an seinem Außenumfang eine Vielzahl von Stützarmen aufweist, dass die Stütz arme gegenüber einer radial verlaufenden Ebene geneigt sind, und dass die Stütz arme Klemmflächen aufweisen, mit welchen sie zwischen einem Gehäuse oder Statorträger und einem Lagerschild klemmbar sind.
Eine Hairpin-Wicklung wird aus mehreren Hairpins beziehungsweise Formstäben gebildet, die an ihren Enden am Wickelkopf Kontaktstellen aufweisen. An den Kon taktstellen werden jeweils paarweise miteinander elektrisch leitend verbunden um aus den Hairpins die Spulen der Hairpin-Wicklung herzustellen. Die paarweise mitei nander verbundenen Kontaktstellen werden als Hairpin-Enden bezeichnet und die jeweiligen einzelnen Kontaktstellen am Start und Ende der jeweiligen Spulen werden als Anschlusspins bezeichnet. Die Anschlusspins werden mit einer Verschaltung elektrisch leitend verbunden, um die mit der Leistungselektronik zu Steuerung der elektrischen Maschine zu verbinden.
Um eine elektrische Maschine betreiben zu können, müssen die Spulen der Bauart entsprechend jeweils mit einer Phase oder einem Neutralleiter verbunden werden, welche in der Regel über einer Leistungselektronik gesteuert werden. Damit die Leis tungselektronik mit einem gemeinsamen Kontakt gegebenenfalls mehrere Spulen beziehungsweise genauer mehrere Anschlusspins versorgen kann, ist eine Verschal tung vorgesehen, die Verbindungsleiter umfasst. Jeder Verbindungsleiter ist mit einer Phase der Leistungselektronik oder dem Neutralleiter verbunden. Die Anschlusspins sind dem Aufbau der elektrischen Maschine entsprechend jeweils mit einem der Ver bindungsleiter elektrisch leitend verbunden, wobei mehrere Anschlusspins mit dem gleichen Verbindungsleiter verbunden sein können. Die Verbindungsleiter erstrecken sich jeweils in Umfangsrichtung zumindest über einen Teilbereich, damit von der Hairpin-Wicklung vorstehende Anschlusspins mit dem entsprechenden Verbindungsleiter verbunden werden können.
Der Teilbereich in Umfangsrichtung umfasst hierbei vorzugsweise mindestens den Winkel zwischen Anschlusspins gleicher Phase. Zur Erhöhung der Stabilität und für eine bessere Handhabung können sich die Verbindungsleiter und/oder der Träger in dem sie aufgenommen sind, auch über den kompletten Umfang erstrecken.
Der Träger nimmt die Verbindungsleiter auf und umfasst ein elektrisch isolierendes Material. Hierfür kann der Träger vorgeformt sein und entsprechende Aufnahmebe reiche für die Verbindungsleiter aufweisen, in welche diese eingesetzt werden. Vor zugsweise werden die Verbindungsleiter im Träger fixiert, was beispielsweise mittels Rasten oder separate Befestigungsmittel erfolgen kann. Es ist ebenfalls möglich, dass der Träger mehrteilig ausgebildet ist, und die Verbindungsleiter durch die Mon tage der einzelnen Teile des Trägers umschlossen und gehalten werden. Alternativ ist es bevorzugt ebenfalls möglich, dass die Verbindungsleiter durch einen Spritz gießprozess direkt mit dem Träger umgossen werden, also der Träger in einem ur formenden Prozess direkt die Verbindungsleiter zumindest teilweise umgreifend ge bildet wird. Durch das zwischen den Verbindungsleitern angeordnete Material des Trägers werden diese gegeneinander isoliert.
An seinem Außenumfang weist der Träger eine Vielzahl von Stützarmen auf, mit de nen der Träger und somit die Verschaltung innerhalb der elektrischen Maschine posi tioniert wird. Die Stützarme stehen in radialer Richtung vom Träger ab und sind ge genüber einer radial verlaufenden Ebene der elektrischen Maschine geneigt. Vor zugsweise sind mindestens drei relativ gleichmäßig über den Umfang verteilte Stütz arme vorgesehen, um ein Verkippen zu vermeiden. Um die auf die einzelnen Stütz arme wirkende Belastung zu verringern kann bevorzugt auch eine größere Anzahl von Stützarmen vorgesehen werden. Die Vielzahl der Stützarme kann dabei im Sinne der Anmeldung auch einen umlaufenden Flansch bilden, der sich über den komplet ten Umfang erstreckt. Die Stützarme sind gegenüber einen radial verlaufenden Ebe ne geneigt, um eventuell im Betrieb wirkende Kräfte sowohl in radialer als auch in axialer Richtung zumindest teilweise als Zug-Druck-Spannung aufnehmen zu können und somit gleichzeitig elastische Verformungen aufgrund einer federnden Wirkung weitestgehend zu vermeiden beziehungsweise gering zu halten. Die Stützarme können alle gleich ausgerichtet sein, es ist jedoch auch möglich, dass die Stützarme gegenüber dem Träger unterschiedlich geneigt sind.
An den Stützarmen sind Klemmflächen vorgesehen, mit welchen sie zwischen einem Gehäuse oder Statorträger und einem Lagerschild der elektrischen Maschine klemmbar sind. Die Klemmflächen sind an den Stützarmen jeweils auf beiden axialen Seiten vorgesehen. Alle Klemmflächen einer Richtung, zum Beispiel der Hairpin- Wicklung zugewandte Klemmflächen, liegen vorzugsweise auf einer radialen bezie hungsweise konischen Ebene, wodurch die Aufnahme und Klemmung zwischen den Teilen des Gehäuses vereinfacht wird. Bevorzugt weisen die Stützarme zumindest im Bereich der Klemmflächen einen einheitliche Dicke auf. Hierdurch wird die Klem mung zwischen Teile des Gehäuses der elektrischen Maschine ebenfalls vereinfacht. Bei unterschiedlich geneigten Stützarmen können diese entsprechend unterschied lich in axialer Richtung am Träger positioniert sein. Alternativ können die Klemmflä chen einer Richtung auch auf verschiedenen Ebenen positioniert sein, um beispiels weise als Positionierhilfe während der Montage dienen zu können, wobei in diesem Fall auch die Gehäuseteile entsprechend ausgebildet sein können.
Ausführungsformen einer Verschaltung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmflächen parallel zu oder auf einer radial verlaufenden Ebene angeordnet sind. Verlaufen die Klemmflächen in radialer Richtung, können an den Gehäuseteilen ent sprechend plane Stirnflächen vorgesehen werden, deren Fertigung gegenüber ge neigten Ausführungen einfacher ist. Wie bereits ausgeführt, ist bevorzugt, dass die Klemmflächen einer Richtung auf einer Ebene liegen. Es ist ebenfalls möglich, dass die Klemmflächen in axialer Richtung an unterschiedlichen Stellen vorgesehen sind, wobei sie zueinander parallel ausgeführt sind.
Verschaltung gemäß Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass zumin dest ein Teil der Klemmflächen zumindest einen Vorsprung aufweisen, wobei der Vorsprung verformbar ist, um bei der Montage Fertigungstoleranzen auszugleichen. Die Vorsprünge sind axial vorstehende Bereiche, welche sich bei der Montage zwi schen Gehäuseteil und Klemmfläche befinden und durch Montagekräfte verformt werden. Eine axiale Höhe der Vorsprünge ist vorzugsweise kleiner oder gleich der Dicke der Stützarme im Bereich der Klemmflächen und ein Vorsprung weist zumin- dest in einer in einer radialen Ebene liegenden Richtung eine geringe Erstreckung auf. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich die Vorsprünge verformen können.
Durch die Verformung können Fertigungstoleranzen, insbesondere hinsichtlich der axiale Länge der Gehäuseteile sowie deren Planlauf ausgeglichen werden. Die Vor sprünge können sich nur auf einer oder auch auf beiden Seiten der Stützarme befin den, wobei vorzugsweise pro Stützarm zumindest eine Klemmfläche zumindest einen Vorsprung aufweist. Die Vorsprünge können als lokale Strukturen, wie Punkte und dergleichen, oder auch lineare Strukturen, in Art von Rippen und dergleichen, vorge sehen werden.
In Ausführungsformen sind Verschaltung dadurch gekennzeichnet, dass die Verbin dungsleiter koaxial oder in axialer Richtung parallel zueinander verlaufen. Die Ver bindungsleiter sind benachbart zueinander angeordnet, wobei zwischen ihnen noch isolierendes Material des Trägers angeordnet ist.
Verschaltung gemäß Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleiter ringförmig, sich über den gesamten Umfang erstreckend, ausge bildet sind. Die Verbindungsleiter weisen somit eine Form einer Ringscheibe oder einer Hülse auf. Aufgrund dieser Ausgestaltung können die Verbindungsleiter mit dazwischenliegender Isolierung durch den Träger als in axialer Richtung gestapelt Ringscheiben oder als koaxiale Hülsen angeordnet werden, wodurch Verbindungslei ter mit einem ausreichend großen Leitungsquerschnitt bei relativ geringem Bauraum bereitgestellt werden.
Ausführungsformen einer Verschaltung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Ver bindungsleiter im radial inneren oder radial äußeren Bereich aus dem Träger vorste hende Kontaktstellen zur Verbindung mit den Anschlusspins aufweisen. Um die An schlusspins mit den Verbindungsleitern zu kontaktieren, weisen die Verbindungsleiter Kontaktstellen aus, welche sich in radialer Richtung aus dem Träger erstrecken. Die Kontaktstellen sind hierbei vorzugsweise einteilig mit dem jeweiligen Verbindungslei ter ausgebildet. Alternative Ausgestaltungen, bei denen die Kontaktstellen als sepa rate, mit dem Verbindungsleiter verbundene Bauteile ausgeführt sind, sind ebenfalls möglich. Bevorzugte Ausführungsformen einer Verschaltung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstellen jeweils zumindest in einem Teilbereich axial parallel zu einem Anschlusspin verlaufen. Zur einfacheren Anbindung der Anschlusspins an die Kon taktstellen verlaufen diese zumindest im Bereich der Anbindung parallel zu den An schlusspins. Die Kontaktstellen können hierzu beispielsweise aus einer radialen Ebene des Verbindungsleiters in axialer Richtung umgeformt, insbesondere gebo gen, werden.
Die Kontaktstellen der unterschiedlichen Verbindungsleiter sind hierbei vorzugsweise unterschiedlich lang ausgebildet, damit die axialen Bereiche der Kontaktstellen nach der Umformung in einem gleichen axialen Abschnitt liegen.
Verschaltung sind in Ausführungsformen dadurch gekennzeichnet, dass der Träger die Verbindungsleiter formschlüssig umschließt. Um die Verbindungsleiter sicher im Träger zu positionieren und zu halten, können diese durch den Träger formschlüssig umschlossen werden. Das formschlüssige Umschließen erfolgt dabei vorzugsweise durch ein Rast- oder Schnappverbindung, welche eine Kante oder eine in den Ver bindungsleitern vorgesehene Aussparung hintergreifen kann. Hierbei können mehre re Rastverbindungen jeweils direkt mit dem jeweiligen Verbindungsleiter Zusammen wirken. Alternativ kann der Träger auch mehrteilig ausgebildet sein und die zumin dest zwei Teile des Trägers über entsprechende Rastverbindungen miteinander ver bunden werden, wobei diese dadurch die Verbindungsleiter formschlüssig umschlie ßen. Aufgrund der Rast- oder Schnappverbindungen können die Bauteile schnell und einfach gefügt werden und die Verbindung ist lösbar.
Ausführungsformen einer Verschaltung sind dadurch gekennzeichnet, dass der Trä ger durch Umspritzen der Verbindungsleiter hergestellt ist. Bei einem Träger aus Kunststoff kann dieser auch gebildet werden, indem die zueinander positionierten Verbindungsleiter in eine Form eingebracht und direkt mit dem Material des Trägers umspritzt werden. Der Träger somit beim Urformen direkt um die Verbindungsleiter hergestellt wird. Hierdurch können Fertigungsschritte eingespart werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine elektrische Maschine mit einer Hairpin- Wicklung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Verschaltung gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen ist, und dass die Klemmflächen zwischen einem Gehäuse oder Statorträger und einem Lagerschild der elektrischen Maschine geklemmt sind. Hierdurch weist die elektrische Maschine die beschriebe nen Vorteile der Verschaltung auf und durch die Anordnung der Klemmflächen zwi schen dem Gehäuse und einem Lagerdeckel ist die Verschaltung sicher im Gehäuse untergebracht und eine Belastung der Verschaltung durch im Betrieb auftretende Kräfte werden durch die Stützarme und das Gehäuse aufgenommen und nicht auf die Hairpin-Wicklung übertragen.
Elektrische Maschinen in weiteren Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Hairpin-Wicklung miteinander verschweißte Hairpin-Enden aufweist, dass die Hairpin-Enden durch eine Isoliereinheit abgedeckt sind, und dass die Verschal tung auf der Isoliereinheit aufliegt. Die verschweißten Enden der Hairpin-Wicklung müssen zueinander ausreichend isoliert sein, weshalb eine Isoliereinheit auf den ver schweißten Hairpin-Enden vorgesehen ist. Die Verschaltung wird elektrisch leitend mit den Anschlusspins der Hairpin-Wicklung verbunden. Zur einfacheren Montage wird die Verschaltung auf die Isoliereinheit aufgelegt, wodurch gleichzeitig die Isolie reinheit durch die Verschaltung, vor allem nach dem Klemmen der Klemmflächen zwischen Gehäuse und Lagerschild gehalten und positioniert wird.
Durch die Verwendung einer Isoliereinheit als eigenständiges Bauteil kann die Posi tionierung sowie die Handhabung deutlich vereinfacht werden. Die Isoliereinheit weist hierbei einen Grundkörper auf, der einen elektrisch isolierenden Werkstoff um fasst. Als Werkstoff wird bevorzugt Kunststoff verwendet, wobei auch Ausführungs formen mit anderen elektrisch isolierenden Werkstoffen, wie Kautschuk beziehungs weise weitere elastische Materialien oder auch keramische Materialien, möglich sind. Der Grundkörper kann einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein und erstreckt sich zumindest über einen Teil des Umfangs. Bauartbedingt können insbesondere im Bereich der Anschlusspins die Abstände zwischen den Anschlusspins und Hairpin- Enden geringer sein oder auch an anderen Stellen des Umfangs der Abstand von Hairpin-Enden zu anderen elektrisch leitfähigen Bauteilen gering sein, weshalb vor allem in diesen Bereichen eine Isolierung notwendig ist. Abhängig von der Konstruk tion der elektrischen Maschine sind daher Ausführungsformen möglich, bei denen es ausreichend ist, dass durch die Isoliereinheit nur ein Teil des Umfangs der Hairpin- Wicklung abgedeckt wird. Bevorzugte Ausführungsformen weisen allerdings einen Grundkörper auf der den kompletten Umfang der Hairpin-Wicklung beziehungsweise der Hairpin-Enden abdeckt.
Um die Hairpin-Enden gegeneinander zu isolieren, weist der Grundkörper, in axialer Richtung der elektrischen Maschine gesehen, Öffnungen auf, welche sich über die Dicke des Grundkörpers erstrecken und somit durchgängig sind. Aufgrund der durchgängigen Öffnungen kann bei einem Verguss der Hairpin-Enden die Luft ent weichen, wodurch Lufteinschlüsse und dergleichen sicher vermieden werden kön nen. Gleichzeitig wird durch das zwischen den Öffnungen vorhandene Material des Grundkörpers eine Isolierung der Hairpin-Enden zueinander, insbesondere hinsicht lich des Luftspalts zueinander, verbessert. Jede Öffnung ist hierbei einem Hairpin- Ende beziehungsweise einem Kontaktpaar aus miteinander verschweißten Lei terelementen oder einem Anschlusspin zugeordnet.
Ausführungsformen einer Isoliereinheit einer elektrischen Maschine sind dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper an seiner der Hairpin-Wicklung abgewandten Seite Abstandshalter aufweist, welche als Abstandshalter für eine Verschaltung die nen. Um zu verhindern, dass beispielsweise durch eine aufgesetzte Verschaltung oder andere Bauteile die durchgängigen Öffnungen verschlossen werden, sind am Grundkörper Abstandshalter vorgesehen, durch welche ein Mindestabstand zwi schen der Stirnfläche des Grundkörpers mit den Öffnungen und einem benachbarten Bauteil gewährleistet ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch bei einem Verguss nachdem zum Beispiel die Verschaltung aufgesetzt und verbunden wurde, weiterhin die Öffnungen durchgängig sind und an den Öffnungen Vergussmasse eintreten be ziehungsweise Luft entweichen kann.
Bevorzugte Isoliereinheiten sind dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind. Durch eine gleichmäßige Verteilung wird der Mindestabstand über den kompletten Umfang sichergestellt und es können Symmetrien genutzt werden.
Isoliereinheiten gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind dadurch ge kennzeichnet, dass die Abstandshalter nicht direkt benachbart zu einer Öffnung für einen Anschlusspin angeordnet sind. Bei einer mit einem Anschlusspin verbundenen Verschaltung kann ein direkt benachbarter Abstandshalter zu einer unerwünschten Verkürzung der Kriechstrecke für die Isolierung führen. Daher ist vorzugsweise am eine Öffnung für einen Anschlusspin direkt umgebenden Material des Grundkörpers kein Abstandshalter vorgesehen, sondern die Abstandshalter sind zwischen Öffnung für Hairpin-Enden angeordnet.
Die Abstandshalter an einer Isoliereinheit einer elektrischen Maschine sind vorzugs weise T-förmig ausgebildet. Aufgrund der T-Form kann auch bei relativ wenigen Ab standshaltern eine zuverlässige Abstützung sichergestellt werden und selbst bei ei ner Anlage an einem einzelnen Abstandshalter ein Verkippen vermieden werden.
Des Weiteren lassen sich T-förmige Abstandshalter gut zwischen den Öffnungen an ordnen.
Ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine mit einer Verschaltung, wie jeweils beschrieben, ist ein weiterer Aspekt der Erfindung, umfassend ein Bereit stellen der Hairpin-Wicklung, ein Positionieren der Verschaltung auf der Hairpin- Wicklung, wobei Stützarme der Verschaltung mit ihren Klemmflächen auf einem Ge häuse oder Statorträger positioniert werden, Verbinden der Anschlusspins mit den Verbindungsleitern, Aufsetzen und Verbinden eines Lagerschilds auf das Gehäuse oder den Statorträger, wobei die Stützarme mit ihren Klemmflächen zwischen dem Gehäuse oder Statorträger und dem Lagerschild geklemmt werden. Wie bereits aus geführt, werden die Stützarme mit ihren Klemmflächen zwischen einem Gehäuse und einem Lagerschild der elektrischen Maschine geklemmt. Hierdurch wird die zuvor mit der Hairpin-Wicklung verbundene Verschaltung fest innerhalb der elektrischen Ma schine positioniert und im Betrieb eventuell auftretende Kräfte werden direkt an das Gehäuse übertragen, wodurch eine Relativbewegung zwischen Verschaltung und Hairpin-Wicklung sowie eine Belastung der Verbindung zwischen Verschaltung und Anschlusspins vermieden wird.
Verfahren gemäß Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass vor der Verschaltung eine Isoliereinheit auf der Hairpin-Wicklung aufgebracht wird, wobei die Hairpin-Enden in der Isoliereinheit positioniert werden und die Anschlusspins axial durch oder an der Isoliereinheit vorbei mit der Verschaltung elektrisch leitend ver- bunden werden. Um eine Verbindung zwischen der Verschaltung und den An schlusspins zu ermöglichen, weist die Isoliereinheit durchgängige Öffnungen auf, durch welche die Anschlusspins geführt werden, oder die Anschlusspins werden ra dial an der Isoliereinheit beziehungsweise in an der Umfangsfläche vorgesehenen Aussparungen vorbeigeführt.
Ausführungsformen eines Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, dass eine Ver gussmasse vor oder nach dem Aufsetzen der Verschaltung aufgebracht wird, um die Hairpin-Enden zu isolieren.
Wie bereits oben zur Isoliereinheit beziehungsweise elektrischen Maschine ausge führt, wird zunächst die Wicklung bereitgestellt, wobei es sich insbesondere um die Wicklung des Stators einer elektrischen Maschine handelt. Auf den Wicklungskopf der Hairpin-Wicklung wird die Isoliereinheit positioniert, um eine Ausrichtung der Hairpin-Enden sowie den Anschlusspins zu den Öffnungen und der Verschaltung herzustellen. Durch die durchgängigen Öffnungen ist sichergestellt, dass beim Ein bringen der Vergussmasse von einem axialen Ende der Öffnungen aus die Luft aus dem gegenüberliegenden Ende der Öffnung entweichen kann und somit keine Luf teinschlüsse entstehen. Es wird damit eine gleichmäßige Isolierung der Hairpin- Enden erreicht. Die Vergussmasse kann vor dem Aufbringen der Verschaltung ein gebracht werden, um einen isolierten Wicklungskopf für den folgenden Montage schritt bereitzustellen.
Alternativ kann das Einbringen der Vergussmasse nach dem Aufsetzen der Verschal tung vorgenommen werden. Durch einen Verguss nach dem Aufsetzen der Verschal tung kann diese in vorteilhafter Weise zusammen mit der Isoliereinheit vergossen werden. Dies weist den Vorteil auf, dass durch einen gemeinsamen Verguss eine zusätzliche Verbindung zwischen Verschaltung und Isoliereinheit erfolgt und gleich zeitig eine Isolierung der Verschaltung, insbesondere der Anschlusspins und der Kontaktstellen, erzeugt wird.
Die Verschaltung wird dabei vorzugsweise auf Abstandshalter, welche an der Isolie reinheit vorgesehen sind, aufgelegt, wodurch die Verschaltung zur Isoliereinheit be- abstandet wird. Durch diese Beabstandung wird ein Kontakt zwischen der Verschal tung und den Kontaktpaaren vermieden. Des Weiteren bleiben über den Abstand die durchgängigen Öffnungen der Isoliereinheit von beiden axialen Enden zugänglich, weshalb das Einbringen der Vergussmasse sowie das Entweichen der Luft erfolgen kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Gleiche oder ähnliche Bauteile werden mit einheitlichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 stellt einen Schnitt durch eine Ausführungsform im verbauten Zustand dar.
Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt einer perspektivischen Ansicht einer Ausführungs form.
Fig. 3 zeigt eine Ansicht von oben einer Ausführungsform einer Verschaltung.
In Fig. 1 ist ein oberer Teilbereich eines Stators mit Wicklungskopf im Schnitt gezeigt. Der Wicklungskopf (5) ist hierbei der einer Hairpin-Wicklung, bei der eine Vielzahl von Formstäben mit ihren Kontaktenden entsprechend paarweise angeordnet und elektrisch leitend miteinander verbunden werden, wodurch sich die Hairpin-Enden (7) ausbilden. Durch die Verbindungen an den Hairpin-Enden (7) entstehen aus den Formstäben die Spulen der Hairpin-Wicklung, welche jeweils an den Spulenenden einzelnen Anschlusspins (6) aufweisen. Die Hairpin-Enden (7) sind in den durchgän gigen Öffnungen (3) des Grundkörpers (2) der Isoliereinheit aufgenommen, wobei die Hairpin-Enden (7) innerhalb der Öffnungen (3) enden und somit nicht über den Grundkörper (2) vorstehen. Im Gegensatz hierzu stehen die, ebenfalls in Öffnungen (3) aufgenommenen, Anschlusspins (6) über den Grundkörper (2) über.
Die Anschlusspins (6) sind mit einer auf die Isoliereinheit (1 ) aufgesetzten Verschal tung (10) verbunden, mit der die verschiedenen Anschlusspins (6) entsprechend mit einander und mit einer Leistungselektronik verschalten sind. Im dargestellten Beispiel ist die Verschaltung (10) aus mehreren in axialer Richtung benachbart angeordneten sowie gegeneinander isolierten Verbindungsleitern (12) gebildet, welche in Richtung der Anschlusspins (6) vorstehende Kontaktstellen (13) aufweisen. Die Kontaktstellen (13) sind mit den Anschlusspins (6) elektrisch leitend verbunden, vorzugsweise ver schweißt. Die Verschaltung (10) kann abhängig von der Konstruktion der elektrischen Maschine auch anders, beispielsweise mit koaxial angeordneten Leiterhülsen, aus geführt sein.
Die Verschaltung (10) liegt auf den axialen Abstandshaltern (4) des Grundkörpers (2) der Isoliereinheit (1 ) auf. Durch die Abstandshalter (4) ist sichergestellt, dass zwi schen Verschaltung (10) und Grundkörper (2) ein freier Spalt verbleibt, durch wel chen beim Einbringen einer nicht dargestellten Vergussmasse, Luft aus den Öffnun gen (3) entweichen beziehungsweise Vergussmasse in die Öffnungen (3) einfließen kann. Somit ist gewährleistet, dass in der Vergussmasse keine Lufteinschlüsse ent stehen, welche die Isolierwirkung verringern können.
Die Verschaltung (10) umfasst im dargestellten Beispiel zusätzlich Stützarme (14), welche sich am Gehäuse (8) der elektrischen Maschine abstützen, um eine Positio nierung der Verschaltung (10) zu verbessern. Die Stützarme (14) verlaufen zumin dest teilweise in gegenüber einer axialen Richtung geneigt, wodurch eine Steifigkeit sowohl gegenüber axialen als auch radialen Kräften verbessert wird. Hierdurch wer den Relativbewegungen zwischen Verschaltung (10) und Wicklungskopf (5) vermie den und die mechanische Belastung der Verbindung zwischen Anschlusspin (6) und Kontaktstelle (13) während des Betriebs verringert. Alternativ oder zusätzlich können die Stützarme (14) Versteifungen (18), zum Beispiel in Art von Rippen oder derglei chen, aufweisen.
An ihrem radial äußeren Ende weisen die Stützarme (14) jeweils an ihren in axialer Richtung liegenden Seiten Klemmflächen (15) auf. Diese Klemmflächen (15) werden zwischen Kontaktflächen von nicht bewegten Bauteilen der elektrischen Maschine vorgesehen und durch diese geklemmt. In Fig. 1 liegt eine Kontaktfläche (15) auf ei nem Absatz des Gehäuses (8) beziehungsweise des Statorträgers auf. Bei einer Montage der elektrischen Maschine wird ein nicht dargestelltes Lagerschild mit dem Gehäuse (8) verbunden, wobei dieses mit seiner Anlagefläche oder einem vorste- henden Ringabsatz, welcher auch als Zentrierhilfe verwendet werden kann, mit der gegenüberliegenden Klemmfläche (15) in Kontakt kommt und diese somit befestigt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf der dem Gehäuse (8) abgewandten Klemm fläche (15) ein Vorsprung (16) vorgesehen. Der Vorsprung (16) weist in Fig. 1 einen dreieckigen Querschnitt auf, wobei auch andere Querschnittsformen möglich sind.
Bei der Montage kommt das Lagerschild zunächst mit der Spitze des Vorsprungs (16) in Kontakt und verformt diesen Vorsprung (16) aufgrund der Montagekräfte. Eventuelle Abweichung an den mit den Klemmflächen (15) in Kontakt kommenden Bauteilen aufgrund von Fertigungstoleranzen können durch die Vorsprünge (16) ausgeglichen werden, da eine Befestigung der Verschaltung (10) bereits durch einen Kontakt mit dem Vorsprung (16) erreicht werden kann unabhängig von dessen Ver formungsgrad.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist weitestgehend analog zu Fig. 1 aufgebaut, weshalb auf die obige Beschreibung verwiesen wird. Der Flansch (9) des Gehäuses (8) mit dem ein nicht dargestelltes Lagerschild verschraubt wird ist in Fig.
2 gezeigt.
Die Stützarme (14) sind ebenfalls am Außenumfang im axial oberen Bereich ange ordnet und erstrecken sich schräg nach oben. Eine Anordnung der Stützarme an der oberen Stirnseite der Verschaltung (10) wäre auch möglich. Genauso können die Stützarme (14) nach unten geneigt vorgesehen werden, abhängig von zur Verfügung stehenden Bauraum. Auch können die über den Umfang verteilten Stützarme (14) an unterschiedlichen Stellen, wie unterschiedlicher axialer Höhe am Umfangsbereich oder unterschiedlichen Radien auf der Stirnseite, vorgesehen sein, um vorzugsweise symmetrisch über den Umfang verteilt unterschiedliche Neigungswinkel zwischen Stützarm (14) und Verschaltung (10) bereitzustellen oder Bauraumeinschränkungen einhalten zu können.
Die Vorsprünge (16) an den Klemmflächen (15) sind hier in radialer Richtung am En de vorgesehen. Durch die Anordnung am Ende kann bei einer Verformung der Vor sprünge (16) das verformte Material nicht nur entlang der Klemmfläche (15) auswei- chen, sondern auch in gegebenenfalls vorhandene Zwischenräume in radialer Rich tung zwischen Stützarm (14) und Gehäuse (8).
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verschaltung (10) in einer Ansicht von oben, also von der dem Wicklungskopf (5) abgewandten Seite, wobei nur die Ver schaltung (10) sowie die mit ihr verbundenen Anschlusspins (6) dargestellt sind. Vom Träger (1 1 ) stehen die Stützarme (14) radial vor.
Zusätzlich sind an der inneren Umfangsfläche mit den jeweiligen Verbindungsleitern (12) elektrisch leitend verbundene Leistungsanschlüsse (17) vorgesehen, mit denen die Verbindungsleiter (12) mit einer nicht dargestellten Leistungselektronik verbunden und mit elektrischem Strom versorgt werden. Die Leistungsanschlüsse (17) sind vor zugsweise analog zu den Kontaktstellen (13) jeweils mit einem Verbindungsleiter (12) verbunden ausgebildet, wobei diese einen gegenüber den Kontaktstellen (13) größeren Querschnitt aufweisen. Die Leistungsanschlüsse (17) sind relative nahe zueinander angeordnet, um eine Verbindung gegebenenfalls über einen Stecker o- der ein gemeinsames Kabel zu vereinfachen. Die Leistungsanschlüsse (17) können auch abhängig vom Bauraum und Anordnung der Verbindungsleiter (12) in der Ver schaltung (10) an der äußeren Umfangsfläche und/oder der oberen Stirnfläche vor gesehen sein. Im gezeigten Beispiel sind drei Leistungsanschlüsse (17) für bei spielsweise eine drei-phasige elektrische Maschine gezeigt, wobei abhängig von der elektrischen Maschine, insbesondere der Anzahl der Phasen oder der maximal pro Leistungsanschluss (17) übertragbaren Leistung, entsprechend mehr oder weniger Leistungsanschlüsse (17) vorhanden sein können.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungen eingeschränkt. Es kön nen wie oben ausgeführt, auch nur einzelne vorteilhafte Merkmale vorgesehen wer den beziehungsweise verschiedene Merkmale unterschiedlicher Beispiele miteinan der kombiniert werden. Bezuaszeichen Isoliereinheit
Grundkörper
Öffnungen
Abstandshalter
Stator mit Wicklungskopf
Anschlusspin
Hairpin-Ende
Gehäuse
Flansch
Verschaltung
Träger
Verbindungsleiter
Kontaktstelle
Stützarm
Klemmfläche
Vorsprung
Leistungsanschluß
Versteifung

Claims

Patentansprüche
1. Verschaltung (10) für eine elektrische Maschine mit Hairpin-Wicklung, wobei die Hairpin-Wicklung eine Mehrzahl von Anschlusspins (6) aufweist, wobei die Ver schaltung (10) eine Mehrzahl von Verbindungsleitern (12) umfasst, welche sich jeweils zumindest über einen Teil des Umfangs erstrecken, wobei die Verschal tung (10) einen Träger (1 1 ) aufweist, welcher die Verbindungsleiter (12) trägt und zumindest die Verbindungsleiter (12) zueinander isoliert, und wobei jeder An schlusspin (6) mit einem Verbindungsleiter (12) elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1 1 ) an seinem Außenumfang eine Vielzahl von Stützarmen (14) aufweist, dass die Stützarme (14) sowohl gegen über einer radial verlaufenden Ebene als auch gegenüber einer Drehachse der elektrischen Maschine geneigt sind, und dass die Stützarme (14) Klemmflächen (15) aufweisen, mit welchen sie zwischen einem Gehäuse (8) oder Statorträger und einem Lagerschild klemmbar sind.
2. Verschaltung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Klemm flächen (15) parallel zu oder auf einer radial verlaufenden Ebene angeordnet sind.
3. Verschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Klemmflächen (15) zumindest einen Vorsprung (16) aufweisen, wobei der Vorsprung (16) verformbar ist, um bei der Montage Ferti gungstoleranzen auszugleichen.
4. Verschaltung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Verbindungsleiter (12) koaxial oder in axialer Richtung parallel zueinander verlaufen.
5. Verschaltung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Verbindungsleiter (12) ringförmig, sich über den gesam ten Umfang erstreckend, ausgebildet sind.
6. Verschaltung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Verbindungsleiter (12) im radial inneren oder radial äuße ren Bereich aus dem Träger (1 1 ) vorstehende Kontaktstellen (13) zur Verbindung mit den Anschlusspins (6) aufweisen.
7. Verschaltung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakt stellen (13) jeweils zumindest in einem Teilbereich axial parallel zu einem An schlusspin (6) verlaufen.
8. Verschaltung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der T räger (1 1 ) die Verbindungsleiter (12) formschlüssig um schließt.
9. Verschaltung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der T räger (1 1 ) durch Umspritzen der Verbindungsleiter (12) hergestellt ist.
10. Elektrische Maschine mit einer Hairpin-Wicklung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 vorgesehen ist, und dass die Klemmflächen (15) zwischen einem Gehäuse (8) oder Statorträger und einem Lagerschild der elektrischen Maschine geklemmt sind.
1 1. Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hairpin-Wicklung miteinander verschweißte Hairpin-Enden (7) aufweist, dass die Hairpin-Enden (7) durch eine Isoliereinheit (1 ) abgedeckt sind, und dass die Ver schaltung (10) auf der Isoliereinheit (1 ) aufliegt.
12. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprü che 10 oder 1 1 mit einer Verschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfassend ein Bereitstellen der Hairpin-Wicklung, ein Positionieren der Verschal tung (10) auf der Hairpin-Wicklung, wobei Stützarme (14) der Verschaltung (10) mit ihren Klemmflächen (15) auf einem Gehäuse (8) oder Statorträger positioniert werden, Verbinden der Anschlusspins (6) mit den Verbindungsleitern (12), Auf setzen und Verbinden eines Lagerschilds auf das Gehäuse (8) oder den Stator träger, wobei die Stützarme (14) mit ihren Klemmflächen (15) zwischen dem Ge häuse (8) oder Statorträger und dem Lagerschild geklemmt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Verschal tung (10) eine Isoliereinheit (1 ) auf der Hairpin-Wicklung aufgebracht wird, wobei die Hairpin-Enden (7) in der Isoliereinheit (1 ) positioniert werden und die An schlusspins (6) axial durch oder an der Isoliereinheit (1 ) vorbei mit der Verschal tung (10) elektrisch leitend verbunden werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ver gussmasse vor oder nach dem Aufsetzen der Verschaltung (10) aufgebracht wird, um die Hairpin-Enden (7) zu isolieren.
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