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1. (WO2017133961) CONNECTION BETWEEN A WINDING AND A CIRCUIT BOARD
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Beschreibung

Verbindung zwischen einer Wicklung und einer Platine

Die Erfindung betrifft eine Verbindung zwischen einer Wicklung, insbesondere einer Stator- oder Rotorwicklung, für eine elektrische Maschine und einer Platine für einen Inverter. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einer solchen Verbindung und einem Inverter.

Hybridsysteme mit elektrischen Maschinen umfassen typischerweise einen Elektromotor und einen von dem Elektromotor getrennten Inverter, wobei der Elektromotor und der Inverter durch Kabel miteinander verbunden sind. Weiterhin sind Hyb-ridsysteme mit integrierten Lösungen bekannt, gemäß welchen der Elektromotor und der Inverter in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sind.

Eine wichtige Aufgabe ist die Anbindung der Statorwicklung an eine Leistungsendstufe des Inverters. Diesbezüglich ist es bekannt, Stromschienen in Verbindung mit einem Kunststoffhalter zu verbauen, um eine Verbindung zwischen der Statorwicklung und der Platine bzw. deren Leistungsendstufe herzustellen. Eine solche Verbindung ist sehr komplex. Die Verbindung der Statorwicklung mit der Leistungsendstufe wird beispielsweise mittels gebogener und verlöteter Stromschienen realisiert, was zum einen die Materialkosten erhöht, zum anderen aber auch die Produktionskosten.

Zudem muss typischerweise eine Temperaturmessung des Stators auf Grund einer thermischen Anbindung von Statorwicklung und Inverter durch einen externen Sensor realisiert werden, der über einen Stecker an den Inverter geführt wird, was ebenfalls aufwändig ist. Ferner kann durch komplexe Geometrien und mehrfache Lagerungen der Stromschienen mit einhergehenden Wärmeübergängen kaum ein Rückschluss auf die Temperatur der Wicklung erfolgen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromverbindung der eingangs genannten Art sowie deren Herstellung zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.

Die erfindungsgemäße Verbindung zwischen einer Wicklung, insbesondere einer Stator- oder Rotorwicklung, für eine elektrische Maschine und einer Platine für einen Inverter zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein sich in z-Richtung erstreckendes Windungsendstück der Wicklung, insbesondere der Stator- oder Rotorwicklung, direkt mit der Platine verschweißt oder formschlüssig verbunden ist, auf welcher sich eine Leistungsendstufe des Inverters befindet.

Das Windungsendstück kann insbesondere einen Bestandteil eines Phasenanschlusses des Wickelkopfes ausbilden, wobei in einer elektrischen Maschine typischerweise mehrere Phasenanschlüsse mit jeweils einem Windungsendstück vorgesehen sind, welche durch die erfindungsgemäße Verbindung mit der Platine des Inverters verbunden werden können. Die Platine des Inverters kann insbesondere eine Leistungselektronik und eine Leistungsendstufe des Inverters umfassen. Die z-Richtung kann insbesondere parallel zu einer Längsachse der elektrischen Maschine bzw. eines Elektromotors der elektrischen Maschine verlaufen. Durch die direkte Verschweißung oder formschlüssige Verbindung des Windungsendstückes mit der Platine können aufwändige Stromschienen oder Lyrabögen entfallen. Zudem kann die Anzahl von Schweiß- und Lötstellen zwischen dem Windungsendstück und der Platine, insbesondere deren Leistungsendstufe, verringert werden, was eine Reduzierung von Fehlermöglichkeiten und von Leitungswiderständen ermöglicht. Zudem ergibt sich ein deutlich vereinfachter Produktions-prozess .

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Platine einen in z-Richtung elastischen Verbindungsabschnitt ausbildet, mit welchem das Windungsendstück verschweißt oder formschlüssig verbunden ist. Beispielsweise kann der Verbindungsabschnitt die Form einer in z-Richtung elastischen Lasche oder Zunge annehmen und durch Fräsen aus der Platine hergestellt werden. Diese Ausführungsform leistet einen Beitrag, mechanische Spannungen abzufangen, welche durch eine temperaturbedingte Ausdehnung des Materials des Windungsendstücks, insbesondere Kupfer, in z-Richtung entstehen, indem eine Elastizität des Verbindungsabschnitts gegenüber dem restlichen Teil der Platine hergestellt wird. Diese Ausführungsform ermöglicht somit eine mechanische Entkopplung der Phasenanschlüsse von der Platine.

Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass ein Sensor zur Strommessung auf den Verbindungsabschnitt gelötet ist. Der Verbindungsabschnitt pro Phasenanschluss sollte möglichst kurz gehalten werden, um einen Leitungswiderstand zu minimieren. Der Platz auf dem Verbindungsabschnitt wird gemäß dieser Ausführungsform optimal genutzt, um den Widerstand zur Strommessung zu verwenden. Somit wird ein Beitrag geleistet, eine dezentrale Strommessung der Statorwicklung in die Platine zu integrieren.

Besonders bevorzugt umfasst der Sensor einen Kupferstreifen oder einen Shunt, welche für die Strommessung besonders gut geeignet sind .

Ein weiterer Sensor zur Temperaturmessung kann ebenfalls auf den Verbindungsabschnitt gelötet sein. Mittels einer gemessenen Temperatur im Bereich des Verbindungsabschnitts können Rückschlüsse auf die Temperatur der Statorwicklung gezogen werden. Somit wird ein Beitrag geleistet, eine dezentrale Temperaturmessung der Statorwicklung in die Platine zu integrieren. Eine gesonderte Verbindung des weiteren Sensors mit der Platine über einen Stecker kann entfallen.

Besonders bevorzugt umfasst der weitere Sensor einen

NTC-Temperatursensor oder einen SMD-Temperatursensor, welche für die Temperaturmessung besonders gut geeignet sind.

Der Kupferstreifen oder der Shunt kann über den Verbindungsabschnitt hinausstehen und mit dem Windungsendstück verschweißt sein. Dies sorgt für eine besonders haltbare Anbindung des Sensors, da bestimmtes Material der Platine bzw. des Verbin-dungsabschnitts unter Umständen nicht direkt schweißbar ist.

Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen In-verter und eine vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verbindung .

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der grob schematischen und nicht maßstabsgetreuen Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnitt-Darstellung durch eine elektrische Maschine mit einem Elektromotor und einem Inverter,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verbindung und

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Verbindung nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 mit einem Elektromotor 2 und einem Inverter 3. Der Elektromotor 2 weist einen um eine Längsachse L rotierenden Rotor 4 und einen Stator 5 auf. Der Stator 5 umfasst eine Statorwicklung 6 und Phasenanschlüsse mit Windungsendstücken 7, welche in einer zu der Längsachse L parallelen z-Richtung verlaufen. Eines der Windungsendstücke 7 ist in Fig. 1 dargestellt. Der Inverter 3 umfasst eine Platine 8, welche eine Leistungsendstufe 9 enthält. Die Windungsendstücke 7 sind mit der Platine 8 mittels einer durch Fig. 2 und 3 gezeigten Verbindung miteinander verbunden.

Fig. 2 und 3 zeigen das Windungsendstück 7 und die Platine 8, welche eine Ausfräsung 10 aufweist. Durch die Ausfräsung 10 wird ein in z-Richtung elastischer Verbindungsabschnitt 11 der Platine 8 in Form einer elastischen Lasche bzw. einer elastischen Zunge ausbildet. Das Windungsendstück 7 ist direkt mit dem Verbindungsabschnitt 11 verschweißt . Dadurch wird die Verbindung zwischen der Statorwicklung 6 und der Platine 8 hergestellt.

Der in z-Richtung elastische Verbindungsabschnitt 11 kann mechanische Spannungen abfangen, welche durch eine tempera-turbedingte Ausdehnung von Kupfer des Windungsendstücks 7 entstehen. Dadurch kann eine Elastizität des Verbindungsabschnitts 11 zum restlichen Teil der Platine 8 hergestellt werden.

Auf das Verbindungsstück 11 ist ein Sensor 12, z.B. in Form eines Kupferstreifens oder eines Shunts, gelötet. Der Sensor 12 ist dazu eingerichtet, Stromstärken im Bereich des Verbindungsstücks 11 zu messen.

Weiterhin ist auf das Verbindungsstück 11 ein weiterer Sensor 13, z.B. in Form eines NTC-Temperatursensors oder eines

SMD-Temperatursensors , gelötet. Der weitere Sensor 13 ist dazu eingerichtet, Temperaturen im Bereich des Verbindungsstücks 11 zu messen. Mittels einer gemessenen Temperatur kann auf die Temperatur der Statorwicklung 6 geschlossen werden.

Da bestimmtes Material der Platine 8 nicht direkt verschweißt werden kann, kann der aufgelötete Sensor 12 ein Stück weit über das Verbindungsstück 11 der Platine 8 hinausstehen und direkt mit dem Windungsendstück 7 verschweißt sein.