DE102020208464A1

DE102020208464A1 - Anschlusseinrichtung für ein primärteil für eine elektrische maschine, verfahren zum herstellen einer solchen anschlusseinrichtung und verfahren zum herstellen einer elektrischen maschine

Info

Publication number: DE102020208464A1
Application number: DE102020208464.5A
Authority: DE
Inventors: Andraz Logar; Beno Klopcic
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2022-01-13
Also published as: CN113922551A

Abstract

Es ist eine Anschlusseinrichtung (16; 16A) für ein Primärteil (10; 10A) für eine elektrische Maschine (1), ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anschlusseinrichtung (16; 16A), und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine (1) bereitgestellt. Die Anschlusseinrichtung (16; 16A) hat mindestens zwei separate Anschlusselemente (161, 162, 163, 164) zum Anschluss der Spulen (111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134) an unterschiedliche Phasen (U1, U2, U3) einer Versorgungsspannung (U), eine Ringscheibe (160; 1601, 1602) zur Aufnahme der mindestens zwei separaten Anschlusselemente (161, 162, 163, 164), und mindestens zwei Befestigungselemente (165), die an einer Seite der Ringscheibe (160; 1601, 1602) auskragen, zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Befestigung der Anschlusseinrichtung (16; 16A) an dem Primärteil (10; 10A).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anschlusseinrichtung für ein Primärteil für eine elektrische Maschine, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anschlusseinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine insbesondere eine elektrische Synchronmaschine in Rotationsbauweise oder in Linearbauweise ist.
Elektrische Maschinen, insbesondere Synchronmaschinen, haben ein Primärteil, das auch als Stator bezeichnet wird, und ein Sekundärteil, das auch als Rotor bezeichnet wird. Das Sekundärteil bzw. der Rotor ist relativ zu dem Primärteil oder Stator bewegbar gelagert. Das Primärteil hat in der Regel einen Eisenkern oder Magnetteil mit mehreren Vorsprüngen oder Zähnen, um den oder die jeweils eine Spule aus Leitungsdraht gewickelt ist/sind. Die Spulen sind derart angeordnet und elektrisch verschaltet, dass ein elektrischer Strom, der in den Spulen fließt, ein elektrisches Drehfeld erzeugt. Dadurch wird das Sekundärteil oder der Rotor in eine Bewegung angetrieben. Jede elektrische Maschine kann sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden.
Bei einer Drehstrommaschine, die mit einem dreiphasigen Strom bzw. einer dreiphasigen Spannung versorgt wird oder eine(n) solche(n) liefert, sind in der Regel mehrere Spulen am Umfang des Primärteil-Eisenkerns verteilt. Hierbei sind die einzelnen Spulen der drei Stromphasen der Reihe nach abwechselnd am Umfang des Primärteil-Eisenkerns angeordnet. Zum Anschluss der Spulen an eine elektrische Stromversorgung, sind die Enden der Wicklungsdrähte jeweils aus dem Primärteil oder Stator herauszuführen. Dabei ist darauf zu achten, dass jeder der Wicklungsdrähte ausreichend gegen den Eisenkern des Primärteils isoliert ist. Außerdem muss jeder der Wicklungsdrähte ausreichend gegen Wicklungsdrähte isoliert sein, die einen elektrischen Strom mit anderer Phase führen.
Problematisch ist, dass infolgedessen eine Vielzahl von elektrisch isolierten Leitungen mit dem Primärteil zu verbinden ist. Folglich bildet sich ein relativ voluminöser und schwerer Leitungsstrang, dessen einzelne Leitungen mit dem Primärteil zu verbinden und an dem Primärteil anzuordnen sind. In der Regel wird der Leitungsstrang an einer Seite eines ringförmigen Primärteils an den Wicklungsköpfen der Spulen fixiert. In der Praxis hat sich gezeigt, dass dies ein sehr zeitaufwändiger Vorgang ist, da der Leitungsstrang möglichst kompakt verlegt sein soll, jedoch im Betrieb der elektrischen Maschine kein Spannungseinbruch auftreten soll. Außerdem ist die Verbindung der einzelnen Spulen mit der richtigen Spannungsversorgung in der Praxis oft mit Fehlern behaftet. Dadurch wird der Zeitbedarf für die Montage des Primärteils der Drehstrommaschine zusätzlich erhöht.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anschlusseinrichtung für ein Primärteil für eine elektrische Maschine, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anschlusseinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere sollen eine Anschlusseinrichtung für ein Primärteil für eine elektrische Maschine, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anschlusseinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine bereitgestellt werden, welche unaufwändig und kostengünstig eine kompakte Bauweise des Primärteils gewährleisten, wobei das Primärteil so weit wie möglich fehlerfrei herstellbar sein soll.
Diese Aufgabe wird durch eine Anschlusseinrichtung für ein Primärteil für eine elektrische Maschine nach Anspruch 1 gelöst. Die Anschlusseinrichtung hat mindestens zwei separate Anschlusselemente zum Anschluss der Spulen an unterschiedliche Phasen einer Versorgungsspannung, eine Ringscheibe zur Aufnahme der mindestens zwei separaten Anschlusselemente, und mindestens zwei Befestigungselemente, die an einer Seite der Ringscheibe auskragen, zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Befestigung der Anschlusseinrichtung an dem Primärteil.
Die beschriebene Anschlusseinrichtung ist derart ausgestaltet, dass das Primärteil eine sehr kompakte Bauweise hat. Grund dafür ist, dass die elektrischen Verbindungen der Wicklungen des Primärteils sehr kompakt in der Anschlusseinrichtung führbar und sicher elektrisch voneinander isolierbar über den Wicklungsköpfen der Wicklungen bzw. der Spulen des Primärteils angeordnet sind. Dadurch kann der Platzbedarf in der elektrischen Maschine gesenkt werden. Im Ergebnis hat die elektrische Maschine kleinere Abmessungen als bei der bisherigen Bauweise solcher Maschinen. Als Folge davon kann Material zur Herstellung der elektrischen Maschine eingespart werden. Dies trägt mit dazu bei, die Gesamtkosten für die Herstellung des Primärteils und damit auch der elektrischen Maschine zu reduzieren.
Darüber hinaus ist an der Anschlusseinrichtung des Primärteils einfach markierbar und damit ablesbar, welche der Spulen des Primärteils mit den einzelnen Anschlusselementen der Anschlusseinrichtung zu verbinden sind. Dies gestaltet die Verbindung der einzelnen Spulen mit der richtigen Spannungsversorgung unaufwändiger und daher weniger fehleranfällig als bisher. Dies trägt mit zur Senkung des Zeitbedarfs für die Montage des Primärteils der Drehstrommaschine bei.
Die beschriebene Anschlusseinrichtung des Primärteils ist für alle Arten von Primärteilen einsetzbar. Somit kann bei allen elektrischen Maschinen die Bauweise kompakter und weniger aufwändig als bisher gestaltet werden.
Ein weiterer Vorteil zur Reduktion der Gesamtkosten für die Herstellung des Primärteils und damit auch der elektrischen Maschine liegt darin, dass die Herstellung der beschriebenen Anschlusseinrichtung durch Spritzgießen möglich ist. Da Spritzgießen ein sehr kostengünstiges Verfahren ist, trägt dies zu der Reduktion der Gesamtkosten für die Herstellung des Primärteils bei.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Primärteils sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die mindestens zwei Befestigungselemente können an dem Außenumfang der Ringscheibe angeordnet sein.
Denkbar ist, dass die mindestens zwei Befestigungselemente einen bogenförmigen Querschnitt haben.
Gemäß einer speziellen Ausgestaltung ist mindestens eines der Befestigungselemente als Haken und/oder Blattfeder ausgestaltet, der/die reversibel biegbar ist, so dass die Anschlusseinrichtung auf das Primärteil aufgeschnappt werden kann.
Die Anschlusseinrichtung kann zudem eine Vielzahl von Aussparungen haben, die beabstandet voneinander in einer Reihe entlang des Außenumfangs der Ringscheibe angeordnet sind, wobei die Aussparungen jeweils als Durchgangsöffnung in der Ringscheibe ausgestaltet sind.
Möglicherweise sind die Aussparungen als U-förmige Durchgangsöffnungen ausgestaltet, so dass jeweils ein Spulenanschluss einer Spule des Primärteils an dem Außenumfang der Ringscheibe von der Unterseite der Ringscheibe in eine Aussparung eingeführt und in der Anschlusseinrichtung zu einem Verbindungselement auf der Oberseite der Ringscheibe geführt werden kann.
Die mindestens zwei separaten Anschlusselemente können in der Ringscheibe radial voneinander beabstandet sein, wobei die mindestens zwei separaten Anschlusselemente entlang des Umfangs der Ringscheibe versetzt zueinander angeordnet sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die mindestens zwei separaten Anschlusselemente als T-förmige Schlitze in der Ringscheibe zur Aufnahme mindestens eines Spulendrahts ausgestaltet, so dass der Schlitz auf der Unterseite der Ringscheibe eine engere Öffnung hat als in der Ringscheibe.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel sind die mindestens zwei separaten Anschlusselemente als elektrisch leitfähige Elemente zwischen zwei Ringscheiben ausgestaltet, wobei Anschlussfahnen der mindestens zwei separaten Anschlusselemente aus einer der Ringscheiben herausragen, welche die Oberseite der Anschlusseinrichtung bilden.
Die zuvor beschriebene Anschlusseinrichtung kann Teil eines Primärteils für eine elektrische Maschine sein, wobei das Primärteil zudem einen Kern aufweist, aus dem an einer Seite eine Vielzahl von Zähnen auskragt, die jeweils zur Aufnahme einer Spule ausgestaltet sind, wobei die Anschlusseinrichtung an dem Kern und mindestens einem Wicklungskopf einer Spule der Spulen befestigt ist.
Bei dem Primärteil sind/ist optional zumindest einer der Vielzahl von Zähnen und/oder der Kern ein aus Blechlamellen aufgebautes Blechpaket. Zusätzlich oder alternativ ist zumindest eine der Vielzahl von Spulen einzeln gewickelt und mit Isolierpapier als Isolierungselement isoliert. Zusätzlich oder alternativ ist zumindest eine der Vielzahl von Spulen auf einen Spulenkörper gewickelt. Zusätzlich oder alternativ ist zumindest eine der Vielzahl von Spulen auf einen zur elektrischen Isolierung mit Kunststoff umspritzten Zahn der Vielzahl von Zähnen gewickelt.
Das zuvor beschriebene Primärteil kann Teil einer elektrischen Maschine sein, die zudem ein Sekundärteil aufweist, das relativ zum Primärteil bewegbar gelagert ist, wobei die elektrische Maschine eine Rotationsmaschine oder eine Linearmaschine ist. Hierbei ist die elektrische Maschine möglicherweise eine Synchronmaschine mit konzentrierten Wicklungen.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Herstellen einer Anschlusseinrichtung für ein Primärteil für eine elektrische Maschine nach Anspruch 14 gelöst. Hierbei weist die elektrische Maschine ein Primärteil und einen Kern auf, aus dem an einer Seite eine Vielzahl von Zähnen auskragt, die jeweils zur Aufnahme einer Spule ausgestaltet sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist Ausformen von Anschlussfahnen an den Enden einer Spirale und an vorbestimmten Positionen entlang der Spirale, so dass die Anschlussfahnen alle auf einer Seite der Spirale auskragen, Spritzgießen von Ringscheiben auf den beiden Seiten der Spirale, so dass mindestens zwei Befestigungselemente an einer Seite einer ersten Ringscheibe auskragen zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Befestigung der Anschlusseinrichtung an dem Primärteil und dass die Anschlussfahnen alle aus einer zweiten Ringscheibe auskragen, und Durchtrennen der Spirale an einer vorbestimmten Anzahl der Anschlussfahnen, um mindestens zwei separate Anschlusselemente zum Anschluss der Spulen an unterschiedliche Phasen einer Versorgungsspannung auszubilden.
Das Verfahren erzielt dieselben Vorteile, wie zuvor für die Anschlusseinrichtung und/oder das Primärteil angegeben.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine nach Anspruch 15 gelöst. Hierbei weist die elektrische Maschine ein Primärteil und ein Sekundärteil auf, zwischen welchen zum Betrieb der elektrischen Maschine ein Spalt vorhanden ist, wobei das Primärteil einen Kern aufweist, aus dem an einer Seite eine Vielzahl von Zähnen auskragt, die jeweils zur Aufnahme einer Spule ausgestaltet sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist Montieren einer Vielzahl von Spulen an der Vielzahl von Zähnen, so dass an jeweils einem der Zähne eine Spule angeordnet ist, und formschlüssig und/oder kraftschlüssig Befestigen einer zuvor beschriebenen Anschlusseinrichtung an dem Kern mit mindestens zwei Befestigungselementen, die an einer Seite der Ringscheibe auskragen.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer elektrischen Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine dreidimensionale Teilansicht eines Primärteils für eine elektrische Maschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 einen schematischen elektrischen Schaltungsplan für das Primärteil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 eine dreidimensionale Draufsicht auf eine Anschlusseinrichtung des Primärteils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5 eine dreidimensionale Untersicht unter die Anschlusseinrichtung von 4;
6 eine dreidimensionale Teildraufsicht auf die Anschlusseinrichtung von 4;
7 eine dreidimensionale Schnittansicht der Anschlusseinrichtung von 4;
8 eine dreidimensionale Ansicht eines Primärteils für eine elektrische Maschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
9 bis 13 jeweils Ansichten der Anschlusseinrichtung des Primärteils gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bei verschiedenen Schritten zur Herstellung der Anschlusseinrichtung.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine stark vereinfachte Schnittansicht einer elektrischen Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 kann als Linearmaschine oder, wie in 1 gezeigt, als Rotationsmaschine ausgestaltet sein.
Die elektrische Maschine 1 kann beispielsweise zur Energieerzeugung in einem Kraftwerk oder für Bewegungen und/oder Positionierungen in einer Anlage 7 Verwendung finden. Insbesondere ist die elektrische Maschine 1 bei einer Bearbeitung mit einer Bearbeitungs- und/oder Produktionsanlage 7 verwendbar. Selbstverständlich sind andere Arten von Anlagen 7 möglich.
Die elektrische Maschine 1 hat ein Primärteil 10 und ein Sekundärteil 20, zwischen denen ein Spalt 30, insbesondere ein Luftspalt, vorhanden ist. Zudem hat die elektrische Maschine 1 eine Rotationswelle 40. Die Welle 40 ist mit dem Sekundärteil 20 verbunden, um ein Anlagenelement 70 in eine Bewegung anzutreiben.
Das Primärteil 10 ist ein elektrisch aktives Teil. Das Sekundärteil 20 ist ein elektrisch passives Teil. Das Primärteil 10 ist bei dem Beispiel von 1 rotationssymmetrisch ausgestaltet. Das Sekundärteil 20 ist bei dem Beispiel von 1 rotationssymmetrisch ausgestaltet. Das Sekundärteil 20 mit der Welle 40 ist derart drehbar gelagert, dass das Sekundärteil 20 relativ zu dem Primärteil 10 bewegbar ist. Der Spalt 30 zwischen Primärteil 10 und Sekundärteil 20 ist für den Betrieb einer Rotationsmaschine als elektrische Maschine 1 erforderlich, wie allgemein bekannt.
Bei dem Beispiel von 1 ist das Sekundärteil 20 in dem Primärteil 10 angeordnet und drehbar. In 1 ist die Bewegungsrichtung des Sekundärteils 20 beispielsweise in die Zeichenebene gerichtet. Alternativ kann das Sekundärteil 20 außen um das Primärteil 10 herum angeordnet und drehbar sein.
Die elektrische Maschine 1 ist beispielsweise eine Synchronmaschine. Bei einer Synchronmaschine bewegt sich das Sekundärteil 20 synchron mit dem von dem Primärteil 10 erzeugten elektromagnetischen Drehfeld.
Auch die Synchronmaschine kann als Linearmaschine oder, wie in 1 gezeigt, als Rotationsmaschine ausgestaltet sein. Alternativ ist die Maschine 1 als Asynchronmaschine ausgeführt.
2 zeigt das Primärteil 10 in einer dreidimensionalen Teilansicht genauer. Das Primärteil 10 hat Anschlussfahnen 110, 120, 130, optional mindestens eine Anschlussfahne 1640, einen Kern 14, Spulenanschlüsse 15, insbesondere Spulendraht, und eine Anschlusseinrichtung 16. Der Kern 14 des Primärteils 10 ist beispielsweise als Magnetteil bzw. magnetisches Teil oder ein magnetisierbares Teil ausgestaltet, insbesondere ein Eisenkern. Mit der Anschlusseinrichtung 16 sind die Spulenanschlüsse 15 mit Verbindungselementen 17 elektrisch verbindbar. Insbesondere sind die Spulenanschlüsse 15 mit Verbindungselementen 17 in der Anschlusseinrichtung 16 elektrisch verbindbar. Das Vorhandensein der mindestens einen Anschlussfahne 1640 richtet sich nach der Art der Verbindung der Spulen bzw. Spulenanschlüsse 15 des Primärteils 10.
Die Anschlusseinrichtung 16 hat eine Ringscheibe 160, aus der eine Vielzahl von Befestigungselementen 165 auskragt. Somit ist die Anschlusseinrichtung 16 einteilig ausgebildet. Außerdem ist die Anschlusseinrichtung 16 teilweise ringscheibenförmig ausgestaltet. Die Ringscheibe 160 dient zum elektrischen Isolieren der Spulenanschlüsse 15 und der Verbindungselemente 17 von den Spulenköpfen der Spulen des Primärteils 10. Das Material der Ringscheibe 160 ist ein elektrisch nicht leitfähiges Material, beispielsweise Kunststoff oder Harz oder ein sonstiges elektrisch nicht leitfähiges Material. Die Anschlusseinrichtung ist an die Form des Kerns 14 angepasst.
Die Verbindungselemente 17 sind beispielsweise als Lötstellen ausgestaltet, wie in 2 gezeigt. Mit anderen Worten, die Spulenanschlüsse 15 können durch Löten elektrisch miteinander verbunden sein. Ganz allgemein sind die Spulenanschlüsse 15 durch Wärmeeinwirkung für eine elektrische bzw. stromtragfähige Verbindung verbindbar. Alternativ oder zusätzlich sind die Spulenanschlüsse 15 elektrisch miteinander verbunden, indem die Spulenanschlüsse 15 verdrillt sind, wie für die Anschlussfahne 1640 in 2 gezeigt. Ganz allgemein sind die Spulenanschlüsse 15 mechanisch für eine elektrische bzw. stromtragfähige Verbindung verbindbar.
Die Befestigungselemente 165 sind ausgestaltet und angeordnet, um die Anschlusseinrichtung 16 an dem Primärteil 10 zu befestigen. In 2 befestigen die Befestigungselemente 165 die Anschlusseinrichtung 16 an dem Kern 14 des Primärteils 10. Das Primärteil 10 ist dementsprechend ausgestaltet. Insbesondere können die Befestigungselemente 165 jeweils einen Formschluss und/oder Kraftschluss mit dem Primärteil 10 bilden, um die Anschlusseinrichtung 16 an dem Kern 14 des Primärteils 10 zu befestigen. Die Befestigungselemente 165 sind derart ausgestaltet, insbesondere reversibel biegbar, so dass die Anschlusseinrichtung 16 auf das Primärteil 10 aufgeschnappt werden kann.
Außerdem hat die Anschlusseinrichtung 16 eine Vielzahl von Aussparungen 166. Die Aussparungen 166 sind beabstandet voneinander in einer Reihe entlang des Außenumfangs der Anschlusseinrichtung 16, genauer gesagt ihrer Ringscheibe 160, angeordnet. Die Aussparungen 166 sind jeweils als Durchgangsöffnung in der Ringscheibe 160 ausgestaltet. Die Aussparungen 166 sind bei dem Beispiel von 2 als U-förmige Durchgangsöffnungen ausgestaltet. Dabei kann jeweils einer der Spulenanschlüsse 15 von außen an dem Umfang der Anschlusseinrichtung 16, genauer gesagt ihrer Ringscheibe 160, in eine Aussparung 166 eingeführt und an der Anschlusseinrichtung 16 beispielsweise zu einem Verbindungselement 17 geführt werden. Die Aussparungen 166 öffnen die Ringscheibe 160 in ihrer gesamten Scheibendicke.
In der Ringscheibe 160 sind eine Vielzahl von Öffnungen 1613, 1623, 1633, 1643 vorgesehen, in denen die Spulenanschlüsse 15 mit einem Verbindungselement 17 und/oder der Anschlusseinrichtung 16 elektrisch verbindbar sind. Die elektrische Verbindung der Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 ist in 3 gezeigt. Die Verbindungselemente 17 sind in 6 genauer gezeigt und in Bezug darauf genauer beschrieben.
Wie in 3 in einer zweidimensionalen Abwicklung des Kerns 14 gezeigt, hat der Kern 14 eine Vielzahl von Zähnen 141, um die bei dem Beispiel von 3 eine Vielzahl von Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 gewickelt sind. Genauer gesagt, sind die Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 jeweils in Nuten N1 bis N12 des Kerns 14 gewickelt. Die Nuten N1 bis N12 sind in dem Kern 14 zwischen den jeweiligen Zähnen 141 ausgebildet. In den Nuten N1 bis N12 ist zwischen den Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 jeweils ein Isolierungselement 18 vorgesehen. Das Isolierungselement 18 isoliert die jeweils benachbarten Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 in der entsprechenden Nut N1 bis N12 elektrisch voneinander. Außerdem ist das Isolierungselement 18 zwischen der jeweiligen Spule 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 und den Zähnen 141 angeordnet, um die jeweilige Spule 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 von den daran angeordneten Zähnen 141 elektrisch zu isolieren. Als Isolierungselement 18 kann insbesondere Isolierpapier nach Montage der jeweiligen Spule 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 zwischen die Wicklungsdrähte der jeweiligen Spule 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 und die daran angeordnete Zähne 141 eingebracht, insbesondere eingeschoben, werden.
Die Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 sind im Bereich eines Endes der Zähne 141 mit einer Vergussmasse bedeckbar, die in den Figuren nicht gezeigt ist. Dadurch kann die Wärmeabfuhr aus den Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134, den Zähnen 141 und dem Kern 14 in Richtung einer nicht dargestellten Wärmesenke verbessert werden.
Die Zähne 141 ragen in Richtung der Achse, mit anderen Worten in das Innere, des ringförmigen Kerns 14 hinein. Die Zähne 141 ragen zum Spalt 30 zwischen Primärteil 10 und Sekundärteil 20, der in 1 gezeigt ist. Die Zähne 141 sind rechteckförmig ausgestaltet. Die Zähne 141 sind zur Aufnahme jeweils einer Spule der Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 ausgestaltet.
Der Kern 14, also auch seine Zähne 141, kann/können aus Blechlamellen gebildet sein. Die einzelnen Blechlamellen können jeweils ringförmig ausgestaltet sein. Die einzelnen Blechlamellen können Gleichteile sein. Die Blechlamellen können stanzpaktiert und/oder verklebt und/oder verschweißt und/oder mit thermoplastischer Masse umspritzt oder auf sonstige Art und Weise verbunden sein. In diesem Fall bildet der Kern 14 ein Blechpaket, also eine Einheit. Der Kern 14 ist aus einem weichmagnetischen oder aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise ferromagnetischen Material, insbesondere Eisen oder einem sonstigen geeigneten Metall, gebildet.
Gemäß 3 hat die Anschlusseinrichtung 16 ein erstes bis viertes Anschlusselement 161, 162, 163, 164. Die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 sind in der Anschlusseinrichtung 16 beabstandet voneinander angeordnet. Dadurch sind die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 elektrisch voneinander isoliert. Die Anschlusselemente 161, 162, 163 bilden die Anschlüsse für die drei verschiedenen Phasen des elektrischen Stroms, die beispielsweise als U, V, W oder U1, U2, U3 bezeichnet werden können. Das Anschlusselement 164 dient zum Verbinden der Anschlusselemente 161, 162, 163 und damit der zugehörigen Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 für insbesondere eine Sternschaltung oder Dreieckschaltung oder Stern-/Dreieckschaltung der elektrischen Maschine 1.
Hierbei verbindet das erste Anschlusselement 161 der Anschlusseinrichtung 16 die erste Spule 111 und die siebente Spule 113. Dadurch verbindet das erste Anschlusselement 161 die erste und vierte Wicklung des Primärteils 10. Die Spulen 111, 112, 113, 114 werden somit vom Strom der ersten Phase des dreiphasigen Stroms durchflossen, der aufgrund der ersten Phase U1 der dreiphasigen Spannung U fließt.
Das zweite Anschlusselement 162 der Anschlusseinrichtung 16 verbindet die dritte Spule 121 und die neunte Spule 123. Dadurch verbindet das zweite Anschlusselement 162 die zweite und fünfte Wicklung des Primärteils 10. Die Spulen 121, 122, 123, 124 werden somit vom Strom der zweiten Phase des dreiphasigen Stroms durchflossen, der aufgrund der zweiten Phase U2 der dreiphasigen Spannung U fließt.
Das dritte Anschlusselement 163 der Anschlusseinrichtung 16 verbindet die fünfte Spule 131 und die elfte Spule 133. Dadurch verbindet das zweite Anschlusselement 162 die dritte und sechste Wicklung des Primärteils 10. Die Spulen 131, 132, 133, 134 werden somit vom Strom der dritten Phase des dreiphasigen Stroms durchflossen, der aufgrund der dritten Phase U3 der dreiphasigen Spannung U fließt.
Wie außerdem in 3 dargestellt, hat die Anschlusseinrichtung 160 zusätzlich zu den Anschlusselementen 161, 162, 163 ein viertes Anschlusselement 164. Das Anschlusselement 164 ist zweiteilig ausgestaltet. Das erste Teil des Anschlusselements 164 ist zum Verschalten der ersten bis dritten Wicklung des Primärteils 10 vorgesehen. Somit ist das erste Teil des Anschlusselements 164 mit der zweiten Spule 112, der vierten Spule 122 und der sechsten Spule 132 verbunden. Das zweite Teil des Anschlusselements 164 ist zum Verschalten der vierten bis sechsten Wicklung des Primärteils 10 vorgesehen. Somit ist das zweite Teil des Anschlusselements 164 mit der achten Spule 114, der zehnten Spule 124 und der zwölften Spule 134 verbunden. Bei dem Beispiel von 3 sind die erste bis dritte Wicklung des Primärteils 10 im Stern verschaltet. Zudem sind die vierte bis sechste Wicklung des Primärteils 10 im Stern verschaltet.
Die Wicklungsdrähte und Spulenanschlüsse 15 der Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, gefertigt. Die Anschlussfahnen 110, 120, 130 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium oder Eisen gefertigt.
Gemäß 3 ist als Beispiel ein Primärteil 10 gezeigt, das zehn Pole und zwölf Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 hat. Dabei hat das Primärteil 10 von 3 eine 6/5-Polwicklung, wie noch genauer nachfolgend beschrieben.
Die Spulen 111, 112 bilden eine erste Wicklung des Primärteils 10. Die Spulen 113, 114 bilden eine zweite Wicklung des Primärteils 10. Die Anschlussfahne 110 ist an das erste Anschlusselement 161 der Anschlusseinrichtung 16 angeschlossen. An die Anschlussfahne 110 ist die erste Phase U1 der dreiphasigen Spannung U anschließbar. Der Wicklungsdraht oder Spulenanschluss 15 der Spule 111 ist ebenfalls an das erste Anschlusselement 161 und/oder die erste Anschlussfahne 110 angeschlossen. Außerdem ist der Wicklungsdraht oder Spulenanschluss 15 der Spule 113 an das erste Anschlusselement 161 angeschlossen.
Die Spulen 121, 122 bilden eine dritte Wicklung des Primärteils 10. Die Spulen 123, 124 bilden eine vierte Wicklung des Primärteils 10. Die Anschlussfahne 120 ist an das zweite Anschlusselement 162 der Anschlusseinrichtung 16 angeschlossen. An die Anschlussfahne 120 ist die zweite Phase U2 der dreiphasigen Spannung U anschließbar. Der Wicklungsdraht oder Spulenanschluss 15 der Spule 121 ist ebenfalls an das zweite Anschlusselement 162 und/oder die zweite Anschlussfahne 120 angeschlossen. Außerdem ist der Wicklungsdraht oder Spulenanschluss 15 der Spule 123 an das zweite Anschlusselement 162 angeschlossen.
Die Spulen 131, 132 bilden eine fünfte Wicklung des Primärteils 10. Die Spulen 133, 134 bilden eine sechste Wicklung des Primärteils 10. Die Anschlussfahne 130 ist an das dritte Anschlusselement 163 der Anschlusseinrichtung 16 angeschlossen. An die Anschlussfahne 130 ist die dritte Phase U3 der dreiphasigen Spannung U anschließbar. Der Wicklungsdraht oder Spulenanschluss 15 der Spule 131 ist ebenfalls an das dritte Anschlusselement 163 und/oder die dritte Anschlussfahne 130 angeschlossen. Außerdem ist der Wicklungsdraht oder Spulenanschluss 15 der Spule 133 an das dritte Anschlusselement 163 angeschlossen.
Bei dem Primärteil 10 von 3 sind die zuvor beschriebenen Wicklungen konzentrierte Wicklungen.
4 zeigt die Anschlusseinrichtung 16 in einer dreidimensionalen Ansicht von oben, so dass die Oberseite der Anschlusseinrichtung 16 und der Ringscheibe 160 zu sehen ist. In 5 ist die Anschlusseinrichtung 16 in einer dreidimensionalen Ansicht von unten zu sehen, so dass die Unterseite der Anschlusseinrichtung 16 und der Ringscheibe 160 zu sehen ist. Die Unterseite der Ringscheibe 160 gemäß 5 ist im montierten Zustand am Primärteil 10 dem Kern 14 zugewandt, wie in 2 gezeigt und wie zuvor beschrieben.
Wie in 4 und 5 gezeigt, sind die Befestigungselemente 165 an dem Außenumfang der Anschlusseinrichtung 16 angeordnet, genauer gesagt ihrer Ringscheibe 160. Alle Befestigungselemente 165 kragen an einer Seite der Ringscheibe 160 aus der Anschlusseinrichtung 16 aus. Die Befestigungselemente 165 sind bogenförmig ausgestaltet. Insbesondere haben die Befestigungselemente 165 einen bogenförmigen Querschnitt. Die Bogenform der Befestigungselemente 165 ist an den Umfang der Ringscheibe 160 angepasst.
Die Befestigungselemente 165 sind in 4 und 5 als Haken ausgebildet, deren freies Ende jeweils aus dem Außenumfang der Anschlusseinrichtung 16, genauer gesagt deren Ringscheibe 160, auskragt. Wie in Zusammenschau mit 2 ersichtlich, kragen die Befestigungselemente 165 in Richtung des Kerns 14 aus, wenn die Anschlusseinrichtung 16 an dem Kern 14 montiert ist. Mindestens eines der Befestigungselemente 165 ist ein Haken, der aus einem biegbaren Material gefertigt ist. Dadurch kann die Anschlusseinrichtung 16 auf das Primärteil 10 aufgeschnappt werden. Der mindestens eine biegbare Haken biegt sich hierfür je nach Bedarf entsprechend. Ganz allgemein hat mindestens eines der Befestigungselemente 165 ein reversibel biegbares Material und ist als Haken ausgeführt. Mindestens ein anderes der Befestigungselemente 165 kann aus einem starren Material hergestellt sein. An der Anschlusseinrichtung 16 sind mindestens zwei Befestigungselemente 165 vorhanden. In dem Primärteil 10 können Aussparungen vorhanden sein, die an die Form der Befestigungselemente 165 angepasst sind. Dadurch kann die Schnappverbindung zwischen dem Primärteil 10 und den Befestigungselementen 165 gegen Verschieben und/oder Verdrehen gesichert werden.
Zusätzlich oder alternativ kann mindestens eines der Befestigungselemente 165 als Feder, insbesondere Blattfeder, ausgestaltet sein, welche die Anschlusseinrichtung 16 an das Primärteil 10 klemmt. Dadurch kann zusätzlich oder alternativ zu dem Formschluss einen Kraftschluss zwischen Anschlusseinrichtung 16 und Primärteil 10 gebildet werden, um das Verschieben und/oder Verdrehen der Anschlusseinrichtung 16 an dem Primärteil 10 zu verhindern.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die U-förmigen Aussparungen 166 in zwei verschiedenen Orientierungen in der Reihe entlang des Außenrings der Ringscheibe 160 angeordnet. Dabei sind jeweils abwechselnd die zwei Öffnungen des Us der Aussparungen 166 einander zugewandt oder voneinander abgewandt. Somit sind auch jeweils abwechselnd die zwei Böden des Us der Aussparungen 166 einander zugewandt oder voneinander abgewandt. Bei dem Beispiel von 4 und 5 sind die Befestigungselemente 165 jeweils an einer Wandscheibe der Anschlusseinrichtung 16 ausgebildet. Diese Wandscheibe ist zwischen zwei Aussparungen 166 angeordnet, deren Öffnungen des Us einander zugewandt sind. Alternativ ist es möglich, dass zumindest ein Befestigungselement 165 an einer Wandscheibe der Anschlusseinrichtung 16 ausgebildet ist, die zwischen zwei Aussparungen 166 angeordnet ist, deren Böden des Us einander zugewandt sind.
Die Öffnungen 1613 in der Ringscheibe 160 von 4 sind in dem Anschlusselement 161 gemäß 5 angeordnet. Wie in 5 gezeigt, ist das Anschlusselement 161 auf der Unterseite der Ringscheibe 160 vorgesehen. Das Anschlusselement 161 ist in der Unterseite der Ringscheibe 160 als bogensegmentförmige Aussparung ausgeführt. Das Anschlusselement 161 ist als schlitzförmige Aussparung ausgeführt. Die Enden 1611, 1612 des Anschlusselements 161 sind in 5 als kreisförmige Aussparung ausgebildet. Die Spulenanschlüsse 15 für das Anschlusselement 161 werden an der Unterseite der Ringscheibe 160 in die Ringscheibe 160, genauer gesagt das Anschlusselement 161 eingeführt, und durch die Öffnungen 1613 zur Oberseite der Ringscheibe 160 geführt. Die Verbindung der Spulenanschlüsse 15 erfolgt in den Öffnungen 1613 und/oder auf der Oberseite der Ringscheibe 160.
Die Öffnungen 1623 in der Ringscheibe 160 von 4 sind in dem Anschlusselement 162 gemäß 5 angeordnet. Wie in 5 gezeigt, ist das Anschlusselement 162 auf der Unterseite der Ringscheibe 160 vorgesehen. Das Anschlusselement 162 ist in der Unterseite der Ringscheibe 160 als bogensegmentförmige Aussparung ausgeführt. Das Anschlusselement 162 ist als schlitzförmige Aussparung ausgeführt. Die Enden 1621, 1622 des schlitzförmigen Anschlusselements 162 sind in 5 als kreisförmige Aussparung ausgebildet. Die Spulenanschlüsse 15 für das Anschlusselement 162 werden an der Unterseite der Ringscheibe 160 in die Ringscheibe 160, genauer gesagt das Anschlusselement 162 eingeführt, und durch die Öffnungen 1623 zur Oberseite der Ringscheibe 160 geführt. Die Verbindung der Spulenanschlüsse 15 erfolgt in den Öffnungen 1623 und/oder auf der Oberseite der Ringscheibe 160.
Die Öffnungen 1633 in der Ringscheibe 160 von 4 sind in dem Anschlusselement 163 gemäß 5 angeordnet. Wie in 5 gezeigt, ist das Anschlusselement 163 auf der Unterseite der Ringscheibe 160 vorgesehen. Das Anschlusselement 163 ist in der Unterseite der Ringscheibe 160 als bogensegmentförmige Aussparung ausgeführt. Das Anschlusselement 163 ist als schlitzförmige Aussparung ausgeführt. Die Enden 1631, 1632 des Anschlusselements 163 sind in 5 als kreisförmige Aussparung ausgebildet. Die Spulenanschlüsse 15 für das Anschlusselement 163 werden an der Unterseite der Ringscheibe 160 in die Ringscheibe 160, genauer gesagt das Anschlusselement 163 eingeführt, und durch die Öffnungen 1633 zur Oberseite der Ringscheibe 160 geführt. Die Verbindung der Spulenanschlüsse 15 erfolgt in den Öffnungen 1633 und/oder auf der Oberseite der Ringscheibe 160.
Die Öffnungen 1643 in der Ringscheibe 160 von 4 sind in dem zweiteiligen Anschlusselement 164 gemäß 5 angeordnet. Wie in 5 gezeigt, ist das zweiteilige Anschlusselement 164 auf der Unterseite der Ringscheibe 160 vorgesehen. Die zwei Teile des Anschlusselements 164 sind in der Unterseite der Ringscheibe 160 als bogensegmentförmige Aussparung ausgeführt. Die zwei Teile des Anschlusselements 164 sind jeweils als schlitzförmige Aussparung ausgeführt. Die Enden 1641, 1642 des jeweiligen Teils des Anschlusselements 164 sind in 5 als kreisförmige Aussparung ausgebildet.Die Spulenanschlüsse 15 für das Anschlusselement 164 werden an der Unterseite der Ringscheibe 160 in die Ringscheibe 160, genauer gesagt das Anschlusselement 164 eingeführt, und durch die Öffnungen 1643 zur Oberseite der Ringscheibe 160 geführt. Die Verbindung der Spulenanschlüsse 15 erfolgt in den Öffnungen 1643 und/oder auf der Oberseite der Ringscheibe 160.
Dadurch sind die Öffnungen 1613, 1623, 1633, 1643 in der Ringscheibe 160 von 4 mit den zugehörigen Anschlusselementen 161, 162, 163, 164 verbunden, so dass die Spulenanschlüsse 15 mit Verbindungselementen 17 und/oder der Anschlusseinrichtung 16 elektrisch verbindbar sind, wie nachfolgend noch genauer beschrieben.
Die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 sind radial beabstandet nebeneinander in der Unterseite der Ringscheibe 160 angeordnet. Hierbei ist das Anschlusselement 162 am weitesten außen an der Ringscheibe 160 angeordnet. Das zweiteilige Anschlusselement 164 ist am weitesten innen an der Ringscheibe 160 angeordnet. Das Anschlusselement 161 ist zu der Achse der Ringscheibe 160 hin versetzt, in anderen Worten radial versetzt, neben dem Anschlusselement 162 angeordnet. Das Anschlusselement 163 ist von der Achse der Ringscheibe 160 weg versetzt, in anderen Worten radial versetzt, neben dem Anschlusselement 164 angeordnet. Somit sind die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 von außen nach innen an der Ringscheibe 160 in der Reihenfolge 162, 161, 163, 164 benachbart zueinander angeordnet.
Bei dem Beispiel von 5 haben die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 unterschiedliche Längen. Dadurch sind die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 nur in einem Teilwinkelbereich der Ringscheibe 160 in der genannten Reihenfolge nebeneinander angeordnet. Bei dem Beispiel von 5 beträgt dieser Teilwinkelbereich etwa 10°. Die mindestens zwei separaten Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 sind in der Ringscheibe 160 nicht nur radial voneinander beabstandet, sondern auch entlang des Umfangs der Ringscheibe 160 versetzt zueinander angeordnet. Dabei können die Aussparungen der Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 nur jeweils so lang ausgeformt sein, wie unbedingt notwendig. Dadurch ist die Ringscheibe 160 stabiler ausgestaltet als bei einer Variante, bei der die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 als konzentrische Kreise in der Ringscheibe 160 ausgestaltet sind.
Die gezeigte Ausgestaltung der Einrichtung 16 ist insbesondere für eine elektrische Maschine 1 denkbar, bei der das Primärteil 10 zehn Pole und zwölf Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 aufweist, wobei das Primärteil 10 eine 6/5-Polwicklung hat, wie zuvor beschrieben. Alternativ sind andere Längen für die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 vorgesehen. Bei einer solchen alternativen Ausgestaltung kann zusätzlich oder alternativ der zuvor genannte Teilwinkelbereich größer oder kleiner sein als bei der Variante von 5 gezeigt. Andere Längen für die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 sind insbesondere für eine andere elektrische Maschine 1 denkbar, bei der das Primärteil 10 eine andere Anzahl von Polen und/oder Spulen aufweist als das Primärteil 10 mit den zehn Polen und zwölf Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 und der 6/5-Polwicklung.
6 zeigt einen Teilabschnitt der Oberseite der Ringscheibe 160 detaillierter. Dementsprechend sind in den Öffnungen 1613, 1623, 1633, 1643 jeweils Verbindungselemente 17 vorgesehen. Die Verbindungselemente 17 sind ausgestaltet, mindestens einen der Spulenanschlüsse 15 in der zugehörigen Öffnung 1613, 1623, 1633, 1643 zu befestigen, insbesondere zu klemmen. Hierfür kann mindestens eines der Verbindungselemente 17 optional als Federelement ausgestaltet sein. Dadurch sind die Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134, genauer gesagt die Spulenanschlüsse 15 (2), mit der Anschlusseinrichtung 16 elektrisch verbindbar, wie zuvor beschrieben.
Optional ist an mindestens einer der Öffnungen 1613, 1623, 1633, 1643 mindestens eine Markierung 19 anbringbar, welche dem Monteur angibt, wie die Spulenanschlüsse 15 in den Öffnungen 1613, 1623, 1633, 1643 zu verschalten sind. Die mindestens eine Markierung 19 ist beliebig neben oder bei mindestens einer der Öffnungen 1613, 1623, 1633, 1643 anbringbar. Die mindestens eine Markierung 19 kann mindestens eine der nachfolgend genannten Markierungen umfassen, nämlich eine Farbmarkierung, eine haptische Markierung, eine Bildmarkierung, eine Schriftmarkierung, die mindestens einen Buchstaben und/oder mindestens eine Ziffer und/oder ein sonstiges optisch wahrnehmbares Schriftzeichen oder Schriftsonderzeichen umfasst. Die genannten Markierungsarten sind beliebig kombinierbar.
Demzufolge können sich die Anschlusseinrichtung 16 für eine Sternverschaltung der Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 des Primärteils 10 und eine Anschlusseinrichtung 16 für eine Dreieckverschaltung der Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 des Primärteils 10 in Bezug auf die mindestens eine Markierung 19 unterscheiden. Alternativ ist an der Anschlusseinrichtung 16 mehr als eine Verschaltungsvariante für die Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 des Primärteils 10 angegeben bzw. mit mindestens einer Markierung 19 markiert.
Die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 in der Ringscheibe 160 sind derart ausgestaltet, dass die Spulenanschlüsse 15 (2) aus den Anschlusselementen 161, 162, 163, 164 nicht herausfallen können. Gemäß 7 sind hierfür die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 in der Ringscheibe 160 als Beispiel als T-förmige Schlitze ausgebildet. Dabei haben die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 an der Unterseite der Ringscheibe 160 eine engere Öffnung als in der Ringscheibe 160. Die engere Öffnung an der Außenseite bzw. Unterseite der Ringscheibe 160, mit anderen Worten der Fuß des Ts der T-förmigen Schlitze, hat einen kleineren Öffnungsquerschnitt als der Durchmesser eines Spulenanschlusses 15 (2) bemessen ist. Die engere Öffnung an der Außenseite bzw. Unterseite der Ringscheibe 160, mit anderen Worten der Fuß des Ts der T-förmige Schlitze, ist jedoch groß genug, dass ein Spulenanschluss 15 (2) mit etwas Kraftaufwand in den T-förmigen Schlitz gedrückt werden kann. Die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 müssen jedoch nicht als T-förmige Schlitze ausgestaltet sein. Andere Formen für die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 sind denkbar, welche die Spulenanschlüsse 15 sicher in dem jeweiligen Anschlusselement halten können, wie zuvor beschrieben.
Dadurch können die Spulenanschlüsse 15 (2) einfach von der Unterseite der Ringscheibe 160 in die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 eingeführt oder herausgeführt werden oder sein. Außerdem kann in jedem der Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 mindestens ein Spulendraht bzw. Spulenanschluss 15 (2) angeordnet werden oder sein, um eine Verschaltung der Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 zu ermöglichen, wie in 3 gezeigt und zuvor beschrieben.
Bei einem Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine 1, insbesondere dessen Primärteils 10, werden beispielsweise eine Vielzahl von Zähnen 141 für einen Kern 14 nebeneinander angeordnet, wie in 2 gezeigt. Hierfür kann auch der Kern 14 in einzelne Ringsegmente unterteilt sein.
Zumindest teilweise anschließend werden die Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 umhüllt von dem Isolationselement 18 an der Vielzahl von Zähnen 141 montiert, wie zuvor beschrieben und wie in 3 für die Anschlusseinrichtung 16 gezeigt. Somit ist an jeweils einem der Zähne 141 eine der Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 angeordnet. Zusätzlich können zwischen den Zähnen 141 Hilfszähne angeordnet sein, welche die Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 zusätzlich voneinander beabstanden.
Zumindest teilweise anschließend kann die Anschlusseinrichtung 16 montiert werden, wie zuvor beschrieben und wie in 2 für die Anschlusseinrichtung 16 gezeigt.
Die Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 zwischen den Zähnen 141 können anschließend mit einer Vergussmasse vergossen werden.
Somit ist die Anschlusseinrichtung 16 sehr kompakt an den Wicklungsköpfen der Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 angeordnet. Dadurch kann der axiale Bauraum des Primärteils 10 deutlich verkleinert werden. Außerdem ist der Anschluss der Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 des Primärteils 10 deutlich vereinfacht. Daraus folgen eine Produktivitätssteigerung bei der Herstellung des Primärteils 10 und der elektrischen Maschine 1, eine Reduzierung von Fertigungskosten, eine Verbesserung des magnetischen Kreises, und eine verbesserte Wärmeabführung.
Bei den genannten Ausgestaltungen kann die Anschlusseinrichtung 16 eine Vielzahl von Problemen lösen, da die Anschlusseinrichtung 16 beispielsweise einen ausreichend großen Querschnitt der elektrischen Verbindung bzw. Anschluss bietet und eine besonders gute Anordnung der Anschlusselemente 161 bis 164 bietet und eine sichere Trennung der Anschlusselemente 161 bis 164 von den Wicklungsköpfen der Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 gewährleistet, die üblicherweise die wärmsten Bereiche der elektrischen Maschine sind, und gewährleistet, dass die Wicklung der Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 viel schneller und weniger aufwändig durchführbar ist.
Auf diese Weise ist eine sehr kompakte, kostengünstige und unaufwändig, da schnell und mit geringer Fehlerquote, montierbare Anschlusseinrichtung 16 mit sehr sicherer elektrischer Isolation für das Primärteil 10 bereitgestellt.
8 zeigt ein Primärteil 10A gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer dreidimensionalen Ansicht. Auch das Primärteil 10A ist für eine Rotationsmaschine als elektrische Maschine 1 vorgesehen. Alternativ ist das Prinzip bei einer Linearmaschine als elektrische Maschine 1 verwendbar.
Im Unterschied zu dem Primärteil 10 des ersten Ausführungsbeispiels hat das Primärteil 10A des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Anschlusseinrichtung 16A. Bei dem Beispiel von 8 hat die Anschlusseinrichtung 16A zwei Ringscheiben 1601, 1602, die axial aneinander angeordnet sind. Zudem sind zwischen den zwei Ringscheiben 1601, 1602 die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 als elektrisch leitfähige Elemente ausgebildet. Hierfür wird die Anschlusseinrichtung 16A hergestellt, wie nachfolgend beschrieben.
Gemäß 9 wird bei einem Verfahren zur Herstellung der Anschlusseinrichtung 16A bei einem Schritt S1 eine Spirale 1600 geformt. Die Spirale 1600 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium oder Eisen gefertigt. Hierbei sind beliebige Kombinationen der Materialien für die Wicklungsdrähte der Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134, der Anschlussfahnen 110, 120, 130 und der Spirale 1600 denkbar. Die Spirale 1600 bei dem Beispiel von 9 hat vier nebeneinander angeordnete Windungen. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S2 weiter.
Bei dem Schritt S2, der in 10 gezeigt ist, wird die Spirale 1600 gepresst, um an der Spirale 1600 eine Vielzahl von Anschlussfahnen 1604, 1605 zu formen. Die Anschlussfahnen 1604, 1605 kragen auf eine Seite der Spirale 1600 aus. Hierfür werden die Enden 1604 der Spirale 1600 quer zu der Ebene der Spirale 1600 verformt. Bei der Verformung der Enden 1604 der Spirale 1600 werden die Enden 1604 insbesondere in eine rechteckförmige Lasche gebogen. Jede dieser Laschen bildet eine Anschlussfahne 1604. Außerdem werden einzelne Bereiche der Spirale 1600 quer zu der Ebene der Spirale 1600 verformt. Bei der Verformung einer der einzelnen Bereiche der Spirale 1600 wird insbesondere eine dreieckförmige Lasche ausgeformt. Jede dieser Laschen bildet eine Anschlussfahne 1605. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S3 weiter.
Bei dem Schritt S3, der in 11 und 12 gezeigt ist, wird die Spirale 1600 in ein Spritzgießwerkzeug 50 eingelegt, das in den Figuren nur sehr schematisch gezeigt ist. Beim Spritzgießen mit dem Spritzgießwerkzeug 50 wird unter der Spirale 1600 eine erste Ringscheibe 1601 ausgebildet, wie in 11 gezeigt. Bei dem Beispiel von 11 sind alle U-förmigen Aussparungen 166 in nur einer Orientierung in einer Reihe entlang des Außenrings der Ringscheibe 1601 angeordnet. Dabei ist der Boden eines Us der U-förmigen Aussparungen 166 der Öffnung der benachbarten U-förmigen Aussparungen 166 zugewandt. Außerdem wird über der Spirale 1600 eine zweite Ringscheibe 1602 ausgebildet, wie in 12 gezeigt. Die Ringscheibe 1601 kann in einem Schritt mit der Ringscheibe 1602 ausgebildet werden. Alternativ können die Ringscheiben 1601, 1602 in zwei verschiedenen Schritten nacheinander ausgebildet werden, wie in 11 und 12 gezeigt. Die Ringscheiben 1601, 1602 sind einteilig ausgestaltet. Die Ringscheiben 1601, 1602 dienen zum elektrischen Isolieren der Spirale 1600 von den Spulenköpfen der Spulen des Primärteils 10. Die Spirale 1600 ist bis auf die Anschlussfahnen 1604, 1605 zwischen den Ringscheiben 1601, 1602 angeordnet. Das Material der Ringscheiben 1601, 1602 ist ein elektrisch nicht leitfähiges Material, beispielsweise Kunststoff oder Harz oder ein sonstiges elektrisch nicht leitfähiges Material. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S4 weiter.
Bei dem Schritt S4, der in 13 gezeigt ist, wird mindestens eine der Anschlussfahnen 1605 der Spirale 1600 durchtrennt. Dadurch werden aus der Spirale 1600 die Anschlusselemente 161, 162, 163, 164 hergestellt, die benötigt werden, um beispielsweise eine Verschaltung der Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 des Primärteils 10 zu ermöglichen, wie in 3 gezeigt und zuvor beschrieben. Damit ist die Anschlusseinrichtung 16A mit den Anschlusselementen 161 bis 164 fertiggestellt. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S5 weiter.
Bei einem Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine 1, insbesondere dessen Primärteils 10A, kann die einteilige Anschlusseinrichtung 16A an einer Seite des Kerns 14 angelegt werden, wie zuvor beschrieben und wie in 8 gezeigt. Somit kann die Anschlusseinrichtung 16A bei einem Schritt S5 mit Hilfe der Befestigungselemente 165 an dem Primärteil 10 befestigt werden, wie in 8 veranschaulicht. Zumindest teilweise davor oder danach können die Spulendrähte an die Anschlussfahnen 1604, 1605 angeschlossen werden, um beispielsweise eine Verschaltung des Primärteils 10 zu ermöglichen, wie in 3 gezeigt und zuvor beschrieben. Danach ist das Verfahren beendet.
Hierbei ist die Montage der Anschlusseinrichtung 16A und damit des Primärteils 10A noch weiter vereinfacht als bei dem Primärteil 10 und seiner Anschlusseinrichtung 16 des vorangehenden Ausführungsbeispiels.
Ansonsten wird und ist das Primärteil 10A gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf die gleiche Weise aufgebaut, wie zuvor in Bezug auf das Primärteil 10 gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
Alternativ sind die zwei Ringscheiben 1601, 1602 als einteilige Ringscheibe 160 hergestellt, in die die Spirale 1600 gegossen ist, um die Anschlussfahnen 1604, 1605 zu bilden, wie zuvor beschrieben.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Primärteile 10, 10A und der Anschlusseinrichtungen 16, 16A für elektrische Maschinen 1 sowie des Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
Alternativ sind die Primärteile 10, 10A für eine lineare elektrische Maschine 1 vorgesehen.
Die Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 der Primärteile 10, 10A können einzeln gewickelt und mit Isolierpapier als Isolierelement 15 isoliert sein, wie in 2 und 6 gezeigt. Die Spulen 111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134 sind jedoch alternativ auf Spulenkörper oder unmittelbar auf mit einer entsprechenden Kunststoffmasse elektrisch isolierte bzw. umspritzte Zähne 141 wickelbar. Alternativ kann die Isolierung durch einen Vollverguss ohne zusätzliche Isolierkörper wie Isolierpapier oder Tränkharz erfolgen.
Möglich ist, dass die Anschlusseinrichtung 16 oder die Anschlusseinrichtung 16A mindestens zweiteilig ausgestaltet ist.
Zusätzlich kann für das Primärteil 10 oder das Primärteil 10A ein Kühlsystem zum Einsatz kommen, wie beispielsweise ein Kühlsystem mit Kühlleitung und Kühlflüssigkeit und/oder ein Kühlsystem, bei welchem die Flüssigkeitskühlung mittels Kühlrohrsystem oder Kühlplatten, Konvektionskühlung oder auch als Kühlsystem mit forcierter Luftkühlung ausgeführt ist.

Claims

Anschlusseinrichtung (16; 16A) für ein Primärteil (10; 10A) für eine elektrische Maschine (1), wobei die Anschlusseinrichtung (16; 16A) aufweist mindestens zwei separate Anschlusselemente (161, 162, 163, 164) zum Anschluss der Spulen (111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134) an unterschiedliche Phasen (U1, U2, U3) einer Versorgungsspannung (U) , eine Ringscheibe (160; 1601, 1602) zur Aufnahme der mindestens zwei separaten Anschlusselemente (161, 162, 163, 164), und mindestens zwei Befestigungselemente (165), die an einer Seite der Ringscheibe (160; 1601, 1602) auskragen, zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Befestigung der Anschlusseinrichtung (16; 16A) an dem Primärteil (10; 10A).
Anschlusseinrichtung (16; 16A) nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Befestigungselemente (165) an dem Außenumfang der Ringscheibe (160; 1601) angeordnet sind.
Anschlusseinrichtung (16; 16A) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei Befestigungselemente (165) einen bogenförmigen Querschnitt haben.
Anschlusseinrichtung (16; 16A) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der Befestigungselemente (165) als Haken und/oder Blattfeder ausgestaltet ist, der/die reversibel biegbar ist, so dass die Anschlusseinrichtung (16; 16A) auf das Primärteil (10; 10A) aufgeschnappt werden kann.
Anschlusseinrichtung (16; 16A) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zudem mit einer Vielzahl von Aussparungen (166), die beabstandet voneinander in einer Reihe entlang des Außenumfangs der Ringscheibe (160; 1601) angeordnet sind, wobei die Aussparungen (166) jeweils als Durchgangsöffnung in der Ringscheibe (160; 1601) ausgestaltet sind.
Anschlusseinrichtung (16; 16A) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aussparungen (166) als U-förmige Durchgangsöffnungen ausgestaltet sind, so dass jeweils ein Spulenanschluss (15) einer Spule (111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134) des Primärteils (10; 10A) an dem Außenumfang der Ringscheibe (160; 1601) von der Unterseite der Ringscheibe (160; 1601) in eine Aussparung (166) eingeführt und in der Anschlusseinrichtung (16; 16A) zu einem Verbindungselement (17) auf der Oberseite der Ringscheibe (160; 1601, 1602) geführt werden kann.
Anschlusseinrichtung (16; 16A) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei separaten Anschlusselemente (161, 162, 163, 164) in der Ringscheibe (160; 1601, 1602) radial voneinander beabstandet sind, und wobei die mindestens zwei separaten Anschlusselemente (161, 162, 163, 164) entlang des Umfangs der Ringscheibe (160; 1601, 1602) versetzt zueinander angeordnet sind.
Anschlusseinrichtung (16; 16A) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei separaten Anschlusselemente (161, 162, 163, 164) als T-förmige Schlitze in der Ringscheibe (160) zur Aufnahme mindestens eines Spulendrahts ausgestaltet sind, so dass der Schlitz auf der Unterseite der Ringscheibe (160) eine engere Öffnung hat als in der Ringscheibe (160).
Anschlusseinrichtung (16; 16A) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens zwei separaten Anschlusselemente (161, 162, 163, 164) als elektrisch leitfähige Elemente zwischen zwei Ringscheiben (1601, 1602) ausgestaltet sind, und wobei Anschlussfahnen (1604, 1605) der mindestens zwei separaten Anschlusselemente (161, 162, 163, 164) aus einer der Ringscheiben (1602) herausragen, welche die Oberseite der Anschlusseinrichtung (16A) bildet.
Primärteil (10; 10A) für eine elektrische Maschine (1), wobei das Primärteil (10; 10A) aufweist einen Kern (14), aus dem an einer Seite eine Vielzahl von Zähnen (141) auskragt, die jeweils zur Aufnahme einer Spule (111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134) ausgestaltet sind, und eine Anschlusseinrichtung (16; 16A) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anschlusseinrichtung (16; 16A) an dem Kern (14) und mindestens einem Wicklungskopf einer Spule der Spulen (111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134) befestigt ist.
Primärteil (10; 10A) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der Vielzahl von Zähnen (141; 142) und/oder der Kern (14) ein aus Blechlamellen aufgebautes Blechpaket ist, und/oder wobei zumindest eine der Vielzahl von Spulen (111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134) einzeln gewickelt und mit Isolierpapier als Isolierungselement (18) isoliert ist, und/oder wobei zumindest eine der Vielzahl von Spulen (111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134) auf einen Spulenkörper gewickelt ist, und/oder wobei zumindest eine der Vielzahl von Spulen (111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134) auf einen zur elektrischen Isolierung mit Kunststoff umspritzten Zahn der Vielzahl von Zähnen (141) gewickelt ist.
Elektrische Maschine (1), mit einem Primärteil (10; 10A) nach Anspruch 10 oder 11, und einem Sekundärteil (20), das relativ zum Primärteil (10; 10A) bewegbar gelagert ist, wobei die elektrische Maschine (1) eine Rotationsmaschine oder eine Linearmaschine ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 12, wobei die elektrische Maschine (1) eine Synchronmaschine mit konzentrierten Wicklungen ist.
Verfahren zum Herstellen einer Anschlusseinrichtung (16; 16A) für ein Primärteil (10; 10A) für eine elektrische Maschine (1), wobei die elektrische Maschine (1) ein Primärteil (10; 10A) mit einem Kern (14) aufweist, aus dem an einer Seite eine Vielzahl von Zähnen (141) auskragt, die jeweils zur Aufnahme einer Spule (111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134) ausgestaltet sind, und wobei das Verfahren die Schritte aufweist Ausformen von Anschlussfahnen (1604, 1605) an den Enden einer Spirale (1600) und an vorbestimmten Positionen entlang der Spirale (1600), so dass die Anschlussfahnen (1604, 1605) alle auf eine Seite der Spirale (1600) auskragen, Spritzgießen von Ringscheiben (1601, 1602) auf den beiden Seiten der Spirale (1600), so dass mindestens zwei Befestigungselemente (165) an einer Seite einer ersten Ringscheibe (1601) auskragen zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Befestigung der Anschlusseinrichtung (16; 16A) an dem Primärteil (10; 10A) und dass die Anschlussfahnen (1604, 1605) alle aus einer zweiten Ringscheibe (1602) auskragen, und Durchtrennen der Spirale (1600) an einer vorbestimmten Anzahl der Anschlussfahnen (1604, 1605), um mindestens zwei separate Anschlusselemente (161, 162, 163, 164) zum Anschluss der Spulen (111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134) an unterschiedliche Phasen (U1, U2, U3) einer Versorgungsspannung (U) auszubilden.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine (1), wobei die elektrische Maschine (1) ein Primärteil (10; 10A) und ein Sekundärteil (20) aufweist, zwischen welchen zum Betrieb der elektrischen Maschine (1) ein Spalt (30) vorhanden ist, wobei das Primärteil (10; 10A) einen Kern (14) aufweist, aus dem an einer Seite eine Vielzahl von Zähnen (141) auskragt, die jeweils zur Aufnahme einer Spule (111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134) ausgestaltet sind, und wobei das Verfahren die Schritte aufweist Montieren einer Vielzahl von Spulen (111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134) an der Vielzahl von Zähnen (141), so dass an jeweils einem der Zähne (141) eine Spule (111 bis 114, 121 bis 124, 131 bis 134) angeordnet ist, und formschlüssig und/oder kraftschlüssig Befestigen einer Anschlusseinrichtung (16; 16A) gemäß Anspruch 1 bis 9 an dem Kern (14) mit mindestens zwei Befestigungselementen (165), die an einer Seite der Ringscheibe (160; 1601) auskragen.