DE102013225667A1

DE102013225667A1 - Verfahren zum Verbinden von Anschlussdrähten einer Phasenwicklung einer Ständerwicklung für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102013225667A1
Application number: DE201310225667
Authority: DE
Inventors: Cristina Ausin Alonso; Ivan Usle Ateca; Helmut Braun
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-06-26
Also published as: ES2524384A2; CN103944299B; CN103944299A; ES2524384R1; HU231000B1; ES2524384B1

Abstract

Verfahren zum Verbinden von Anschlussdrähten (65) einer Phasenwicklung (62) einer Ständerwicklung (18) für eine elektrische Maschine (10), wobei die zumindest zwei Anschlussdrähte (65) mit einer Anschlussvorrichtung (56) einer Brückengleichrichterschaltung (54) elektrisch leitfähig verbunden werden, wobei die Anschlussdrähte (65) zuerst miteinander verbunden und dann als miteinander verbundene Anschlussdrähte (65) mit einem Anschluss (115) der Anschlussvorrichtung (56) der Brückengleichrichterschaltung (54) elektrisch leitfähig verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (65) vor dem Verbinden mit dem Anschluss (115) der Anschlussvorrichtung (56) im Querschnitt (79) umgeformt und miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Elektrische Maschine (10) mit einem Stator (16), der in einem Ständereisen (17) eine Ständerwicklung (18) trägt, wobei die Ständerwicklung (18) zumindest eine Phasenwicklung (62) aufweist, wobei die Phasenwicklung (62) mehrere Anschlussdrähte (65) hat, die mit einen Anschluss (115) einer Anschlussvorrichtung (56) einer Brückengleichrichterschaltung (54) elektrisch leitfähig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (65 im Querschnitt (79) umgeformt und miteinander stoffschlüssig verbunden sind sowie mit einem Anschluss (115) stoffschlüssig verbunden sind.

Description

In 1 ist ein Querschnitt durch eine elektrische Maschine 10, hier in der Ausführung als Generator bzw. Wechsel-, insbesondere Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge, dargestellt. Diese elektrische Maschine 10 weist u. a. ein zweiteiliges Gehäuse 13 auf, das ein erstes Lagerschild 13.1 und ein zweites Lagerschild 13.2 umfasst. Das Lagerschild 13.1 und das Lagerschild 13.2 nehmen in sich einen sogenannten Stator 16 auf, der einerseits ein im Wesentlichen kreisringförmiges bzw. ringzylindrisches Ständereisen 17 mit einer zentralen Zylinderachse 29 umfasst, in dessen nach radial innen gerichteten, sich axial erstreckenden Nuten eine Ständerwicklung 18 eingefügt ist. Dieser ringförmige Stator 16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichteten genuteten Oberfläche, die eine elektromagnetisch wirksame Oberfläche 19 ist, einen Rotor 20, der hier beispielsweise als Klauenpolläufer ausgebildet ist. Der Rotor 20 umfasst u. a. zwei Klauenpolplatinen 22 und 23, an deren Außenumfang jeweils sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger als elektromagnetisch polbare Pole 24 und 25 angeordnet sind. Beide Klauenpolplatinen 22 und 23 sind im Rotor 20 derart angeordnet, dass deren sich in axiale Richtung erstreckende Klauenpolfinger bzw. Pole 24 bzw. 25 am Umfang des Rotors 20 einander abwechseln. Der Rotor 20 hat demnach ebenfalls eine elektromagnetisch wirksame Oberfläche 26. Es ergeben sich durch die sich am Umfang abwechselnden Pole 24 bzw. 25 magnetisch erforderliche Zwischenräume 21, die hier auch als Klauenpolzwischenräume bezeichnet werden. Der Rotor 20 ist mittels einer Welle 27 und je einem auf je einer Rotorseite befindlichen Wälzlager 28 in den jeweiligen Lagerschilden 13.1 bzw. 13.2 drehbar gelagert.
Der Rotor 20 weist insgesamt zwei axiale Stirnflächen auf, an denen jeweils ein Lüfter 30 befestigt ist. Dieser Lüfter 30 besteht im Wesentlichen aus einem plattenförmigen bzw. scheibenförmigen Abschnitt, von dem Lüfterschaufeln in bekannter Weise ausgehen. Diese Lüfter 30 dienen dazu, über Öffnungen 40 in den Lagerschilden 13.1 und 13.2 einen Luftaustausch bspw. von einer axialen Stirnseite der elektrischen Maschine 10 durch den Innenraum der elektrischen Maschine 10 hindurch zu einer radial außen befindlichen Umgebung zu ermöglichen. Dazu sind die Öffnungen 40 im Wesentlichen an den axialen Enden der Lagerschilde 13.1 und 13.2 vorgesehen, über die mittels der Lüfter 30 Kühlluft in den Innenraum der elektrischen Maschine 10 eingesaugt wird. Diese Kühlluft wird durch die Rotation der Lüfter 30 nach radial außen beschleunigt, so dass diese durch den für Kühlluft durchlässigen Wicklungsüberhang 45 hindurchtreten kann. Durch diesen Effekt wird der Wicklungsüberhang 45 gekühlt. Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch den Wicklungsüberhang 45 bzw. nach dem Umströmen dieses Wicklungsüberhangs 45 durch hier in dieser 1 nicht dargestellte Öffnungen einen Weg nach radial außen.
Die in 1 dargestellte und sich auf der rechten Seite des Generators befindende Schutzkappe 47 schützt verschiedene Bauteile vor Umgebungseinflüssen. So deckt diese Schutzkappe 47 beispielsweise eine sogenannte Schleifringbaugruppe 49 ab, die dazu dient, eine Erregerwicklung 51 mit Erregerstrom zu versorgen. Um diese Schleifringbaugruppe 49 herum ist ein Kühlkörper 53 angeordnet, der hier als Pluskühlkörper wirkt. Dieser Pluskühlkörper heißt Pluskühlkörper, weil dieser elektrisch leitfähig mit einem Pluspol eines Akkumulators (z. B. Starterstromversorgung) verbunden ist. Als sogenannter Minuskühlkörper wirkt das Lagerschild 13.2. Zwischen dem Lagerschild 13.2 und dem Kühlkörper 53 ist eine Anschlussvorrichtung 56 (Anschlussplatte) angeordnet, die dazu dient, im Lagerschild 13.2 angeordnete Minusdioden 58 und hier in dieser Darstellung nicht gezeigte Plusdioden im Kühlkörper 53 miteinander zu verbinden und somit eine an sich bekannte Brückengleichrichterschaltung 54 zur Gleichrichtung eines Stroms, der von Phasenwicklungen 62 der Ständerwicklung 18 geliefert wird, darzustellen.
In 2a bis 2d ist in einer Minimalkonfiguration dargestellt, wie mit zwei Anschlussdrähten 65 einer Phasenwicklung 62 verfahren wird, bevor die Anschlussdrähte 65 mit einem hier zunächst nicht gezeigten Anschluss verbunden werden. Die Anschlussdrähte 65 sind die Enden einer Phasenwicklung 62, die mit der Brückengleichrichterschaltung 54, vorzugsweise über die Anschlussvorrichtung 56, verbunden werden. Die Phasenwicklungen 62 sind bereits in die Nuten des Ständereisens 17 eingefügt. Danach werden die zwei mit Lack isolierten Anschlussdrähte 65 und damit die Enden der Phasenwicklung 62 gegriffen und an der vorgesehenen Verbindungsstelle 66 parallel zueinander aneinander gelegt (gerichtet, ausgerichtet), 2b, dann in einem Werkzeug 68 unter Krafteinwirkung F so umgeformt bzw. verdichtet, 2c, dass die Anschlussdrähte 65 über eine Länge L in Drahtlängsrichtung eine gemeinsame Einhüllende 72 (Außenkontur) mit zwei einander im wesentlichen parallelen Gegenlinien 70, 71 aufweisen, wobei die Einhüllende 72 vorzugsweise rechteckig ist, 2d. Gemäß 2c wirken von vier Seiten insgesamt vier Flächen 75, 76, 77, 78 eines Umformwerkzeugs 90 auf die Anschlussdrähte 65 so ein, dass diese wie erwähnt umgeformt werden. Nach dem oder beim Umformen der Querschnitte 79 Anschlussdrähte 65 wird vorzugsweise quer zu einer durch je ein Kreuz im Querschnitt angedeutete Längsrichtung eine Schweißspannung U aufgebracht, die Anschlussdrähte 65 mit Schweißstrom I durchflossen und dabei die Anschlussdrähte 65 direkt miteinander stoffschlüssig miteinander verbunden bzw. verschweißt, 2e (Widerstandsschweißen, kompaktieren, verdichten). Nach dem Entnehmen der Anschlussdrähte 65 aus dem Schweißwerkzeug 93, das – wie hier erkennbar ist – das Umformwerkzeug 90 ergänzt, und einem Schliff/Schnitt durch die Schweißstelle, ist beim Blick auf den Schliff kaum oder gar nicht zu erkennen, dass hier mehrere Anschlussdrähte 65 miteinander verbunden wurden. Die Schweißstelle wirkt mindestens nahezu homogen. Die Anschlussdrähte 65 bilden somit an diesen Enden der Phasenwicklung 62 eine Einheit und wurden somit zu einer Einheit verbunden. Da die Phasenwicklungen 62 aus Draht sind, weist ein solcher Draht zwei Enden auf. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass an beiden Enden eine solche Einheit – wie hier insgesamt beschrieben – hergestellt wird. Aber auch wenn nur an einem Drahtende eine solche Einheit vorgesehen sein sollte, sind zwischen den Enden die Drähte ohne elektrischen Kontakt.
In 3a und 3b ist dargestellt, wie die Anschlussdrähte 65 parallel zueinander aneinander gelegt in ein klammerartiges Umform- und Schweißwerkzeug 80 mit einem Stempel 81 eingesetzt wird. Unter dem Druck des Stempels 81 unter gleichzeitigem Einfluss des Schweißstroms I werden die Anschlussdrähte 65 miteinander verschweißt. Es ist dabei letztlich unerheblich, ob die zu verschweißenden Anschlussdrähte 65 an der vorgesehenen Verbindungsstelle 66 mit einer Lackisolation versehen bzw. beschichtet sind oder nicht. Die beim Schweißen entstehende Hitze pyrolysiert die Lackisolation oder entfernt diese auf andere Weise als Pyrolyse, so dass diese aus den Fugen zwischen den Anschlussdrähten 65 im Wesentlichen verschwindet.
In 4a sind fünf Anschlussdrähte 65 je Reihe 100 in je zwei Reihen parallel zueinander aneinander gelegt. Dieses Bündel 103 (vgl. auch 2b) wird wie oben beschrieben umgeformt, 4b, so dass die Anschlussdrähte 65 über eine Länge L in Drahtlängsrichtung eine gemeinsame Einhüllende 72 (Außenkontur) mit zwei einander im wesentlichen parallelen Gegenlinien 70, 71 aufweisen, wobei die Einhüllende 72 auch hier vorzugsweise rechteckig ist. Nach dem Umformen kann geschweißte Bündel 103 gekürzt werden, um die Anschlussdrähte 65 gleich endständig zu erhalten, 4c. Ein Ende 106 eines umgeformten und geschweißten Bündels von Anschlussdrähten 65 teilt sich in Längsrichtung in einen Verbindungsabschnitt 109 der Länge L1 und einen Abschnitt 112 auf, bei dem die einzelnen Anschlussdrähte 65 Längenabschnitte aufweisen, die dort nicht verschweißt bzw. nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Im Rahmen des stoffschlüssigen miteinander Verbindens ist grundsätzlich auch Löten mit Hilfe einer Lötvorrichtung möglich.
Wie in 5a dargestellt ist, wird ein umgeformtes und stoffschlüssig verbundenes Bündel 103 von Anschlussdrähten 65 danach zu einem Anschluss 115 transportiert. Dieser Anschluss 115 ist hier ein Teil einer Anschlussvorrichtung 56 und ist durch einen U-förmigen Drahtverlauf gekennzeichnet. Dieser Drahtverlauf bildet eine Schlaufe, in die das Bündel 103 eingeschoben wird, 5b. In der eingeschobenen Position wird das Bündel 103 durch Andrücken des Anschlusses 115 an das Bündel 103 unter gleichzeitigem Einfluss von Wärme, Druck/Kraft und Schweißstrom oder Wärme, Druck/Kraft und Lot direkt mit dem Anschluss 115 stoffschlüssig verbunden, 5c. Ein Anschluss 115 kann auch ein Blech sein und somit eine flache Oberfläche zum Kontaktieren aufweisen. Ein Anschluss 115 kann auch eine runde Oberfläche zum Kontaktieren aufweisen. In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass die Ständerwicklung 18 in ein Ständereisen 17 eingebracht wird, welches ringzylindrisch mit einer zentralen Zylinderachse 29 ausgeführt ist, wobei die miteinander stoffschlüssig verbundenen Anschlussdrähte 65 eine größte Erstreckung E eines umgeformten und stoffschlüssig verbundenen Bündels 103 von Anschlussdrähten 65 erhalten und aufweisen und die größte Erstreckung E in radialer Richtung R zur Drehachse der Welle 27 erstreckt wird, 1 in Verbindung mit 5c. Die kleinste Erstreckung eines Bündels 103 ist in Umfangsrichtung orientiert. Diese Situation wird herbeigeführt bevor das Bündel 103 mit dem Anschluss 115 verbunden wird.
6 zeigt beispielhaft eine Anordnung von neun Anschlussdrähten 65 in drei Reihen 100 zu je drei Anschlussdrähten 65. Es ist im Übrigen bevorzugt, dass sich die größte Erstreckung eines umgeformten und stoffschlüssig verbundenen Bündels 103 von Anschlussdrähten 65 an einem Anschluss 115 in radialer Richtung zur Drehachse der Welle 27 erstreckt, die mit der Zylinderachse 29 zusammenfällt.
Für die Anschlussdrähte 65 wird bevorzugt ein Durchmesser ab 0,1 mm vorgeschlagen. Für die Länge L der der Verdichtung werden mindestens 1 mm, vorzugsweise 2 mm vorgeschlagen. Die Länge L kann sich in axialer Richtung (drehaxiale Richtung der Welle 27) bis an einen Wickelkopf erstrecken. Für ein umgeformtes und stoffschlüssig verbundenes Bündels 103 von Anschlussdrähten 65 wird eine Kantenbreite (Rechteck) von jeweils bevorzugt mindestens 0,5 mm vorgeschlagen.
Durch die vorbeschrieben Maßnahmen wird erreicht, dass die Verbindungsstelle zwischen Anschluss 115 und Anschlussdrähten 65 fester und dadurch zuverlässiger wird. Eine Gefahr von Ermüdungsbrüchen durch Erschütterungen wird verringert. Der Übergangswiderstand zwischen Anschlussdrähten 65 und Brückengleichrichterschaltung 54 wird verringert

Claims

Verfahren zum Verbinden von Anschlussdrähten (65) einer Phasenwicklung (62) einer Ständerwicklung (18) für eine elektrische Maschine (10), wobei hierzu Enden der Phasenwicklung (62) gegriffen werden und die Enden und damit die zumindest zwei Anschlussdrähte (65) mit einer Anschlussvorrichtung (56) einer Brückengleichrichterschaltung (54) elektrisch leitfähig verbunden werden, wobei die Anschlussdrähte (65) zuerst miteinander verbunden und dann als miteinander verbundene Anschlussdrähte (65) mit einem Anschluss (115) der Anschlussvorrichtung (56) der Brückengleichrichterschaltung (54) elektrisch leitfähig verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (65) vor dem Verbinden mit dem Anschluss (115) der Anschlussvorrichtung (56) im Querschnitt (79) umgeformt und direkt miteinander stoffschlüssig verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte (79) der gebündelten Anschlussdrähte (65) durch das Umformen eine Einhüllende (72) mit zwei einander im Wesentlichen parallelen Gegenlinien (70, 71) bilden, wobei die Einhüllende (72) vorzugsweise rechteckig ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umgeformten, miteinander stoffschlüssig verbundenen Anschlussdrähte (65) danach mit dem Anschluss (115) der Anschlussvorrichtung (56) gemeinsam verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (65) vor dem Schweißen an der Verbindungsstelle (66) isoliert oder nicht isoliert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (65) einreihig, zweireihig oder dreireihig miteinander stoffschlüssig verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander stoffschlüssig verbundenen Anschlussdrähte (65) zu einem gemeinsamen Anschluss (115) transportiert werden, um mit diesem stoffschlüssig verbunden zu werden.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nur die miteinander stoffschlüssig verbundenen Anschlussdrähte (65) in eine Schlaufe des Anschlusses (115) hineingeschoben und dort in der Schlaufe verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ständerwicklung (18) in ein Ständereisen (17) eingebracht wird, welches ringzylindrisch mit einer zentralen Zylinderachse (29) ausgeführt wurde, wobei die miteinander stoffschlüssig verbundenen Anschlussdrähte (65) eine größte Erstreckung (E) eines umgeformten und stoffschlüssig verbundenen Bündels (103) von Anschlussdrähten (65) erhalten und aufweisen und die größte Erstreckung (E) in radialer Richtung zur Drehachse der Welle (27) erstreckt wird, bevor das Bündel (103) mit dem Anschluss (115) verbunden wird.
Elektrische Maschine (10) mit einem Stator (16), der in einem Ständereisen (17) eine Ständerwicklung (18) trägt, wobei die Ständerwicklung (18) zumindest eine Phasenwicklung (62) aufweist, wobei die Phasenwicklung (62) mehrere Anschlussdrähte (65) hat, die mit einen Anschluss (115) einer Anschlussvorrichtung (56) einer Brückengleichrichterschaltung (54) elektrisch leitfähig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (65) im Querschnitt (79) umgeformt und miteinander direkt stoffschlüssig verbunden sind sowie mit einem Anschluss (115) stoffschlüssig verbunden sind.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ständerwicklung (18) in ein Ständereisen (17) eingebracht ist, welches ringzylindrisch mit einer zentralen Zylinderachse (29) ausgeführt ist, wobei die direkt miteinander stoffschlüssig verbundenen Anschlussdrähte (65) eine größte Erstreckung (E) eines umgeformten und stoffschlüssig verbundenen Bündels (103) von Anschlussdrähten (65) aufweisen und sich die größte Erstreckung (E) in radialer Richtung zur Drehachse der Welle (27) erstreckt.