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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine Hybridantriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10 und ein Verfahren zur Herstellung einer Elektromaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
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Stand der Technik
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Elektromaschinen, d. h. Elektromotoren und Generatoren, werden für verschiedene technische Anwendungen eingesetzt und dienen zur Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische oder umgekehrt. Eine Elektromaschine weist dabei einen Stator mit Elektromagneten und einen Rotor auf. Der für den Betrieb der Elektromagneten erforderliche Strom wird mittels Versorgungsstromleitungen zu den Elektromagneten geführt. An den Elektromagneten sind Magnetstromleitungen angeordnet, die zu den Versorgungsstromleitungen geführt werden und an je einem Kontaktabschnitt werden die Magnetstromleitungen elektrisch mit den Versorgungsstromleitungen kontaktiert. Die Magnetstromleitungen können dabei auch eine Leitung einer Wicklung des Elektromagneten sein. Die elektrische Kontaktierung am Kontaktabschnitt der Magnetstromleitung und der Versorgungsstromleitung, die im Allgemeinen aus Kupfer bestehen, erfolgt dabei im Allgemeinen durch Ultraschallschweißen. Das Ultraschallschweißen stellt jedoch einen komplizierten und aufwendigen Fertigungsvorgang dar, der einerseits ein hohes Fehlerrisiko beinhaltet und andererseits aufgrund seiner aufwendigen Weise mit relativ hohen Kosten verbunden ist.
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Die
DE 198 29 442 C2 zeigt einen Motor, insbesondere Drehstrommotor, zur Verwendung als Stator und Generator in einem Kraftfahrzeug mit einem Rotor, einem Stator und einem Pulswechselrichter. Der Stator weist dabei eine Mehrphasenwicklung auf.
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Die
DE 10 2006 012 554 A1 zeigt einen Elektromaschine mit einem Stator, mit Statorpolen und mehreren Eisenkernen, deren Schenkel den Stator bilden sowie Wicklungen auf jeden der Eisenkerne aufweisen. Ein Rotor ist dabei mit Rotorzähnen versehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäße Elektromaschine, umfassend einen Stator mit Elektromagneten, einen Rotor, von dem um eine Rotationsachse eine Rotationsbewegung ausführbar ist, wenigstens eine Versorgungsstromleitung für die Elektromagnete, wenigstens eine Magnetstromleitung je Elektromagnet, welche von den Elektromagneten zu der wenigstens einen Versorgungsstromleitung führt, wenigstens einen elektrischen Kontaktabschnitt zur elektrischen Verbindung der wenigstens einen Magnetstromleitung mit der wenigstens einen Versorgungsstromleitung, wobei der wenigstens eine Kontaktabschnitt gebildet ist, indem an der wenigstens einen Magnetstromleitung wenigstens ein Kontaktelement angeordnet ist und das wenigstens eine Kontaktelement innerhalb oder an der wenigstens einen Versorgungsstromleitung angeordnet ist. Das Kontaktelement an der Magnetstromleitung kontaktiert damit unmittelbar die Versorgungsstromleitung, so dass dadurch in vorteilhafter Weise ein aufwendiges Schweißen an dem Kontaktabschnitt nicht mehr erforderlich ist.
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Insbesondere ist das wenigstens eine Kontaktelement teilweise innerhalb der wenigstens einen Versorgungsstromleitung angeordnet und/oder das wenigstens eine Kontaktelement ist bezüglich der wenigstens einen Magnetstromleitung ein gesondertes Bauteil. Beispielsweise besteht das Kontaktelement aus einem anderen Material als die Magnetstromleitung.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist das wenigstens eine Kontaktelement an einem Endabschnitt eine konische oder spitze Form auf. Die konische oder spitze Form am Endabschnitt des Kontaktelementes hat den Vorteil, dass dadurch das Kontaktelement einfach in die Versorgungsstromleitung eingeführt werden kann mit einem geringen Kraftaufwand.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist das wenigstens eine Kontaktelement als ein Messer, eine Nadel oder ein Stift ausgebildet.
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Vorzugsweise ist das wenigstens eine Kontaktelement mechanisch mittels einer Verformung der wenigstens einen Versorgungsstromleitung in die wenigstens eine Versorgungsstromleitung eingeführt.
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In einer Variante weist die wenigstens eine Versorgungsstromleitung eine elektrische Isolierung auf und an dem wenigstens einen Kontaktabschnitt ist die elektrische Isolierung der wenigstens einen Versorgungsstromleitung von dem wenigstens einen Kontaktelement durchstoßen. Bei der Herstellung der Elektromaschine kann somit eine normale Versorgungsstromleitung mit einer elektrischen Isolierung verwendet werden. Lediglich am Kontaktabschnitt wird von dem Kontaktelement die elektrische Isolierung durchstoßen, so dass dadurch weiterhin eine ausreichende Isolierung der Versorgungsstromleitung gewährleistet ist.
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Zweckmäßig weist das wenigstens eine Kontaktelement außenseitig, insbesondere nur außerhalb eines Endabschnittes des wenigstens einen Kontaktelementes, eine elektrische Isolierung auf. Die elektrische Isolierung an dem wenigstens einen Kontaktelement gewährleistet, dass auch am Kontaktelement das Leiten des Stromes zu den Elektromagneten weiterhin elektrisch isoliert ist.
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In einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens zwei Versorgungsstromleitungen im Bereich des wenigstens einen Kontaktabschnittes innerhalb einer Halteeinrichtung angeordnet und vorzugsweise umschließt die Halteeinrichtung die wenigstens zwei Versorgungsstromleitungen vollständig. Die Halteeinrichtung ist dabei vorzugsweise als Verteilerring an dem Stator angeordnet. Bei der Montage der Elektromaschine sind beispielsweise drei Versorgungsstromleitungen in der Halteeinrichtung angeordnet und zur elektrischen Kontaktierung braucht lediglich die Halteeinrichtung mit den drei Versorgungsstromleitungen als Verteilerring auf die an den Elektromagneten angeordneten Kontaktelementen entsprechend aufgedrückt werden.
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Insbesondere ist wenigstens eine Versorgungsstromleitung innerhalb der Halteeinrichtung von einem elastischen Niederdruckelement zu einer Wandung der Halteeinrichtung gedrückt. Das elastische Niederdruckelement, beispielsweise eine Blattfeder, stellt sicher, dass auch bei Bewegungen, insbesondere Schwingungen, der Halteeinrichtung bzw. des Stators ein sicherer Halt der Versorgungsstromleitungen innerhalb der Halteeinrichtung gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäße Hybridantriebsantriebseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine, wobei die Elektromaschine als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Elektromaschine ausgebildet ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Hybridantriebseinrichtung eine Batterie und vorzugsweise ist die Hybridantriebseinrichtung als Plug-In-Hybridantriebseinrichtung ausgebildet. Bei einer Plug-In-Hybridantriebseinrichtung kann elektrischer Strom zum Aufladen der Batterie aus einem stationären Stromnetz verwendet werden und anschließend mit dem Strom aus der Batterie ein Kraftfahrzeug mittels der Elektromaschine als Elektromotor angetrieben werden.
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Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Elektromaschine, insbesondere einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Elektromaschine, mit den Schritten: zur Verfügung stellen eines Stators mit Elektromagneten, zur Verfügung stellen eines Rotors, von dem um eine Rotationsachse eine Rotationsbewegung ausführbar ist, zur Verfügung stellen wenigstens einer Versorgungsstromleitung für die Elektromagnete, zur Verfügung stellen wenigstens einer Magnetstromleitung je Elektromagnet, elektrisches Verbinden der wenigstens einen Versorgungsstromleitung mit der wenigstens einen Magnetstromleitung, wobei die wenigstens eine Versorgungsstromleitung mit der wenigstens einen Magnetstromleitung elektrisch verbunden wird, indem wenigstens ein, vorzugsweise an der wenigstens einen Magnetstromleitung angeordnetes Kontaktelement, in die wenigstens eine Versorgungsstromleitung eingeführt oder eingestochen wird und/oder das wenigstens eine Kontaktelement, vorzugsweise ausschließlich, form- und/oder kraftschlüssig mit der wenigstens einen Versorgungsstromleitung kontaktiert oder verbunden wird.
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In vorteilhafter Weise braucht somit lediglich das Kontaktelement in die Versorgungsstromleitung eingeführt oder eingestochen werden. Hierbei kann entweder die Versorgungsstromleitung bewegt werden zu einem feststehenden Kontaktelement oder das Kontaktelement kann zu der feststehenden Versorgungsstromleitung bewegt werden oder sowohl das Kontaktelement als auch die Versorgungsstromleitungen können gleichzeitig zum Kontaktieren und Einstechen bewegt werden. Die Magnetstromleitung, welche auch Teil der Wicklung der Elektromagneten sein kann, weist dabei am Ende das Kontaktelement auf. Bei einer Anordnung von mehreren, beispielsweise drei Versorgungsstromleitungen in einer Halteeinrichtung als Verteilerring braucht lediglich der Verteilerring auf den Stator entsprechend positioniert aufgesetzt werden, so dass mittels der an dem Stator bzw. den Elektromagneten angeordneten Kontaktelementen der entsprechende Kontakt zwischen den Magnetstromleitungen und den Versorgungsstromleitungen entsprechend automatisch hergestellt werden kann. Dadurch kann das Herstellen der Elektromaschine wesentlich vereinfacht werden und bei der Montage können Fertigungsfehler erheblich reduziert werden.
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In einer ergänzenden Variante wird das wenigstens eine Kontaktelement radial bezüglich der wenigstens einen Versorgungsstromleitung in die wenigstens eine Versorgungsstromleitung eingeführt oder eingestochen oder kontaktiert.
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In einer weiteren Variante wird von dem wenigstens eine Kontaktelement eine elektrische Isolierung der wenigstens einen Versorgungsstromleitung durchstochen.
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In einer weiteren Ausführungsform werden der Stator und der Rotor zusammengefügt.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist wenigstens eine Versorgungsstromleitung innerhalb einer Halteeinrichtung angeordnet und das wenigstens eine Kontaktelement wird in die wenigstens eine Versorgungsstromleitung eingeführt oder eingestochen, indem die Halteinrichtung mit der wenigstens einen Versorgungsstromleitung zu dem wenigstens einen Kontaktelement bewegt wird.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird das wenigstens eine Kontaktelement durch eine Öffnung in der Halteeinrichtung zu der wenigstens einen Versorgungsstromleitung bewegt.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Elektromaschine eine Wechselstrom- oder eine Drehstromelektromaschine.
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In einer zusätzlichen Variante ist die Elektromaschine ein Elektromotor oder ein Generator.
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Zweckmäßig weist die wenigstens eine Versorgungsstromleitung an dem wenigstens einen Kontaktabschnitt einen größeren Umfang auf als außerhalb des wenigstens einen Kontaktabschnittes.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Elektromaschine eine elektronische Steuerschaltung zur Bestromung der Spulen am Stator.
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Zweckmäßig weist der Elektromaschine Mittel zur Start-Positionierung des Rotors auf.
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In einer weiteren Variante ist der Rotor mittels einer Lagerung, insbesondere eine Gleitlagerung oder eine Wälzlagerung, gelagert.
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Zweckmäßig weist der Rotor eine Achse auf und die Achse ist in der Lagerung gelagert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Querschnitt einer Elektromaschine,
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2 einen Querschnitt einer Halteinrichtung mit drei Versorgungsstromleitungen,
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3 eine perspektivische Ansicht der Halteeinrichtung gemäß 2 an einem Stator und
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4 eine stark vereinfachte Darstellung einer Hybridantriebseinrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist ein Querschnitt einer Elektromaschine 1 dargestellt, die sowohl als Elektromotor 2 als auch Generator 3 fungiert. Die Elektromaschine 1 kann dabei beispielsweise in einer Hybridantriebseinrichtung 32 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 33 und einer Batterie 34 eingesetzt werden (4).
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Die Elektromaschine 1 weist einen Stator 4 mit Elektromagneten 5 mit Wicklungen 6 auf. Die Wicklungen 6 bzw. Spulen 7 sind dabei einen Statorzahn 8 des Stators 4 angeordnet. Innerhalb des Stators 4 ist ein Rotor 9 mit Permanentmagneten 11 angeordnet. Der Rotor 9 ist dabei dahingehend gelagert, dass er um eine Rotationsachse 10 rotieren kann. Zur Versorgung der Elektromagnete 5 sind an dem Stator 4 drei Versorgungsstromleitungen 12 angeordnet. Es handelt sich dabei um eine u-Versorgungsstromleitung 13, eine v-Versorgungsstromleitung 14 und eine w-Versorgungsstromleitung 15. Die drei Versorgungsstromleitungen 12 sind dabei ringförmig als Verteilerring an dem Stator 4 angeordnet. An den Elektromagneten 5 sind zwei Magnetstromleitungen 17 angeordnet, die auch Bestandteil oder eine Fortführung der Wicklung 6 sein können. Die zwei Magnetstromleitungen 17 werden dabei jeweils zu einer Versorgungsstromleitung 12 geführt. Somit werden von je einem Elektromagneten 5 zwei der insgesamt drei Versorgungsstromleitungen 12 zur Versorgung mit elektrischem Strom genutzt. Dabei erfolgt die elektrische Verbindung zwischen den Magnetstromleitungen 17 und den Versorgungsstromleitungen 12 an einem Kontaktabschnitt 18. Von den Elektromagneten 5 werden dabei abwechselnd unterschiedliche Versorgungsstromleitungen 12 kontaktiert.
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In 2 ist ein Querschnitt des in 1 dargestellten Verteilerringes mit den drei Versorgungsstromleitungen 12 dargestellt. Die drei Versorgungsstromleitungen 12 sind in einer Halteeinrichtung 25 angeordnet. Die Halteeinrichtung 25 umfasst dabei einen ringförmigen, im Wesentlichen dem gesamten Stator 4 umlaufenden Haltekanal 26. Der Haltekanal 26 ist im Querschnitt U-förmig und lediglich in 2 und 3, nicht jedoch in 1 dargestellt. Im Bereich der Kontaktabschnitte 18 ist der nach oben offene Haltekanal 26 von einem U-förmigen Haltesteg 27 abgeschlossen, so dass im Bereich der Kontaktabschnitte 18 die drei Versorgungsstromleitungen 12 in der Halteeinrichtung 25, die von dem Haltekanal 26 und dem Haltesteg 27 gebildet werden, vollständig umschlossen sind (2). In 3 ist eine perspektivische Ansicht der Halteeinrichtung 25 mit dem umlaufenden ringförmigen Haltekanal 26 und dem Haltesteg 27 auf dem Stator 4 bzw. dem Elektromagnet 5 dargestellt. Dabei sind in 3 aufgrund der Perspektive die Magnetstromleitungen 17 nicht sichtbar.
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Die Versorgungsstromleitungen 12 sind von einer Isolierung 16 als elektrische Isolierung umgeben. An einem Ende der Magnetstromleitungen 17 sind Kontaktelemente 19 als gesonderte Bauteile angeordnet und befestigt. Die Kontaktelemente 19 weisen dabei an einem Endabschnitt 21 des Kontaktelementes 19 eine konische oder spitze Form auf. Die Kontaktelemente 19 können dabei als Messer 22, als Nadel 23 oder als Stift 24 ausgebildet sein. Eine Wandung 28 des Haltekanales 26 weist Öffnungen 29 auf. Der Haltesteg 27 kann mittels einer Rast- oder Clipsverbindung 35 an dem Haltekanal 26 befestigt werden. Zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Magnetstromleitung 17 und der Versorgungsstromleitung 12 wird bei der Herstellung der Elektromaschine 1 die Halteeinrichtung 25 mit den drei Versorgungsstromleitungen 12 zu den Kontaktelementen 19 an den Elektromagneten 5 geführt. Die Halteeinrichtung 25 mit den drei Versorgungsstromleitungen 12 als Verteilerring braucht somit lediglich entsprechend positioniert auf den Stator 4 mit den Elektromagneten 5 aufgelegt und anschließend durch Aufbringen einer ausreichend hohen Kraft können die Kontaktelemente 19 in die Versorgungsstromleitungen 12 eindrückt werden. Dabei sind die Öffnungen 29 am Haltekanal 26 entsprechend ausgebildet, so dass durch diese Öffnungen 29 zunächst die Kontaktelemente 19 eingeführt werden, anschließend die Isolierung 16 der Versorgungsstromleitungen 12 durchstechen und darauffolgend die Endabschnitte 21 der Kontaktelemente 19 in die Versorgungsstromleitung 12 eindringen und dadurch einen mechanischen Kontakt und damit auch eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen 19 und den Versorgungsstromleitungen 12 besteht. Die Geometrie der Kontaktelemente 19 an dem Stator 4 bzw. den Elektromagneten 5 und die Anordnung der Öffnungen 29 an dem Haltekanal 26 sind dabei dahingehend aufeinander abgestimmt, dass von den Kontaktelementen 19 die dafür vorgesehenen Versorgungsstromleitungen 12 kontaktiert werden.
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Die Kontaktelemente 19 weisen außenseitig auch eine Isolierung 20 auf. Die Isolierung 20 ist dabei entweder vollständig am gesamten Kontaktelement 19 oder die Isolierung 20 ist nur an einem Endabschnitt 21 des Kontaktelementes 19 nicht ausgebildet, d. h. teilweise nur im Bereich der Magnetstromleitung 17 ausgebildet. Beim Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen dem Kontaktelement 19 und der Versorgungsstromleitung 12 wird dabei beim Einführen in die Öffnungen 29 und beim Durchstechen der Isolierung 16 der Versorgungsstromleitung 12 sowie beim Eindringen in die Versorgungsstromleitung 12 die Isolierung 20 an dem Kontaktelement 19 in vorteilhafter Weise zurückgeschoben, so dass die Isolierung 20 des Kontaktelementes 19 außerhalb der Halteeinrichtung 25, d. h. gemäß der Darstellung in 2 unterhalb des Haltekanales 26, zurückgeschoben ist. Die Halteeinrichtung 25 ist dabei aus elektrisch isolierendem Kunststoff hergestellt, so dass die elektrische Verbindung von der Magnetstromleitung 17 zu der Versorgungsstromleitung 12 mittels des Kontaktelementes 19 nach außen hin vollständig elektrisch isoliert ist. Die Magnetstromleitung 17 weist außerdem auch eine nicht dargestellte Isolierung auf, die sich unmittelbar an die Isolierung 20 des Kontaktelementes 19 anschließt.
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Beim Betrieb der Elektromaschine 1 können Bewegungen, d. h. Schwingungen, auftreten. Zur Vermeidung von unnötigen und unkontrollierten Bewegungen der Versorgungsstromleitungen 12 innerhalb der Halteeinrichtung 25 wird mittels eines elastischen Niederdruckelementes 30, insbesondere einer Blattfeder 31, die Versorgungsstromleitungen 12 zu der Wandung 20 des Haltekanales 26 gedrückt. Aufgrund dieser kraftschlüssigen Halterung der Versorgungsstromleitungen 12 innerhalb der Halteeinrichtung 25 können Bewegungen der Versorgungsstromleitungen 12 relativ zu der Halteeinrichtung 25 vermieden werden, so dass ein sicherer und zuverlässiger elektrischer Kontakt von den Versorgungsstromleitungen 12 zu den Kontaktelementen 19 dauerhaft gewährleistet ist.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Elektromaschine 1 wesentliche Vorteile verbunden. Zur Herstellung einer elektrischen Verbindung von den Elektromagneten 5 zu den Versorgungsstromleitungen 12 in dem Verteilerring am Statur 4 braucht lediglich die Halteeinrichtung 25 mit den drei Versorgungsstromleitungen 12 auf an den Elektromagneten 5 angeordneten Kontaktelementen 19 aufgesetzt und anschließend die Kontaktelemente 19 in die Versorgungsstromleitungen 12 eingedrückt werden. Die Halteeinrichtung 25 wird anschließend mittels einer nicht dargestellten Befestigungseinrichtung, z. B. einer Schraubverbindung oder einer Rast- oder Clipsverbindung, an dem Statur 4 befestigt. Die elektrische Verbindung von den Elektromagneten 5 zu den Versorgungsstromleitungen 12 kann damit einfach zuverlässig mit einem geringen technischen Aufwand und dadurch preiswert ausgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19829442 C2 [0003]
- DE 102006012554 A1 [0004]