DE102009036359A1

DE102009036359A1 - Verfahren und Vorrichtung zum verbinden eines Kabelbaums mit einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102009036359A1
Application number: DE102009036359A
Authority: DE
Inventors: Darnel Detroit Arnold
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-08-11
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2010-02-25
Also published as: US7637761B1; CN101651381B; CN101651381A

Abstract

Ein Kabelbaum für elektrische Hochspannungsleistung zur Versorgung einer elektrischen Maschine verläuft im Wesentlichen parallel zu einem Rahmen. Anschlussenden mehrerer Drahtkabel sind in der Länge, der Höhe und der Tiefe versetzt. Die Anschlussenden sind mit Stromschienen gekoppelt, welche durch den Rahmen hindurchragen und an Flächen eines Anschlussblocks, die in der Höhe den jeweiligen Höhen der Anschlussenden der Drahtkabel entsprechen, befestigt sind. Die Stromschienen sind an Leitern der elektrischen Maschine mechanisch befestigt und mit diesen elektrisch verbunden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft einen elektrischen Leistungsverbinder für ein Antriebsstrangsystem, das eine elektrische Maschine verwendet.
HINTERGRUND
Einbauräume für elektrische Schaltungen, die in Fahrzeugen elektrische Leistung an elektrische Maschinen liefern, können begrenzt sein. Eine Implementierung elektrischer Systeme mit großer Kapazität kann durch den verfügbaren Einbauraum eingeschränkt sein. Ein Beispiel für eine elektrische Schaltung mit großer Kapazität ist eine elektrische Schaltung, die elektrische Hochspannungsleistung zwischen einer Wechselrichtereinrichtung und einem Antriebs- bzw. Traktionsmotor leitet. Bekannte Faktoren beim Entwerfen einer elektrischen Schaltung mit großer Kapazität umfassen die Länge und die Verlegung elektrischer Hochleistungskabel auf der Grundlage elektrischer Energieverluste, der Erzeugung von Induktivität und elektrischem Rauschen, der Verwaltung und Dissipierung von Temperatur und der Zugänglichkeit bei Zusammenbau und Wartung.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Kabelbaum für elektrische Hochspannungsleistung ist mit einer elektrischen Maschine gekoppelt, die zum Erzeugen von Antriebsleistung in einem Fahrzeug dient. Der Kabelbaum umfasst erste, zweite und dritte Drahtkabel mit jeweiligen parallel zu einem Rahmen verlaufenden Längsachsen und mit jeweiligen Anschlussenden, die in der Länge und der Höhe relativ zu dem Rahmen versetzt sind. Die Anschlussenden können auch bezüglich der Tiefe relativ zu dem Rahmen versetzt sein. Erste, zweite und dritte Stromschienen sind den jeweiligen Anschlussenden der ersten, zweiten und dritten Drahtkabel angebracht und ragen orthogonal von den jeweiligen Längsachsen weg zu dem Rahmen hin vor. Die ersten, zweiten und dritten Stromschienen verlaufen durch Öffnungen in dem Rahmen hindurch. Distale Enden der ersten, zweiten und dritten Stromschienen sind an ersten, zweiten und dritten Flächen eines Anschlussblocks befestigt, welcher an dem Rahmen starr angebracht ist. Die ersten, zweiten und dritten Flächen des Anschlussblocks entsprechen in der Höhe den jeweiligen Höhen der ersten, zweiten und dritten Anschlussenden der Drahtkabel. Die ersten, zweiten und dritten Stromschienen sind an entsprechenden ersten, zweiten und dritten elektrischen Leitern der elektrischen Maschine mechanisch befestigt und mit diesen elektrisch verbunden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun anhand von Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine schematische zweidimensionale Seitenansichtszeichnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine schematische zweidimensionale Vorderansichtszeichnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
3 eine schematische dreidimensionale Rückansichtszeichnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
4 eine schematische zweidimensionale Seitenansichtszeichnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist; und
5 eine schematische zweidimensionale Vorderansichtszeichnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.
GENAUE BESCHREIBUNG
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen das Gezeigte nur zur Darstellung gewisser beispielhafter Ausführungsformen und nicht zur Einschränkung derselben gedacht ist, veranschaulichen 1, 2 und 3 zwei Verbindungssysteme 10, 10' gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung auf schematische Weise. In den Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Jedes der Verbindungssysteme 10, 10' verbindet einen Wechselrichter 40 auf elektrische Weise mit einem Kabelbaum 12, der mit einem Stator 52 einer elektrischen Maschine 50 verbunden ist, die in einem Rahmen 42 untergebracht ist. Bei den in 1–5 gezeigten Ausführungsformen sind zwei elektrische Maschinen 50 in dem Rahmen 42 untergebracht. Der Kabelbaum 12 für das erste Verbindungssystem 10 nähert sich dem Rahmen 42 von einer ersten Seite 43A, und der Kabelbaum 12 für das zweite Verbindungssystem 10' nähert sich dem Rahmen 42 von einer zweiten Seite 43B, die der ersten Seite 43A gegenüberliegt. Jeder Kabelbaum 12 ist vorzugsweise aus drei elektrisch isolierten Drahtkabeln 14, 16 und 18 aufgebaut, die jeweils vorzugsweise aus Kupfer bestehen und zum Leiten elektrischer Hochspannungsleistung, z. B. 300 Volt bei 200 Ampere oder 60 kW elektrische Leistung, zwischen einem elektrischen Wechselrichter 40 und der elektrischen Maschine 50 in der Lage sind.
Perspektiven der Länge, der Höhe und der Tiefe sind in 1 relativ zu den Drahtkabeln 14, 16 und 18 mit Bezug auf den Rahmen 42 der elektrischen Maschine 50 definiert, wobei die Länge entlang einer Längsachse der Drahtkabel 14, 16 und 18 definiert ist, die Höhe rechtwinklig zu der Längsachse der Drahtkabel 14, 16 und 18 definiert ist und vertikal hervorragt und die Tiefe rechtwinklig zu der Längsachse der Drahtkabel 14, 16 und 18 definiert ist und horizontal hervorragt.
Jedes der Drahtkabel 14, 16 und 18 ist an einem ersten Ende 11 des Kabelbaums 12 mit einem (nicht gezeigten) elektrischen Verbinder des Wechselrichters 40 elektrisch verbunden, z. B. einem elektrischen Auslass einer elektrischen Leistungseinrichtung, wie etwa eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode (nicht gezeigt) des Wechselrichters 40. Eine Abdeckung 20 umschließt die Drahtkabel 14, 16 und 18 an einem zweiten Ende 13 des Kabelbaums 12, welche an den Rahmen 42 angrenzt. Die Abdeckung 20 ist an dem Rahmen 42 der elektrischen Maschine 50 mit Hilfe von Schrauben oder Bolzen 19, die mit dem Rahmen 42 verbunden sind, starr angebracht. Der Rahmen 42 umfasst eine steife Struktur, welche die elektrische Maschine 50 umhüllt. Längsachsen der Drahtkabel 14, 16 und 18 verlaufen parallel zu einer ebenen Fläche des Rahmens 42. Die Abdeckung 20 umfasst einen Kragen 22, welche die elektrisch isolierten Draht kabel 14, 16 und 18 umgibt und fest verbindet. Die Abdeckung 20 einschließlich des Kragens 22 umhüllt das zweite Ende 13 des Kabelbaums 12 und dichtet das zweite Ende mit dem Rahmen 42 gegen die Umgebung ab. Die Höhen der Drahtkabel 14, 16 und 18 sind relativ zu dem Rahmen 42 versetzt, wobei sich das erste Drahtkabel 14 in einer ersten vorbestimmten Höhe und vorzugsweise direkt über dem dritten Drahtkabel 18 angeordnet befindet, welches sich in einer dritten vorbestimmten Höhe befindet. Das zweite Drahtkabel 16 befindet sich in einer zweiten vorbestimmten Höhe in der Mitte zwischen dem ersten Drahtkabel 14 und dem dritten Drahtkabel 18. Die Tiefen der Drahtkabel 14, 16 und 18 relativ zu dem Rahmen 42 sind versetzt. Das erste und das dritte Drahtkabel 14 und 18 befinden sich vorzugsweise in einer ersten vorbestimmten Tiefe und das zweite Drahtkabel 16 befindet sich in einer zweiten vorbestimmten Tiefe relativ zu dem Rahmen 42.
Die Drahtkabel 14, 16 und 18 weisen jeweilige nicht isolierte und freiliegende Anschlussenden 14A, 16A und 18A auf, die relativ zu dem Rahmen 42 in der Länge versetzt sind. Die freiliegenden Anschlussenden 14A, 16A und 18A sind in der Länge derart versetzt, dass es keine Überschneidung gibt, d. h. das erste und das zweite Drahtkabel 14 und 16, die zu den freiliegenden Anschlussenden 14A und 18A benachbart sind, sind von diesen elektrisch isoliert. Erste, zweite und dritte Stromschienen 24, 26 und 28 sind an den jeweiligen freiliegenden Anschlussenden 14A, 16A und 18A des ersten, zweiten und dritten Drahtkabels 14, 16 und 18 starr angebracht, wobei sie orthogonal von der Längsachse derselben weg zu dem Rahmen 42 hin vorragen. Jede der ersten, zweiten und dritten Stromschienen 24, 26 und 28 umfasst eine Leitereinrichtung aus einer flachen Platte, die aus Kupfer oder Kupferlegierungsmaterialien mit einer Stromkapazität aufgebaut ist, die ausreicht, um die elektrische Hochspannungsleistung zwischen dem Wechselrichter 40 und der elektrischen Maschine 50 zu leiten. Die Konstruktion jeder der Stromschienen 24, 26 und 28 einschließlich des Materials, der Plattenstärke und des Abstands dazwischen wird vorzugsweise auf der Grundlage von Kriterien bestimmt, welche die Stromkapazität, die elektrische Induktivität, die Temperaturverwaltung und eine Ausgestaltung, die in den verfügbaren Raum passt, umfassen.
Der Rahmen 42 weist drei Schlitzöffnungen 30a, 30b und 30c für jedes der Verbindungssysteme 10 auf, die vorzugsweise in der Höhe und in der Länge versetzt sind, durch welche die Stromschienen 24, 26 und 28 hindurchgehen. Jede der Schlitzöffnungen 30a, 30b und 30c ist von dem Rahmen 42 elektrisch isoliert und hermetisch abgedichtet, um ein Diffundieren von Gasen, Flüssigkeiten und Festpartikeln dort hindurch zu verhindern. Ein Anschlussblock 32 ist an dem Rahmen 42 innerhalb der elektrischen Maschine 50 vorzugsweise benachbart zu den Schlitzöffnungen 30a, 30b und 30c angebracht. Der Anschlussblock 32 ist aus einem nichtleitenden, elektrisch isolierenden Material gebildet und weist erste, zweite und dritte Flächen 34, 36 und 38 auf, die vorzugsweise an versetzten Höhen orientiert sind, welche den versetzten Höhen der Schlitzöffnungen 30a, 30b und 30c entsprechen. Distale Enden 24A, 26A und 28A der ersten, zweiten und dritten Stromschienen 24, 26 und 28 sind an entsprechenden ersten, zweiten und dritten Flächen 34, 36 und 38 des Anschlussblocks 32 über eines der Befestigungselemente 44 mechanisch befestigt.
Erste, zweite und dritte elektrische Leiter 54, 56 und 58 sind an den entsprechenden ersten, zweiten und dritten Flächen 34, 36 und 38 des Anschlussblocks 32 mechanisch befestigt und sind über das eine der Befestigungselemente 44 an einer der Stromschienen 24, 26 und 28 mechanisch befestigt. Die ersten, zweiten und dritten elektrischen Leiter 54, 56 und 58 verbinden die Stromschienen 24, 26 und 28 auf elektrische Weise mit einzelnen Polen (nicht gezeigt) des Stators 52 der elektrischen Maschine 50.
Die elektrische Maschine 50 der Ausführungsformen umfasst vorzugsweise eine dreiphasige Elektromotor/Generatoreinheit, die zum Erzeugen mechanischer Leistung aus der übertragenen elektrischen Leistung für eine Antriebsleistung in einem (nicht gezeigten) Fahrzeug dient, und die zum Erzeugen elektrischer Leistung aus kinetischer Energie von dem Fahrzeug dient.
4 und 5 zeigen die zwei Verbindungssysteme 10, 10' gemäß einer zweiten Ausführungsform der Offenbarung auf schematische Weise. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente. Bei dieser Ausführungsform nähern sich sowohl der Kabelbaum 12 für das erste Verbindungssystem 10 als auch der Kabelbaum 12 für das zweite Verbindungssystem 10' dem Rahmen 42 von der ersten Seite 43A. Die Höhen der Verbindungssysteme 10, 10' sind relativ zu dem Rahmen 42 versetzt und die Tiefen der Verbindungssysteme 10, 10' sind relativ zu dem Rahmen 42 vorzugsweise gleich. Jeder Kabelbaum 12 ist vorzugsweise aus drei elektrisch isolierten Drahtkabeln 14, 16 und 18 aufgebaut, die vorzugsweise jeweils aus Kupfer geformt sind und zum Leiten der elektrischen Hochspannungsleistung zwischen dem Wechselrichter 40 und der elektrischen Maschine 50 in der Lage sind.
Andere Ausführungsformen (nicht gezeigt) können eine einzige elektrische Maschine 50, die in dem Rahmen 42 untergebracht ist, oder drei oder mehr elektrische Maschinen 50, die in dem Rahmen 42 untergebracht sind, mit einer entsprechenden Anzahl an Verbindungssystemen 10 umfassen, von denen jedes einen Kabelbaum 12 umfasst, wobei die Längsachse aller Kabelbäume 12 zu der Fläche des Rahmens 42 parallel ist. Die Kabelbäume können sich dem Rahmen 42 entweder von der ersten Seite 43A oder von der zweiten Seite 43B nähern, oder aus einer beliebigen Richtung und parallel zu der Fläche des Rahmens 42.
Die Offenbarung hat gewisse bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen dazu beschrieben. Beim Lesen und Verstehen der Beschreibung können anderen Personen weitere Modifikationen und Veränderungen begegnen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die spezielle(n) Ausführungsform(en) beschränkt ist, die als die beste(n) zum Ausführen dieser Offenbarung angesehene(n) Art(en) offenbart ist bzw. sind, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Vorrichtung zum Koppeln eines Kabelbaums für elektrische Hochspannungsleistung mit einer elektrischen Maschine, die zum Erzeugen von Antriebsleistung in einem Fahrzeug dient, umfassend: den Kabelbaum, der erste, zweite und dritte Drahtkabel umfasst, die jeweilige parallel zu einem Rahmen verlaufende Längsachsen aufweisen und die jeweilige Anschlussenden aufweisen, die relativ zu dem Rahmen in der Länge und der Höhe versetzt sind; erste, zweite und dritte Stromschienen, die an den jeweiligen Anschlussenden der ersten, zweiten und dritten Drahtkabel angebracht sind und von den jeweiligen Längsachsen orthogonal zu dem Rahmen hin vorstehen; wobei die ersten, zweiten und dritten Stromschienen durch Öffnungen in dem Rahmen hindurch verlaufen; distale Enden der ersten; zweiten und dritten Stromschienen, die an ersten, zweiten und dritten Flächen eines Anschlussblocks befestigt sind, der an dem Rahmen starr angebracht ist; wobei die ersten, zweiten und dritten Flächen des Anschlussblocks in der Höhe den jeweiligen Höhen der ersten, zweiten und dritten Anschlussenden der Drahtkabel entsprechen; und wobei die ersten, zweiten und dritten Stromschienen an entsprechenden ersten, zweiten und dritten elektrischen Leitern der elektrischen Maschine mechanisch befestigt und mit diesen elektrisch verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der Öffnungen durch den Rahmen um die jeweilige Stromschiene herum hermetisch abdichtet und die jeweilige Stromschiene von dem Rahmen elektrisch isoliert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei jedes der ersten, zweiten und dritten Drahtkabel mit einem elektrischen Wechselrichter elektrisch verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die ersten, zweiten und dritten Flächen des Anschlussblocks nichtleitend sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die jeweiligen Anschlussenden ferner relativ zu dem Rahmen in der Tiefe versetzt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei sich das erste Anschlussende in einer ersten vorbestimmten Höhe befindet, sich das dritte Anschlussende in einer dritten vorbestimmten Höhe befindet und sich das zweite Anschlussende in einer zweiten vorbestimmten Höhe zwischen der ersten und der dritten vorbestimmten Höhe relativ zu dem Rahmen der elektrischen Maschine befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, die ferner eine Abdeckung umfasst, welche an dem Rahmen angebracht ist und die Anschlussenden der ersten, zweiten und dritten Drahtkabel umschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die ersten, zweiten und dritten Drahtkabel elektrische Hochspannungsleistung an die elektrische Maschine leiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes der ersten, zweiten und dritten Drahtkabel mit einem elektrischen Wechselrichter elektrisch verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich das erste Anschlussende in einer ersten vorbestimmten Höhe und einer ersten vorbestimmten Tiefe befindet, sich das zweite Anschlussende in einer zweiten vorbestimmten Höhe und einer zweiten vorbestimmten Tiefe befindet und sich das dritte Anschlussende in einer dritten vorbestimmten Höhe und einer dritten vorbestimmten Tiefe relativ zu dem Rahmen der elektrischen Maschine befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich das erste Anschlussende in einer ersten vorbestimmten Höhe und einer ersten vorbestimmten Tiefe befindet, sich das zweite Anschlussende in einer zweiten vorbestimmten Höhe und einer zweiten vorbestimmten Tiefe befindet und sich das dritte Anschlussende in einer dritten vorbestimmten Höhe und der ersten vorbestimmten Tiefe relativ zu dem Rahmen der elektrischen Maschine befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Abdeckung umfasst, die an dem Rahmen hermetisch abdichtend angebracht ist und die Anschlussenden der ersten, zweiten und dritten Drahtkabel umschließt.
Verfahren zum Verbinden eines Kabelbaums mit einer elektrischen Maschine zum Leiten elektrischer Hochspannungsleistung, das umfasst, dass: ein Kabelbaum bereitgestellt wird, der erste, zweite und dritte Drahtkabel mit jeweiligen parallel zu einem Rahmen verlaufenden Längsachsen umfasst; Längen und Höhen jeweiliger Anschlussenden der ersten, zweiten und dritten Drahtkabel relativ zu dem Rahmen versetzt werden; jeweilige erste Enden von ersten, zweiten und dritten Stromschienen an den jeweiligen Anschlussenden der ersten, zweiten und dritten Drahtkabel angebracht werden; die ersten, zweiten und dritten Stromschienen orthogonal von den jeweiligen Längsachsen weg zu dem Rahmen hin vorstehen gelassen werden; die ersten, zweiten und dritten Stromschienen durch Öffnungen in dem Rahmen hindurchgeführt werden; jeweilige zweite Enden der ersten, zweiten und dritten Stromschienen an jeweiligen ersten, zweiten und dritten Flächen eines Anschlussblocks, welche in der Höhe den jeweiligen Höhen der ersten, zweiten und dritten Anschlussenden der Drahtkabel entsprechen, befestigt werden; und die jeweiligen zweiten Enden der ersten, zweiten und dritten Stromschienen an entsprechenden ersten, zweiten und dritten elektrischen Leitern der elektrischen Maschine befestigt und elektrisch damit gekoppelt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, das umfasst, dass die Öffnungen durch den Rahmen hindurch elektrisch isoliert und hermetisch abgedichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 14, das umfasst, dass die Drahtkabel benachbart zu den Anschlussenden der ersten, zweiten und dritten Drahtkabel elektrisch isoliert werden.
Vorrichtung zum Verbinden eines elektrischen Wechselrichters mit einer elektrischen Maschine zum Leiten elektrischer Hochspannungsleistung zum Erzeugen mechanischer Leistung, umfassend: eine elektrische Maschine, die in einem Rahmen untergebracht ist; einen Kabelbaum, der mehrere Drahtkabel umfasst, welche Längsachsen aufweisen, die zu einer ebenen Fläche des Rahmens der elektrischen Maschine parallel verlaufen, und welche Anschlussenden aufweisen, die relativ zu dem Rahmen in der Länge und der Höhe und der Tiefe versetzt sind; mehrere Stromschienen mit jeweiligen ersten Enden, die an Anschlussenden der mehreren Drahtkabel angebracht sind und orthogonal von den Längsachsen derselben weg vorstehen; wobei die mehreren Stromschienen durch hermetisch abgedichtete, elektrisch isolierende Schlitzöffnungen in dem Rahmen hindurch verlaufen, welche den versetzten Längen und Höhen der mehreren Drahtkabel entsprechen; jeweilige zweite Enden der mehreren Stromschienen, die an jeweiligen von mehreren Flächen eines Anschlussblocks befestigt sind, der an dem Rahmen starr angebracht ist; wobei die Drahtkabel mit einem elektrischen Wechselrichter elektrisch verbunden sind; und wobei die mehreren Stromschienen an entsprechenden von mehreren elektrischen Leitern der elektrischen Maschine befestigt und mit diesen elektrisch gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, ferner umfassend: eine zweite elektrische Maschine, die in dem Rahmen untergebracht ist; einen zweiten elektrischen Wechselrichter, der mit der zweiten elektrischen Maschine elektrisch verbunden ist, um elektrische Hochspannungsleistung zu leiten, der einen zweiten Kabelbaum umfasst, welcher jeweilige mehrere Drahtkabel mit Längsachsen umfasst, die parallel zu der ebenen Fläche des Rahmens verlaufen; und wobei sich die Drahtkabel des ersten Kabelbaums dem Rahmen von einer ersten Seite nähern und sich die Drahtkabel des zweiten Kabelbaums dem Rahmen von einer zweiten Seite nähern.
Vorrichtung nach Anspruch 16, ferner umfassend: eine zweite elektrische Maschine, die in dem Rahmen untergebracht ist; einen zweiten elektrischen Wechselrichter, der mit der zweiten elektrischen Maschine elektrisch verbunden ist, um elektrische Hochspannungsleistung zu leiten, der einen zweiten Kabelbaum umfasst, welcher jeweilige mehrere Drahtkabel mit Längsachsen umfasst, die parallel zu der ebenen Fläche des Rahmens verlaufen; und wobei sich die Drahtkabel des ersten Kabelbaums und die Drahtkabel des zweiten Kabelbaums dem Rahmen von einer ersten Seite annähern.