WO2025242586A1 - Elektrische maschine mit verbesserter elektrischer verbindung zwischen statorwicklungen und einem wechselrichter - Google Patents

Elektrische maschine mit verbesserter elektrischer verbindung zwischen statorwicklungen und einem wechselrichter

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WO2025242586A1
WO2025242586A1 PCT/EP2025/063652 EP2025063652W WO2025242586A1 WO 2025242586 A1 WO2025242586 A1 WO 2025242586A1 EP 2025063652 W EP2025063652 W EP 2025063652W WO 2025242586 A1 WO2025242586 A1 WO 2025242586A1
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WO
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electric machine
housing part
inverter
stator
contact tongue
Prior art date
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Application number
PCT/EP2025/063652
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English (en)
French (fr)
Inventor
Diego Schierle
Christoph Hoyler
Lukas Ruhmann
Max STUBER
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Valeo eAutomotive Germany GmbH
Original Assignee
Valeo eAutomotive Germany GmbH
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Publication date
Application filed by Valeo eAutomotive Germany GmbH filed Critical Valeo eAutomotive Germany GmbH
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Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/22—Auxiliary parts of casings not covered by groups H02K5/06-H02K5/20, e.g. shaped to form connection boxes or terminal boxes
    • H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements

Definitions

  • the invention relates to an electric machine comprising a multi-part machine housing with at least a first housing part and a second housing part, which can be joined together by performing a relative movement in an assembly direction.
  • the electric machine further comprises a stator arranged in the first housing part, which has a stator lamination stack with several axially stacked stator laminations and several stator windings arranged in the stator lamination stack.
  • the electric machine comprises an inverter and a plug connection arranged between the stator windings and the inverter, which electrically connects the stator windings and the inverter.
  • the invention also relates to a vehicle with such an electric machine and a method for establishing an electrical connection between the stator windings and the inverter of an electric machine of the aforementioned type.
  • One object of the invention is therefore to provide an improved electric machine, an improved vehicle, and an improved method for establishing an electrical connection between the stator windings and the inverter of an electric machine.
  • the number of steps required to establish the aforementioned electrical connection and to assemble the housing parts is to be reduced.
  • the object of the invention is solved with an electrical machine of the type mentioned at the outset, in which a plugging direction of the plug connection (in which the plug connection is plugged in or unplugged) corresponds to the assembly direction and plugging in the plug connection is effected by joining the first housing part and the second housing part in the assembly direction.
  • the problem of the invention is solved with a vehicle equipped with such an electric machine which is intended to drive the vehicle.
  • the object of the invention is solved by a method for producing an electrical connection between the stator windings and the inverter of an electrical machine of the type mentioned above, in which the relative movement between the first housing part and the second housing part causes the plug connection to be inserted.
  • the proposed measures significantly simplify both the manufacturing of an electric machine and any subsequent maintenance. This reduces costs and decreases the risk of errors or malfunctions.
  • the proposed measures are particularly advantageous when the plug connection between the inverter and the stator windings is no longer accessible after the two housing parts have been joined, or when the machine housing is completely closed by performing the aforementioned relative movement, as the interior of the electrical machine is then no longer accessible.
  • the inverter can be permanently mounted to the second housing part, or the inverter housing itself can form the second housing part. This allows for a match between the plug-in direction and the mounting direction using simple technical measures.
  • the second housing part can be designed as a bearing shield and accommodate a bearing for a rotor shaft of the electric machine.
  • the second housing part can be open, especially in the direction of the first housing part.
  • first and second housing part does not preclude the presence of further housing parts; the housing may also have three or more parts.
  • the plug connection is advantageously designed to be detachable, so that not only is the electrical connection between the inverter and the stator windings established by joining the first and second housing parts, but the plug connection, and thus the electrical connection, is also detachable when the first and second housing parts are separated again. Detaching the The connection is then made without damage. This makes the electric machine particularly easy to maintain.
  • the plug connection cannot be detached without damage, for example if separating the first housing part from the second housing part after commissioning the electrical machine is not intended or necessary.
  • the connector comprises a socket and a plug with a contact tongue.
  • the plug in case a) the plug or in case b) the socket is permanently mounted on or in the second housing part.
  • the socket can be connected to the stator windings
  • the plug in case b), the plug can be connected to the stator windings.
  • the plug can generally have one or more contact tongues.
  • the plug can have three contact tongues, with each contact tongue being assigned to one of the motor phases.
  • the contact tongue is elastically bent, or in other words, if the contact tongue is subjected to elastic bending stress when the connector is assembled. This allows for good compensation of any tolerance-related misalignment between the socket and the plug. This means that the connection can be reliably established even if the socket and plug are not perfectly aligned in the assembly direction when the first and second housing parts are joined.
  • the socket is chamfered on its opening side and/or if the free end of the The contact tongue is angled to facilitate insertion of the contact tongue or plug into the socket.
  • the contact tongue is elastically deformable by at least 3% in the insertion direction and/or by at least 5% perpendicular to the insertion direction, in each case based on the length that the contact tongue projects or extends beyond the second housing part or a fastening element for the contact tongue in the insertion direction when unloaded.
  • the elasticity of the contact tongue allows for an elastic deformation of at least 3% in the insertion direction and/or an elastic deformation of at least 5% perpendicular to the insertion direction, in each case based on the length that the contact tongue projects beyond the second housing part or a fastening element for the contact tongue when unloaded. This allows for good compensation of the tolerances that occur during the construction of an electrical machine.
  • the contact tongue has several changes of direction. This means that the contact tongue is bent in different directions (e.g., to the right and to the left) when unloaded.
  • the contact tongue can have a lateral bulge in a U-shape, rectangle, or triangle.
  • the contact tongue has bulges on multiple sides, again for example, in a U-shape or S-shape, in a rectangle, or in a triangle. More complex contact tongue designs are also possible.
  • the aforementioned changes of direction and the resulting shapes allow for particularly good compensation of tolerance-related misalignment between the socket and the plug.
  • the condition of the plug connection is elastically deformed. In this way, a This enables particularly good electrical contact between the contact tongue and the socket.
  • the contact tongue can be permanently mounted on or in the second housing part. It is particularly advantageous if, in case a), the contact tongue passes through the second housing part and a seal is arranged between the contact tongue and the second housing part. This seals the interior of the electrical machine from the interior of the inverter.
  • a separate fastening element can be provided to secure the contact tongue; this element can be positioned in front of the seal, thus preventing or at least limiting movement of the contact tongue.
  • the socket is connected to the inverter instead of the plug, the socket can be permanently mounted in or on the second housing part, pass through the second housing part, and/or a seal is arranged between the socket and the second housing part.
  • a separate fastening element can also be provided in this case, positioned in front of the seal.
  • the plug or, in case b), the socket is directly electrically connected to a power module of the inverter (and thus to an electrical circuit of the inverter). Separate wiring between the plug and the power module or between the socket and the power module is then unnecessary.
  • the relative movement in the assembly direction can be a translational movement, a rotational movement, or a combined movement.
  • the first housing part and the second housing part can therefore be joined together in a straight line, by performing a rotary movement or by performing a combined movement.
  • An example of a combined movement is a screwing motion.
  • an inverter housing of the inverter could be screwed onto the first housing part, resulting in a movement component in a straight assembly direction.
  • stator winding is electrically connected by a connector that runs in a ring or arc around a stator axis, and in case a) the socket or in case b) the plug is electrically connected to the connector and permanently mounted on the connector.
  • the stator winding can be constructed with "U-pins" in this case, the free ends of which are electrically connected to the connector.
  • Fig. 1 shows a first exemplary and schematically depicted electrical machine in half-section
  • Fig. 2 shows a second exemplary electric machine with alternative
  • Fig. 3 shows an exemplary contact tongue in detail.
  • Fig. 4 shows a detailed embodiment of an exemplary
  • FIG. 5 to 16 show different embodiments of contact tongues in schematic representation
  • Fig. 17 shows an exemplary vehicle with an electric machine of the proposed type.
  • Fig. 1 shows a half-section through a schematically represented electric machine 1a with a multi-part machine housing 2, comprising a stator housing 3, a front end shield 4, and a rear end shield 5.
  • the electric machine 1a also has a stator 6, which includes a stator lamination stack 7 (not shown in detail) and stator windings 8 arranged within the stator lamination stack 7.
  • the electric machine 1a comprises a rotor shaft 9 with a rotor 10 mounted on it, which has a rotor lamination stack 11 (not shown in detail) and rotor magnets or rotor windings (not shown) arranged therein.
  • the rotor shaft 9 is rotatably mounted about a rotor axis or stator axis A relative to the stator 6 by means of (rolling) bearings 12a, 12b.
  • the first bearing 12a is located in the front end shield 4, and the second bearing 12b is located in the rear end shield 5.
  • the electric machine 1a comprises an inverter 13 with an inverter housing 14 and a printed circuit board 15 arranged therein, with an electronic circuit 16 located on it.
  • the inverter 13 serves to control or supply power to the stator windings 8.
  • the function of an inverter 13, particularly in connection with an electric machine 1a, is known per se and is therefore not explained in detail.
  • the electric machine 1a also includes a plug connection 17 arranged between the stator windings 8 and the inverter 13, which electrically connects the stator windings 8 and the inverter 13. This means that the inverter 13 can be electrically connected to the stator windings 8 by plugging in the plug connection 17 and electrically disconnected from the stator windings 8 by disconnecting the plug connection 17.
  • the stator housing 3 can be considered the first housing part and the inverter housing 14 the second housing part, which are joined together by performing a relative movement in a mounting direction B.
  • the stator 6 is thus arranged in the first housing part 3, and the inverter 13 is fixedly mounted to the first housing part 3 in this example.
  • the inverter housing 14 is part of the machine housing 2 and is therefore enclosed by it.
  • a plug-in direction C of the connector 17 corresponds to the mounting direction B, and the plug-in connection 17 is brought about by a relative movement between the first housing part 3 and the second housing part 5 in the mounting direction B, or by the first housing part 3 and the second housing part 5 being joined together in the mounting direction B (automatically).
  • the machine housing 2 may also have a different design and more or fewer parts than shown in Fig. 1.
  • This can include, for example, the stator housing 3 (first housing part) could be cup-shaped and the front bearing shield 4 could be omitted. Accordingly, the first housing part 3 and the second housing part 5 could also have different shapes.
  • the connector 17 can, in particular, comprise a socket 18 and a plug 19 with a contact tongue, as is the case in the example shown in Fig. 1.
  • the plug 19 is fixedly mounted on or in the second housing part 14 (i.e., in the inverter housing), and the socket 18 is connected to the stator windings 8 (case a).
  • the reverse case b) is also conceivable, namely that the socket 18 is fixedly mounted on or in the second housing part 14 (i.e., in the inverter housing) and the plug 19 is connected to the stator windings 8.
  • the plug 19 can have one or more contact tongues.
  • the plug 19 can have three contact tongues, with each contact tongue being assigned to one of the motor phases.
  • Fig. 2 shows an embodiment of an electric machine 1b, which is very similar to the electric machine 1a shown in Fig. 1.
  • the inverter 14 is not mounted on the stator housing 3, but on the rear end shield 5.
  • the stator housing 3 again forms the first housing part.
  • the second housing part is formed by the rear end shield 5.
  • the first housing part is formed by the rear end shield 5 and the second housing by the inverter housing 14.
  • the insertion direction C of the connector 17 corresponds in both cases to the mounting direction B, but here it is aligned parallel to the rotor axis A.
  • Fig. 3 now shows a detailed side view of a contact tongue 20, which is fixedly mounted in or on the second housing part (here in or on the inverter housing 14), and which is shaped the same or similarly to the contact tongues of the plugs 19 shown in Figs. 1 and 2.
  • the contact tongue 20 extends through the second housing part 14 and a seal 21 is arranged between the contact tongue 20 and the second housing part 14, as shown in Fig. 3.
  • the contact tongue 20, or the connector 19 can be directly electrically connected to a power module of the inverter 13 and thus to the electrical circuit 16 arranged on the circuit board 15.
  • a separate fastening element 22 can be provided to secure the contact tongue 20. This element is positioned in front of the seal 21 and thus prevents or at least limits movement of the contact tongue 20.
  • the socket 18 may be permanently mounted in or on the second housing part 14, the socket 18 may be directly electrically connected to a power module and thus to the electronic circuit 16 of the inverter 13, and/or the socket 18 may extend through the second housing part 14 and a seal 21 may be arranged between the socket 18 and the second housing part 14. Furthermore, a separate fastening element 22 may also be provided in this case, positioned in front of the seal 21.
  • the contact tongue 20 can have several changes of direction D1 ..D4.
  • the contact tongue 20 is curved and, in this example, has a U-shaped lateral bulge.
  • the special shape of the contact tongue 20 allows, in particular, deformation of the contact tongue 20 in and/or transversely to the insertion direction C. In Fig. 3, this is indicated by the dashed line and the reference numeral 20'.
  • the contact tongue 20 is shown.
  • the elasticity of the contact tongue 20 in the insertion direction C can allow an (elastic) deformation a of at least 3% and/or perpendicular to the insertion direction C, an (elastic) deformation b of at least 5%, in each case based on a length c which the contact tongue 20, in the unloaded state, projects or extends in the insertion direction C beyond the second housing part 14 or, if present as in Fig. 3, beyond the fastening element 22 for the contact tongue 20.
  • the contact tongue 20 can be elastically deformable by at least 3% in the insertion direction C and/or by at least 5% perpendicular to the insertion direction C. This allows for good compensation of any misalignment between socket 18 and plug 19.
  • the length c can generally also be referred to as the "projection length".
  • the socket 18 is chamfered on its opening side, as is the case in Fig. 3.
  • the free end of the contact tongue 20 can also be chamfered to facilitate insertion of the contact tongue 20 or the plug 19 into the socket 18.
  • the contact tongue 20 is subjected to bending (elastically) when connected and/or that the socket 18 is elastically deformed when connected (indicated by arrows in Fig. 3). The latter enables particularly good electrical contact between the contact tongue 20 and the socket 18.
  • FIG. 4 shows a more detailed embodiment of a stator 6a in oblique view.
  • the stator 6a again has a stator lamination stack 7a and stator windings 8a arranged therein.
  • the ends 23 of individual sections of the stator winding 8a are electrically connected in this case by a connector 24, the connector 24 being ring-shaped or arc-shaped around the stator axis A of the stator 6a.
  • the stator winding 8a can be constructed with "U-pins" in this case.
  • Several sockets 18a..18c are connected in this example to the connector 24 and to The stator windings 8a of the individual motor phases are electrically connected and fixed to the connector 24.
  • FIG. 4 further shows the ends of two contact tongues 20a, 20b, which are inserted into the sockets 18a, 18b.
  • a contact tongue 20 would also be inserted into the socket 18c; however, for the sake of better representation of the stator 6a, this is not shown in Fig. 4.
  • the insertion direction C (and thus the mounting direction B) is aligned parallel to the rotor axis A in the example shown in Fig. 4, as is also the case in Fig. 2.
  • the contact tongues 20a, 20b and the sockets 18a..18c are again (automatically) connected by joining the first housing part 3 and the second housing part 5, 14 in the mounting direction B.
  • Figures 5 to 16 show different embodiments of contact tongues 20i to 20xii, with the contact tongue 20i of Figure 5 corresponding to the contact tongue 20 of Figure 3 in terms of its shape.
  • the contact tongue 20ii of Figure 6, on the other hand, has an angularly curved shape, with the lateral bulge of the contact tongue 20ii being triangular.
  • the contact tongue 20iii of Figure 7 is similar to the contact tongue 20ii of Figure 6, but has two lateral bulges.
  • the contact tongue 20iv of Figure 8 is also similar to the contact tongue 20ii of Figure 6, but has a rectangular bulge.
  • the contact tongue 20v of Figure 9 is similar to the contact tongue 20i of Figure 5, but has bulges on both sides.
  • Fig. 10 is similar to the contact tongue 20ii of Fig. 6 and is also bulged on both sides.
  • the contact tongue 20vii of Fig. 11 is similar to the contact tongue 20iv of Fig. 8 and is also bulged on both sides.
  • the contact tongue 20viii of Fig. 12 is again similar to the contact tongue 20i of Fig. 5, but has smoother transitions.
  • the contact tongues 20i to 20viii are all shaped so that their ends lie in a line. However, this is not a mandatory condition. It is also conceivable that the ends of the contact tongues 20ix to 20xii do not lie in a line, as is the case in Figs. 13 to 15. Specifically, Fig. 13 shows an example of a contact tongue 20ix with an S-shaped bend.
  • the contact tongue 20x from Fig. 14 is the contact tongue 20ix
  • the contact tongue 20xi in Fig. 15 is similar to the contact tongue 20ix in Fig. 13, but angled and running obliquely in the middle.
  • the contact tongue 20xii in Fig. 15 is also similar to the contact tongue 20ix in Fig. 13, but angled at a right angle.
  • the contact tongue 20xii in Fig. 16 shows a more complex shape, which can be understood as a combination of the embodiments shown in Figs. 12 and 13. It should be noted here that the embodiments of the contact tongues 20i to 20xii shown in Figs. 5 to 16 are purely exemplary and should not be understood as limiting the possibilities to a specific shape. Rather, other shapes for the contact tongues 20i to 20xii are also conceivable.
  • the relative movement in the mounting direction B is advantageously a translational movement, but it can also be a rotational movement or a combined movement.
  • the inverter housing 14 could be screwed onto the first housing part 3, which also results in a movement component in a linear mounting direction B.
  • the proposed measures enable a simple and automatic electrical connection between an inverter 13 and stator windings 8, 8a to be established or created by performing a relative movement between a first housing part 3 and a second housing part 5, 14 in an assembly direction B. This is particularly advantageous if the plug connection 17 is no longer accessible after the first housing part 3 and the second housing part 5, 14 have been joined, or if the machine housing 2 is completely closed by performing the aforementioned relative movement.
  • plug connection 17 is detachable, so that it can be removed after separating the first housing part 3 and the second.
  • Housing part 5, 14 can be easily restored. This makes maintenance of the electric machine 1 a, 1 b particularly easy. However, it is also conceivable that the plug connection 17 is not, or cannot be detached without destruction, for example if separation of the first housing part 3 from the second housing part 5, 14 after commissioning of the electrical machine 1 a, 1 b is not provided for or necessary.
  • FIG 17 shows the electric machine 1 installed in a vehicle 25.
  • the vehicle 25 has two axles, one of which is driven. Specifically, the electric machine 1 is connected to the half-axles 27 of the rear axle via an optional transmission 26. The driven wheels 28 are mounted on the half-axles 27.
  • the vehicle 25 is driven at least partially or temporarily by the electric machine 1. That is, the electric machine 1 can serve as the sole drive for the vehicle 25 or, for example, be used in conjunction with an internal combustion engine (hybrid drive).

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Abstract

Es wird eine elektrische Maschine (1, 1a, 1b) mit einem Maschinengehäuse (2) mit zumindest zwei Gehäuseteilen (3, 5, 14) angegeben, welche durch Ausführen einer Relativbewegung in einer Montagerichtung (B) zusammengefügt sind. Weiterhin umfasst die Maschine (1) einen in einem ersten Gehäuseteil (3) angeordneten Stator (6, 6a) mit einem Statorblechpaket (7, 7a) und mehreren Statorwicklungen (8, 8a). Zudem umfasst die elektrische Maschine (1, 1a, 1b) einen Wechselrichter (13) und eine zwischen den Statorwicklungen (8, 8a) und dem Wechselrichter (13) angeordnete Steckverbindung (17), welche die Statorwicklungen (8, 8a) und den Wechselrichter (13) elektrisch verbindet. Eine Steckrichtung (C) der Steckverbindung (17) stimmt mit der Montagerichtung (B) überein, und ein Zusammenstecken der Steckverbindung (17) wird durch Zusammenfügen des ersten Gehäuseteils (3) und des zweiten Gehäuseteils (5, 14) in der Montagerichtung (B) bewirkt. Des Weiteren wird ein Fahrzeug (25) mit einer solchen elektrischen Maschine (1) angegeben, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den Statorwicklungen (8, 8a) und dem Wechselrichter (13) einer elektrischen Maschine (1, 1a, 1b) der genannten Art.

Description

Elektrische Maschine mit verbesserter elektrischer Verbindung zwischen Statorwicklungen und einem Wechselrichter
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, welche ein mehrteiliges Maschinengehäuse mit zumindest einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil aufweist, welche durch Ausführen einer Relativbewegung in einer Montagerichtung zusammenfügbar beziehungsweise zusammengefügt sind. Weiterhin umfasst die elektrische Maschine einen im ersten Gehäuseteil angeordneten Stator, welcher ein Statorblechpaket mit mehreren axial aufeinandergestapelten Statorblechen und mehrere im Statorblechpaket angeordnete Statorwicklungen aufweist. Schließlich umfasst die elektrische Maschine einen Wechselrichter und eine zwischen den Statorwicklungen und dem Wechselrichter angeordnete Steckverbindung, welche die Statorwicklungen und den Wechselrichter elektrisch verbindet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine sowie ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den Statorwicklungen und dem Wechselrichter einer elektrischen Maschine der genannten Art.
STAND DER TECHNIK
Eine solche elektrische Maschine, ein solches Fahrzeug und ein solches Verfahren sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Problematisch ist dabei, dass die bekannten Lösungen eine Vielzahl an Arbeitsschritten bedingen, um eine Verbindung zwischen den Statorwicklungen und dem Wechselrichter einer elektrischen Maschine herzustellen und um anschließend die beiden Gehäuseteile der elektrischen Maschine zusammenzufügen. Dadurch sind sowohl die Herstellung als auch eine allfällige Wartung der elektrischen Maschine technisch aufwändig und damit teuer und zudem fehleranfällig. OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte elektrische Maschine, ein verbessertes Fahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den Statorwicklungen und dem Wechselrichter einer elektrischen Maschine anzugeben. Insbesondere soll die Anzahl an Arbeitsschritten zum Herstellen der genannten elektrischen Verbindung und zum Zusammenfügen der Gehäuseteile reduziert werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer elektrischen Maschine der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher eine Steckrichtung der Steckverbindung (in welcher die Steckverbindung zusammengesteckt oder getrennt wird) mit der Montagerichtung übereinstimmt und ein Zusammenstecken der Steckverbindung durch Zusammenfügen des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils in der Montagerichtung bewirkt wurde.
Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung mit einem Fahrzeug mit einer solchen elektrische Maschine gelöst, die zum Antreiben des Fahrzeugs vorgesehen ist.
Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung mit einem Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den Statorwicklungen und dem Wechselrichter einer elektrischen Maschine der oben genannten Art gelöst, bei dem die Relativbewegung zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil das Zusammenstecken der Steckverbindung bewirkt.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen werden sowohl die Herstellung einer elektrischen Maschine als auch eine allfällige Wartung derselben deutlich vereinfacht. Dies reduziert Kosten und verringert das Risiko von Fehlern beziehungsweise Fehlfunktionen. Die vorgeschlagenen Maßnahmen sind vor allem dann von großem Vorteil, wenn die Steckverbindung zwischen dem Wechselrichter und den Statorwicklungen nach dem Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile nicht mehr zugänglich ist oder das Maschinengehäuse durch Ausführen der genannten Relativbewegung überhaupt verschlossen wird, da das Innere der elektrischen Maschine dann nicht mehr zugänglich ist.
Beispielsweise kann der Wechselrichter an dem zweiten Gehäuseteil fix montiert sein, oder ein Wechselrichtergehäuse des Wechselrichters kann das zweite Gehäuseteil bilden. Dadurch kann eine Übereinstimmung von Steckrichtung und Montagerichtung mit einfachen technischen Maßnahmen erreicht werden.
Beispielsweise kann das zweite Gehäuseteil als Lagerschild ausgebildet sein und ein Lager für eine Rotorwelle der elektrischen Maschine aufnehmen. Dadurch bewirkt ein Zusammenfügen des Lagerschilds mit dem ersten Gehäuseteil, das beispielsweise als Statorgehäuse ausgebildet sein kann, ein gleichzeitiges Herstellen der oben genannten elektrischen Verbindung.
Ferner kann das zweite Gehäuseteil offen sein, insbesondere in Richtung des ersten Gehäuseteils.
An dieser Stelle wird angemerkt, dass die Existenz eines ersten und zweiten Gehäuseteils das Vorhandensein weiterer Gehäuseteile nicht ausschließt, sondern das Gehäuse auch drei oder noch mehr Teile aufweisen kann.
Vorteilhaft ist die Steckverbindung lösbar ausgeführt, sodass nicht nur die elektrische Verbindung zwischen dem Wechselrichter und den Statorwicklungen durch Zusammenfügen des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils bewirkt wird, sondern auch ein Lösen der Steckverbindung respektive der elektrischen Verbindung bewirkt wird, wenn das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil wieder voneinander getrennt werden. Das Lösen der Steckverbindung erfolgt dann zerstörungsfrei. Dadurch kann die elektrische Maschine besonders einfach gewartet werden.
Denkbar ist jedoch auch, dass die Steckverbindung nicht zerstörungsfrei lösbar ist, beispielsweise wenn ein Trennen des ersten Gehäuseteils vom zweiten Gehäuseteil nach der Inbetriebnahme der elektrischen Maschine nicht vorgesehen oder nötig ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren.
Günstig ist es, wenn die Steckverbindung eine Buchse und einen Stecker mit einer Kontaktzunge umfasst. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass in einem Fall a) der Stecker oder in einem Fall b) die Buchse an oder in dem zweiten Gehäuseteil fix montiert ist. Demzufolge kann im Fall a) vorgesehen sein, dass die Buchse mit den Statorwicklungen verbunden ist und im Fall b), dass der Stecker mit den Statorwicklungen verbunden ist. Der Stecker kann generell eine oder mehrere Kontaktzungen aufweisen. Insbesondere kann der Stecker drei Kontaktzungen aufweisen, wobei je eine Kontaktzunge je einer der Motorphasen zugeordnet ist.
Vorteilhaft ist es, wenn die Kontaktzunge elastisch verbogen ist, beziehungsweise mit anderen Worten, wenn die Kontaktzunge im zusammengesteckten Zustand der Steckverbindung elastisch auf Biegung beansprucht ist. Dadurch kann ein toleranzbedingter Versatz zwischen der Buchse und dem Stecker gut ausgeglichen werden. Das heißt, dass die Steckverbindung auch dann zuverlässig hergestellt werden kann, wenn die Buchse und der Stecker beim Zusammenfügen des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils in der Montagerichtung nicht fluchten. Von Vorteil ist es im gegebenen Zusammenhang auch, wenn die Buchse an ihrer Öffnungsseite angeschrägt ist und/oder wenn das freie Ende der Kontaktzunge angeschrägt ist, um ein Einstecken der Kontaktzunge beziehungsweise des Steckers in die Buchse zu erleichtern.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kontaktzunge in der Steckrichtung um wenigstens 3% und/oder rechtwinkelig zur Steckrichtung um wenigstens 5% elastisch verformbar ist, jeweils bezogen auf eine Länge, welche die Kontaktzunge im unbelasteten Zustand in der Steckrichtung über das zweite Gehäuseteil oder über ein Befestigungselement für die Kontaktzunge hinausragt oder auskragt. Mit anderen Worten ist es von besonderem Vorteil, wenn eine Elastizität der Kontaktzunge in der Steckrichtung eine elastische Verformung von wenigstens 3% und/oder rechtwinkelig zur Steckrichtung eine elastische Verformung von wenigstens 5% ermöglicht, jeweils bezogen auf eine Länge, welche die Kontaktzunge im unbelasteten Zustand in der Steckrichtung über das zweite Gehäuseteil oder ein Befestigungselement für die Kontaktzunge hinausragt. Dadurch können die beim Bau einer elektrischen Maschine vorkommenden Toleranzen gut ausgeglichen werden.
Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn ein Verlauf der Kontaktzunge mehrere Richtungswechsel aufweist. Das heißt, die Kontaktzunge ist (im unbelasteten Zustand) in unterschiedlichen Richtungen (z.B. nach rechts und nach links) gebogen. Beispielsweise kann die Kontaktzunge ein seitliche Ausbeulung in U- Form, Rechteckform oder Dreiecksform aufweisen. Denkbar ist auch, dass die Kontaktzunge Ausbeulungen zu mehreren Seiten aufweiset, wiederum beispielsweise in U-Form oder S-Form, in Rechteckform oder in Dreiecksform. Auch komplexere Verläufe der Kontaktzunge sind möglich. Die genannten Richtungswechsel und die daraus resultierenden Formen ermöglichen einen besonders guten Ausgleich eines toleranzbedingten Versatzes zwischen der Buchse und dem Stecker.
Günstig ist es darüber hinaus, wenn die Buchse (im zusammengesteckten
Zustand der Steckverbindung) elastisch verformt ist. Auf diese Weise wird eine besonders gute elektrische Kontaktierung zwischen der Kontaktzunge und der Buchse ermöglicht.
Generell kann die Kontaktzunge am oder im zweiten Gehäuseteil fix montiert sein. Günstig ist es dabei insbesondere, wenn die Kontaktzunge im Fall a) durch den zweiten Gehäuseteil hindurch geführt ist und zwischen der Kontaktzunge und dem zweiten Gehäuseteil eine Dichtung angeordnet ist. Dadurch wird ein Innenraum der elektrischen Maschine zu einem Innenraum des Wechselrichters hin abgedichtet. Zur Befestigung der Kontaktzunge kann insbesondere ein gesondertes Befestigungselement vorgesehen sein, dass der Dichtung vorgelagert ist und somit eine Bewegung der Kontaktzunge verhindert oder eine solche wenigstens eindämmt. Wenn anstelle des Stecker die Buchse mit dem Wechselrichter verbunden ist, dann kann vorgesehen sein, dass die Buchse im oder am zweiten Gehäuseteil fix montiert ist, die Buchse durch den zweiten Gehäuseteil hindurch geführt ist und/oder zwischen der Buchse und dem zweiten Gehäuseteil eine Dichtung angeordnet ist. Weiterhin kann auch in diesem Fall ein gesondertes Befestigungselement vorgesehen sein, dass der Dichtung vorgelagert ist.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn im Fall a) der Stecker oder im Fall b) die Buchse direkt mit einem Leistungsmodul des Wechselrichters (und damit mit einer elektrischen Schaltung des Wechselrichters) elektrisch verbunden ist. Eine gesonderte Verkabelung zwischen dem Stecker und dem Leistungsmodul oder zwischen der Buchse und dem Leistungsmodul kann dann entfallen.
Generell kann die Relativbewegung in der Montagerichtung eine translatorische Bewegung, eine Drehbewegung oder eine kombinierte Bewegung sein.
Das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil können somit in gerader Richtung zusammengefügt werden, durch Ausführen einer Drehbewegung oder durch Ausführen einer kombinierten Bewegung. Ein Beispiel für eine kombinierte Bewegung ist eine Schraubbewegung. Beispielsweise könnte ein Wechselrichtergehäuse des Wechselrichters auf das erste Gehäuseteil aufgeschraubt sein, wodurch sich eine Bewegungskomponente in einer geraden Montagerichtung ergibt.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn Enden einzelner Abschnitte der Statorwicklung mit einem Verbinder, welcher ringförmig oder bogenförmig um eine Statorachse des Stators verläuft, elektrisch verbunden sind und im Fall a) die Buchse oder im Fall b) der Stecker mit dem Verbinder elektrisch verbunden und an dem Verbinder fix montiert ist. Beispielsweise kann die Statorwicklung in diesem Fall mit „U-Pins“ aufgebaut sein, deren freie Enden mit dem Verbinder elektrisch verbunden werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind exemplarisch in den beigefügten schematischen Figuren dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste beispielhafte und schematisch im Halbschnitt dargestellte elektrische Maschine;
Fig. 2 eine zweite beispielhafte elektrische Maschine mit alternativer
Befestigung des Wechselrichters;
Fig. 3 eine beispielhaft dargestellte Kontaktzunge in detaillierter
Seitenansicht;
Fig. 4 eine detailliert dargestellte Ausführungsform eines beispielhaften
Stators in Schrägansicht; Fig. 5 bis 16 unterschiedliche Ausführungsformen von Kontaktzungen in schematischer Darstellung und
Fig. 17 ein beispielhaftes Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine der vorgeschlagenen Art.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Einführend wird festgehalten, dass gleiche Teile in den unterschiedlichen Ausführungsformen mit denselben Bezugszeichen beziehungsweise Bauteilbezeichnungen versehen sind, gegebenenfalls mit unterschiedlichen Indizes. Die in der Beschreibung enthaltene Offenbarung eines Bauteils kann sinngemäß auf ein anderes Bauteil mit demselben Bezugszeichen beziehungsweise derselben Bauteilbezeichnung übertragen werden. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie zum Beispiel "oben", "unten", "hinten", "vorne", "seitlich" und so weiter auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Fig. 1 zeigt einen Halbschnitt durch eine schematisch dargestellte elektrische Maschine 1 a mit einem mehrteiligen Maschinengehäuse 2, das ein Statorgehäuse 3, ein vorderes Lagerschild 4 sowie ein hinteres Lagerschild 5 umfasst. Zudem weist die elektrische Maschine 1 a einen Stator 6 auf, welcher ein nicht im Detail dargestelltes Statorblechpaket 7 sowie im Statorblechpaket 7 angeordnete Statorwicklungen 8 aufweist. Weiterhin umfasst die elektrische Maschine 1 a eine Rotorwelle 9 mit einem darauf sitzenden Rotor 10, welcher ein nicht im Detail dargestelltes Rotorblechpaket 11 und darin angeordnete Rotormagnete oder Rotorwicklungen (nicht dargestellt) aufweist. Die Rotorwelle 9 ist mit Hilfe von (Wälz)lagern 12a, 12b um eine Rotorachse oder Statorachse A gegenüber dem Stator 6 drehbar gelagert. Konkret sitzt das erste Lager 12a im vorderen Lagerschild 4 und das zweite Lager 12b im hinteren Lagerschild 5. Darüber hinaus umfasst die elektrische Maschine 1 a einen Wechselrichter 13 mit einem Wechselrichtergehäuse 14 und einer darin angeordneten Leiterplatte 15 mit einer darauf befindlichen elektronische Schaltung 16. Der Wechselrichter 13 dient der Ansteuerung beziehungsweise der Energieversorgung der Statorwicklungen 8. Die Funktion eines Wechselrichters 13, insbesondere im Zusammenhang mit einer elektrischen Maschine 1 a, ist an sich bekannt und wird daher nicht im Detail erläutert.
Die elektrische Maschine 1 a umfasst darüber hinaus eine zwischen den Statorwicklungen 8 und dem Wechselrichter 13 angeordnete Steckverbindung 17, welche die Statorwicklungen 8 und den Wechselrichter 13 elektrisch verbindet. Das heißt, der Wechselrichter 13 kann durch Zusammenstecken der Steckverbindung 17 elektrisch mit den Statorwicklungen 8 verbunden und durch Lösen der Steckverbindung 17 elektrisch von den Statorwicklungen 8 getrennt werden.
Allgemein kann das Statorgehäuse 3 als erstes Gehäuseteil und das Wechselrichtergehäuse 14 als zweites Gehäuseteil aufgefasst werden, welche durch Ausführen einer Relativbewegung in einer Montagerichtung B zusammengefügt sind. Der Stator 6 ist somit im ersten Gehäuseteil 3 angeordnet, und der Wechselrichter 13 ist in diesem Beispiel am ersten Gehäuseteil 3 fix montiert. Zudem wird angemerkt, dass das Wechselrichtergehäuse 14 Teil des Maschinengehäuses 2 und somit von diesem umfasst ist. Eine Steckrichtung C der Steckverbindung 17 stimmt mit der Montagerichtung B überein, und ein Zusammenstecken der Steckverbindung 17 wird durch eine Relativbewegung zwischen dem ersten Gehäuseteil 3 und dem zweiten Gehäuseteil 5 in der Montagerichtung B beziehungsweise durch ein Zusammenfügen des ersten Gehäuseteils 3 und des zweiten Gehäuseteils 5 in der Montagerichtung B (automatisch) bewirkt.
An dieser Stelle wird angemerkt, dass das Maschinengehäuse 2 auch anders aufgebaut sein kann und mehr oder weniger Teile als in der Fig. 1 dargestellt umfassen kann. Beispielsweise könnte das Statorgehäuse 3 (erstes Gehäuseteil) topfförmig ausgebildet sein und das vordere Lagerschild 4 entfallen. Dementsprechend können das erste Gehäuseteil 3 und das zweite Gehäuseteil 5 auch anders geformt sein.
Die Steckverbindung 17 kann insbesondere eine Buchse 18 und einen Stecker 19 mit einer Kontaktzunge umfassen, so wie das in dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel der Fall ist. Der Stecker 19 ist dabei an oder in dem zweiten Gehäuseteil 14 (d.h. im Wechselrichtergehäuse) fix montiert, und die Buchse 18 ist mit den Statorwicklungen 8 verbunden (Fall a). Denkbar wäre aber auch der umgekehrte Fall b), nämlich dass die Buchse 18 an oder in dem zweiten Gehäuseteil 14 (d.h. im Wechselrichtergehäuse) fix montiert ist und der Stecker 19 mit den Statorwicklungen 8 verbunden ist. Der Stecker 19 kann eine oder mehrere Kontaktzungen aufweisen. Insbesondere kann der Stecker 19 drei Kontaktzungen aufweisen, wobei je eine Kontaktzunge je einer der Motorphasen zugeordnet ist.
Fig. 2 zeigt nun eine Ausführungsform einer elektrischen Maschine 1 b, welche der in Fig. 1 dargestellten elektrischen Maschine 1 a sehr ähnlich ist. Im Unterschied dazu ist der Wechselrichter 14 nicht am Statorgehäuse 3, sondern am hinteren Lagerschild 5 montiert. In einem ersten Fall, welcher in der Fig. 2 dargestellt ist, bildet das Statorgehäuse 3 wiederum das erste Gehäuseteil. Das zweite Gehäuseteil wird jedoch durch das hintere Lagerschild 5 gebildet. Denkbar wäre aber auch, dass das erste Gehäuseteil durch das hintere Lagerschild 5 und das zweite Gehäuse durch das Wechselrichtergehäuse 14 gebildet werden. Die Steckrichtung C der Steckverbindung 17 stimmt in beiden Fällen wiederum mit der Montagerichtung B überein, ist jedoch hier parallel zur Rotorachse A ausgerichtet. Ein Zusammenstecken der Steckverbindung 17 wird wiederum durch Zusammenfügen des ersten Gehäuseteils 3 und des zweiten Gehäuseteils 5 in der Montagerichtung B bewirkt, also durch Zusammenfügen des Statorgehäuses 3 und des hinteren Lagerschilds 5 respektive durch Zusammenfügen des hinteren Lagerschilds 5 und des Wechselrichtergehäuses 14. Die Fig. 3 zeigt nun eine detaillierte Seitenansicht einer Kontaktzunge 20, welche im oder am zweiten Gehäuseteil (hier im oder am Wechselrichtergehäuse 14) fix montiert ist, und welches gleich oder ähnlich geformt ist wie die Kontaktzungen der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Stecker 19.
Günstig ist es, wenn die Kontaktzunge 20 durch den zweiten Gehäuseteil 14 hindurch geführt ist und zwischen der Kontaktzunge 20 und dem zweiten Gehäuseteil 14 eine Dichtung 21 angeordnet ist, so wie das in der Fig. 3 der Fall ist. Dadurch wird ein Innenraum der elektrischen Maschine 1 a, 1 b zu einem Innenraum des Wechselrichter 13 hin abgedichtet. Insbesondere kann die Kontaktzunge 20 respektive der Stecker 19 direkt mit einem Leistungsmodul des Wechselrichters 13 und damit mit der auf der Leiterplatte 15 angeordneten elektrischen Schaltung 16 elektrisch verbunden sein. Zur Befestigung der Kontaktzunge 20 kann insbesondere ein gesondertes Befestigungselement 22 vorgesehen sein, dass der Dichtung 21 vorgelagert ist und somit eine Bewegung der Kontaktzunge 20 verhindert oder eine solche wenigstens eindämmt.
Wenn anstelle des Steckers 19 die Buchse 18 wechselrichterseitig verbunden ist, dann kann vorgesehen sein, dass die Buchse 18 im oder am zweiten Gehäuseteil 14 fix montiert ist, die Buchse 18 direkt mit einem Leistungsmodul und damit mit der elektronischen Schaltung 16 des Wechselrichters 13 elektrisch verbunden ist und/oder die Buchse 18 durch den zweiten Gehäuseteil 14 hindurch geführt ist und zwischen der Buchse 18 und dem zweiten Gehäuseteil 14 eine Dichtung 21 angeordnet ist. Weiterhin kann auch in diesem Fall ein gesondertes Befestigungselement 22 vorgesehen sein, dass der Dichtung 21 vorgelagert ist.
Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, kann ein Verlauf der Kontaktzunge 20 mehrere Richtungswechsel D1 ..D4 aufweisen. Mit anderen Worten ist die Kontaktzunge 20 gebogen und weist in diesem Beispiel eine U-förmige, seitliche Ausbeulung auf. Die besondere Formgebung der Kontaktzunge 20 ermöglicht insbesondere eine Verformung der Kontaktzunge 20 in und/oder quer zur Steckrichtung C. In der Fig. 3 ist dies mit dem strichpunktierten Verlauf und dem Bezugszeichen 20‘ für die Kontaktzunge 20 dargestellt. Insbesondere kann eine Elastizität der Kontaktzunge 20 in der Steckrichtung C eine (elastische) Verformung a von wenigstens 3% und/oder rechtwinkelig zur Steckrichtung C eine (elastische) Verformung b von wenigstens 5% ermöglichen, jeweils bezogen auf eine Länge c, welche die Kontaktzunge 20 im unbelasteten Zustand in der Steckrichtung C über das zweite Gehäuseteil 14 oder, wenn wie in Fig. 3 vorhanden, über das Befestigungselement 22 für die Kontaktzunge 20 hinausragt oder auskragt. Mit anderen Worten kann die Kontaktzunge 20 in der Steckrichtung C um wenigstens 3% und/oder rechtwinkelig zur Steckrichtung C um wenigstens 5% elastisch verformbar sein. Dadurch kann ein Versatz zwischen Buchse 18 und Stecker 19 gut ausgeglichen werden. Die Länge c kann generell auch als „Auskragelänge“ bezeichnet werden.
Von Vorteil ist es im gegebenen Zusammenhang auch, wenn die Buchse 18 an ihrer Öffnungsseite angeschrägt ist, so wie das in der Fig. 3 der Fall ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch das freie Ende der Kontaktzunge 20 angeschrägt sein, um ein Einstecken der Kontaktzunge 20 beziehungsweise des Steckers 19 in die Buchse 18 zu erleichtern. Denkbar ist insbesondere auch, dass die Kontaktzunge 20 im zusammengesteckten Zustand (elastisch) auf Biegung beansprucht ist und/oder die Buchse 18 im zusammengesteckten Zustand elastisch verformt ist (in der Fig. 3 mit Pfeilen angedeutet). Letzteres ermöglicht eine besonders gute elektrische Kontaktierung zwischen der Kontaktzunge 20 und der Buchse 18.
Die Fig. 4 zeigt nun eine etwas detaillierter dargestellte Ausführungsform eines Stators 6a in Schrägansicht. Der Stator 6a weist wiederum ein Statorblechpaket 7a und darin angeordnete Statorwicklungen 8a auf. Enden 23 einzelner Abschnitte der Statorwicklung 8a sind in diesem Fall mit einem Verbinder 24 elektrisch verbunden, wobei der Verbinder 24 ringförmig oder bogenförmig um die Statorachse A des Stators 6a verläuft. Beispielsweise kann die Statorwicklung 8a in diesem Fall mit „U-Pins“ aufgebaut sein. Mehrere Buchsen 18a..18c sind in diesem Beispiel mit dem Verbinder 24 respektive mit den Statorwicklungen 8a der einzelnen Motorphasen elektrisch verbunden und an dem Verbinder 24 fix montiert. Fig. 4 zeigt weiterhin die Enden zweier Kontaktzungen 20a, 20b, welche in die Buchsen 18a, 18b eingesteckt sind. In die Buchse 18c wäre in der Realität ebenfalls eine Kontaktzunge 20 eingesteckt, zwecks besserer Darstellung des Stators 6a ist diese in der Fig. 4 jedoch nicht gezeigt. Die Steckrichtung C (und damit die Montagerichtung B) sind in dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel parallel zur Rotorachse A ausgerichtet, so wie das auch in der Fig. 2 der Fall ist. Ein Zusammenstecken der Kontaktzungen 20a, 20b und der Buchsen 18a..18c erfolgt wiederum (automatisch) durch Zusammenfügen des ersten Gehäuseteils 3 und des zweiten Gehäuseteils 5, 14 in der Montagerichtung B.
Die Fig. 5 bis 16 zeigen nun unterschiedliche Ausführungsformen von Kontaktzungen 20i..20xii, wobei die Kontaktzunge 20i der Fig. 5 hinsichtlich ihrer Formgebung der Kontaktzunge 20 der Fig. 3 entspricht. Die Kontaktzunge 20ii der Fig. 6 weist dagegen eine winkelig gebogene Form auf, wobei die seitliche Ausbeulung der Kontaktzunge 20ii dreieckförmig ist. Die Kontaktzungen 20iii der Fig. 7 ist der Kontaktzunge 20ii aus Fig. 6 ähnlich, weist jedoch zwei seitliche Ausbeulungen auf. Auch die Kontaktzunge 20iv der Fig. 8 ist der Kontaktzunge 20ii der Fig. 6 ähnlich, weist jedoch eine rechteckförmige Ausbeulung auf. Die Kontaktzunge 20v aus Fig. 9 ist der Kontaktzunge 20i der Fig. 5 ähnlich, ist jedoch zu beiden Seiten ausgebeult. Die Kontaktzunge 20vi der Fig. 10 ist der Kontaktzunge 20ii der Fig. 6 ähnlich und ebenfalls zu beiden Seiten ausgebeult. Die Kontaktzunge 20vii der Fig. 11 ist der Kontaktzunge 20iv der Fig. 8 ähnlich und ebenfalls zu beiden Seiten ausgebeult. Die Kontaktzunge 20viii aus Fig. 12 ist wiederum der Kontaktzunge 20i der Fig. 5 ähnlich, weist jedoch sanftere Übergänge auf. Die Kontaktzungen 20i bis 20viii sind alle so geformt, dass deren Enden jeweils in einer Linie liegen. Dies ist jedoch keine zwingende Bedingung. Denkbar ist vielmehr auch, dass die Enden der Kontaktzungen 20ix..20xii nicht auf einer Linie liegen, so wie das in den Fig. 13 bis 15 der Fall ist. Konkret zeigt die Fig. 13 dazu ein Beispiel einer Kontaktzunge 20ix mit einer S- förmigen Biegung. Die Kontaktzunge 20x aus Fig. 14 ist der Kontaktzunge 20ix der Fig. 13 ähnlich, jedoch winkelig gebogen und in der Mitte schräg verlaufend. Die Kontaktzunge 20xi aus Fig. 15 ist der Kontaktzunge 20ix der Fig. 13 ebenfalls ähnlich, jedoch rechtwinkelig gebogen. Die Kontaktzunge 20xii der Fig. 16 zeigt schließlich einen komplexeren Verlauf, welcher als Kombination der in Fig.12 und 13 dargestellten Ausführungsformen aufgefasst werden kann. An dieser Stelle wird angemerkt, dass die in den Fig. 5 bis 16 dargestellten Ausführungsformen der Kontaktzungen 20i..20xii rein beispielhaft sind und nicht als Einschränkung auf eine bestimmte Form verstanden werden dürfen. Vielmehr sind auch abweichende Formen für die Kontaktzungen 20i..20xii denkbar.
Weiterhin wird angemerkt, dass die Relativbewegung in der Montagerichtung B vorteilhaft eine translatorische Bewegung ist, diese grundsätzlich aber auch eine Drehbewegung oder eine kombinierte Bewegung sein kann. Beispielsweise könnte das Wechselrichtergehäuse 14 auf das erste Gehäuseteil 3 aufgeschraubt sein, wodurch sich ebenfalls eine Bewegungskomponente in einer linearen Montagerichtung B ergibt.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen kann eine elektrische Verbindung zwischen einem Wechselrichter 13 und Statorwicklungen 8, 8a auf einfache Weise und automatisch durch Ausführen einer Relativbewegung zwischen einem ersten Gehäuseteil 3 und einem zweiten Gehäuseteil 5, 14 in einer Montagerichtung B bewirkt oder hergestellt werden. Dies ist vor allem dann von großem Vorteil, wenn die Steckverbindung 17 nach dem Zusammenfügen des ersten Gehäuseteils 3 und des zweiten Gehäuseteils 5, 14 nicht mehr zugänglich ist oder das Maschinengehäuse 2 durch Ausführen der genannten Relativbewegung überhaupt verschlossen wird.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Steckverbindung 17 lösbar ist, sodass diese nach einem Trennen des ersten Gehäuseteils 3 und des zweiten
Gehäuseteils 5, 14 problemlos wieder hergestellt werden kann. Dadurch kann die elektrische Maschine 1 a, 1 b besonders einfach gewartet werden. Denkbar ist grundsätzlich aber auch, dass die Steckverbindung 17 nicht beziehungsweise nicht zerstörungsfrei lösbar ist, beispielsweise wenn ein Trennen des ersten Gehäuseteils 3 vom zweiten Gehäuseteil 5, 14 nach der Inbetriebnahme der elektrischen Maschine 1 a, 1 b nicht vorgesehen oder nötig ist.
Die Fig. 17 zeigt schließlich die in ein Fahrzeug 25 eingebaute elektrische Maschine 1 . Das Fahrzeug 25 weist zwei Achsen auf, von denen eine angetrieben ist. Konkret ist die elektrische Maschine 1 über ein optionales Getriebe 26 mit den Halbachsen 27 der Hinterachse verbunden. An den Halbachsen 27 sind schließlich die angetriebenen Räder 28 montiert. Der Antrieb des Fahrzeugs 25 erfolgt zumindest teilweise oder zeitweise durch die elektrische Maschine 1 . Das heißt, die elektrische Maschine 1 kann zum alleinigen Antrieb des Fahrzeugs 25 dienen oder zum Beispiel im Verbund mit einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein (Hybridantrieb).
Abschließend wird festgehalten, dass der Schutzbereich durch die Patentansprüche bestimmt ist. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Die in den Figuren enthaltenen Merkmale können beliebig ausgetauscht und miteinander kombiniert werden. Insbesondere wird auch festgehalten, dass die dargestellten Vorrichtungen in der Realität auch mehr oder auch weniger Bestandteile als dargestellt umfassen können. Teilweise können die dargestellten Vorrichtungen beziehungsweise deren Bestandteile auch unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt sein.
Bezugszeichenliste
1 , 1 a, 1 b elektrische Maschine
2 Maschinengehäuse
3 Statorgehäuse (erstes Gehäuseteil)
4 vorderes Lagerschild
5 hinteres Lagerschild (zweites Gehäuseteil)
6, 6a Stator
7, 7a Statorblechpaket
8, 8a Statorwicklung
9 Rotorwelle
10 Rotor
11 Rotorblechpaket
12a, 12b (Wälz)lager
13 Wechselrichter
14 Wechselrichtergehäuse (zweites Gehäuseteil)
15 Leiterplatte Wechselrichter
16 elektronische Schaltung
17 Steckverbindung
18, 18a..18c Buchse
19 Stecker
20..20xii Kontaktzunge
21 Dichtung
22 Befestigungselement
23 Ende Abschnitt Statorwicklung
24 Verbinder
25 Fahrzeug 26 Getriebe
27 Halbachse
28 Rad a Verformung in Steckrichtung b Verformung rechtwinkelig zur Steckrichtung c Auskragelänge Kontaktzunge
A Drehachse B Montagerichtung
C Steckrichtung
D1..D4 Richtungswechsel

Claims

Patentansprüche
1 . Elektrische Maschine (1 , 1 a, 1 b), umfassend ein mehrteiliges Maschinengehäuse (2) mit zumindest einem ersten Gehäuseteil (3) und einem zweiten Gehäuseteil (5, 14), welche durch eine Relativbewegung in einer Montagerichtung (B) zusammengefügt sind, einen im ersten Gehäuseteil (3) angeordneten Stator (6, 6a), welcher ein Statorblechpaket (7, 7a) mit mehreren axial aufeinandergestapelten Statorblechen und mehrere im Statorblechpaket (7, 7a) angeordnete Statorwicklungen (8, 8a) aufweist, einen Wechselrichter (13) und eine zwischen den Statorwicklungen (8, 8a) und dem Wechselrichter (13) angeordnete Steckverbindung (17), welche die Statorwicklungen (8, 8a) und den Wechselrichter (13) elektrisch verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steckrichtung (C) der Steckverbindung (17) mit der Montagerichtung (B) übereinstimmt und ein Zusammenstecken der Steckverbindung (17) durch Zusammenfügen des ersten Gehäuseteils (3) und des zweiten Gehäuseteils (5, 14) in der Montagerichtung (B) bewirkt wurde.
2. Elektrische Maschine (1 , 1a, 1 b) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung (17) eine Buchse (18, 18a..18c) und einen Stecker (19) mit einer Kontaktzunge (20..20xii) umfasst.
3. Elektrische Maschine (1 , 1a, 1 b) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fall a) der Stecker (19) oder in einem Fall b) die Buchse (18, 18a..18c) an oder in dem zweiten Gehäuseteil (5, 14) fix montiert ist.
4. Elektrische Maschine (1 , 1a, 1 b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (13) an dem zweiten Gehäuseteil (5) fix montiert ist oder ein Wechselrichtergehäuse (14) des Wechselrichters (13) das zweite Gehäuseteil bildet.
5. Elektrische Maschine (1 , 1 a, 1 b) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzunge (20..20xii) elastisch verbogen ist.
6. Elektrische Maschine (1 , 1 a, 1 b) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzunge (20..20xii) in der Steckrichtung (C) um wenigstens 3% und/oder rechtwinkelig zur Steckrichtung (C) um wenigstens 5% elastisch verformbar ist, jeweils bezogen auf eine Länge (c), welche die Kontaktzunge (20..20xii) im unbelasteten Zustand in der Steckrichtung (C) über das zweite Gehäuseteil (5, 14) oder ein Befestigungselement (22) für die Kontaktzunge (20..20xii) hinausragt.
7. Elektrische Maschine (1 , 1 a, 1 b) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf der Kontaktzunge (20..20xii) mehrere Richtungswechsel (D1..D4) aufweist.
8. Elektrische Maschine (1 , 1 a, 1 b) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (18, 18a..18c) elastisch verformt ist.
9. Elektrische Maschine (1 , 1 a, 1 b) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzunge (20..20xii) im Fall a) durch den zweiten Gehäuseteil (5, 14) hindurch geführt ist und zwischen der Kontaktzunge (20..20xii) und dem zweiten Gehäuseteil (5, 14) eine Dichtung (21 ) angeordnet ist.
10. Elektrische Maschine (1 , 1 a, 1 b) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall a) der Stecker (19) oder im Fall b) die Buchse (18, 18a..18c) direkt mit einem Leistungsmodul des Wechselrichters (13) elektrisch verbunden ist.
11 . Elektrische Maschine (1 , 1a, 1 b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung in der Montagerichtung (B) eine translatorische Bewegung, eine Drehbewegung oder eine kombinierte Bewegung ist.
12. Elektrische Maschine (1 , 1a, 1 b) nach einem der Ansprüche 3 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Enden (23) einzelner Abschnitte der Statorwicklung (8, 8a) mit einem Verbinder (24), welcher ringförmig oder bogenförmig um eine Statorachse (A) des Stators (6, 6a) verläuft, elektrisch verbunden sind und im Fall a) die Buchse (18, 18a..18c) oder im Fall b) der Stecker (19) mit dem Verbinder (24) elektrisch verbunden und an dem Verbinder (24) fix montiert ist.
13. Elektrische Maschine (1 , 1a, 1 b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (5, 14) als Lagerschild ausgebildet ist und ein Lager (12b) für eine Rotorwelle (9) der elektrischen Maschine (1 , 1 a, 1 b) aufnimmt.
14. Fahrzeug (25) mit einer elektrischen Maschine (1 , 1a, 1 b) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, die zum Antreiben des Fahrzeugs (25) vorgesehen ist.
15. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den Statorwicklungen (8, 8a) und dem Wechselrichter (13) einer elektrischen Maschine (1 , 1 a, 1 b) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Relativbewegung zwischen dem ersten Gehäuseteil (3) und dem zweiten Gehäuseteil (5, 14) das Zusammenstecken der Steckverbindung (17) bewirkt.
PCT/EP2025/063652 2024-05-24 2025-05-19 Elektrische maschine mit verbesserter elektrischer verbindung zwischen statorwicklungen und einem wechselrichter Pending WO2025242586A1 (de)

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