DE102011085051A1 - Method for thermally binding stator winding head to stator housing of e.g. generator, involves impregnating thermally conductive filler and stator winding by impregnation unit after insertion of thermally conductive filler - Google Patents

Method for thermally binding stator winding head to stator housing of e.g. generator, involves impregnating thermally conductive filler and stator winding by impregnation unit after insertion of thermally conductive filler Download PDF

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Abstract

The method involves introducing a heat-conducting and electrically insulating filler between stator winding (7) and stator housing (9). The thermally conductive filler and stator winding are impregnated by an impregnation unit after insertion of the thermally conductive filler. A sealing element is arranged in a cylindrical recess portion of the stator housing. An insulative coating is directly applied inside surface of the stator housing. An independent claim is included for electrical machine.

Description

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Maschinen (EM) wie z.B. Elektromotoren und Generatoren mit einem Stator und einem Rotor werden in nahezu allen Bereichen der Technik verwendet. Dabei ist die Leistungsfähigkeit einer EM zum Teil durch ihre Kühlbarkeit beschränkt. Insbesondere kann die Leistungsfähigkeit der EM durch die Kühlbarkeit der Statorwicklung begrenzt sein. Electric machines (EM) such as e.g. Electric motors and generators with a stator and a rotor are used in almost all areas of technology. The performance of an EM is limited in part by its coolability. In particular, the performance of the EM can be limited by the coolability of the stator winding.

Die Kühlbarkeit der Statorwicklung kann dadurch verbessert werden, dass die Statorwicklungen mit einem wärmeleitenden Material zum Statorgehäuse verbunden werden. Der Kühlungseffekt kann dabei von der Zusammensetzung des verwendeten Vergußmaterials und vom Abstand der Statorwicklung vom Gehäuse abhängen. The coolability of the stator winding can be improved by connecting the stator windings with a thermally conductive material to the stator housing. The cooling effect may depend on the composition of the potting material used and the distance of the stator winding from the housing.

Bei einem bekannten Verfahren zum Vergießen der Statorwicklung wird zunächst die Statorwicklung imprägniert und ausgehärtet. Anschließend wird erwärmtes Vergußmaterial in das Gehäuse eingebracht und der Stator in das Gehäuse eingepresst. Schließlich wird der Verguß ausgehärtet. In a known method for casting the stator winding, the stator winding is first impregnated and cured. Subsequently, heated potting material is introduced into the housing and the stator is pressed into the housing. Finally, the casting is cured.

Das Vergußmaterial weist dabei in der Regel eine Mischung aus Harz und Keramikpartikeln mit guter Wärmeleitfähigkeit auf. Je mehr Keramikpartikel im Vergußmaterial enthalten sind, desto besser wird seine Wärmeleitfähigkeit. Allerdings steigt damit auch die Viskosität des Vergußmaterials, die z.B. ab einem bestimmten Viskositätswert ein optimales Umhüllen der Statorwicklung mit Vergußmaterial verhindert. Daher wird bei der Auswahl der Zusammensetzung des Vergußmaterials ein Kompromiss zwischen den Wärmeleiteigenschaften und den Fließeigenschaften des Vergußmaterials geschlossen.The potting material generally has a mixture of resin and ceramic particles with good thermal conductivity. The more ceramic particles are contained in the potting material, the better its thermal conductivity. However, this also increases the viscosity of the potting material, e.g. from a certain viscosity value prevents optimal wrapping of the stator winding with potting material. Therefore, when choosing the composition of the potting material, a compromise is made between the heat conduction properties and the flow characteristics of the potting material.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es kann daher ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren zur thermischen Anbindung von Statorwicklungen an das Stator-Gehäuse und an einer entsprechenden elektrischen Maschine bestehen, die eine technisch einfachere, ggf. effizientere und kostengünstigere Wärmeableitung von den Statorwicklungen ermöglichen. There may therefore be a need for an improved method for the thermal connection of stator windings to the stator housing and to a corresponding electrical machine, which allow a technically simpler, possibly more efficient and more cost-effective heat dissipation from the stator windings.

Diese Aufgabe kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This object can be achieved by the subject matter of the present invention according to the independent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.

Im Folgenden werden Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile einer Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Detail diskutiert.In the following, features, details and possible advantages of a device according to embodiments of the invention will be discussed in detail.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum thermischen Anbinden eines Stator-Wickelkopfes an ein Stator-Gehäuse einer elektrischen Maschine vorgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Einbringen eines wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Füllstoffs zwischen dem Stator-Wickelkopf und dem Stator-Gehäuse; und gleichzeitige Imprägnierung des wärmeleitenden Füllstoffs und des Stator-Wickelkopfes mittels eines Imprägnierstoffs nach dem Einbringen des wärmeleitenden Füllstoffs.According to a first aspect of the invention, a method for thermal bonding of a stator winding head to a stator housing of an electrical machine is presented. The method comprises the following steps: introducing a heat-conducting and electrically insulating filler between the stator winding head and the stator housing; and simultaneous impregnation of the heat-conductive filler and the stator winding head by means of a impregnating substance after introduction of the heat-conductive filler.

Anders ausgedrückt basiert die Idee der vorliegenden Erfindung darauf, zunächst einen wärmeleitenden Füllstoff, wie z.B. ein Keramikpulver oder eine isolierende Beschichtung in das Stator-Gehäuse einzufüllen bzw. einzubringen und anschließend in einem einzelnen Verfahrensschritt sowohl den Füllstoff als auch die Wickelungen des Stator-Wickelkopfes z.B. mit einem Harz oder einem Silikon zu imprägnieren. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren werden zwei unterschiedliche Materialien getrennt in das Gehäuse eingebracht und erst im Gehäuse kombiniert bzw. vermischt.In other words, the idea of the present invention is based on first preparing a thermally conductive filler, such as e.g. to introduce a ceramic powder or an insulating coating in the stator housing and then in a single process step both the filler and the windings of the stator winding head, for. impregnated with a resin or a silicone. In contrast to known methods, two different materials are introduced separately into the housing and first combined or mixed in the housing.

Durch die Trennung der Verfahrensschritte kann z.B. eine bessere thermische Anbindung dadurch erreicht werden, dass das oben dargestellte Problem der hohen Viskosität des Vergußmaterials umgangen wird, indem z.B. zunächst ein Pulver mit hoher Wärmeleitfähigkeit zwischen Stator-Gehäuse und Statorwicklung gefüllt wird, das in alle Lücken und Zwischenräume gut vordringen kann und erst anschließend separat ein Imprägnierstoff aufgefüllt wird. Der Imprägnierstoff kann dabei ausreichend flüssig sein, da seine Viskosität nicht durch zusätzliche Partikel mit hoher Wärmeleitfähigkeit erhöht wird. By separating the process steps, e.g. a better thermal connection can be achieved by circumventing the problem of the high viscosity of the potting material presented above, e.g. First, a powder with high thermal conductivity between the stator housing and stator winding is filled, which can penetrate well into all gaps and gaps and only then an impregnating agent is filled separately. The impregnating agent may be sufficiently liquid, since its viscosity is not increased by additional particles with high thermal conductivity.

Durch die Imprägnierung wird einerseits die Festigkeit der Statorwicklungen erhöht, andererseits werden diese elektrisch isoliert. Die Imprägnierung des Füllmaterials bietet Schutz vor Umwelteinflüssen. Durch die gleichzeitige Imprägnierung der Statorwicklungen und des wärmeleitfähigen Füllmaterials können Verfahrensschritte eingespart werden. The impregnation on the one hand increases the strength of the stator windings, on the other hand they are electrically insulated. The impregnation of the filling material offers protection against environmental influences. By the simultaneous impregnation of the stator windings and the thermally conductive filler process steps can be saved.

Durch die Optimierung der thermischen Anbindung des Stator-Wickelkopfes kann der Wärmeabtransport bzw. die Kühlung der elektrischen Maschine verbessert werden. Hierdurch kann die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine erhöht werden.By optimizing the thermal connection of the stator winding head, the heat dissipation or the cooling of the electrical machine can be improved. As a result, the performance of the electrical machine can be increased.

Die elektrische Maschine kann ein elektrischer Motor oder Generator mit einem Stator und einem Rotor sein. Der Rotor kann drehfest mit einer Motorwelle verbunden sein. Der Stator weist dabei Statorwicklungen auf, die zu einzelnen Stator-Wickelköpfen zusammengefasst sein können. Die Statorwicklungen können in Nuten eines Blechpakets angeordnet sein. Die Stator-Wickelköpfe können in einem Stator-Gehäuse angeordnet sein. Das Stator-Gehäuse kann einem Gehäuse der elektrischen Maschine entsprechen, wenn der Rotor vom Stator umgeben angeordnet ist. Die Statorwicklungen können Kupfer und das Stator-Gehäuse Aluminium aufweisen. Die elektrische Maschine kann dabei zum Beispiel als Motor eines Hybrid- oder eines Elektrofahrzeugs eingesetzt werden.The electric machine may be an electric motor or generator with a stator and a rotor. The rotor may be rotatably connected to a motor shaft. The stator points Stator windings, which may be combined to form individual stator winding heads. The stator windings can be arranged in grooves of a laminated core. The stator winding heads can be arranged in a stator housing. The stator housing may correspond to a housing of the electrical machine when the rotor is arranged surrounded by the stator. The stator windings may comprise copper and the stator housing aluminum. The electric machine can be used for example as the engine of a hybrid or an electric vehicle.

Der Imprägnierstoff kann z.B. Polyesterharze, Epoxide oder Silikone aufweisen. Insbesondere kann der Imprägnierstoff als Imprägnierharz, wie z.B. DuPont Herberts Electro® oder DuPont Voltatex® ausgeführt sein. Dabei kann der Imprägnierstoff ebenfalls eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit z.B. 0,6 W/mK oder 1,2 W/mK aufweisen. The impregnating material may comprise, for example, polyester resins, epoxies or silicones. In particular, the impregnation material as an impregnating resin may be such as DuPont Herberts ® Electro or DuPont ® Voltatex executed. In this case, the impregnating material may also have the highest possible thermal conductivity, for example 0.6 W / mK or 1.2 W / mK.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner Verdichten des wärmeleitenden Füllstoffs auf. Dabei ist der wärmeleitende Füllstoff als Pulver ausgeführt.According to an embodiment of the invention, the method further comprises compressing the thermally conductive filler. The thermally conductive filler is designed as a powder.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner Anordnen eines Abdichtelements in einer zylinderförmigen Ausnehmung des Stator-Gehäuses auf. Das Abdichtelement ist dabei ausgeführt, ein Auslaufen des wärmeleitenden Füllstoffs und/oder des Imprägnierstoffs an eine für einen Rotor vorgesehene Stelle zu verhindern. According to a further exemplary embodiment of the invention, the method further comprises arranging a sealing element in a cylindrical recess of the stator housing. The sealing element is designed to prevent leakage of the heat-conducting filler and / or the impregnating material to a location provided for a rotor.

Das Pulver kann ein elektrisch isolierendes und thermisch gut leitfähiges Material aufweisen. Z.B. kann das Pulver Keramikpartikel, wie Siliciumcarbid (SiC) oder Berylliumoxid (BeO) aufweisen. Dabei kann das Pulvermaterial z.B. eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 10 W/mK aufweisen.The powder may have an electrically insulating and thermally highly conductive material. For example, For example, the powder may include ceramic particles such as silicon carbide (SiC) or beryllium oxide (BeO). The powder material may be e.g. have a thermal conductivity of more than 10 W / mK.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann zunächst der Stator-Wickelkopf im Stator-Gehäuse positioniert werden. Optional kann ein z.B. zylinderförmiges Abdichtelement z.B. aus Gummi- oder Silikonmaterial an die für den Rotor vorgesehene Stelle im Stator-Gehäuse platziert werden. Anschließend wird das Pulver in einen Spalt bzw. eine Lücke zwischen Stator-Wickelkopf und Stator-Gehäuse eingestreut bzw. eingefüllt und verdichtet. Schließlich wird zeitgleich sowohl der Stator-Wickelkopf als auch die Pulverfüllung imprägniert. Ferner kann ein Aushärtungsschritt folgen. In this embodiment, first, the stator winding head can be positioned in the stator housing. Optionally, a e.g. cylindrical sealing element e.g. made of rubber or silicone material are placed on the space provided for the rotor in the stator housing. Subsequently, the powder is interspersed or filled in a gap or a gap between the stator winding head and the stator housing and compacted. Finally, at the same time, both the stator winding head and the powder filling are impregnated. Further, a curing step may follow.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der wärmeleitende Füllstoff als elektrisch isolierende Beschichtung ausgeführt. Die isolierende Beschichtung ist dabei direkt auf eine Innenfläche des Stator-Gehäuses aufgebracht.According to a further embodiment, the heat-conductive filler is designed as an electrically insulating coating. The insulating coating is applied directly to an inner surface of the stator housing.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann dank der isolierenden Beschichtung der Abstand des Stator-Wickelkopfes zum Stator-Gehäuse minimiert und dadurch die Wärmeleitfähigkeit zusätzlich erhöht werden. Das Gehäuse kann dabei kleiner als sonst, d.h. mit einem geringeren Durchmesser ausgeführt werden. Ohne die isolierende Beschichtung ist ein Sicherheits-Isolationsabstand von ca. 2 bis 3 mm nötig um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Aluminium des Stator-Gehäuses und dem Kupfer der Stator-Wicklungen zu verhindern. Die elektrisch isolierende Beschichtung ermöglicht es, den Stator-Wickelkopf beim Einpressen in das Gehäuse direkt zu formen, da nun ein Kontakt zwischen dem von innen isolierten Stator-Gehäuse und dem Stator-Wickelkopf möglich ist.In this embodiment, thanks to the insulating coating, the distance of the stator winding to the stator housing can be minimized and thereby the thermal conductivity can be further increased. The housing may be smaller than usual, i. be made with a smaller diameter. Without the insulating coating, a safety insulation distance of about 2 to 3 mm is necessary to prevent electrical contact between the aluminum of the stator housing and the copper of the stator windings. The electrically insulating coating makes it possible to directly form the stator winding head when pressed into the housing, since now a contact between the stator housing insulated from the inside and the stator winding head is possible.

Die elektrisch isolierende Beschichtung kann z.B. gut haftend, dünn, thermisch gut leitend und elektrisch isolierend sein. Beispielsweise kann die Beschichtung Aluminiumoxid (Al2O3) und/oder ein Epoxid aufweisen. Dabei kann die Beschichtung z.B. mittels eines Plasmabeschichtungsverfahrens aufgebracht werden. Die Schichtdicke kann dabei z.B. zwischen 0,1 und 0,9 mm betragen. Insbesondere ist die Beschichtung 0,3 mm dick. Dabei kann ein Abstand zwischen Stator-Gehäuse und Stator-Wickelkopf z.B. von 2 bis 5 mm auf ca. 0,5 bis 1,5 mm verringert werden, indem ein Gehäuse mit geringerem Durchmesser verwendet wird. The electrically insulating coating can be, for example, good adhesion, thin, good thermal conductivity and electrically insulating. For example, the coating may comprise aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and / or an epoxide. In this case, the coating can be applied, for example, by means of a plasma coating method. The layer thickness can be between 0.1 and 0.9 mm, for example. In particular, the coating is 0.3 mm thick. In this case, a distance between the stator housing and stator winding head, for example, from 2 to 5 mm can be reduced to about 0.5 to 1.5 mm by a housing with a smaller diameter is used.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Formen des Stator-Wickelkopfes durch Einpressen des Stator-Wickelkopfes in das Stator-Gehäuse auf.According to a further embodiment of the invention, the method further comprises forming the stator winding head by pressing the stator winding head into the stator housing.

Dabei kann zunächst die elektrisch isolierende Beschichtung in das Stator-Gehäuse eingebracht werden und anschließend der Stator in das Stator-Gehäuse eingepresst werden. Der Stator-Wickelkopf liegt dabei auf der isolierenden Beschichtung auf und wird direkt durch das Stator-Gehäuse in eine passende Form gebracht. Schließlich kann der Imprägnierstoff in das Stator-Gehäuse eingebracht werden. Durch den Imprägnierstoff werden die einzelnen Drähte des Stator-Wickelkopfs untereinander und mit der elektrisch isolierenden Beschichtung am Stator-Gehäuse verbunden.In this case, initially the electrically insulating coating can be introduced into the stator housing and then the stator can be pressed into the stator housing. The stator winding head rests on the insulating coating and is brought directly into a suitable shape through the stator housing. Finally, the impregnating material can be introduced into the stator housing. As a result of the impregnating substance, the individual wires of the stator winding head are connected to one another and to the electrically insulating coating on the stator housing.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der wärmeleitende Füllstoff als ringförmiges Element ausgeführt. Das ringförmige Element ist dabei derart dimensioniert, dass ein Zwischenraum zwischen Stator-Gehäuse und Stator-Wickelkopf ausgefüllt ist. According to a further embodiment of the invention, the heat-conductive filler is designed as an annular element. The annular element is dimensioned such that a gap between the stator housing and stator winding head is filled.

Das Ringsegment-Bauteil kann z.B. rohrförmig ggf. mit Längsschlitzen ausgeführt sein. Im Querschnitt kann ein Ringsegment-Bauteil ein Ringsegment oder einen vollen geschlossenen Kreis darstellen. Dabei können in dem Spalt zwischen Stator-Gehäuse und Stator-Wickelkopf mehrere Ringsegment-Bauteile angeordnet sein, die zu einem Ring zusammengefügt werden können. Z.B. können zwei halbkreisförmige Ringsegment-Bauteile im Zwischenraum angeordnet sein. Die Ringsegment-Bauteile können ferner an einem Ende geschlossen sein. Z.B. kann ein Ringsegment-Bauteil becherförmig ausgeführt sein, so dass der Stator-Wickelkopf durch eine Öffnung in das Ringsegment-Bauteil eingefügt werden kann und von allen übrigen Seiten vom Ringsegment-Bauteil umgeben ist. Dabei berührt der Stator-Wickelkopf das Ringsegment-Bauteil. Insbesondere kann der Stator-Wickelkopf beim Einpressen des Stators durch das Ringsegment-Bauteil geformt sein.The ring segment component may, for example, be tubular, possibly with longitudinal slots. In cross-section, a ring segment component may be a ring segment or a full closed circle represent. In this case, a plurality of ring segment components can be arranged in the gap between the stator housing and the stator winding head, which can be joined together to form a ring. For example, two semicircular ring segment components may be arranged in the intermediate space. The ring segment components may also be closed at one end. For example, a ring segment component may be cup-shaped, so that the stator winding head can be inserted through an opening in the ring segment component and is surrounded by all other sides of the ring segment component. The stator winding head touches the ring segment component. In particular, the stator winding head can be formed during the pressing of the stator by the ring segment component.

Das Ringsegment-Bauteil kann die gleichen Materialien wie das oben beschriebene Pulver aufweisen, elektrisch isolierend und thermisch gut leitfähig sein. Dabei sind die Ringsegment-Bauteile ausgeführt, einen thermisch zu überbrückenden Abstand zwischen Stator-Wickelkopf und Stator-Gehäuse zu überbrücken.The ring segment component may comprise the same materials as the powder described above, be electrically insulating and thermally highly conductive. In this case, the ring segment components are designed to bridge a thermally bridged distance between the stator winding head and stator housing.

Zunächst kann das Ringsegment-Bauteil in das Stator-Gehäuse eingebracht werden. Dann kann der Stator in das Gehäuse eingefügt werden. Das Ringsegment-Bauteil füllt dabei den Zwischenraum zwischen Stator-Gehäuse und Stator-Wickelkopf möglichst vollständig bzw. optimal aus. Schließlich erfolgt die Imprägnierung.First, the ring segment component can be introduced into the stator housing. Then the stator can be inserted into the housing. The ring segment component fills the gap between the stator housing and stator winding head as completely as possible or optimally. Finally, the impregnation takes place.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Ringsegment-Bauteil ein elastisches Material auf. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Ringsegment-Bauteil als elastische Folie oder als Knetmasse ausgeführt. Z.B. kann das Ringsegment-Bauteil als Wärmeleitfolie ausgeführt sein. Diese kann zum Ausgleichen von Fertigungstoleranzen des Stator-Gehäuses beitragen.According to a further exemplary embodiment of the invention, the ring segment component has an elastic material. According to a further embodiment of the invention, the ring segment component is designed as an elastic film or as a plasticine. For example, the ring segment component can be designed as a heat conducting foil. This can contribute to the compensation of manufacturing tolerances of the stator housing.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine vorgestellt. Die elektrische Maschine weist einen Stator und ein Stator-Gehäuse, in dem der Stator angeordnet ist auf. Der Stator weist mindestens einen Stator-Wickelkopf auf, der mittels des oben dargestellten Verfahrens thermisch an das Stator-Gehäuse angebunden ist.According to a second aspect of the invention, an electric machine is presented. The electric machine has a stator and a stator housing in which the stator is arranged on. The stator has at least one stator winding head, which is thermally connected to the stator housing by means of the method described above.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.Other features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of exemplary embodiments, which are not to be construed as limiting the invention with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt Details einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 1 shows details of an electric machine according to an embodiment of the invention

2 zeigt eine elektrische Maschine während unterschiedlicher Schritte eines Herstellungsverfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel 2 shows an electric machine during different steps of a manufacturing method according to a first embodiment

3 zeigt eine elektrische Maschine während unterschiedlicher Schritte eines Herstellungsverfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel 3 shows an electric machine during different steps of a manufacturing method according to a second embodiment

4 zeigt eine elektrische Maschine während unterschiedlicher Schritte eines Herstellungsverfahrens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel 4 shows an electric machine during different steps of a manufacturing method according to a third embodiment

5 zeigt eine elektrische Maschine während unterschiedlicher Schritte eines Herstellungsverfahrens gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel 5 shows an electric machine during different steps of a manufacturing method according to a fourth embodiment

6 zeigt eine elektrische Maschine während unterschiedlicher Schritte eines Herstellungsverfahrens gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel 6 shows an electric machine during different steps of a manufacturing method according to a fifth embodiment

Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen. All figures are merely schematic representations of devices according to the invention or of their components according to embodiments of the invention. In particular, distances and size relationships are not shown to scale in the figures. In the various figures, corresponding elements are provided with the same reference numbers.

In 1A ist ein Querschnitt durch einen Teil einer elektrischen Maschine 1 dargestellt. Die elektrische Maschine 1 weist einen Stator 3 auf, der in 1A als Blechpaket 15 mit Wicklung 8 ausgeführt ist. Das Blechbaket 15 kann auch als Lamellenpaket bezeichnet werden. Ferner weist die elektrische Maschine 1 einen Rotor 5 auf, der drehfest mit einer Welle 17 verbunden ist. Der Stator 3 weist Stator-Wickelköpfe 7 aus Kupfer und ein Stator-Gehäuse 9 aus Aluminium auf. Zwischen dem Stator-Gehäuse 9 und dem Stator-Wickelkopf 7 ist ein Zwischenraum 31 vorhanden, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Stator-Gehäuse 9 und dem Stator-Wickelkopf 7 zu vermeiden. 1B zeigt eine plastische Schnitt-Ansicht durch das Stator-Gehäuse 9. Dabei sind weder der Stator 3 noch der Rotor 5 im Stator-Gehäuse 9 angeordnet. In 1A is a cross section through a part of an electrical machine 1 shown. The electric machine 1 has a stator 3 on that in 1A as a laminated core 15 with winding 8th is executed. The sheet metal package 15 can also be referred to as a plate pack. Furthermore, the electric machine has 1 a rotor 5 on, the rotation with a shaft 17 connected is. The stator 3 has stator winding heads 7 made of copper and a stator housing 9 made of aluminum. Between the stator housing 9 and the stator winding 7 is a gap 31 present to an electrical contact between the stator housing 9 and the stator winding 7 to avoid. 1B shows a plastic sectional view through the stator housing 9 , Neither are the stator 3 still the rotor 5 in the stator housing 9 arranged.

Die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine kann von der Kühlbarkeit des Stator-Wickelkopfes 7 abhängen. Die Kühlung kann dabei z.B. zu 80% durch Wärmeleitung vom Statordraht über eine Nutisolation und ein Blechpaket an das Stator-Gehäuse 9 und von dort aus an ein Kühlfluid erfolgen. Das Blechpaket 15 bzw. die Lamellen eines Statoreisens sind dabei z.B. in 2 bis 6 angedeutet. Ferner können z.B. 20% der Kühlleisung am Stator-Wickelkopf 7 über Konvektion der inneren Luft an ein Innengehäuse im Wickelkopfraum abgegeben werden. Die Wärmeabfuhr von Stator-Wickelkopf 7 kann durch eine Erhöhung der Konvektion z.B. mit Hilfe von Lüftern und/oder durch ein offenes Gehäuse mit kühler Luft von außen erhöht werden. Ferner kann die Kühlung des Stator-Wickelkopfes 7 dadurch verbessert werden, dass in den Zwischenraum 31 ein gut wärmeleitfähiges Material eingebracht wird. Die 2 bis 6 beschreiben die einzelnen Schritte, wie das wärmeleitfähige Material in den Zwischenraum 31 eingebracht werden kann. Dabei wird bei allen Ausführungsbeispielen zunächst ein wärmeleitender Füllstoffs 11 zwischen dem Stator-Wickelkopf 7 und dem Stator-Gehäuse 9 eingebracht. Anschließend werden sowohl der wärmeleitende Füllstoff 11 als auch der Stator-Wickelkopfe 7 mittels eines Imprägnierstoffs 13 imprägniert.The performance of the electric machine can be improved by the coolability of the stator winding 7 depend. The cooling can be eg 80% by heat conduction from the stator wire via a slot insulation and a laminated core to the stator housing 9 and from there to a cooling fluid. The laminated core 15 or the slats of a stator iron are eg in 2 to 6 indicated. Furthermore, for example, 20% of the cooling power at the stator winding head 7 via convection of the internal air to a Inner housing in the winding head space are discharged. The heat dissipation of stator winding head 7 can be increased by increasing the convection, for example by means of fans and / or by an open housing with cool air from the outside. Furthermore, the cooling of the stator winding head 7 be improved by that in the interspace 31 a good heat conductive material is introduced. The 2 to 6 describe the individual steps as the thermally conductive material in the gap 31 can be introduced. In all embodiments, a thermally conductive filler is initially used 11 between the stator winding head 7 and the stator housing 9 brought in. Subsequently, both the thermally conductive filler 11 as well as the stator winding heads 7 by means of an impregnating substance 13 impregnated.

In 2 ist ein Verfahren zum thermischen Anbinden des Stator-Wickelkopfes 7 an das Stator-Gehäuse 9 gezeigt, bei dem die Wärmeableitung dadurch optimiert wird, dass zwei verschiedene Materialien 11, 13 separat in den Zwischenraum 31 eingebracht werden. Dabei wird zunächst ein Pulver 23 mit hoher Wärmeleitfähigkeit in den Zwischenraum 31 eingebracht und anschließend ein Imprägnierharz 13.In 2 is a method for thermal bonding of the stator winding head 7 to the stator housing 9 shown in which the heat dissipation is optimized by using two different materials 11 . 13 separately in the gap 31 be introduced. First, a powder 23 with high thermal conductivity in the interspace 31 introduced and then an impregnating resin 13 ,

Als ersten Schritt des Verfahrens wird der Stator 3 im Stator-Gehäuse 9 angeordnet. Ferner wird ein Abdichtelement 19 in einer zylinderförmigen Ausnehmung 21 des Stator-Gehäuses 9 angeordnet. Das Abdichtelement 19 kann dazu dienen ein Auslaufen der in den Zwischenraum 31 gefüllten Materialien 11, 13 zu verhindern. Ferner können die Materialien 11, 13 ggf. durch das Abdichtelement 19 in den Zwischenraum 31 eingefüllt werden. 2A zeigt einen Querschnitt durch die elektrische Maschine 1 nach anbringen des Abdichtteils 19. Danach wird das Pulver 23 als wärmeleitender Füllstoff 11 in den Zwischenraum 31 eingebracht und verdichtet. Dies ist in 2B dargestellt. Anschließend wird der Imprägnierstoff 13 eingefüllt. Dieser tränkt und verbindet die Pulverpartikel und umgibt schützend die Statordrähte. Schließlich folgt ein Aushärtungsschritt, woraufhin das Abdichtelement 19 entfernt wird. Dieses Verfahren kann für die in 2 gezeigten oberen und unteren Stator-Wickelköpfe 7 gleichzeitig durchgeführt werden.The first step in the process is the stator 3 in the stator housing 9 arranged. Furthermore, a sealing element 19 in a cylindrical recess 21 of the stator housing 9 arranged. The sealing element 19 can serve a leakage in the gap 31 filled materials 11 . 13 to prevent. Furthermore, the materials 11 . 13 possibly through the sealing element 19 in the gap 31 be filled. 2A shows a cross section through the electric machine 1 after attaching the sealing part 19 , After that, the powder becomes 23 as a heat-conducting filler 11 in the gap 31 introduced and compacted. This is in 2 B shown. Subsequently, the impregnating agent 13 filled. This impregnates and binds the powder particles and protectively surrounds the stator wires. Finally, a curing step, followed by the sealing element 19 Will get removed. This procedure can be used for in 2 shown upper and lower stator winding heads 7 be carried out simultaneously.

In 3 ist eine alternative Vorgehensweise zur 2 gezeigt, die z.B. sequentiell zunächst für die unteren und anschließend für die oberen Stator-Wickelköpfe 7 durchgeführt werden kann. Dabei wird im ersten Schritt wie in 3A gezeigt der wärmeleitende Füllstoff 11 als Pulver 23 in das leere Stator-Gehäuse 9 eingebracht. In einem weiteren Schritt wird der Stator 3 in das Stator-Gehäuse 9 gefügt und z.B. die unteren Stator-Wickelköpfe 7 werden vom Pulver 23 umgeben. Dabei wird das Pulver 23 verdichtet. Dies ist in 3B dargestellt. Anschließend findet eine Imprägnierung mit einem Imprägnierstoff 13 statt. Das Pulver 23 und die Kupferdrähte des Stator-Wickelkopfs 7 werden dabei gleichzeitig imprägniert. Dies ist in 3C gezeigt. Als letzten Schritt kann eine Aushärtung folgen. Im Gegensatz zum in 2 dargestellten Verfahren kann auf ein Abdichtelement 19 verzichtet werden.In 3 is an alternative approach to 2 shown, for example, sequentially first for the lower and then for the upper stator winding heads 7 can be carried out. It is in the first step as in 3A shown the thermally conductive filler 11 as a powder 23 into the empty stator housing 9 brought in. In a further step, the stator 3 in the stator housing 9 joined and eg the lower stator windings 7 be from the powder 23 surround. This is the powder 23 compacted. This is in 3B shown. Subsequently, an impregnation with an impregnating substance takes place 13 instead of. The powder 23 and the copper wires of the stator winding 7 are impregnated at the same time. This is in 3C shown. The final step may be curing. Unlike in 2 illustrated method can be applied to a sealing element 19 be waived.

In 4 ist ein Verfahren dargestellt bei dem die Wärmeableitung vom Stator-Wickelkopf 7 dadurch optimiert wird, dass der Abstand zwischen Stator-Gehäuse 9 und Stator-Wickelkopf 7 verringert bzw. minimiert wird. In einem ersten Verfahrensschritt wird, wie in 4A gezeigt, eine gut haftende, dünne, thermisch gut leitende, elektrisch isolierende Beschichtung 25 als wärmeleitender Füllstoff 11 auf einer Innenfläche 27 des Stator-Gehäuses 9 im Zwischenraum 31 aufgebracht. Das Stator-Gehäuse 9 ist dabei kleiner als üblich bzw. keiner als in den Ausführungsbeispielen der 2, 3, 5 und 6 dimensioniert, so dass der Zwischenraum 31 zwischen Stator-Gehäuse 9 und Stator-Wickelkopf 7 kleiner ist und von der dünnen isolierenden Beschichtung 25 ausgefüllt ist. Nach dem Aufbringen der isolierenden Beschichtung 25 wird der Stator 3, wie in 4B gezeigt in das Stator-Gehäuse 9 gefügt. Der Stator-Wickelkopf 7 liegt dabei direkt auf der isolierenden Beschichtung 25 auf und wird beim Fügen in das Stator-Gehäuse 9 durch das Stator-Gehäuse 9 geformt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Imprägnierstoff 13 in den Zwischenraum 31 eingebracht. Hierbei werden die Kupferdrähte des Stator-Wickelkopfs 7 untereinander und mit der isolierenden Beschichtung 25 verbunden. Schließlich kann ein Aushärtungsschritt folgen.In 4 a method is shown in which the heat dissipation from the stator winding 7 This is optimized by the distance between the stator housing 9 and stator winding head 7 is reduced or minimized. In a first process step, as in 4A shown, a good adhesion, thin, thermally well conductive, electrically insulating coating 25 as a heat-conducting filler 11 on an inner surface 27 of the stator housing 9 in the space 31 applied. The stator housing 9 is smaller than usual or none than in the embodiments of 2 . 3 . 5 and 6 dimensioned so that the gap 31 between stator housing 9 and stator winding head 7 is smaller and of the thin insulating coating 25 is filled. After applying the insulating coating 25 becomes the stator 3 , as in 4B shown in the stator housing 9 together. The stator winding head 7 lies directly on the insulating coating 25 on and in joining in the stator housing 9 through the stator housing 9 shaped. In a further process step, the impregnating substance 13 in the gap 31 brought in. Here are the copper wires of the stator winding 7 with each other and with the insulating coating 25 connected. Finally, a curing step may follow.

Im Unterschied zu in 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist im Ausführungsbeispiel in 5 der wärmeleitende Füllstoff 11 nicht als Pulver 23 sondern als Formteil, insbesondere als Ringsegment-Bauteil 29 ausgeführt. 5A zeigt rechts unten einen Querschnitt entlang einer ersten Ebene durch das Ringsegment-Bauteil 29, das aus vier einzelnen Segmenten besteht. Links in 5A ist ein Querschnitt entlang einer zweiten Ebene, die zur ersten Ebene senkrecht ist gezeigt. Das Ringsegment-Bauteil 29 hat in der zweiten Ebene ein becherförmiges Design, so dass der Stator-Wickelkopf 7 von oben eingeführt werden kann. In einem ersten Verfahrensschritt werden die thermisch gut leitenden, elektrisch isolierenden Ringe bzw. Ringsegmente in den Zwischenraum 31 eingebracht. Dies ist in 5A angedeutet. Anschließend werden die Stator-Wickelköpfe 7 in das Stator-Gehäuse 9, wie in 5B gezeigt, gefügt bzw. gepresst. Dabei berührt das Ringsegment-Bauteil 29 sowohl das Stator-Gehäuse 9 als auch den Stator-Wickelkopf 7 und reduziert damit den thermisch zu überbrückenden Abstand. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Imprägnierstoff 13 eingebracht. Dieser verbindet die Kupferdrähte des Stator-Wickelkopfes 7 untereinander und mit dem Ringsegment-Bauteil 29, sowie das Ringsegment-Bauteil 29 mit dem Stator-Gehäuse 9.Unlike in 2 and 3 shown embodiments is in the embodiment in 5 the heat-conductive filler 11 not as a powder 23 but as a molded part, in particular as a ring segment component 29 executed. 5A bottom right shows a cross section along a first plane through the ring segment component 29 , which consists of four individual segments. Left in 5A Figure 12 is a cross section taken along a second plane perpendicular to the first plane. The ring segment component 29 has in the second level a cup-shaped design, so that the stator winding head 7 can be introduced from above. In a first method step, the thermally highly conductive, electrically insulating rings or ring segments in the space 31 brought in. This is in 5A indicated. Subsequently, the stator winding heads 7 in the stator housing 9 , as in 5B shown, joined or pressed. The ring segment component touches 29 both the stator housing 9 as well as the stator winding head 7 and thus reduces the distance to be thermally bridged. In a further process step, the impregnating substance 13 brought in. This connects the copper wires of the stator winding head 7 with each other and with the ring segment component 29 , as well as the ring segment component 29 with the stator housing 9 ,

Das Ausführungsbeispiel in 6 ist ähnlich zum Ausführungsbeispiel in 5. Allerdings wird in 6 eine elastische Folie 33 als wärmeleitender Füllstoff 11 verwendet. Die elastische Folie 33 kann z.B. eine Wärmeleitfolie wie sie z.B. bei Batteriepacks verwendet wird sein. Insbesondere kann die elastische Folie 33 z.B. Transtherm Tsoft3S mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2 W/mK sein. Ferner kann die elastische Folie 33 ein knetartiges Material, wie z.B. Saint Gobain DPL 3.0 mit einer Wärmeleitfähigkeit von 3 W/mK oder Foxtronic Gap Filler T Soft 3 ST mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2,3 W/mK aufweisen.The embodiment in 6 is similar to the embodiment in 5 , However, in 6 an elastic film 33 as a heat-conducting filler 11 used. The elastic film 33 For example, a heat-conducting foil such as that used in battery packs can be used. In particular, the elastic film 33 eg Transtherm Tsoft3S with a thermal conductivity of 2 W / mK. Furthermore, the elastic film 33 a kneading material, such as Saint Gobain DPL 3.0 with a thermal conductivity of 3 W / mK or Foxtronic Gap Filler T Soft 3 ST having a thermal conductivity of 2.3 W / mK.

Die elastische Folie 33 wird, wie in 6A gezeigt, im Stator-Gehäuse 9 angeordnet. Anschließend wird der Stator 3 mit den Stator-Wickelköpfen 7 in das Stator-Gehäuse 9 gefügt. Dabei passt sich die elastische Folie 33 an die Kontur des Stator-Wickelkopfes 7 und an das Stator-Gehäuse 9 an. Dies ist in 6B gezeigt. Durch Verformung der elastischen Folie 33 können Fertigungstoleranzen und unterschiedliche Ausdehnungen des Kupfers der Statorwicklung und des Aluminiums des Stator-Gehäuses ausgeglichen werden. Ferner kann die elastische Folie einen Wärmekontakt über die Lebensdauer der elektrischen Maschine 1 gewährleisten.The elastic film 33 will, as in 6A shown in the stator housing 9 arranged. Subsequently, the stator 3 with the stator windings 7 in the stator housing 9 together. At the same time, the elastic film adapts 33 to the contour of the stator winding head 7 and to the stator housing 9 at. This is in 6B shown. By deformation of the elastic film 33 Manufacturing tolerances and different dimensions of the copper of the stator winding and the aluminum of the stator housing can be compensated. Furthermore, the elastic foil can make thermal contact over the life of the electrical machine 1 guarantee.

Die Imprägnierung mit dem Imprägnierstoff 13 kann bei diesem Ausführungsbeispiel z.B. bereits vor dem Einfügen des Stators 3 in das Stator-Gehäuse 9 erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann eine Imprägnierung im Anschluss an das Einfügen des Stator-Wickelkopfes 7 in das Stator-Gehäuse 9 erfolgen. The impregnation with the impregnating substance 13 in this embodiment, for example, even before the insertion of the stator 3 in the stator housing 9 respectively. Additionally or alternatively, an impregnation following the insertion of the stator winding head 7 in the stator housing 9 respectively.

Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „aufweisend“ oder ähnliche nicht ausschließen sollen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Es wird ferner angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Umfang der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.Finally, it should be noted that terms such as "having" or the like are not intended to exclude that other elements or steps may be provided. It should also be noted that "a" or "an" does not exclude a multitude. In addition, features described in connection with the various embodiments may be combined with each other as desired. It is further noted that the reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.

Claims (9)

Verfahren zum thermischen Anbinden eines Stator-Wickelkopfes (7) an ein Stator-Gehäuse (9) einer elektrischen Maschine (1), das Verfahren aufweisend den folgenden Schritt Einbringen eines wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Füllstoffs (11) zwischen dem Stator-Wickelkopf (7) und dem Stator-Gehäuse (9); dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner aufweist Imprägnierung des wärmeleitenden Füllstoffs (11) und des Stator-Wickelkopfes (7) mittels eines Imprägnierstoffs (13) nach dem Einbringen des wärmeleitenden Füllstoffs (11).Method for thermal bonding of a stator winding head ( 7 ) to a stator housing ( 9 ) an electric machine ( 1 ), the method comprising the following step of introducing a thermally conductive and electrically insulating filler ( 11 ) between the stator winding head ( 7 ) and the stator housing ( 9 ); characterized in that the method further comprises impregnating the thermally conductive filler ( 11 ) and the stator winding head ( 7 ) by means of an impregnating substance ( 13 ) after introduction of the thermally conductive filler ( 11 ). Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend Verdichten des wärmeleitenden Füllstoffs (11); wobei der wärmeleitende Füllstoff (11) als Pulver (23) ausgeführt ist.The method of claim 1, further comprising densifying the thermally conductive filler ( 11 ); wherein the heat-conductive filler ( 11 ) as a powder ( 23 ) is executed. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, ferner aufweisend Anordnen eines Abdichtelements (19) in einer zylinderförmigen Ausnehmung (21) des Stator-Gehäuses (9); wobei das Abdichtelement (19) ausgeführt ist, ein Auslaufen des wärmeleitenden Füllstoffs (11) und/oder des Imprägnierstoffs (13) an eine für einen Rotor (5) vorgesehene Stelle zu verhindern.Method according to one of claims 1 and 2, further comprising arranging a sealing element ( 19 ) in a cylindrical recess ( 21 ) of the stator housing ( 9 ); the sealing element ( 19 ), a leakage of the heat-conductive filler ( 11 ) and / or the impregnating substance ( 13 ) to one for a rotor ( 5 ). Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der wärmeleitende Füllstoff (11) als elektrisch isolierende Beschichtung (25) ausgeführt ist; wobei die isolierende Beschichtung (25) direkt auf eine Innenfläche (27) des Stator-Gehäuses (9) aufgebracht ist.Process according to claim 1, wherein the thermally conductive filler ( 11 ) as an electrically insulating coating ( 25 ) is executed; wherein the insulating coating ( 25 ) directly onto an inner surface ( 27 ) of the stator housing ( 9 ) is applied. Verfahren gemäß Anspruch 4, ferner aufweisend Formen des Stator-Wickelkopfes (7) durch Einpressen des Stator-Wickelkopfes (7) in das Stator-Gehäuse (9).Method according to claim 4, further comprising shaping of the stator winding head ( 7 ) by pressing the stator winding head ( 7 ) in the stator housing ( 9 ). Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der wärmeleitende Füllstoff (11) als Ringsegment-Bauteil (29) ausgeführt ist; wobei das Ringsegment-Bauteil (29) derart dimensioniert ist, dass durch das Ringsegment-Bauteil (29) ein Zwischenraum (31) zwischen Stator-Gehäuse (9) und Stator-Wickelkopf (7) ausgefüllt ist.Process according to claim 1, wherein the thermally conductive filler ( 11 ) as a ring segment component ( 29 ) is executed; wherein the ring segment component ( 29 ) is dimensioned such that by the ring segment component ( 29 ) a gap ( 31 ) between stator housing ( 9 ) and stator winding head ( 7 ) is filled out. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Ringsegment-Bauteil (29) ein elastisches Material aufweist.Method according to claim 6, wherein the ring segment component ( 29 ) comprises an elastic material. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 und 7, wobei das Ringsegment-Bauteil (29) als elastische Folie (33) oder als Knetmasse ausgeführt ist.Method according to one of claims 6 and 7, wherein the ring segment component ( 29 ) as elastic film ( 33 ) or as a plasticine. Elektrische Maschine (1), die elektrische Maschine (1) aufweisend einen Stator (3) mit mindestens einem Stator-Wickelkopf (7); ein Stator-Gehäuse (9), in dem der Stator (3) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Stator-Wickelkopf (7) mittels des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 thermisch an das Stator-Gehäuse (9) angebunden ist.Electric machine ( 1 ), the electric machine ( 1 ) comprising a stator ( 3 ) with at least one stator winding head ( 7 ); a stator housing ( 9 ), in which the stator ( 3 ) is arranged; characterized in that the stator winding head ( 7 ) by means of the method according to one of claims 1 to 8 thermally to the stator housing ( 9 ) is attached.
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