DE112015001768T5

DE112015001768T5 - Elektrische Maschine mit kombinierter Isolator- und Anschlusseinheit

Info

Publication number: DE112015001768T5
Application number: DE112015001768.2T
Authority: DE
Inventors: Christopher Bledsoe; Kirk Neet
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2017-02-09
Also published as: US20150295480A1; CN106170909B; CN109904988B; WO2015157307A1; CN109904988A; US9627948B2; US20160087513A1; CN106170909A; US10186938B2

Abstract

Eine Elektronikeinheit für eine Lichtmaschine weist ein elektrisch leitendes Trägerelement und eine Anschlussanordnung auf, welche in das Trägerelement eingreift. Das Trägerelement weist eine Innenseite und eine Außenseite und wenigstens einen Durchgang auf, welcher sich von der Innenseite zu der Außenseite erstreckt. Eine Vielzahl von Schaltern ist mit dem Trägerelement verbunden. Die Anschlussanordnung weist einen elektrisch isolierenden Bereich und eine Vielzahl elektrischer Spuren auf, welche sich durch den elektrisch isolierenden Bereich erstrecken. Der elektrisch isolierende Bereich weist einen Stab, welcher sich durch den wenigstens einen Durchgang des Trägerelementes erstreckt, eine erste Schulter, welche in die Außenseite des Trägerelementes eingreift, und eine zweite Schulter auf, welche in die Innenseite des Trägerelementes eingreift. Der Stab, die erste Schulter und die zweite Schulter sind alle als einheitliche Komponente ausgebildet.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der elektrischen Maschinen, insbesondere eine Isolationsanordnung für ein Gehäuse eines elektrischen Bauelementes mit einem Gleichrichter, welche an der elektrischen Maschine angebracht ist.
Hintergrund
Lichtmaschinen in Fahrzeugen erzeugen einen 3-phasigen Wechselstrom, welcher in einen Gleichstrom umgewandelt wird. Die damit verbundene Spannung kann in einer Fahrzeugbatterie gespeichert werden oder direkt vom Stromkreis des Fahrzeugs verwendet werden, welcher mit einer Gleichspannung (DC-Spannung) versorgt wird. Die Gleichrichtung des 3-phasigen Wechselstromes kann mittels einer Gleichrichterbrücke mit sechs Leistungsschaltern erreicht werden. Die Gleichrichtung eines n-phasigen Wechselstromes kann mittels einer Gleichrichterbrücke mit 2·n Leistungsschaltern erreicht werden. Grundsätzlich findet man in Lichtmaschinen eine Gleichrichtung eines 6-phasigen Wechselstromes und daher benötigen diese Lichtmaschinen eine Gleichrichterbrücke mit 12 Leistungsschaltern. Andere weniger übliche Lichtmaschinen weisen einen 5-phasigen oder 7-phasigen Wechselstrom auf und benötigen daher eine Gleichrichterbrücke mit 10 oder 14 Leistungsschaltern. Wie Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, können mehr als 2·n Schalter verwendet werden, wenn Schalter parallel zueinander geschaltet werden, oder wenn Schalter dazu verwendet werden den Neutralpunkt der Statorwindung gleichzurichten. Meistens ist der Leistungsschalter-Typ eine Diode, aber andere Typen von Schaltern können ebenso verwendet werden, wie beispielsweise FETs, MOSFETs oder jegliche andere Art von elektrischem Schalter. Drei dieser Schalter sind positive Schalter, und diese positiven Schalter werden zwischen die Phasenanschlüsse der Statorwindungen der Lichtmaschine und den positiven Anschluss B+ der Lichtmaschine geschaltet, welche mit der Batterie und dem Stromkreis des Fahrzeugs verbunden ist. Drei weitere Schalter, nämlich die negativen Schalter, sind zwischen die elektrische Masse oder Erde des Fahrzeugs und die zuvor genannten Phasenanschlüsse der Statorwindungen geschaltet.
Die positiven und negativen Schalter bilden eine Gleichrichterbrücke, welche hohen Strömen ausgesetzt ist. Es ist daher erforderlich, die Schalter möglichst effektiv zu kühlen. Zu diesem Zweck werden die Schalter normalerweise auf metallischen Elementen angeordnet, welche am Äußeren der Lichtmaschine angeordnet sind. Die metallischen Elemente dienen nicht nur als Befestigungselemente, sondern dienen auch als Kühlkörper, die dazu ausgebildet sind, die von den Schaltern erzeugte Wärme abzuleiten. Die Schalter werden typischerweise auf zwei Befestigungselementen gruppiert, von welchen eines für die positiven Schalter (z.B. ein positives Befestigungselement) und das andere für die negativen Schalter bestimmt ist (z.B. ein negatives Befestigungselement). Die Gleichrichterschalter können mittels Druck in aufnehmende Bohrlöcher der Befestigungselemente/ Kühlkörper eingebracht werden, oder können unter Verwendung geeigneter Lötlegierungen auf das Befestigungselement gelötet werden. Die Enddrähte, welche mit den Gleichrichterschaltern verbunden sind, ermöglichen es den Gleichrichterschaltern mit den Leitungen der Statorwindungen der elektrischen Maschine verbunden zu werden.
In einer solchen Lichtmaschinenanordnung, in welcher die Gleichrichterdrücke auf Befestigungselementen angebracht ist, ist das negative Befestigungselement mit einer Masse-/Batterie-Rückleitung des Fahrzeugs verbunden. Die Masse-/Batterie-Rückleitung des Fahrzeugs wird oft durch den Motor selber bereitgestellt, und weist einen Pfad durch das Gehäuse der Lichtmaschine auf. Dadurch kann das negative Befestigungselement durch das Gehäuse der Lichtmaschine selbst bereitgestellt werden. Auf der anderen Seite ist das positive Befestigungselement mit einem Anschluss verbunden und ein elektrisches Kabel verbindet den Anschluss mit dem positiven Anschluss der Fahrzeugbatterie. Das negative Befestigungselement muss elektrisch von dem positiven Befestigungselement isoliert werden. Daher muss ein Isolator zwischen das positive Befestigungselement und das negative Befestigungselement eingebracht werden. Der Isolator ist normalerweise dazu ausgebildet, sowohl eine elektrische Isolation, als auch eine räumliche Trennung zwischen den positiven und negativen Befestigungselementen bereitzustellen.
8 zeigt einen Querschnitt eines Endbereiches (z.B. ein Ende eines Schleifrings), einer typischen Lichtmaschine mit einem Lichtmaschinengehäuse 112, welches als das negative Trägerelement dient, und einem Kühlelement 130, welches als das positive Trägerelement dient. Eine Anschlussanordnung 140 sitzt auf dem positiven Trägerelement und weist Stäbe auf, welche sich durch eine Öffnung des positiven Trägerelementes erstrecken. Die Anschlussanordnung weist elektrische Spuren 46 auf, welche elektrisch leitende Leitungen bereitstellen, welche die Verbindungen zwischen den Schaltern 128 und den Leitungen der Statorwindungen der elektrischen Maschine bereitstellen. Wie bereits festgestellt wurde, muss das positive Trägerelement 130 elektrisch von dem negativen Trägerelement 112 isoliert werden. Daher wird ein Isolator 200 zwischen dem positiven Trägerelement 130 und dem negativen Trägerelement 112 angeordnet. Der Isolator weist ein isolierendes Material auf, wie beispielsweise Polyphenylensulfid (PPS), und muss eine ausreichende Dicke aufweisen, um die gewünschte Trennung zwischen dem positiven Trägerelement und dem negativen Trägerelement bereitstellen zu können. Der Isolator, die Anschlussanordnung, das positive Trägerelement und das negative Trägerelement werden durch Bolzen, Nieten oder andere Befestigungsmittel miteinander verbunden, welche sich von der Anschlussanordnung zu dem Gehäuse erstrecken können. Wie in 8 dargestellt, weist ein Bolzen 148 einen Kopf auf, welcher an die Anschlussanordnung angrenzt und einen Gewindeteil, welcher sich durch die Anschlussanordnung und das positive Trägerelement erstreckt und welches in eine Fassung in dem negativen Trägerelement (z.B. das Gehäuse der Lichtmaschine) eingeschraubt ist.
Während die vorangehende Anordnung eine effektive Anordnung zum Anbringen einer Elektronikeinheit an einer Lichtmaschine bereitstellt, gibt es zahlreiche Teile, welche verhältnismäßig teuer sind und jedes dieser Teile muss während dem Herstellungsprozess erhalten und gehandhabt werden. Es wäre daher wünschenswert, eine Lichtmaschinenanordnung bereitzustellen, welche eine Elektronikeinheit aufweist, die mit weniger Teilen an der Lichtmaschine befestigt werden kann. Es wäre auch vorteilhaft, wenn die Lichtmaschinenanordnung in reduzierten Bauteilkosten und einer reduzierten Komplexität während des Herstellungsprozesses resultiert.
Überblick
In Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Elektronikeinheit für eine Lichtmaschine bereitgestellt, welche ein elektrisch leitendes Trägerelement und eine Anschlussanordnung aufweist, welche mit dem Trägerelement ineinander greift. Das Trägerelement weist eine Innenseite, eine Außenseite und wenigstens einen Abschnitt auf, welcher sich von der Innenseite zu der Außenseite erstreckt. Eine Vielzahl von Schaltern ist mit dem Trägerelement verbunden. Die Anschlussanordnung weist einen elektrisch isolierenden Bereich und eine Vielzahl elektrischer Spuren auf, welche sich durch den elektrisch isolierenden Bereich erstrecken. Der elektrisch isolierende Bereich weist einen Stab, welcher sich durch den wenigstens einen Abschnitt des Trägerelementes erstreckt, einen ersten Absatz, welcher in die Außenseite des Trägerelementes eingreift, und einen zweiten Absatz auf, welcher mit der Innenseite des Trägerelementes eingreift. Der Stab, der erste Absatz, und der zweite Absatz sind alle als eine einzelne Komponente ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wird ein Verfahren zum Herstellen einer Elektronikeinheit für eine Lichtmaschine bereitgestellt. Das Verfahren weist das Einführen eines Stabes einer Anschlussanordnung durch ein Loch in einem elektrisch leitenden Trägerelement auf, so dass die Anschlussanordnung auf einer ersten Seite des Trägerelementes angeordnet ist und sich ein Endbereich des Stabes von einer zweiten Seite des Trägerelementes erstreckt. Das Verfahren weist weiterhin das Verformen des Stabes, welcher sich durch das Loch erstreckt, auf der zweiten Seite des Trägerelementes auf, so dass die Anschlussanordnung in die zweite Seite des Trägerelementes eingreift und das Trägerelement mit der Anschlussanordnung verbunden ist.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Lichtmaschine bereitgestellt, welche eine Vielzahl an Windungen und einen Gleichrichter aufweist, welcher elektrisch mit den Windungen verbunden ist, wobei der Gleichrichter eine Vielzahl von Schaltern aufweist. Die Lichtmaschine weist weiterhin ein Trägerelement auf, wobei die Vielzahl von Schaltern auf dem Trägerelement angeordnet ist. Das Trägerelement weist eine erste Oberfläche, eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche auf dem Trägerelement, und wenigstens ein Loch auf, welches sich durch das Trägerelement von der ersten Oberfläche zu der zweiten Oberfläche erstreckt. Eine einheitliche Anschlussanordnung ist mit dem Trägerelement verbunden. Die einheitliche Anschlussanordnung weist einen isolierenden Bereich mit elektrischen Spuren auf, welche sich durch den isolierenden Bereich erstrecken. Die elektrischen Spuren stellen eine Verbindung zwischen der Vielzahl von Schaltern und der Vielzahl von Windungen bereit. Die einheitliche Anschlussanordnung greift sowohl in die erste Oberfläche, als auch in die zweite Oberfläche des Trägerelementes ein und erstreckt sich durch das wenigstens eine Loch in dem Trägerelement.
Die oben beschriebenen Merkmale und Vorteile, wie auch weitere, werden für Fachleute leichter ersichtlich durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen. Während es wünschenswert ist, eine elektrische Maschine mit einer Elektronikeinheit bereitzustellen, welche eines oder mehrerer dieser oder anderer vorteilhafte Merkmale aufweist, erstrecken sich die hier offenbarten Lehren auch auf solche Ausführungsformen, welche unter den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen, unabhängig davon, ob sie einen oder mehrere der oben genannten Vorteile erreichen.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Systems in einem Fahrzeug, mit einer elektrischen Maschine mit einer Elektronikeinheit;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Endbereiches der elektrischen Maschine aus 1, mit einem Träger und einer einheitlichen Isolator- und Anschlussanordnung;
3 zeigt einen Querschnitt eines Endbereiches der elektrischen Maschine aus 2 mit dem Träger und der einheitlichen Isolator- und Anschlussanordnung;
4 zeigt einen Querschnitt des Trägers und der einheitlichen Isolator- und Anschlussanordnung aus 3 vor der Verformung des Stabes der Anschlussanordnung;
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Montage des Endbereiches der elektrischen Maschine aus 2 mit dem Träger und der einheitlichen Isolator- und Anschlussanordnung;
6 zeigt einen Querschnitt des Trägers und der einheitlichen Isolator- und Anschlussanordnung aus 4 nach dem Verformen des Stabes der Anschlussanordnung;
7 zeigt eine Innenperspektivenansicht des Trägers und der einheitlichen Isolator- und Anschlussanordnung aus 5; und
8 zeigt einen Querschnitt einer Anschlussanordnung und eines Isolators nach dem Stand der Technik.
Beschreibung
Es wird eine Lichtmaschine 10 für ein Fahrzeug offenbart. Wie in 2 allgemein dargestellt, weist die Lichtmaschine 10 eine Elektronikeinheit mit einem positiven Trägerelement 30 einem negativen Trägerelement 32, einer Anschlussanordnung 40 und wenigstens einem Befestigungselement 48 auf, welches das positive Trägerelement 30 und die Anschlussanordnung 40 mit dem negativen Trägerelement 32 verbindet. Die allgemeine Anordnung der Lichtmaschine 10 wird zunächst unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben, gefolgt von einer Beschreibung der 3 bis 7, welche eine spezifische Ausführungsform der Anschlussanordnung offenbaren, die in einer Weise ausgebildet und angeordnet ist, welche das positive Trägerelement 30 von dem negativen Trägerelement 32 trennt.
Nun Bezug nehmend auf 1 wird die Lichtmaschine 10 in schematischer Form in einem Fahrzeug 8 angeordnet dargestellt. Das Fahrzeug 8 weist einen Motor 50 und eine Batterie 22 auf, welche durch ein Fahrgestell getragen werden. Das Wort "Fahrzeug", wie es hierin verwendet wird, bezieht sich auf jegliche Vorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, etwas oder jemanden zu tragen oder zu transportieren, einschließlich und ohne Einschränkung Autos, Lastwägen, Boote, Züge und Flugzeuge. Der Motor 50 stellt ein Antriebsmoment zum Bewegen des Fahrzeugs 8 bereit.
Der Motor 50 ist betriebsfähig mit dem Rotor 14 der Lichtmaschine 10 verbunden, so dass ein Betrieb des Motors 50 in einer Rotation des Rotors 14 und dessen Feldspule resultiert. Insbesondere wird ein elektrischer Strom von der Batterie 22 an einem Startermotor (nicht dargestellt) bereitgestellt, wenn ein Zündschalter 52 geschlossen ist. Wenn der Startermotor mit Energie versorgt wird, startet er den Motor 50. Wenn der Motor 50 anläuft, dreht sich der Rotor 14 und die Lichtmaschine 10 erzeugt eine Ausgangsspannung am Knoten 54. Die Ausgangsspannung der Lichtmaschine 10 wird dazu verwendet, um die Batterie 22 elektrisch zu laden und wird auch von anderen elektrischen Geräten des Fahrzeugs 8 verwendet, wie durch die Fahrzeuglast 56 dargestellt.
Wie in 1 dargestellt, kann die Lichtmaschine 10 diese Komponenten entweder in einem Lichtmaschinengehäuse 12 angeordnet oder mit diesem verbunden (in 1 zum Zwecke der Erläuterung als ein Kasten mit gestrichelter Linie dargestellt) enthalten. Entsprechend weist die Lichtmaschine 10 den Rotor 14, den Stator 18, einen Gleichrichter 24 und einen Spannungsregler 58 auf. Das Lichtmaschinengehäuse 12 ist typischerweise ein Metallgehäuse, wie beispielsweise ein Stahlgehäuse oder ein Aluminiumgussgehäuse. Es wird jedoch erkannt, dass das Gehäuse 12 auch aus jedem anderen geeigneten Material hergestellt sein kann.
Der Rotor 14 ist auf einer beweglichen Welle angeordnet und der Stator 18 ist unbeweglich innerhalb des Gehäuses 12. Der Rotor 14 der Lichtmaschine 10 weist eine Feldspule 60 auf, welche einen Strom von dem Regler 48 empfängt der durch den Regler gesteuert wird, welcher ein Feldstrom-Steuerprogramm ausführt.
Der Stator 18 ist innerhalb der Lichtmaschine 18 unbeweglich und weist Windungen 62 auf, welche um den Rotor 14 herum angeordnet sind. Der Stator 18 erzeugt einen Ausgangsstrom, dessen Wert von dem Strom durch die Feldspule 60 abhängt. Der Stator 18 ist elektrisch mit dem Gleichrichter 24 verbunden, welcher den Ausgangsstrom der Lichtmaschine am Knoten 54 bereitstellt.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist eine Elektronikeinheit 20 an dem Ende des Gehäuses 12 angeordnet und ist mit einer Fahrzeugbatterie 22 verbunden. Die Elektronikeinheit weist den Regler 58 und einen Gleichrichter 24 auf. Der Regler 58 weist im Allgemeinen einen Prozessor oder einen Chip auf, der dazu ausgebildet ist, Eingaben zu empfangen und einen Strom zu der Feldspule 60 zu steuern. Entsprechend weist der Regler 58 einen Spannungseingang (B+ oder S) auf, welcher ein Signal bereitstellt, das die Spannung an dem positiven Anschluss der Batterie 22 anzeigt. Zumindest teilweise basierend auf diesem Signal steuert der Regler 58 den Strom durch die Feldspule 60 und dadurch eine damit verbundene Ausgangsspannung und einen Ausgangsstrom der Lichtmaschine 10. Der Regler bestimmt den passenden Feldspulenstrom basierend auf den verschiedenen Regler-Eingaben, welche beispielsweise Signale von einem Motorsteuergerät (ECM) 70, Temperatursensoren 72, Stromsensoren 64, Zündschalter 52, Statorwindungen, Batterie 22 und jegliche andere Signale aufweisen können.
Der Gleichrichter 24 der Elektronikeinheit 20 weist eine Vielzahl von positiven Schaltern 26 und eine Vielzahl von negativen Schaltern 28 auf. Die positiven Schalter 26 und die negativen Schalter 28 können durch Dioden, FETs, MOSFETs oder jegliche andere Art von elektronischem Schalter bereitgestellt werden, wie von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt werden wird. Insbesondere Bezug nehmend auf die 2 und 3 werden die positiven Schalter 26 durch ein positives Trägerelement 30 und die negativen Schalter 28 durch ein negatives Trägerelement 32 gehalten. Die Anschlussanordnung 40 stellt elektrische Verbindungen zwischen den positiven Schaltern 26 und den negativen Schaltern 28 und den Statorwindungen 32 bereit. Zusätzlich, wie im Folgenden in größerem Detail beschrieben wird, trennt und isoliert die Anschlussanordnung 40 das positive Trägerelement 30 elektrisch von dem negativen Trägerelement 32.
Weiterhin Bezug nehmend auf die 2 und 3 wird das negative Trägerelement 32 durch einen Endbereich des Gehäuses 12 der Lichtmaschine bereitgestellt. Das negative Trägerelement 32 ist dazu ausgebildet, einen Strom zu leiten und weiterhin als Kühlkörper für die negativen Schalter 28 des Gleichrichters zu wirken. Daher weist das negative Trägerelement 32 im Allgemeinen ein Material mit guten elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten auf. Beispielsweise kann das negative Trägerelement 32 ein Material wie Aluminium oder Stahl aufweisen. Das negative Trägerelement 32 kann als relativ dünnes Element in Form einer Platte bereitgestellt werden, welche eine konturierte Oberfläche mit verschiedenen Oberflächeneigenschaften aufweisen kann, um die Montage und die Wärmeübertragung zu begünstigen. Fachleute auf dem Gebiet werden jedoch erkennen, dass das negative Trägerelement 32 auch in Formen bereitgestellt werden kann, welche nicht als Platte angesehen werden können.
Beispiele für Wärmeübertragungseigenschaften des negativen Trägerelementes 32 weisen Finnen, Rippen oder andere Eigenschaften auf, welche Wärmeübertragungsqualitäten bereitstellen, die es dem negativen Trägerelement 32 erlauben, besser als Kühlkörper für die negativen Schalter 28 zu wirken. Beispiele für Montageeigenschaften des negativen Trägerelementes 32 weisen Naben 78 auf, wie in 3 dargestellt, welche an der äußeren Oberfläche des negativen Trägerelementes 32 ausgebildet sind. Es wird von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt werden, dass die Oberflächeneigenschaften, wie beispielsweise die Naben 78 und die Wärmeübertragungseigenschaften optional sind. Die Naben 78 können eine zylindrische Form aufweisen und sich über den Großteil der äußeren Oberfläche des negativen Trägerelementes erstrecken. Eine Gewindebohrung 94 ist im Zentrum der Naben 78 ausgebildet. Die Schalter 28 können auf der Oberfläche des negativen Trägerelementes 32 auf jegliche Art und Weise gehalten werden, beispielsweise in einer Friktionspassung, in Oberflächeneigenschaften des negativen Trägerelementes 32 oder durch Verwendung eines Haftmaterials oder eines Epoxidmaterials. Das Gehäuse 12 der Lichtmaschine mit dem negativen Trägerelement 32 ist elektrisch mit einer Masseverbindung des Fahrzeugs 8 verbunden. Dadurch ist das negative Trägerelement 32 elektrisch mit dem negativen Anschluss der Batterie 22 verbunden.
Das positive Trägerelement 30 ist neben aber getrennt von dem negativen Trägerelement 32 an dem Ende des Gehäuses 12 der Lichtmaschine angeordnet. Ähnlich wie das negative Trägerelement 32 ist auch das positive Trägerelement 30 dazu ausgebildet, Strom zu leiten und gleichzeitig als Kühlkörper für die positiven Schalter 26 des Gleichrichters 24 zu wirken. Daher weist das positive Trägerelement 30 im Allgemeinen ein Material mit guten elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten auf. Beispielsweise kann das positive Trägeelement 30 ein Material wie Aluminium oder Kupfer aufweisen. Das positive Trägerelement 30 kann als relativ dünnes Element in Form einer Platte bereitgestellt werden, welche eine konturierte Oberfläche mit verschiedenen Oberflächeneigenschaften aufweisen kann, um die Montage und die Wärmeübertragung zu begünstigen. Es wird von Fachleuten auf dem Gebiet jedoch erkannt werden, dass das positive Trägerelement 30 auch in Formen bereitgestellt werden kann, welche nicht als Platte bezeichnet werden können. In wenigstens einer Ausführungsform kann das positive Trägerelement 30 als C-förmige Platte bereitgestellt werden, welche relativ flach und dünn ist und eine im Wesentlichen halbkreisförmige Grundfläche aufweist. Beispiele für Wärmeübertragungseigenschaften, welche das positive Trägerelement 30 aufweisen kann, weisen Finnen, Rippen oder andere Eigenschaften auf, welche zusätzliche Wärmeübertragungsqualitäten bereitstellen, die es dem positiven Trägerelement 30 erlauben, besser als Kühlkörper für die positiven Schalter 26 zu wirken. Das positive Trägerelement 30 weist eine äußere Oberfläche 36 auf einer Seite entgegengesetzt zu dem negativen Trägerelement 32 und eine innere Oberfläche 38, welche dem negativen Trägerelement 32 zugewandt ist auf. Die innere Oberfläche 38 kann im Wesentlichen glatt und flach sein. Im Gegensatz dazu ist die äußere Oberfläche 36 verhältnismäßig konturiert.
Eine Vielzahl von Löchern 66, 67, 68 wird auf dem positiven Trägerelement 30 bereitgestellt. Diese Löcher 66, 67, 68 stellen einen Durchgang von der äußeren Oberfläche 36 zu der inneren Oberfläche 38 des positiven Trägerelements 30 bereit. Die Löcher 66 sind dazu ausgebildet, die Anschlussanordnung 40 aufzunehmen; die Löcher 67 sind zum Durchgang von Kühlluft ausgebildet; die Löcher 68 sind dazu ausgebildet, die positiven Schalter 26 oder Durchführungen zu den negativen Schaltern 28 aufzunehmen. Die Schalter 26 können auf der Oberfläche des positiven Trägerelementes 30 auf jegliche Art und Weise gehalten werden, wie beispielsweise in einer Friktionspassung in den Löchern 68 oder anderen Oberflächeneigenschaften des positiven Trägerelementes 30 oder durch Verwendung von Haftmaterialien oder Epoxidmaterialien. Das positive Trägerelement 30 ist auch mit einem B+-Anschluss 74 verbunden, und verbindet dadurch die positiven Schalter 26 mit dem positiven Anschluss der Batterie 22.
Die Anschlussanordnung 40 ist mit dem positiven Trägerelement 30 verbunden. Die Anschlussanordnung weist einen C-förmigen Plattenbereich 42 auf, welcher einen im Wesentlichen bogenförmigen Hauptkörper mit einer inneren Seite/ Oberfläche und einer äußeren Seite/ Oberfläche bereitstellt. Eine Vielzahl von Stangen 44 erstreckt sich von einer inneren Oberfläche des Plattenbereiches 42. Der Plattenbereich 42 und die Stangen 44 weisen im Wesentlichen ein isolierendes Material wie beispielsweise PPS oder andere isolierende Kunststoffe auf. Eine Vielzahl elektrischer Spuren 46 erstreckt sich durch den Plattenbereich 42, eingebettet in das isolierende Material. Diese elektrischen Spuren 46 sind dazu ausgebildet, Verbindungen zwischen den Schaltern 26, 28 und den Statorwindungen 62 bereitzustellen. Daher erstrecken sich die elektrischen Spuren 46 zwischen und stellen Verbindungen zwischen Leitungen der Schalter 96 und Leitungen der Windungen 98 bereit, wie von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt werden wird.
Wie in 3 dargestellt, sind die Stäbe 44 der Anschlussanordnung 40 dazu ausgebildet, sich komplett durch die Löcher 66 in dem positiven Trägerelement 30 zu erstrecken, wobei sich die Stäbe 44 von der äußeren Oberfläche 36 zu der inneren Oberfläche 38 des positiven Trägerelementes 30 erstrecken. Jeder Stab 44 der Anschlussanordnung weist mehrere verschiedene Abschnitte 82, 84, 86 mit verschiedenen Durchmessern auf. Ein erster Abschnitt 82 der Stäbe 44 weist einen Durchmesser auf, welcher größer ist als der Durchmesser der Löcher 66 in dem positiven Trägerelement 30. Dieser erste Abschnitt 82 ist auf der Außenseite des positiven Trägerelementes 30 angeordnet. Ein zweiter Abschnitt 84 des Stabes 44 weist einen Durchmesser auf, welcher geringer ist als die Löcher 66 in dem positiven Trägerelement 30. Dieser zweite Abschnitt 84 erstreckt sich durch eines der Löcher 66. Ein dritter Abschnitt 86 des Stabes 44 weist einen Durchmesser auf, welcher größer ist als der Durchmesser der Löcher 66 in dem positiven Trägerelement 30. Dieser dritte Abschnitt 86 ist auf der Innenseite des positiven Trägerelementes 30 angeordnet. Eine erste Schulter 90 ist zwischen dem ersten Abschnitt 82 und dem zweiten Abschnitt 84 des Stabes 44 ausgebildet. Eine zweite Schulter 92 ist zwischen dem zweiten Abschnitt 84 und dem dritten Abschnitt 86 des Stabes 44 ausgebildet. Die erste Schulter 90 greift in die äußere Oberfläche 36 des positiven Trägerelementes 30 ein. Die zweite Schulter 92 greift in die innere Oberfläche 38 des positiven Trägerelementes 30 ein.
Weiterhin Bezug nehmend auf 3 weist die Anschlussanordnung 40 eine Vielzahl von Durchgängen 80 in Form von Löchern auf, welche sich komplett durch die Anschlussanordnung von der Außenseite des positiven Trägerelementes 30 zu den Enden der Stäbe 44 erstrecken. Die Durchgänge 80 sind dazu ausgebildet, den gewindetragenden Teil eines Bolzens 48 oder eines anderen Befestigungselementes aufzunehmen. Eine Schulter 88 ist in jedem Durchgang 80 gebildet, so dass der Kopf jedes Bolzens 48 in die Schulter 88 eingreift und den Bolzen 48 daran hindert, den Durchgang 80 komplett zu passieren. Das positive Trägerelement 30, das negative Trägerelement 32 und die Anschlussanordnung 40 werden alle durch die Befestigungsmittel 48 an dem Ende des Gehäuses 12 der Lichtmaschine gehalten, welche sich durch die Löcher 80 in der Anschlussanordnung 40 und die Löcher 66 des positiven Trägerelementes 30 und in die Gewindebohrungen 94 des negativen Trägerelementes 32 (z.B. das Ende des Gehäuses 12 der Lichtmaschine) hinein erstrecken.
Weiterhin Bezug nehmend auf 3 ist die Anschlussanordnung 40 als einheitliche Komponente ausgebildet. Die Bezeichnung "einheitliche Komponente" wie sie hierin verwendet wird, bezieht sich auf eine Komponente, bei welcher die die Komponente bildenden Teile nicht trennbar miteinander verbunden sind, so dass die bildenden Teile nicht voneinander getrennt werden können, ohne die Komponente oder eines oder mehrere der bildenden Teile zu zerstören. Der isolierende Bereich der Anschlussanordnung 40 erstreckt sich durchgehend von dem C-förmigen Plattenbereich 42 zu den Enden der Stäbe 44 (z.B. zu dem dritten Abschnitt 86 der Stäbe 44). Daher kann der isolierende Bereich der Anschlussanordnung 40 durch einen Prozess, wie beispielsweise Spritzguss oder jegliche andere Art von Prozess gebildet werden, welcher in einer Komponente resultiert, die im Wesentlichen durchgehend einheitlich ist und nicht in die sie bildenden Teile zerlegt werden kann, ohne die Komponente zu zerstören. Die elektrischen Spuren 46 werden mit dem isolierenden Bereich der Anschlussanordnung 40 verbunden. Wenn die Anschlussanordnung 40 durch ein Spritzgussverfahren hergestellt wird, können die elektrischen Spuren 46 der Anschlussanordnung 40 mit dem isolierenden Bereich hergestellt werden, zum Beispiel können die elektrischen Spuren 46 in der Gussform hergestellt werden, bevor das Gießharz eingebracht wird, welches den isolierenden Bereich bildet. Die elektrischen Spuren 46 können auch mit dem isolierenden Bereich der Anschlussanordnung mittels Bonding, durch Schnapper (engl.: snapping) oder ähnliche Prozesse verbunden werden.
Wie in dem vorhergehenden Absatz festgestellt wurde, ist die Anschlussanordnung 40 eine einheitliche Komponente, welche einen Stab 44 aufweist. Dieser Stab 44 greift sowohl in die äußere Oberfläche 36 des positiven Trägerelementes 30, als auch in die innere Oberfläche 38 des positiven Trägerelementes 30 ein. Wie in 3 dargestellt ist, greift die Schulter 90, welche zwischen dem ersten Abschnitt 82 und dem zweiten Abschnitt 84 des Stabes 44 ausgebildet ist, in die äußere Oberfläche des positiven Trägerelementes 30 ein. Die Schulter 92, welche zwischen dem zweiten Abschnitt 84 und dem dritten Abschnitt 86 des Stabes 44 angeordnet ist, greift in die innere Oberfläche des positiven Trägerelementes 30 ein. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des positiven Trägerelementes 30 und der Anschlussanordnung 40 von einer Innenseite (z.B. Seite der Lichtmaschine) des positiven Trägerelementes 30, und zeigt somit die innere Oberfläche 38 des positiven Trägerelementes 30 mit dem dritten Abschnitt 86 des Stabes 44, welcher in die innere Oberfläche 38 eingreift. Wie in 4 zu sehen, weist der dritte Abschnitt 86 des Stabes 44 der Anschlussanordnung 40 einen Durchmesser auf, welcher größer ist als der Durchmesser des Loches 66 des positiven Trägerelementes 30, so dass der dritte Abschnitt 86 des Stabes 44 das Loch 66 aus der Perspektive von 4 abdeckt.
Wieder Bezug nehmend auf 3 ist der dritte Abschnitt 86 des Stabes 44 zwischen dem positiven Trägerelement 30 und dem negativen Trägerelement 32 eingeklemmt. Daher greift der dritte Abschnitt 86 des Stabes 44 sowohl in die innere Oberfläche des positiven Trägerelementes, als auch in die äußere Oberfläche des negativen Trägerelementes 32 ein. Der dritte Abschnitt 86 des Stabes kann in die äußere Oberfläche des negativen Trägerelementes 32 an den Naben 78 eingreifen. Die Naben 78 erstrecken sich über den Großteil der äußeren Oberfläche des negativen Trägerelementes 32 und distanzieren dadurch den Großteil der äußeren Oberfläche des negativen Trägerelementes 32 von der inneren Oberfläche 38 des positiven Trägerelementes 30. Zudem distanziert der dritte Abschnitt 86 des Stabes 44 der Anschlussanordnung das positive Trägerelement 30 von dem negativen Trägerelement 32 und isoliert das positive Trägerelement 30 elektrisch von dem negativen Trägerelement 32. In wenigstens einer Ausführungsform ist es wünschenswert, einen Freiraum von wenigstens 3mm (in axialer Richtung) zwischen dem positiven Trägerelement 30 und dem negativen Trägerelement 32 vorzusehen, um die Wahrscheinlichkeit von Korrosion der Elemente 30, 32 zu reduzieren und weiterhin die Elemente 30, 32 elektrisch zu isolieren. Daher können die Naben 78 eine Höhe von etwa 2,5 bis 5mm aufweisen und der dritte Abschnitt 86 des Stabes 44 der Anschlussanordnung kann eine Höhe von etwa 0,5 bis 3 mm aufweisen. Wenn eine höhere Nabe 78 in der Anordnung verwendet wird, kann ein kürzerer dritter Abschnitt 86 des Stabes 44 der Anschlussanordnung verwendet werden. Wie bereits erwähnt, ist die Nabe 78 optional. Wenn die Anordnung keine Naben 78 aufweist, kann der dritte Abschnitt 86 des Stabes 44 der Anschlussanordnung 2,5 bis 6mm betragen. Es ist jedoch ein kürzerer dritter Abschnitt 86 wünschenswert, um ein Kriechen des Kunststoffes, welcher den dritten Abschnitt 86 bildet, zu verringern.
Bezug nehmend auf 5 wird nun ein Verfahren zum Herstellen des Stabes 44 der Anschlussanordnung beschrieben. Das beschriebene Verfahren resultiert in dem Stab 44 der einheitlichen Anschlussanordnung, welcher sowohl in die innere Oberfläche, als auch in die äußere Oberfläche des positiven Trägerelementes eingreift. Das Verfahren beginnt mit Schritt 202, bei welchem die Anschlussanordnung 40 zunächst gebildet wird, wobei jeder Stab 44 nur zwei Abschnitte aufweist, nämlich den ersten Abschnitt 82 (mit einem ersten Durchmesser) und einer verlängerten Version des zweiten Abschnittes 84 (mit einem zweiten Durchmesser, welcher geringer ist als der erste Durchmesser). Während diesem Schritt 202 wird das positive Trägerelement 30 ebenfalls gebildet, mit Löchern 66, die dazu ausgebildet sind, die Stäbe 44 zu empfangen. Jedes Loch 66 weist einen Durchmesser auf, dessen Größe es erlaubt, den zweiten Abschnitt 84 des Stabes 44 aufzunehmen und ein Eindringen des ersten Abschnitts 82 des Stabes 44 zu verhindern.
In Schritt 204 werden die Stäbe 44 in die Löcher 66 in dem positiven Trägerelement 30 eingebracht. Wenn die Stäbe 44 in den Löchern 66 eingebracht sind, greift der erste Abschnitt 82 in die äußere Oberfläche 66 des positiven Trägerelementes 30 an der Schulter 90 ein und der zweite Abschnitt 84 erstreckt sich durch das Loch 66 in dem positiven Trägerelement 30. Infolgedessen erstreckt sich ein Endbereich 85 des zweiten Abschnitts 84 über die innere Oberfläche 38 des positiven Trägerelements 30 hinaus, wie in 6 dargestellt. Danach wird in Schritt 206 der Endbereich 85 des zweiten Abschnitts 84 heiß verprägt oder auf andere Art und Weise deformiert. Diese Deformation resultiert in der Bildung des dritten Abschnitts 86 des Stabes 44 der Anschlussanordnung, wie in 7 dargestellt. Dieser dritte Abschnitt 86 weist einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des Loches 66 in dem positiven Trägerelement 30. Wenn alle Stäbe 44 auf diese Weise heiß verprägt wurden, wird die Anschlussanordnung 40 mit dem positiven Trägerelement 30 verbunden, woraus eine Anordnung resultiert, wie sie beispielsweise in 4 dargestellt ist.
Weiterhin Bezug nehmend auf 5, werden dann im Schritt 208 das positive Trägerelement 30 und die Anschlussanordnung 40 mit dem Ende des Gehäuses der Lichtmaschine verbunden, welches das negative Trägerelement 32 bereitstellt. Danach werden in Schritt 210 Bolzen 48 oder andere Befestigungsmittel durch die Durchgänge 80 in der Anschlussanordnung eingeführt, welche die Gewinde tragenden Abschnitte der Bolzen dazu veranlassen, durch die Stäbe 44 und Löcher 66 in dem positiven Trägerelement 30 und in die Gewindebohrungen 94 des negativen Trägerelementes 32 zu dringen. Wenn die Bolzen angezogen werden, werden das positive Trägerelement 30 und die Anschlussanordnung 40 an der Stelle der negativen Trägerelemente 32 an dem Ende der Lichtmaschine 10 fixiert.
Die vorangehende detaillierte Beschreibung eines oder mehrerer Ausführungsformen der elektrischen Maschine mit einer kombinierten Isolations- und Anschlussanordnung wurde lediglich anhand von Beispielen beschrieben und ist nicht auf diese beschränkt. Weiterhin gibt es Vorteile einzelner hierin beschriebener Verbesserungen, welche erreicht werden können, ohne andere oben beschriebene Aspekte zu berücksichtigen. Deshalb sollen der Geist und der Schutzumfang der beigefügten Ansprüche nicht auf die Beschreibung der hierin enthaltenen bevorzugten Ausführungsformen eingeschränkt werden.

Claims

Es wird beansprucht: Eine Elektronikeinheit für eine Lichtmaschine aufweisend: ein positives Trägerelement mit einer inneren Seite, einer äußeren Seite und wenigstens einem Durchgang, welcher sich von der inneren Seite zu der äußeren Seite erstreckt; eine Vielzahl von Schaltern, welche mit dem positiven Trägerelement verbunden sind; und eine Anschlussanordnung, welche in das positive Trägerelement eingreift, wobei die Anschlussanordnung einen elektrisch isolierenden Bereich und eine Vielzahl elektrischer Spuren aufweist, welche mit dem elektrisch isolierenden Bereich verbunden sind, wobei der elektrisch isolierende Bereich einen Stab, welcher sich durch den wenigstens einen Durchgang des positiven Trägerelementes erstreckt, eine erste Schulter, welche in die äußere Seite des positiven Trägerelementes eingreift und eine zweite Schulter aufweist, welche in die innere Seite des positiven Trägerelementes eingreift, wobei der Stab, die erste Schulter und die zweite Schulter als einheitliche Komponente ausgebildet sind.
Elektronikeinheit gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Schulter die in die innere Seite des positiven Trägerelementes eingreift als heiß verprägte Schulter ausgebildet ist, welche auf der inneren Seite des positiven Trägerelementes ausgebildet wird.
Elektronikeinheit gemäß Anspruch 1, wobei die erste Schulter durch eine erste Oberfläche definiert wird, welche im Wesentlichen senkrecht zu dem Stab ist, und wobei die zweite Schulter durch eine zweite Oberfläche definiert wird, welche im Wesentlichen senkrecht zu dem Stab ist.
Elektronikeinheit gemäß Anspruch 1, welche weiterhin ein Masseelement aufweist, welches in die zweite Schulter der Anschlusseinheit eingreift, wobei die zweite Schulter das Masseelement von dem positiven Trägerelement trennt.
Elektronikeinheit gemäß Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Schaltern eine erste Vielzahl von Schaltern ist, und die Elektronikeinheit weiterhin eine zweite Vielzahl von Schaltern aufweist, welche mit dem Masseelement verbunden sind.
Elektronikeinheit gemäß Anspruch 5, wobei die erste Vielzahl und die zweite Vielzahl von Schaltern miteinander verbunden sind um einen Gleichrichter bereitzustellen.
Elektronikeinheit gemäß Anspruch 4, welche weiterhin ein Befestigungsmittel aufweist, welches sich durch den Stab und in das Masseelement hinein erstreckt, so dass die Anschlussanordnung und das positive Trägerelement mit dem Masseelement verbunden sind.
Elektronikeinheit gemäß Anspruch 4, wobei das Masseelement ein Gehäuse der Lichtmaschine ist.
Elektronikeinheit gemäß Anspruch 1, wobei das positive Trägerelement eine C-förmige Plattenform aufweist.
Elektronikeinheit gemäß Anspruch 1, wobei das positive Trägerelement eine Vielzahl von Finnen aufweist, die dazu ausgebildet sind, Wärme abzuleiten.
Elektronikeinheit gemäß Anspruch 1, wobei der isolierende Bereich einen im Wesentlichen bogenförmigen Hauptkörper mit einer inneren Seite und einer äußeren Seite aufweist, wobei sich der Stab von der inneren Seite des Hauptkörpers erstreckt.
Elektronikeinheit gemäß Anspruch 1, wobei die elektrischen Spuren der Anschlussanordnung zusammen mit dem isolierenden Bereich hergestellt werden.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Elektronikeinheit für eine Lichtmaschine, wobei das Verfahren aufweist: Einführen eines Stabes einer Anschlussanordnung durch ein Loch in einer positiven Trägereinheit, so dass die Anschlussanordnung auf einer ersten Seite des positiven Trägerelementes angeordnet ist und sich ein Endbereich des Stabes von einer zweiten Seite des positiven Trägerelementes erstreckt; und Deformieren des Stabes, welcher sich durch das Loch auf der zweiten Seite des positiven Trägerelementes erstreckt, so dass die Anschlussanordnung in die zweite Seite des positiven Trägerelementes eingreift und das positive Trägerelement mit der Anschlussanordnung verbunden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 13, das weiterhin das Ausbilden der Anschlussanordnung durch Ausformung eines elektrisch isolierenden Bereiches aufweist mit einer Vielzahl elektrischer Pfade, welche in dem elektrisch isolierenden Bereich eingebettet sind, wobei der elektrisch isolierende Bereich einen Hauptkörper aufweist und sich der Stab von einer Seite des Hauptkörpers erstreckt.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Deformieren des Stabes das Anwenden von Hitze auf den Endbereich des Stabes aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Deformieren des Stabes das Ausbilden eines Kopfes am Endbereich des Stabes aufweist, wobei der Kopf einen Durchmesser aufweist, der größer ist als das Loch in dem positiven Trägerelement.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei der Kopf eine im Wesentlichen flache Oberfläche aufweist, welche von dem positiven Trägerelement weg zeigt.
Verfahren gemäß Anspruch 16, welches weiterhin das Eingreifen eines Masseelementes mit dem am Endbereich des Stabes gebildeten Kopfes aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 18, das weiterhin das Einbringen eines Befestigungsmittels durch den Stab der Anschlussanordnung und in das Masseelement aufweist, um die Anschlussanordnung und das positive Trägerelement mit dem Masseelement zu verbinden.
Eine Lichtmaschine aufweisend: eine Vielzahl von Windungen; einen Gleichrichter, welcher elektrisch mit den Windungen verbunden ist, wobei der Gleichrichter eine Vielzahl an Dioden aufweist; ein Trägerelement, wobei die Vielzahl von Dioden auf dem Trägerelement angeordnet ist, und wobei das Trägerelement eine erste Oberfläche, eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche auf dem Trägerelement und wenigstens ein Loch aufweist, welches sich durch das Trägerelement von der ersten Oberfläche zu der zweiten Oberfläche erstreckt; und eine einheitliche Anschlussanordnung, welche mit dem Trägerelement verbunden ist, wobei die einheitliche Anschlussanordnung einen isolierenden Bereich aufweist, mit elektrischen Spuren, die sich durch den isolierenden Bereich hindurch erstrecken, wobei die elektrischen Spuren eine Verbindung zwischen der Vielzahl an Dioden und der Vielzahl von Windungen bereitstellen, wobei die einheitliche Anschlussanordnung sowohl mit der ersten Oberfläche, als auch mit der zweiten Oberfläche des Trägerelementes eingreift und sich durch das wenigstens eine Loch in dem Trägerelement hindurch erstreckt.