DE102013223051A1

DE102013223051A1 - Electric machine with potted winding head

Info

Publication number: DE102013223051A1
Application number: DE201310223051
Authority: DE
Inventors: Horst Braun; Armin Elser; Thomas Bublat; Martin Kuhn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2015-05-13
Also published as: WO2015071089A2; WO2015071089A3

Abstract

Es wird eine elektrische Maschine (1) mit einem Rotor (3), einem Stator (5), einem Gehäuse (7) und zwei Wickelköpfen (17) beschrieben. Jeder der Wickelköpfe (17) weist einen Verguss (19) aus einem elektrisch isolierenden Material wie beispielsweise Kunststoff auf, in den axiale Endbereiche von Statorwicklungen (15) an Stirnenden (6) des Stators (5) vergossen sind. Erfindungsgemäß ist zwischen jedem Verguss (19) der Wickelköpfe (17) und einem benachbarten Bereich des Gehäuses (7) ein Isolationspapier (21) zwischengelagert. Dieses Isolationspapier (21) kann vorzugsweise stoffschlüssig an dem Verguss (19) anhaften, jedoch nicht stoffschlüssig mit dem Gehäuse (7) verbunden sein, so dass es zu einer mechanischen Entkopplung zwischen dem Verguss (19) und dem Gehäuse (7) kommen kann. Hierdurch kann verhindert werden, dass mechanische Spannungen zwischen diesen Komponenten (7, 19) beispielsweise aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten auftreten können.An electric machine (1) with a rotor (3), a stator (5), a housing (7) and two winding heads (17) is described. Each of the winding heads (17) has a potting (19) made of an electrically insulating material such as plastic, in the axial end portions of stator windings (15) at front ends (6) of the stator (5) are cast. According to the invention, an insulating paper (21) is interposed between each encapsulation (19) of the winding heads (17) and an adjacent region of the housing (7). This insulation paper (21) may preferably cohesively adhere to the potting (19), but not materially connected to the housing (7), so that it can lead to a mechanical decoupling between the potting (19) and the housing (7). In this way it can be prevented that mechanical stresses between these components (7, 19) can occur, for example due to different thermal expansion coefficients.

Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Asynchronmaschine, mit einem vergossenen Wickelkopf. The present invention relates to an electrical machine, in particular an asynchronous machine, with a potted winding head.

Stand der Technik State of the art

Elektrische Maschinen können als Motoren oder Generatoren in unterschiedlichen technischen Anwendungen dienen. Derzeit werden insbesondere leistungsfähige elektrische Maschinen für einen Einsatz in Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugen entwickelt. Electric machines can serve as motors or generators in different technical applications. At present, particularly powerful electric machines are being developed for use in hybrid or electric motor vehicles.

Es sind insbesondere elektrische Asynchronmaschinen bekannt. Bei diesen kann mithilfe von elektrischen Leitern, die als Statorwicklungen an einem Stator der elektrischen Maschine angeordnet sind, ein sich drehendes Magnetfeld erzeugt werden. Bei einer so genannten innen laufenden elektrischen Maschine umgibt der Stator dabei einen Rotor. In dem Rotor können beispielsweise Permanentmagnete vorgesehen sein. Alternativ kann der Rotor mit einem so genannten Kurzschlusskäfig ausgebildet sein, in dem durch wechselnde von außen einwirkende Magnetfelder Ströme und damit auch induzierte Magnetfelder erzeugt werden können. Letztendlich kann mithilfe der in dem Stator vorgesehenen Statorwicklungen und einem damit bewirkten sich drehenden Magnetfeld ein Rotieren des Rotors bewirkt werden. In particular, electrical asynchronous machines are known. In these, by means of electrical conductors, which are arranged as stator windings on a stator of the electric machine, a rotating magnetic field can be generated. In a so-called internal electrical machine, the stator surrounds a rotor. In the rotor, for example, permanent magnets may be provided. Alternatively, the rotor may be formed with a so-called short-circuit cage in which currents and thus also induced magnetic fields can be generated by alternating external magnetic fields. Finally, by means of the stator windings provided in the stator and a magnetic field caused thereby, rotation of the rotor can be effected.

Die Statorwicklungen einer solchen elektrischen Maschine sind häufig derart angeordnet, dass sie zwischen zwei gegenüber liegenden Stirnenden des Stators entlang des Stators in einer Längsrichtung verlaufen und an den Stirnenden des Stators quer zu dieser Längsrichtung schleifenartig umgelenkt sind. Der Stator kann dabei beispielsweise einen Grundkörper aufweisen, in dem parallel zur Längsrichtung des Stators verlaufende Nuten ausgebildet sind. Statorwicklungen werden in diese Nuten eingelegt und ragen an den Stirnenden des Grundkörpers über diesen in Längsrichtung über und werden dort von einer Nut zu einer benachbarten Nut hin umgelenkt. Ein solcher Bereich, in dem die Statorwicklungen über den Statorgrundkörper in Längsrichtung überstehen und umgelenkt werden, wird üblicherweise als Wickelkopf bezeichnet. The stator windings of such an electric machine are often arranged such that they extend in a longitudinal direction between two opposite front ends of the stator along the stator and are looped at the ends of the stator transversely to this longitudinal direction. The stator can have, for example, a base body in which grooves running parallel to the longitudinal direction of the stator are formed. Stator windings are inserted into these grooves and protrude beyond the front ends of the main body via this in the longitudinal direction and are deflected there from a groove to an adjacent groove. Such an area, in which the stator windings project beyond the stator main body in the longitudinal direction and are deflected, is commonly referred to as an end winding.

Um die Statorwicklungen relativ zueinander und in Bezug auf den Statorgrundkörper zu fixieren, werden die Komponenten des Stators im Allgemeinen mit einer elektrisch isolierenden und fließfähigen aushärtbaren Masse umgossen. Eine solche Masse kann beispielsweise ein Kunststoff, insbesondere Thermoplast oder Duroplast, sein. Zum Vergießen werden die Komponenten des Stators in eine geeignete Form eingelegt und dann Vergussmassse eingefüllt. Die zunächst flüssige Vergussmasse dringt dabei in Hohlräume zwischen den Statorwicklungen und dem Statorgrundkörper ein, so dass diese Komponenten nach einem anschließenden Aushärten der Vergussmasse relativ zueinander fixiert sind. In order to fix the stator windings relative to each other and with respect to the stator main body, the components of the stator are generally encapsulated with an electrically insulating and flowable hardenable mass. Such a mass may for example be a plastic, in particular thermoplastic or thermoset. For casting, the components of the stator are placed in a suitable mold and then poured Vergussmassse. The initially liquid potting compound penetrates into cavities between the stator windings and the stator main body, so that these components are fixed relative to each other after a subsequent curing of the potting compound.

In der DE 10 2009 055 325 A1 ist eine elektrische Maschine in Form eines Asynchronmotors beschrieben, bei der Wicklungen in einem Lamellenkörper eines Stators angeordnet sind. In the DE 10 2009 055 325 A1 is described an electrical machine in the form of an asynchronous motor, are arranged in the windings in a disk body of a stator.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine elektrische Maschine, insbesondere eine Asynchronmaschine, mit einem verbesserten Verhalten bei Temperaturschwankungen. Insbesondere können aufgrund solcher Temperaturschwankungen auftretende mechanische Spannungen innerhalb der elektrischen Maschine reduziert werden. Embodiments of the present invention make possible an electric machine, in particular an asynchronous machine, with improved behavior in the event of temperature fluctuations. In particular, due to such temperature fluctuations occurring mechanical stresses can be reduced within the electrical machine.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen, die einen Rotor, einen den Rotor umgebenden Stator, ein den Stator umgebendes zylindrisches Gehäuse und zwei Wickelköpfe aufweist. Der Stator weist mehrere Statorwicklungen aus elektrischen Leitern auf. Jeder der Wickelköpfe ist in einem Verguss aus einem elektrisch isolierenden Material aufgenommen, in dem axiale Endbereiche der Statorwicklungen an Stirnenden des Stators vergossen sind. Der Verguss weist eine ringförmige Geometrie auf und ist innerhalb des Gehäuses an einem der beiden gegenüber liegenden Stirnenden des Stators angeordnet. Die elektrische Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Verguss der Wickelköpfe und einem Innenumfang des Gehäuses, d.h. einem benachbarten Bereich des Gehäuses ein Isolationspapier zwischengelagert ist. According to one aspect of the present invention, an electric machine is proposed which comprises a rotor, a stator surrounding the rotor, a cylindrical housing surrounding the stator and two winding heads. The stator has a plurality of stator windings of electrical conductors. Each of the winding heads is received in a potting of an electrically insulating material, in the axial end portions of the stator windings are shed at front ends of the stator. The potting has an annular geometry and is disposed within the housing at one of the two opposite ends of the stator. The electric machine is characterized in that between the encapsulation of the winding heads and an inner circumference of the housing, i. an insulating paper is temporarily stored in an adjacent area of the housing.

Dieser Aspekt der Erfindung kann als auf der nachfolgend beschriebenen Erkenntnis beruhend angesehen werden:
Bei herkömmlichen Asynchronmaschinen wurden die über einen Statorgrundkörper in axialer Richtung abragenden und umgelenkten Bereiche von Statorwicklungen, das heißt der Wickelkopf, bisher in der Regel derart vergossen, dass ein Vergussmaterial in direktem mechanischem Kontakt mit dem Gehäuse stand. Der Verguss haftete dabei an einer Innenwandung des Gehäuses an. Ein solcher Verguss ist verhältnismäßig einfach herstellbar, insbesondere, weil das den Verguss umgebende Gehäuse während eines Vergießens als eine äußere Begrenzung bildende Form dienen kann. This aspect of the invention may be considered as being based on the following description:
In conventional asynchronous machines, the regions of stator windings projecting beyond a stator main body in the axial direction and deflected, that is to say the winding overhang, have so far generally been cast in such a way that a potting material was in direct mechanical contact with the housing. The potting adhered to an inner wall of the housing. Such potting is relatively easy to produce, in particular, because the housing surrounding the potting can serve as an outer boundary forming mold during potting.

Allerdings wurde von den Erfindern der vorliegenden Erfindung erkannt, dass es bei bisherigen Vergussen insbesondere bei starken Temperaturschwankungen zu Problemen kommen kann. Es wurden mechanische Degradationen des Vergusses, beispielsweise in Form von Mikrorissen, beobachtet, welche vermutlich auf mechanische Spannungen zurückzuführen sind, die zwischen dem Verguss und dem Gehäuse bei Temperaturschwankungen auftreten. Solche mechanische Spannungen können aus unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Vergusses, meist Kunststoff, im Vergleich zu dem Material des Gehäuses, meist Metall, herrühren. Insbesondere kann der Verguss vorallem zwischen außenliegenden Drähten der Wicklungen und dem Gehäuse nur als dünne Schicht ausgebildet sein, in der mechanische Spannungen leicht zu Rissen führen können. However, it has been recognized by the inventors of the present invention that there may be problems in previous encapsulation, in particular in the event of severe temperature fluctuations. Mechanical degradation of the encapsulant, for example in the form of microcracks, was observed, presumably due to mechanical stresses that occur between the encapsulation and the housing in the event of temperature fluctuations. Such mechanical stresses can result from different coefficients of thermal expansion of the material of the encapsulation, usually plastic, in comparison to the material of the housing, usually metal. In particular, the encapsulation can be formed only between the outer wires of the windings and the housing as a thin layer in which mechanical stresses can easily lead to cracks.

Es wird daher vorgeschlagen, den einen Wickelkopf einer elektrischen Maschine einschließenden Verguss mechanisch weitgehend von einem umgebenden Gehäuse zu entkoppeln, indem zwischen dem Verguss und einem benachbarten Bereich des Gehäuses ein so genanntes Isolationspapier zwischengelagert wird. It is therefore proposed to mechanically largely decouple the encapsulation enclosing a winding head of an electrical machine from a surrounding housing, by interposing a so-called insulating paper between the encapsulation and an adjacent region of the housing.

Unter einem Isolationspapier kann hierbei ein folienartiges oder schichtartiges Gebilde verstanden werden, das einerseits elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist und sich andererseits mechanisch ähnlich wie ein Papier oder eine Folie verhält. Insbesondere kann das Isolationspapier eine flächige Ausprägung haben, bei der Längs- und Querabmessungen im Bereich von mehreren Millimetern oder Zentimetern liegen können, eine Dicke des Isolationspapiers jedoch lediglich zwischen 0,1 mm und 1 mm beträgt. In this case, an insulation paper can be understood as a film-like or layer-like structure which, on the one hand, has electrically insulating properties and, on the other hand, behaves mechanically similar to a paper or a film. In particular, the insulating paper may have a two-dimensional form, in which longitudinal and transverse dimensions may be in the range of several millimeters or centimeters, but a thickness of the insulation paper is only between 0.1 mm and 1 mm.

Ein derart dünnes und elektrisch isolierendes Isolationspapier kann beispielsweise bereits vor dem Vergießen der Wickelköpfe an eine Innenwandung des Gehäuses angelagert werden, so dass es sich nach dem Vergießen der Wickelköpfe zwischen dem Verguss und dem Gehäuse erstreckt. Such a thin and electrically insulating insulation paper can for example be deposited before the casting of the winding heads on an inner wall of the housing, so that it extends after the casting of the winding heads between the potting and the housing.

Das Isolationspapier kann dabei vorteilhaft den Verguss entlang seines gesamten Umfangs umschließen. Ferner kann das Isolationspapier über eine gesamte Höhe des Vergusses zwischen den Verguss der Wickelköpfe und einem benachbarten Bereich des Gehäuses zwischengelagert sein. Damit kann das Isolationspapier den Verguss über eine gesamte Grenzfläche hin zu dem umgebenden Gehäuse von einer Innenwandung des Gehäuses trennen, d.h. elektrisch isolieren. The insulation paper can advantageously enclose the potting along its entire circumference. Furthermore, the insulating paper can be stored over an entire height of the casting between the casting of the winding heads and an adjacent region of the housing. Thus, the insulating paper can separate the encapsulant from an inner wall of the housing over an entire interface towards the surrounding housing, i. electrically isolate.

Vorzugsweise ist das Isolationspapier dabei mit dem Verguss stoffschlüssig verbunden und mit dem Gehäuse nicht stoffschlüssig verbunden. Mit anderen Worten kann das Isolationspapier derart ausgebildet sein, dass es an seiner zu dem Verguss gerichteten Oberfläche stark an dem Verguss haftet, insbesondere stoffschlüssig mit diesem verklebt ist, aber mit einer entgegengesetzten Oberfläche nicht stark an dem Gehäuse haftet, das heißt nicht stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden ist. Preferably, the insulating paper is materially connected to the potting and not materially connected to the housing. In other words, the insulating paper may be formed such that it adheres strongly to its potting to the casting surface on the casting, in particular is adhesively bonded thereto, but with an opposite surface is not strongly adhered to the housing, that is not cohesively with the Housing is connected.

Dadurch, dass das Isolationspapier einerseits stoffschlüssig an dem Verguss haftet, andererseits aber an seiner gegenüber liegenden Oberfläche nicht oder nur schwach an der Innenwandung des Gehäuses haftet, kann vermieden werden, dass beispielsweise aufgrund von temperaturbedingten Dimensionsveränderungen starke Kräfte, insbesondere Scherkräfte, zwischen dem Verguss und dem Gehäuse auftreten. Stattdessen können sich zum Beispiel bei Erwärmung der Verguss und das Gehäuse weitgehend unabhängig voneinander ausdehnen. Beispielsweise kann sich das Gehäuse aufgrund des höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten des hierfür verwendeten Metalls stärker ausdehnen als der mit Kunststoff gebildete Verguss. Da der Verguss nicht oder kaum direkt an dem Gehäuse haftet, kommt es dabei zu keinen bzw. geringen Kraftübertragungen zwischen dem Verguss und dem Gehäuse. Im Extremfall kann sich sogar ein Spalt zwischen dem Verguss und dem Gehäuse bilden, der sich bei einem anschließenden Abkühlen der elektrischen Maschine wieder schließen kann. The fact that the insulating paper adheres on the one hand cohesively to the potting, but on the opposite surface is not or only weakly adhered to the inner wall of the housing, can be avoided that, for example due to temperature-dimensional changes strong forces, especially shear forces, between the potting and the housing occur. Instead, for example, when heated the potting and the housing can expand largely independently of each other. For example, due to the higher thermal expansion coefficient of the metal used for this purpose, the housing can expand more than the encapsulation formed with plastic. Since the potting does not or hardly adheres directly to the housing, there are no or little force transmission between the potting and the housing. In extreme cases, even a gap between the potting and the housing can form, which can close again in a subsequent cooling of the electric machine.

Ferner können durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von Verguss und beispielsweise eingegossenen Kupferdrähten thermomechanische Spannungen entstehen. Diese können Risse vorallem am Vergussrand zum Gehäuse hin bewirken. Eine Rissbildung kann durch ein Zwischenlagern von Isolationspapier oder Ähnlichem vermieden werden. Furthermore, thermo-mechanical stresses can arise due to different expansion coefficients of encapsulation and cast-in copper wires, for example. These can cause cracks, especially at the casting edge, towards the housing. Cracking can be avoided by interposing insulation paper or the like.

Das Isolationspapier kann mehrere Materialschichten aufweisen. Jede der Materialschichten kann dabei bestimmte mechanische oder elektrische Anforderungen erfüllen. Auf diese Weise kann das Isolationspapier vorteilhaft sowohl eine mechanische Entkopplung zwischen dem Verguss und dem umgebenden Gehäuse als auch eine elektrische Isolation zwischen diesen Komponenten bewirken. The insulation paper can have multiple layers of material. Each of the material layers can fulfill certain mechanical or electrical requirements. In this way, the insulating paper can advantageously cause both a mechanical decoupling between the potting and the surrounding housing and an electrical insulation between these components.

Beispielsweise kann eine der Materialschichten ausreichend elektrisch isolierend sein, um einen elektrischen Kontakt zwischen einem Leiter der Statorwicklungen und dem Gehäuse zu verhindern. Damit kann beispielsweise erreicht werden, dass es für den Fall, dass einzelne Leiter der Statorwicklungen lokal schadhafte umhüllende Isolierungen aufweisen, zu einem Kurzschluss zwischen solchen Leitern über das angrenzende metallische Gehäuse kommen kann. For example, one of the layers of material may be sufficiently electrically insulating to prevent electrical contact between a conductor of the stator windings and the housing. This can be achieved, for example, that in the event that individual conductors of the stator windings have locally defective enclosing insulation, can lead to a short circuit between such conductors on the adjacent metallic housing.

Ferner kann wenigstens eine der Materialschichten mechanisch stabiler sein als der Verguss. Unter „mechanisch stabiler“ kann hierbei verstanden werden, dass die betreffende Materialschicht auch Kräften unbeschadet widerstehen kann, die im Verguss zu Schädigungen führen können. Das mit einer derart stabilen Materialschicht versehene Isolationspapier kann somit den Verguss stabilisieren und beispielsweise vor Verschleißerscheinungen schützen. Furthermore, at least one of the material layers can be mechanically more stable than the encapsulation. By "mechanically stable" it can be understood here that the material layer in question can also withstand forces undamaged, which can lead to damage during casting. The insulation paper provided with such a stable material layer can thus stabilize the casting and, for example, protect it against signs of wear.

Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine hierin mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die verschiedenen Merkmale in geeigneter Weise ausgetauscht beziehungsweise kombiniert werden können, um auf diese Weise zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen. It should be noted that features of an electric machine according to the invention are described herein with reference to various embodiments. A person skilled in the art recognizes that the various features can be exchanged or combined in a suitable manner in order to arrive at further embodiments of the invention in this way.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend auszulegen sind. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, wherein neither the description nor the drawings are to be construed as limiting the invention.

1 zeigt eine Schnittansicht durch Komponenten einer herkömmlichen elektrischen Maschine. 1 shows a sectional view through components of a conventional electric machine.

2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators einer elektrischen Maschine vor dem Vergießen. 2 shows a perspective view of a stator of an electrical machine before casting.

3 zeigt eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 shows a sectional view of an electric machine according to an embodiment of the present invention.

4 zeigt eine teilweise weggeschnittene, perspektivische Ansicht eines Stators und eines Gehäuses einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 shows a partially cutaway, perspective view of a stator and a housing of an electric machine according to an embodiment of the present invention.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche oder gleich wirkende Merkmale sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen betitelt. The figures are only schematic and not to scale. Identical or equivalent features are titled in the figures with the same reference numerals.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt Komponenten und Merkmale einer herkömmlichen elektrischen Maschine 1 im Querschnitt. Die Figur zeigt lediglich eine rechte Hälfte des Querschnitts. Ein gesamter Querschnitt ergibt sich durch Spiegelung an der Symmetrieachse S. 1 shows components and features of a conventional electric machine 1 in cross section. The figure shows only a right half of the cross section. An entire cross-section results from reflection at the symmetry axis S.

Die elektrische Maschine 1 weist einen Rotor 3, einen den zylindrischen Rotor 3 umgebenden hohl-zylindrischen Stator 5 und ein den Stator 5 umgebendes hohlzylindrisches Gehäuse 7 auf. Gemeinsam bilden die Komponenten 3, 5, 7 eine als Innenläufer ausgebildete Asynchronmaschine, bei der der Rotor 3 um die Symmetrieachse S rotieren kann und von in dem Stator 5 erzeugten Magnetfeldern hierzu angetrieben wird. Der Stator 5 ist an dem Gehäuse 7 fixiert, welches wiederum beispielsweise an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs befestigt sein kann. The electric machine 1 has a rotor 3 , a cylindrical rotor 3 surrounding hollow-cylindrical stator 5 and the stator 5 surrounding hollow cylindrical housing 7 on. Together, the components form 3 . 5 . 7 a trained as an internal rotor asynchronous machine, in which the rotor 3 can rotate about the axis of symmetry S and from in the stator 5 generated magnetic fields for this purpose is driven. The stator 5 is on the case 7 fixed, which in turn may be attached, for example, to a body of a motor vehicle.

2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators 5 vor dem Vergießen. Hierbei ist die Ebene A-A angegeben, entlang derer die Querschnittsansicht aus 1 aufgenommen ist. Der Stator 5 weist einen Statorgrundkörper 9 auf, der aus einer Mehrzahl von zu einem Paket zusammengesetzten Statorblechen aufgebaut ist. In dem Statorgrundkörper 9 sind Nute 13 ausgebildet. In diese Nute 13 sind als elektrische Leiter wirkende Drähte 11 eingewickelt und bilden Statorwicklungen 15. Die Statorwicklungen 15 verlaufen zwischen zwei gegenüber liegenden Stirnenden 6 des Stators 5 entlang seiner Längsrichtung. An den Stirnenden 6 selbst ragen die Statorwicklungen 15 über den Statorgrundkörper 9 in Längsrichtung über und bilden hierbei so genannte Wickelköpfe 17. Im Bereich dieser Wickelköpfe 17 verlaufen die einzelnen Statorwicklungen 15 quer zur Längsrichtung des Stators 5, etwa in dessen Umfangsrichtung. 2 shows a perspective view of a stator 5 before casting. Here, the plane AA is indicated along which the cross-sectional view 1 is included. The stator 5 has a stator main body 9 on, which is composed of a plurality of composite into a package stator laminations. In the stator base 9 are grooves 13 educated. In this groove 13 are wires acting as electrical conductors 11 wrapped and form stator windings 15 , The stator windings 15 run between two opposite ends 6 of the stator 5 along its longitudinal direction. At the front ends 6 even the stator windings protrude 15 over the stator base body 9 in the longitudinal direction and form so-called winding heads 17 , In the area of these winding heads 17 the individual stator windings run 15 transverse to the longitudinal direction of the stator 5 , approximately in its circumferential direction.

Um die Statorwicklungen 15 untereinander und in Bezug auf den Statorgrundkörper 9 zu fixieren, werden sie üblicherweise mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff umgossen. Der Kunststoff bildet dabei einen Verguss 19. Herkömmlich weist der Verguss 19 dabei die in 1 dargestellte, im Wesentlichen im Querschnitt rechteckige Form auf und grenzt an seinem radial äußeren Umfang direkt an eine Innenoberfläche 8 des Gehäuses 7 an. Around the stator windings 15 with each other and with respect to the Statorgrundkörper 9 To fix, they are usually encapsulated with an electrically insulating plastic. The plastic forms a casting 19 , Conventionally, the potting 19 while the in 1 shown, substantially rectangular in cross-section shape and borders on its radially outer circumference directly to an inner surface 8th of the housing 7 at.

Der Verguss kann dabei beispielsweise derart gebildet werden, dass ein zylindrischer Hohlraum, in dem sich sowohl der Lamellengrundkörper 9 als auch die Wicklungen 15 des Wickelkopfs 17 befinden, mit flüssigem Kunststoff aufgefüllt wird und der Kunststoff nachfolgend ausgehärtet wird. Der zylindrische Hohlraum kann hierbei nach außen hin von dem Gehäuse 7 und nach innen hin von einer vorzugsweise ebenfalls zylindrischen Matrizenform begrenzt werden. Nach dem Aushärten bildet der Kunststoff einen im Idealfall im Querschnitt rechteckigen Verguss 19, der sich hin zu einer Stirnfläche 6 des Stators 5 an den Lamellengrundkörper 9 anschließt und in den die Statorwicklungen 15 eingelagert sind. The potting can be formed, for example, such that a cylindrical cavity in which both the lamellar base body 9 as well as the windings 15 the winding head 17 are filled with liquid plastic and the plastic is subsequently cured. The cylindrical cavity may in this case to the outside of the housing 7 and bounded inwardly by a preferably also cylindrical die shape. After curing, the plastic forms an ideally rectangular in cross-section potting 19 that goes to a face 6 of the stator 5 to the slats main body 9 connects and into which the stator windings 15 are stored.

Da der Kunststoff des Vergusses 19 beim Vergießen im noch flüssigen Zustand mit der Innenoberfläche 8 des Gehäuses 7 in Kontakt kommt, kann es beim Aushärten des Kunststoffes zu einem klebenden, stoffschlüssigen Verbund zwischen dem Verguss 19 und dem Gehäuse 7 kommen. As the plastic of the potting 19 when casting in the still liquid state with the inner surface 8th of the housing 7 comes into contact, it can during curing of the plastic to an adhesive, cohesive bond between the potting 19 and the housing 7 come.

Es wurde nun von den Erfindern der vorliegenden Erfindung erkannt, dass es im Bereich des Vergusses 19 angrenzend an das Gehäuse 7 zu Problemen kommen kann, wenn die elektrische Maschine zum Beispiel aufgrund von wechselnden Umgebungstemperaturen oder aufgrund einer Erwärmung durch Wirkungsgradverluste der Maschine selbst unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt ist. Das metallische Gehäuse 7 und die metallischen Drähte 11 der Statorwicklungen 15 dehnen sich in diesem Fall meist wesentlich stärker aus als der aus Kunststoff bestehende Verguss 19, so dass es bei einem stoffschlüssigen Verbund zwischen diesen beiden Komponenten 7, 11, 19 zu mechanischen Spannungen kommen kann, welche die Integrität der elektrischen Maschine 1 im Laufe der Zeit schädigen können. It has now been recognized by the inventors of the present invention that it is in the field of encapsulation 19 adjacent to the housing 7 Problems may arise when the electrical machine is exposed to different temperatures, for example due to changing ambient temperatures or due to heating due to efficiency losses of the machine itself. The metallic housing 7 and the metallic wires 11 the stator windings 15 stretch in this case usually much stronger than the existing plastic encapsulation 19 so that there is a cohesive bond between these two components 7 . 11 . 19 Mechanical stresses can occur, affecting the integrity of the electrical machine 1 can damage over time.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird daher, wie in 3 dargestellt, zwischen den Verguss 19, mit dem ein Wickelkopf 17 verkapselt wird, und einen benachbarten Bereich des Gehäuses 7 ein Isolationspapier 21 zwischengelagert. Das Isolationspapier erstreckt sich dabei vorzugsweise entlang des gesamten Umfangs des Vergusses 17, so dass eine Länge des Isolationspapiers 21 im Wesentlichen dem Innenumfang des Gehäuses 7 entspricht. In axialer Richtung erstreckt sich das Isolationspapier 21 vorzugsweise über die gesamte Höhe h des Vergusses 19. In radialer Richtung hat das Isolationspapier 21 eine Dicke d, die wesentlich geringer ist als die Dicke des Gehäuses 7 und insbesondere wesentlich geringer ist als die Dicke des Vergusses 19 und beispielsweise im Bereich von 0,1 mm bis 1 mm liegt. Therefore, according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG 3 shown between the potting 19 with a winding head 17 is encapsulated, and an adjacent area of the housing 7 an isolation paper 21 stored. The insulation paper preferably extends along the entire circumference of the potting 17 , leaving a length of insulation paper 21 essentially the inner circumference of the housing 7 equivalent. In the axial direction, the insulation paper extends 21 preferably over the entire height h of the potting 19 , In the radial direction has the insulation paper 21 a thickness d that is substantially less than the thickness of the housing 7 and in particular substantially less than the thickness of the potting 19 and, for example, in the range of 0.1 mm to 1 mm.

Eigenschaften des Isolationspapiers 21 können dabei derart gewählt sein, dass es einerseits mit dem Verguss 19 eine stark haftende, vorzugsweise stoffschlüssige Verbindung eingehen kann, aber andererseits an der Innenoberfläche 8 des Gehäuses 7 allenfalls leicht anhaftet. Hierzu kann beispielsweise eine nach innen hin zu dem Verguss 19 zu richtende Oberfläche des Isolationspapiers 21 eine gewisse Rauhigkeit aufweisen, welche durch mikroskopisch kleine Strukturen oder Kavitäten erzeugt wird, so dass flüssiger Kunststoff während des Vergießens eines Wickelkopfes 7 in Strukturen des oberflächlich rauen Isolationspapiers 21 einfließen und nach einem Aushärten die gewünschte stoffschlüssige Verbindung bilden kann. Andererseits kann das Isolationspapier 21 ausreichend dicht sein, so dass kein flüssiger Kunststoff während des Vergießens durch das Isolationspapier 21 hindurch bis zu einer gegenüber liegenden Seite gelangt und somit die gegenüber liegende Oberfläche des Isolationspapiers 21 nicht mit der Innenoberfläche 8 des Gehäuses 7 verkleben kann. Properties of the insulation paper 21 can be chosen such that on the one hand with the casting 19 a strongly adhesive, preferably cohesive connection can enter, but on the other hand on the inner surface 8th of the housing 7 at best, easily attached. For this purpose, for example, an inward toward the potting 19 to be addressed surface of the insulation paper 21 have a certain roughness, which is generated by microscopic structures or cavities, so that liquid plastic during the casting of a winding head 7 in structures of superficially rough insulation paper 21 flow in and can form the desired cohesive connection after curing. On the other hand, the insulation paper 21 be sufficiently tight, so that no liquid plastic during casting through the insulation paper 21 passes through to an opposite side and thus the opposite surface of the insulation paper 21 not with the inner surface 8th of the housing 7 can stick together.

Insbesondere kann das Isolationspapier 21 mehrere Materialschichten aufweisen. Beispielsweise kann das Isolationspapier 21 an den beiden gegenüber liegenden Außenoberflächen jeweils eine Schicht aus Nomex-Gewebe aufweisen, wobei die beiden Nomex-Gewebe-Schichten durch eine dazwischen liegende Polyesterschicht getrennt sind. Ein solcher Verbund aus drei Schichten kann typischerweise eine Dicke von etwa 0,2 bis 0,4 mm aufweisen. In das Nomex-Gewebe kann flüssiger Kunststoff des Vergusses 19 oberflächlich eindringen und mit diesem verkleben. Die zwischenliegende Polyesterschicht verhindert einerseits, dass flüssiger Kunststoff hin zu der gegenüber liegenden Nomex-Gewebe-Schicht gelangen kann, und sorgt andererseits für eine ausreichende elektrische Isolationsfähigkeit des Isolationspapiers 21. In particular, the insulation paper 21 have multiple layers of material. For example, the insulation paper 21 on the two opposite outer surfaces each have a layer of Nomex fabric, wherein the two Nomex fabric layers are separated by an intermediate polyester layer. Such a composite of three layers may typically have a thickness of about 0.2 to 0.4 mm. In the Nomex fabric can be liquid plastic of the potting 19 penetrate superficially and stick with it. The intermediate polyester layer prevents on the one hand, that liquid plastic can reach the opposite Nomex tissue layer, and on the other hand ensures sufficient electrical insulation capacity of the insulation paper 21 ,

Aufgrund der durch das zwischengelagerte Isolationspapier 21 bewirkten mechanischen Entkopplung zwischen dem Verguss 19 einerseits und dem Gehäuse 7 andererseits kann ein Aufbauen von mechanischen Spannungen zwischen diesen Komponenten 7, 19 vermieden werden. Beispielsweise kann sich bei starkem Ausdehnen des Gehäuses 7 aufgrund hoher Temperaturen ein Spalt zwischen der Innenoberfläche 8 des Gehäuses 7 und der außen liegenden Oberfläche des Isolationspapiers 21 bilden, ohne dass hierdurch erhebliche mechanische Spannungen bewirkt würden. Außerdem kann das Isolationspapier 21 aufgrund seiner elektrisch isolierenden Eigenschaften einen zusätzlichen Schutz beispielsweise gegen Kurzschlüsse zwischen eventuell beschädigten Statorwicklungen 15, beispielsweise bei einer Schädigung des Vergusses 19, bieten, indem ein elektrischer Kontakt dieser Statorwicklungen 19 mit dem elektrisch leitfähigen Gehäuse 7 verhindert wird. Due to the interposed by the insulating paper 21 caused mechanical decoupling between the potting 19 on the one hand and the housing 7 on the other hand, there may be buildup of mechanical stresses between these components 7 . 19 be avoided. For example, in case of strong expansion of the housing 7 due to high temperatures, a gap between the inner surface 8th of the housing 7 and the outer surface of the insulation paper 21 form without this would cause significant mechanical stresses. In addition, the insulation paper 21 due to its electrically insulating properties an additional protection, for example against short circuits between possibly damaged stator windings 15 , For example, in a damage to the potting 19 , provide by making electrical contact of these stator windings 19 with the electrically conductive housing 7 is prevented.

4 veranschaulicht einen Stator 5 und ein umgebendes Gehäuse 7 für eine erfindungsgemäße elektrische Maschine in perspektivischer und teilweise weggeschnittener Ansicht. Zwischen dem Verguss 19 und einer Innenoberfläche 8 des Gehäuses 7 ist hierbei das Isolationspapier 21 angeordnet und umgibt den gesamten ringförmig verlaufenden Verguss 19 an dessen Außenoberfläche. 4 illustrates a stator 5 and a surrounding case 7 for an inventive electric machine in perspective and partially cut away view. Between the potting 19 and an inner surface 8th of the housing 7 here is the insulation paper 21 arranged and surrounds the entire ring-shaped potting 19 on its outer surface.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009055325 A1 [0006]

Claims

Electric machine ( 1 ), comprising: a rotor ( 3 ); one the rotor ( 3 ) surrounding stator ( 5 ) with several stator windings ( 15 ) made of electrical conductors; a the stator ( 5 ) surrounding cylindrical housing ( 7 ); two winding heads ( 17 ); each of the winding heads ( 17 ) in an annular casting ( 19 ) is received from an electrically insulating material, in the axial end portions of the stator windings ( 15 ) at front ends ( 6 ) of the stator ( 5 ) are characterized in that between the potting ( 19 ) of the winding heads ( 17 ) and an inner circumference of the housing ( 7 ) an insulation paper ( 21 ) is stored intermediately.

Electric machine according to claim 1, wherein the insulating paper ( 21 ) with the potting ( 19 ) is firmly bonded and the insulating paper ( 21 ) with the housing ( 7 ) is not materially connected.

Electric machine according to claim 1 or 2, wherein the insulating paper ( 21 ) the potting ( 19 ) encloses along its entire circumference.

Electric machine according to one of claims 1 to 3, wherein the insulating paper ( 21 ) over an entire height of the potting ( 19 ) between the potting ( 19 ) of the winding heads ( 17 ) and an adjacent area of the housing ( 7 ) is stored intermediately.

Electric machine according to one of claims 1 to 4, wherein the insulating paper ( 21 ) has a thickness of between 0.1mm and 1mm.

Electric machine according to one of claims 1 to 5, wherein the insulating paper ( 21 ) has several layers of material.

Electric machine according to claim 6, wherein at least one of the layers of material is sufficiently electrically insulating to allow electrical contact between a conductor of the stator windings ( 15 ) and the housing ( 7 ) to prevent.

Electrical machine according to claim 6 or 7, wherein at least one of the material layers is mechanically more stable than the casting ( 19 ).