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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator, etwa einen Stator mit Stabwicklungen, mit einem Kunstharz, das sowohl isoliert als auch lackiert, sowie ein System und ein Verfahren zum Aufbringen des Kunstharzes.
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HINTERGRUND
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Elektrofahrzeuge, die Hybridfahrzeuge umfassen, verwenden Elektromotoren, etwa Induktionsmotoren und Permanentmagnetmotoren, um die Fahrzeuge anzutreiben sowie um Bremsenergie zurückzugewinnen, wenn sie wie ein elektrischer Generator wirken. Ein Elektromotor wandelt elektrische Energie durch die Wechselwirkung zwischen Magnetfeldern und stromführenden Leitern in mechanische Energie um, um Kraft zu erzeugen. Der Elektromotor enthält allgemein einen Rotor, der Drehmoment durch einen Zahnradsatz an die Antriebsräder des Fahrzeugs überträgt, und einen Stator, der die Leiter in der Form von Motorwicklungen enthält, die typischerweise aus Kupferlackdraht aufgebaut sind. Der Stator kann ein Stator mit Drahtwicklungen, bei dem die Motorwicklungen im Allgemeinen vorgeformte Drahtbündel sind, oder ein Stator mit Stabwicklungen sein, bei dem jeder Kupferlackdraht ein massives Drahtstück ist, das in eine definierte Form gebogen wurde.
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Die Kupferlackdrähte sind allgemein Drähte aus Kupfer oder Aluminium, die mit einer Isolierschicht beschichtet sind. Bei einem Stator mit Stabwicklungen wird die Isolierung an der Spitze jedes Kupferlackdrahts entfernt, wodurch der Draht aus Kupfer oder Aluminium freigelegt wird, sodass benachbarte Kupferlackdrähte an dem freiliegenden Drahtende miteinander verschweißt werden können. Folglich müssen die resultierenden verschweißten Drahtenden erneut isoliert werden. Zudem muss die Statoranordnung zur strukturellen Stabilität lackiert werden. Eine Weise, in der dies bewerkstelligt wird, besteht darin, dass zuerst eine Epoxidpulverbeschichtung auf die verschweißten Drahtenden als primäre Isolierung aufgebracht wird und dann anschließend ein separater Lack auf die Statoranordnung aufgebracht wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird ein Stator bereitgestellt, der ein System zur gemeinsamen Lackierung und Schweißstellenisolierung aufweist. Der Stator enthält einen Kern aus geschichteten Blechen des Stators und eine Motorwicklung um den Kern aus geschichteten Blechen des Stators herum. Die Motorwicklung enthält mehrere Kupferlackdrähte, die so ausgestaltet sind, dass sie zueinander im Wesentlichen parallel sind. Jeder Kupferlackdraht weist zwei distale Enden auf, die derart ausgestaltet sind, dass jedes distale Ende mit einem distalen Ende eines benachbarten Kupferlackdrahts verschweißt ist, wodurch eine Vielzahl von verschweißten Drahtenden ausgebildet wird. Der Stator enthält ferner eine erste Schicht aus einem Kunstharz, das den Stator einschließlich der verschweißten Drahtenden beschichtet, und eine zweite Schicht aus dem Kunstharz, die nur die verschweißten Drahtenden beschichtet. In Abhängigkeit von der Reihenfolge, in welcher sie aufgebracht werden, kann die zweite Schicht die erste Schicht bedecken, oder die erste Schicht kann die zweite Schicht bedecken. Das Kunstharz dient sowohl als primäre Isolierung für die verschweißten Drahtenden als auch als Lack für den Stator. Diese Doppelfunktion des Kunstharzes kann den Bedarf für eine Isolierung für die verschweißten Drahtenden und die separate Lackierung für den Stator beseitigen.
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Ein Verfahren zum Lackieren eines Stators und zum Isolieren verschweißter Drahtenden des Stators wird ebenfalls bereitgestellt. Wie vorstehend beschrieben wurde, weist der Stator einen Kern aus geschichteten Blechen des Stators, eine Motorwicklung, die eine Vielzahl von Kupferlackdrähten umfasst, und eine Vielzahl von verschweißten Drahtenden auf, die aus benachbarten Kupferlackdrähten ausgebildet sind, die miteinander verschweißt sind. Das Verfahren umfasst, dass zuerst eine erste Schicht aus einem Kunstharz mithilfe eines ersten Anwendungsprozesses auf den Stator aufgebracht wird. Das Verfahren umfasst dann, dass eine zweite Schicht des Kunstharzes mithilfe eines zweiten Anwendungsprozesses auf die verschweißten Drahtenden derart aufgebracht wird, dass die zweite Schicht die erste Schicht an den verschweißten Drahtenden bedeckt. Der zweite Anwendungsprozess kann vor dem ersten Anwendungsprozess derart stattfinden, dass die erste Schicht die zweite Schicht an den verschweißten Drahtenden bedeckt. Wie vorstehend erläutert wurde, dient das Kunstharz sowohl als primäre Isolierung für die verschweißten Drahtenden als auch als Lack für den Stator. Die Doppelfunktion des Kunstharzes kann ferner ermöglichen, dass der erste Anwendungsprozess und der zweite Anwendungsprozess im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt stattfinden.
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Der erste Anwendungsprozess kann ein Rieselprozess sein, in dem das Kunstharz auf den Stator derart geträufelt wird, dass das Kunstharz durch sämtliche Schlupfwinkel oder Spalten hindurchströmt, wodurch sichergestellt wird, dass der Kern aus geschichteten Blechen des Stators und die Kupferlackdrähte vollständig mit dem Kunstharz beschichtet sind. Für den Rieselprozess kann das Kunstharz erwärmt werden, um es weniger viskos bzw. zähflüssig zu machen.
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Der zweite Anwendungsprozess kann ein Eintauchprozess sein, bei dem die verschweißten Drahtenden zunächst in einen Behälter mit dem Kunstharz derart eingetaucht werden, dass die verschweißten Drahtenden mit dem Kunstharz beschichtet sind. Die verschweißten Drahtenden werden dann aus dem Behälter mit dem Kunstharz entfernt.
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Das Verfahren kann auch umfassen, dass der Stator ausgeheizt wird, um die erste Schicht und die zweite Schicht aus dem Kunstharz auszuhärten und zu trocknen. Das Verfahren kann ferner umfassen, dass der Kern aus geschichteten Blechen des Stators vor dem ersten Anwendungsprozess und/oder dem zweiten Anwendungsprozess vorgeheizt wird.
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Ein System zum Lackieren eines Stators und zum Isolieren verschweißter Drahtenden des Stators wird ebenfalls bereitgestellt. Das System kann bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren genutzt werden. Das System umfasst eine Rieselvorrichtung, um ein Kunstharz auf den Stator einschließlich der verschweißten Drahtenden zu träufeln, um eine erste Schicht aus dem Kunstharz auszubilden. Das System enthält außerdem einen Behälter mit dem Kunstharz, in welchen die verschweißten Drahtenden eingetaucht werden, um eine zweite Schicht aus dem Kunstharz auszubilden. Wie vorstehend erläutert wurde, kann die zweite Schicht in Abhängigkeit von der Reihenfolge, in welcher sie aufgebracht werden, die erste Schicht an den verschweißten Drahtenden bedecken oder die erste Schicht kann die zweite Schicht an den verschweißten Drahtenden bedecken. Das System umfasst ferner eine erste Heizquelle zum Ausheizen des Stators, um die erste Schicht und die zweite Schicht auszuhärten und zu trocknen. Wieder dient das Kunstharz sowohl als primäre Isolierung für die verschweißten Drahtenden als auch als Lack für den Stator.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Ansicht von vorne eines Stators, der einen Kern aus geschichteten Blechen des Stators und eine Motorwicklung mit einer Vielzahl von Kupferlackdrähten aufweist;
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2 ist eine schematische Ansicht von vorne eines Kupferlackdrahts des Stators von 1;
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3 ist eine schematische vergrößerte Teilansicht des Stators, speziell der Motorwicklung, von 1;
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4 ist ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften Systems zum Isolieren und Lackieren des Stators von 1; und
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5, 5A und 5B sind schematische Ablaufdiagramme, die ein beispielhaftes Verfahren zum Isolieren und Lackieren des Stators von 1 veranschaulichen.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Der Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass Begriffe wie etwa ”über”, ”unter”, ”nach oben”, ”nach unten” und so weiter zur Beschreibung der Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen für den Umfang der Erfindung darstellen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Alle numerischen Beschreibungen wie etwa ”erster” oder ”zweiter” dienen nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der Erfindung in keiner Weise einschränken.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten überall dort entsprechen, wo es in den mehreren Figuren möglich ist, ist in 1 ein Stator 10 gezeigt. Der Stator 10 weist einen Kern 12 aus geschichteten Blechen des Stators auf, der eine allgemein zylindrische Form aufweist. Der Stator 10 weist ferner eine Motorwicklung 14 auf, die um den Kern 12 aus geschichteten Blechen des Stators herumgewickelt ist. Die Motorwicklung 14 enthält eine Vielzahl von Kupferlackdrähten 16, wie in 2 gezeigt ist.
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Der Stator 10, speziell die Motorwicklung 14, ist mit einer ersten Schicht 26 aus einem Kunstharz beschichtet. Das Kunstharz kann ein flüssiges Kunstharz sein und dient als Lack für den Stator 10. Die erste Schicht 26 kann auf den Stator 10 mithilfe eines Rieselprozesses aufgebracht sein, wie nachstehend im Verfahren 200 beschrieben ist.
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Mit Bezug nun auf 2 enthält jeder Kupferlackdraht 16 allgemein einen Metalldraht 18, der mit einer Isolierschicht 20 beschichtet ist. Der Metalldraht 18 kann aus Kupfer, Aluminium oder dergleichen bestehen, ist aber nicht darauf beschränkt. Jeder Kupferlackdraht 16 weist ferner zwei distale Enden 22 auf, an denen die Isolierschicht 20 entfernt ist, sodass der Metalldraht 18 freiliegt. Die distalen Enden 22 sind so ausgestaltet, dass der freiliegende Metalldraht 18 an jedem distalen Ende 22 mit demjenigen eines distalen Endes 22 eines benachbarten Kupferlackdrahts 16 verschweißt werden kann, wie in 3 gezeigt ist.
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Mit Bezug auf 3 sind benachbarte Kupferlackdrähte 16a und 16b, die distale Enden 22a bzw. 22b aufweisen, an den distalen Enden 22a und 22b miteinander verschweißt gezeigt, um ein verschweißtes Drahtende 24 auszubilden. Jedes verschweißte Drahtende 24 ist mit einer zweiten Schicht 28 des gleichen Kunstharzes wie in der ersten Schicht 26 beschichtet. Die zweite Schicht 28 kann auf die verschweißten Drahtenden 24 mithilfe eines Eintauchprozesses aufgebracht werden, wie ebenfalls nachstehend im Verfahren 200 beschrieben wird. An den verschweißten Drahtenden 24 bedeckt die zweite Schicht 28 allgemein die erste Schicht 26. Bei einer anderen nicht gezeigten Ausführungsform kann die zweite Schicht 28 vor der ersten Schicht 26 aufgebracht werden, wie nachstehend in dem Verfahren 200 beschrieben wird, sodass die erste Schicht 26 die zweite Schicht 28 bedeckt.
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Die zweite Schicht 28 dient als primäre Isolierung für die verschweißten Drahtenden 24, und die erste Schicht 26 dient als sekundäre Isolierung für die verschweißten Drahtenden 24 zusätzlich dazu, dass sie als Lackierung für den Stator 10 dient. Folglich soll das Kunstharz in der Lage sein, Temperaturen auszuhalten, die von dem Strom herrühren, der durch die Kupferlackdrähte 16 fließt, welcher von der speziellen Anwendung des Stators 10 abhängen kann. Die Doppelfunktion des Kunstharzes als Lack und als Isolierung kann den Bedarf für eine Isolierung für die verschweißten Drahtenden 24 und eine separate Lackierung für den Stator 10 beseitigen. Darüber hinaus kann die Doppelfunktion des Kunstharzes ermöglichen, dass zum im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt die verschweißten Drahtenden 24 isoliert werden und der Stator 10 lackiert wird.
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Mit Bezug nun auf 4 ist eine schematische Zeichnung eines Systems 100 zum Aufbringen des Kunstharzes auf den Stator 10 und des Kunstharzes auf die verschweißten Drahtenden 24 gezeigt. Das System 100 enthält einen Behälter 102 mit dem Kunstharz, eine erste Heizquelle 104 und eine Rieselvorrichtung 106. Wie vorstehend erläutert wurde, kann die erste Schicht 26 mithilfe eines Rieselprozesses auf den Stator 10 aufgebracht werden. Bei diesem Prozess wird das Kunstharz über den Stator 10 mithilfe der Rieselvorrichtung 106 derart geträufelt, dass das Kunstharz alle Schlupfwinkel oder Spalten durchdringen kann, um den Kern 12 aus geschichteten Blechen des Stators und die Motorwicklung 14 vollständig zu beschichten. Die Rieselvorrichtung 106 kann eine zweite Heizquelle 108 enthalten, um die Viskosität des Kunstharzes zu steuern, speziell, um es weniger viskos zu machen, wenn es auf den Stator 10 aufgetröpfelt wird.
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Wie ebenfalls vorstehend erläutert wurde, kann die zweite Schicht 28 mithilfe eines Eintauchprozesses auf die verschweißten Drahtenden 24 aufgebracht werden. Bei diesem Prozess wird der Stator 10 in den Behälter 102 hinein derart abgesenkt, dass die verschweißten Drahtenden 24 vollständig mit dem Kunstharz beschichtet werden. Die beschichteten verschweißten Drahtenden 24 werden dann aus dem Behälter 102 entfernt, wobei der Stator 10 zu diesem Zeitpunkt durch die Heizquelle 104 ausgeheizt werden kann, um die erste Schicht 26 und die zweite Schicht 28 auszuhärten und zu trocknen.
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Mit Bezug nun auf 5 ist ein Verfahren 200 zum Lackieren des Stators 10 und zum Isolieren der verschweißten Drahtenden 24 des Stators 10 gezeigt. Obwohl das Verfahren 200 mit Bezug auf den Stator 10 und das System 100 beschrieben wird, ist festzustellen, dass das Verfahren 200 auf jeden Stator unter Verwendung jedes Anwendungssystems angewendet werden kann.
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Vor dem Beginn des Verfahrens 200 sollte die Isolierschicht 20 an den distalen Enden 22 jedes Kupferlackdrahts 16 entfernt werden, wodurch der Metalldraht 18 freigelegt wird. Der freiliegende Metalldraht 18 an jedem distalen Ende kann dann mit demjenigen eines distalen Endes 22 eines benachbarten Kupferlackdrahts 16 verschweißt werden, wodurch verschweißte Drahtenden 24 ausgebildet werden.
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Das Verfahren 200 beginnt bei Schritt 202, bei dem die erste Schicht 26 aus dem Kunstharz auf den Stator 10 aufgebracht wird, um als Lack zu dienen. Dies kann Teilschritte enthalten, wie in 5A gezeigt ist.
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Mit Bezug auf 5A wird das Kunstharz bei Teilschritt 202a durch die zweite Heizquelle 108 erwärmt, um die Viskosität des Kunstharzes zu steuern. Bei Teilschritt 202b wird das Kunstharz mithilfe der Rieselvorrichtung 106 über den Stator 10 geträufelt. Das Träufeln wird sicherstellen, dass das Kunstharz alle Schlupfwinkel oder Spalten durchdringen kann, um den Kern 12 aus geschichtetem Blech des Stators und die Motorwicklung 14 vollständig zu beschichten.
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Wieder mit Bezug auf 5 geht das Verfahren 200 nach Schritt 202 zu Schritt 204 weiter. Bei Schritt 204 wird die zweite Schicht 28 aus dem Kunstharz auf die verschweißten Drahtenden 24 des Stators 10 aufgebracht. Ähnlich wie Schritt 202 kann dieser Teilschritte enthalten, wie in 5B dargestellt ist.
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Mit Bezug auf 5B wird der Stator 10 bei Teilschritt 204a in den Behälter 102 mit dem Kunstharz derart eingetaucht, dass die verschweißten Drahtenden 24 vollständig mit dem Kunstharz beschichtet werden. Bei Teilschritt 202b werden die verschweißten Drahtenden 24 aus dem Kunstharzbehälter 102 [engl.: welded pool] entfernt.
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Wieder mit Bezug auf 5 geht das Verfahren 200 nach Schritt 204 zu Schritt 206 weiter. Bei Schritt 206 werden der Stator 10, der mit der ersten Schicht 26 aus dem Kunstharz beschichtet ist, und die verschweißten Drahtenden 24, die sowohl mit der ersten Schicht 26 als auch der zweiten Schicht 28 aus dem Kunstharz beschichtet sind, ausgehärtet und getrocknet. Dies kann durchgeführt werden, indem sie mithilfe der ersten Heizquelle 104 ausgeheizt werden.
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Alle Schritte des Verfahrens 200 können so oft wiederholt werden, wie es notwendig ist, um die gewünschte Schichtdicke der ersten Schicht 26 und der zweiten Schicht 28 bereitzustellen.
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Es ist festzustellen, dass Schritt 204 vor Schritt 202 durchgeführt werden kann, sodass die erste Schicht 26 die zweite Schicht 28 an den verschweißten Drahtenden 28 bedeckt. Es ist ferner festzustellen, dass die erste Schicht 26 und die zweite Schicht 28 mithilfe jedes anderen Prozesses aufgebracht werden können, der einem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist.
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Vor dem Schritt 202 kann das Verfahren 200 ferner umfassen, dass der Kern 12 aus geschichteten Blechen des Stators vorgeheizt wird.
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Die genaue Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, aber der Umfang der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert. Obwohl einige der besten Arten und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Erfindung im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen, um die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, in die Praxis umzusetzen.
