DE102010064196A1

DE102010064196A1 - Elektromotor, Isolationskappe und Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors

Info

Publication number: DE102010064196A1
Application number: DE201010064196
Authority: DE
Inventors: Otto Klementis; Bjoern Nommensen; Thomas Heid
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-06-28

Abstract

Elektromotor, insbesondere Stell- oder Antriebsmotor in einem Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug, mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator und/oder der Rotor modular aus einer Mehrzahl von über den Umfang angeordneten Ringsegmenten aufgebaut ist, die jeweils einen Trägerzahn aufweisen, der mit Wicklungsdraht bewickelt und mit einer Isolationskappe zur elektrischen Isolation des Wicklungsdrahtes gegenüber dem Trägerzahn versehen ist, wobei die Isolationskappen jeweils einen durch den Wickeldraht formbaren Drahtauflagebereich aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere Stell- oder Antriebsmotor in einem Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug, mit einem Stator und einem Rotor, wobei, der Stator und/oder der Rotor modular aus einer Mehrzahl von über den Umfang angeordneten Ringsegmenten aufgebaut ist, die jeweils einen Trägerzahn aufweisen, der mit Wicklungsdraht bewickelt und mit einer Isolationskappe zur elektrischen Isolation des Wicklungsdrahtes gegenüber dem Trägerzahn versehen ist. Sie betrifft des Weiteren eine Isolationskappe eines solchen Elektromotors sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Stand der Technik
Elektromotoren der oben genannten Art sind bekannt und marktgängig. Als einschlägige Patentliteratur wird – lediglich beispielhaft – hingewiesen auf die US 2006/0022549 oder die JP 2004/140964 .
Die 1 bis 3 sind Darstellungen eines von der Anmelderin entwickelten Elektromotors dieses Typs, wobei 1 einen aus am Umfang aneinandergereihten Ringsegmenten 1 gebildeten Stator 3 eines solchen Elektromotors und die 2 und den Aufbau eines Ringsegments 1 genauer zeigen. Hierbei zeigt 2 eine perspektivische Darstellung eines praktizierten Trägerzahns 5 aus Elektroblech mit aufgesetzter Isolationskappe 7, und 3 zeigt in teilweise geschnittener perspektivischer Darstellung, wie auf die Isolationskappe 7 ein Wicklungsdraht 9 gewickelt wird. Der Trägerzahn 5 besteht aus Elektroblech und die Isolationskappe 7 aus einem einstückig spritzgegossenen Einkomponentenkunststoff. Die Isolationskappe dient primär zur elektrischen Isolierung des Wicklungsdrahtes 9 gegenüber dem Blechpaket des Trägerzahns 5, aber auch zum Halten und Orientieren des Wicklungsdrahtes beim Wickeln und zur Entwärmung des Wicklungskopfes.
Werden Elektromotoren der in Rede stehenden Bauart baukastenartig mit variierenden Längen der jeweiligen Trägerzähne von Rotor und/oder Stator aufgebaut, so muss für jede spezifische Motorauslegung ein Wicklungsdraht mit speziell angepasstem Durchmesser benutzt werden, und dies wiederum erfordert – wie aus 3 deutlich wird –, jeweils spezielle Isolationskappen mit angepasster Geometrie der an der Außenoberfläche vorgesehenen Nuten zur Aufnahme des Wicklungsdrahtes bereitzustellen. Hierbei ist besonders zu beachten, dass die Lage des Wicklungsdrahtes vor allem in der ersten Lage der Wicklung genau positionierbar sein muss, um den weiteren Wicklungslagen eine exakte Auflage zu verschaffen. Dies stellt hohe Anforderungen an die Formgenauigkeit der bekannten Isolationskappen mit in einer harten Oberfläche eingeformten Nuten bzw. Rillen.
Offenbarung der Erfindung
Mit der Erfindung wird ein Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruches 1 bereitgestellt, außerdem eine Isolationskappe zum Aufbau eines solchen Elektromotors sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, welches die Merkmale des Anspruches 12 aufweist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Isolationskappen jeweils einen durch den Wickeldraht formbaren Drahtauflagebereich aufweisen. Hierdurch kann Wickeldraht verschiedenen Durchmessers eine exakt passende und großflächige Auflage geboten und insbesondere beim Wickeln ein Verrutschen der Wicklungsdrähte der ersten Lage verhindert werden. Eine einzige Ausführung der Isolationskappe ist vorteilhaft mit Wicklungsdrähten unterschiedlichen Durchmessers und damit für verschiedene Motoren einer Baureihe einsetzbar, was die Herstellungs- und Logistikkosten einer solchen Baureihe fühlbar senkt. Zudem verringert der vorgeschlagene Aufbau die beim Stand der Technik unvermeidlichen Luftspalte zwischen der Oberfläche der Isolationskappe und derjenigen des Wicklungsdrahtes, speziell in Bereichen, wo Wicklungsdrähte sich überkreuzen, und verbessert damit das Wärmeleitvermögen der Isolationskappe und fördert die Entwärmung des Wickelkopfes, was wiederum zu einer erhöhten Leistungsfähigkeit des entsprechenden Motorbauteiles (Rotor oder Stator) führt.
In einer Ausführung der Erfindung weisen die Isolationskappen einen harten Kappen-Grundkörper und ein an diesen angeformtes oder angesetztes weiches Drahtauflagekissen auf.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Drahtauflagekissen sich in Ausnehmungen des Kappen-Grundkörpers bis zu einer ersten Trägerzahn-Kontaktfläche der Isolationskappe erstreckende erste Fortsätze aufweisen. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Isolationskappen einen Kopfabschnitt aufweisen, der einen zweiten Fortsatz des formbaren Drahtauflagebereiches umfasst, welcher eine zweite Trägerzahn-Kontaktfläche bildet. Beide Ausgestaltungen führen dazu, dass „weiche” Bereiche der Isolationskappe sich spaltfrei an die Metalloberfläche des Trägerzahns anschmiegen können, was eine gute Wärmeübertragung gewährleistet. In besonderem Maße gilt dies, wenn die ersten Fortsätze und/oder der zweite Fortsatz derart dimensioniert und materialseitig ausgebildet sind, dass sie den angrenzenden Trägerzahnbereich spaltfrei berühren und eine Wärmebrücke zu diesem ausprägen.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der zweite Fortsatz sich bis in einen angrenzenden Motorgehäuseabschnitt hinein erstreckt. Dies sichert auch in jenem Bereich eine gute Wärmeübertragung und erbringt zudem eine gewisse mechanische Fixierung.
Eine die Wärmeübertragung der Isolationskappen weiter verbessernde Ausführung sieht vor, dass in den Kappen-Grundkörper und/oder den zweiten Fortsatz eine Einlage mit hoher Wärmeleitfähigkeit eingesetzt ist. In einer Ausgestaltung besteht die Einlage aus einem Metall, insbesondere Kupfer, und sie ist vorteilhafterweise in den zweiten Fortsatz derart eingebettet, dass sie von dessen elektrisch isolierendem Material allseitig umschlossen wird. In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der formbare Drahtauflagebereich eine vorgeformte Rillenstruktur aufweist.
Die verfahrensseitige Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich weitgehend aus den oben erwähnten vorrichtungsseitigen Ausführungen und sollen insoweit hier nicht weiter beschrieben werden. Es soll aber darauf hingewiesen werden, dass die Herstellung der Isolationskappen in einer Ausführung der Erfindung das gemeinsame Formen eines harten Kappen-Grundkörpers und eines an diesen angeformten weichen Drahtauflagekissens vorsieht und hierfür Spritzgießverfahren geeignet sind. Eine weitere Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass in eine Form zur Formung der Isolationskappe, insbesondere eine Spritzgießform, vor dem Formvorgang eine Einlage mit hoher Wärmeleitfähigkeit eingesetzt wird.
Zeichnungen
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigem aus der nachfolgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
1 eine perspektivische Gesamtansicht des Stators eines Elektromotors,
2 eine perspektivische Darstellung eines Trägerzahnes des Motors nach 1, mit aufgesetzter Isolationskappe,
3 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung eines Trägerzahnes mit Isolationskappe und einem Wicklungsdraht-Abschnitt,
4 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung,
5A bis 5C Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und
6 eine Längsschnittdarstellung einer Ausgestaltung der Ausführung nach 5A bis 5C.
4 zeigt eine Isolationskappe 70 zur Bildung eines Ringsegments eines gemäß 1 oder ähnlich aufgebauten Stators oder Rotors eines Elektromotors, die aus einem harten Kappen-Grundkörper 71 und einem an diesen angeformten weichen Drahtauflagekissen 73 gebildet ist. In ihrer Grundform ist eine derartige Isolationskappe an sich bekannt, so dass von einer genaueren Beschreibung hier Abstand genommen wird. Zu erkennen sind in das Drahtauflagekissen 73 an den Seitenflanken eingeformte Drahtauflagerillen 73a, in denen im bewickelten (nicht dargestellten) Zustand jeweils eine Lage Wickeldraht sicher positioniert und im Wesentlichen frei von Luftspalten ruht. Die Drahtauflagerillen 73a können grundsätzlich überhaupt erst beim Bewickeln in die Flanken der Isolationskappe 70 eingeformt werden, oder es kann eine vorgeprägte Rillenstruktur geben, die beim Bewickeln entsprechend dem exakten Durchmesser und der Lage des Wickeldrahtes weiter ausdetailliert wird.
Die 5A bis 5C zeigen perspektivische Schnittansichten bzw. eine Längsschnittdarstellung einer weiteren Isolationskappe 70', die in ihrer Grundform weitgehend der Isolationskappe 70 gemäß 4 ähnelt und ebenso wie diese aus einem harten Kappen-Grundkörper 71' und einem weichen Drahtauflagekissen 73' aufgebaut ist. An den Flanken der Isolationskappe 70' hat der Kappen-Grundkörper 71' jeweils eine Gruppe von Ausnehmungen 71a', die von korrespondierend geformten Fortsätzen 73b' des Drahtauflagekissens 73 ausgefüllt sind. In diesen Bereichen kommt das Drahtauflagekissen in direkte Berührung mit der im montierten Zustand der Isolationskappe darunterliegenden Oberfläche des zugehörigen Trägerzahnes, was die Wärmeübertragung verbessert.
Gleichfalls im Interesse einer verbesserten Wärmeübertragung ist die weitgehende Ausführung des Kopf- oder Brückenabschnittes 75' der Isolationskappe als Teil des weichen Drahtauflagekissens. Dieser weiche Kopfabschnitt 75' hat einen über die jochartige Grundform der Isolationskappe 70' vorstehenden Fortsatz 77'. Wie in der Ausschnittdarstellung des montierten Ringsegmentes 1' in 5C zu erkennen ist, greift das freie Ende des Fortsatzes 77' in einem Eingriffsbereich 77'/11 in eine entsprechende Rille in einem Motorgehäuse 11 ein. Über den Fortsatz 77' erfolgt somit einerseits auch eine Wärmeübertragung zum Motorgehäuse und andererseits eine gewisse mechanische Fixierung in diesem. Es ist anzumerken, dass in einer anderen Ausführung der Fortsatz am Kopfbereich der Isolationskappe auch aus dem harten und eine höhere Festigkeit auf weisenden Material des Kappen-Grundkörpers gebildet sein kann.
6 zeigt eine Wandlung der Ausführung nach 5A bis 5C, die in der Einbettung eines Profilteils 79' aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z. B. Cu) in den Fortsatz 77' zur weiteren Absenkung des Wärmedurchgangswiderstands zwischen Wickelkopf und Motorgehäuse besteht. Das Profilteil 79' ist hier in das weiche Material des Drahtauflagekissens eingebettet, es könnte in der o. a. anderen Ausführung aber auch in das harte Material des Kappen-Grundkörpers eingebettet sein.
Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2006/0022549 [0002]
JP 2004/140964 [0002]

Claims

Elektromotor, insbesondere Stell- oder Antriebsmotor in einem Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug, mit einem Stator (3) und einem Rotor, wobei der Stator und/oder der Rotor modular aus einer Mehrzahl von über den Umfang angeordneten Ringsegmenten (1) aufgebaut ist, die jeweils einen Trägerzahn (5) aufweisen, der mit Wicklungsdraht (9) bewickelt und mit einer Isolationskappe (7; 70; 70') zur elektrischen Isolation des Wicklungsdrahtes gegenüber dem Trägerzahn versehen ist, wobei die Isolationskappen jeweils einen durch den Wickeldraht formbaren Drahtauflagebereich (73; 73') aufweisen.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Isolationskappen einen harten Kappen-Grundkörper (71; 71) und ein an diesen angeformtes oder angesetztes weiches Drahtauflagekissen (73; 73'), insbesondere aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, aufweisen.
Elektromotor nach Anspruch 2, wobei die Drahtauflagekissen (73') sich in Ausnehmungen (71a') des Kappen-Grundkörpers bis zu einer ersten Trägerzahn-Kontaktfläche der Isolationskappe erstreckende erste Fortsätze (73b') aufweisen.
Elektromotor nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Isolationskappen (70') einen Kopfabschnitt (75') aufweisen, der einen zweiten Fortsatz (77') des formbaren Drahtauflagebereiches (73') umfasst, welcher eine zweite Trägerzahn-Kontaktfläche bildet.
Elektromotor nach Anspruch 3 oder 4, wobei die ersten Fortsätze (73b') und/oder der zweite Fortsatz (77') derart dimensioniert und materialseitig ausgebildet sind, dass sie den angrenzenden Trägerzahnbereich spaltfrei berühren und eine Wärmebrücke zu diesem ausprägen.
Elektromotor nach Anspruch 4 oder 5, wobei der zweite Fortsatz (77') sich bis in einen angrenzenden Motorgehäuseabschnitt (11) hinein erstreckt.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 4 oder 6, wobei in den Kappen-Grundkörper (71') und/oder den zweiten Fortsatz (77') eine Einlage (79') mit hoher Wärmeleitfähigkeit eingesetzt ist.
Elektromotor nach Anspruch 7, wobei die Einlage (79') aus einem Metall, insbesondere Kupfer, besteht.
Elektromotor nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Einlage (79') in den zweiten Fortsatz (77') derart eingebettet ist, dass sie von dessen elektrisch isolierendem Material allseitig umschlossen ist.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der formbare Drahtauflagebereich eine vorgeformte Rillenstruktur aufweist.
Isolationskappe (70; 70') eines Elektromotors nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den Schritten: – Bereitstellen einer Mehrzahl von Trägerzähnen, – Bereitstellung einer entsprechenden Mehrzahl von Isolationskappen, die jeweils einen durch einen Wickeldraht formbaren Drahtauflagebereich aufweisen, – Aufsetzen jeweils einer Isolationskappe auf einen Trägerzahn, – Bewickeln des mit der Isolationskappe versehenen Trägerzahns mit Wickeldraht und – Zusammensetzen der mit dem Wickeldraht bewickelten und somit jeweils ein Ringsegment bildenden Trägerzähne zu einem Ring, der den Stator oder Rotor des Elektromotors bildet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Bereitstellens der Mehrzahl von Isolationskappen jeweils das Formen, insbesondere Spritzgießen, der Isolationskappe aus einem harten Kappen-Grundkörper und einem an diesen angeformten weichen Drahtauflagekissen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Schritt des Bereitstellens der Mehrzahl von Isolationskappen jeweils das Einsetzen einer Einlage mit hoher Wärmeleitfähigkeit in eine Form zur Formung der Isolationskappe, insbesondere eine Spritzgießform, aufweist.