DE102015208902A1

DE102015208902A1 - Stator for an electrical machine with an encapsulated interconnection device and electrical machine with such a stator

Info

Publication number: DE102015208902A1
Application number: DE102015208902.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Schäflein; Jochen Wittmann; Roland Lindwurm; Sophie Scheuring
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-05-13
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2016-11-17
Also published as: WO2016180588A1; CN107624213B; JP2018516048A; JP6741300B2; CN107624213A

Abstract

Es wird ein Stator (16) für eine elektrische Maschine (10) mit einer Statorwicklung (36) und mit einer Verschaltungseinrichtung (38) mit Verbindungsleitern (52a–c) beschrieben, welche mit Wicklungsenden (36a, b) elektrisch verschaltet sind. Zur Verschaltung der Wicklungsenden (36a, b) weist der Stator (16) eine Verschaltungseinrichtung (38) mit mehreren Verbindungsleitern (52a–c) auf, welche gegenseitig elektrisch isoliert in einem Kunststoffkörper (54) unter Ausbildung eines Metall-Kunststoff-Verbundteils (56) eingegossen sind und wobei die Verbindungsleiter (52a–c) Wicklungsanschlussbereiche (520a–c) aufweisen, welche außerhalb des Kunststoffkörpers (54) angeordnet sind. Es wird vorgeschlagen, den Kunststoffkörper (54) mit einem wannenförmigen Aufnahmeraum (55) auszubilden, welcher die Wicklungsanschlussbereiche (520a–c) einschließt und wobei der Aufnahmeraum (55) nach der Verschaltung der Wicklungsenden (36a, b) mit einer Vergussmasse (66) ausgefüllt werden kann, welche die Wicklungsanschlussbereiche (520a–c) abdeckt. A stator (16) for an electrical machine (10) with a stator winding (36) and with a connection device (38) with connecting conductors (52a-c) which are electrically connected to winding ends (36a, b) is described. For interconnecting the winding ends (36a, b), the stator (16) has a connection device (38) with a plurality of connecting conductors (52a-c), which are mutually electrically isolated in a plastic body (54) to form a metal-plastic composite part (56 ) and wherein the connection conductors (52a-c) have winding connection regions (520a-c) which are arranged outside the plastic body (54). It is proposed to form the plastic body (54) with a trough-shaped receiving space (55), which encloses the winding connection areas (520a-c) and wherein the receiving space (55) after the connection of the winding ends (36a, b) with a potting compound (66). can be filled, which covers the winding connection areas (520a-c).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stator für eine elektrische Maschine mit einer gekapselten Verschaltungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie auf eine elektrische Maschine mit einem derartigen Stator gemäß Anspruch 9. The present invention relates to a stator for an electrical machine with an encapsulated interconnecting device according to the preamble of patent claim 1, as well as to an electrical machine with such a stator according to claim 9.

Ein Stator für eine elektrische Maschine mit einer gekapselten Verschaltungseinrichtung ist bereits aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 20 2010 014 425 U1 bekannt. Dieser Stator umfasst eine Mehrzahl von Spulen, deren Spulenenden mittels der Verschaltungseinrichtung mit drei ringförmigen Verbindungsleitern verschaltet sind, welche zum Anschluss an eine Stromquelle drei axial vom Stator abragende lappenförmige Phasenanschlussbereiche aufweisen. Die Verbindungsleiter sind an einem zu den Spulen benachbarten ringförmigen Halteelement bzw. Trägerelement eingelegt, wobei die Spulenenden jeweils durch Eintrittsöffnungen in dieses Haltelement eingeführt und in dessen Innenraum mit den Verbindungsleitern kontaktiert sind. Auf dieses Halteelement wird zur Bildung einer Vergusswanne ein zweites, gleichfalls ringförmiges Element aufgesetzt. In den auf diese Weise geschaffenen ringförmigen Vergussraum wird nach Fertigstellung der Verschaltung eine bei deren Verarbeitungstemperatur flüssige und beim Aushärten in den festen Zustand übergehende Vergussmasse eingebracht, welche die darin angeordneten Elemente zum Schutz vor äußeren Einflüssen, insbesondere dem Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutzpartikeln abdeckt. A stator for an electrical machine with an encapsulated interconnection device is already known from the German Utility Model DE 20 2010 014 425 U1 known. This stator comprises a plurality of coils, the coil ends of which are interconnected by means of the interconnection device with three annular connecting conductors, which have three axially projecting from the stator lobe-shaped phase connection areas for connection to a power source. The connecting conductors are inserted at an annular holding element or carrier element adjacent to the coils, wherein the coil ends are respectively inserted through inlet openings in this holding element and are contacted in the interior thereof with the connecting conductors. On this holding element, a second, likewise annular element is placed to form a Vergusswanne. In the annular Vergussraum created in this way after completion of the interconnection a liquid at their processing temperature and merging during curing in the solid state potting compound is introduced, which covers the elements arranged therein for protection against external influences, in particular the ingress of moisture and dirt particles.

Die Fertigung eines solchen Stators ist insbesondere durch einen hohen Verbrauch von Vergussmasse vergleichsweise kostenintensiv. The production of such a stator is comparatively cost-intensive, especially due to a high consumption of potting compound.

Ein Stator der eingangs genannten Gattung ist beispielweise mit der US 2006/0068617 A1 bekannt geworden. Dieser umfasst ein um eine Mittelachse ringförmig ausgebildetes Statorblechpaket mit einer Statorwicklung, welche mehrere Wicklungsenden aufweist und eine Verschaltungseinrichtung mit mehreren Verbindungsleitern, welche gegenseitig elektrisch isoliert in einen Kunststoffkörper unter Ausbildung eines Metall-Kunststoffverbundbauteils eingegossen sind. Dabei weisen die Verbindungsleiter mehrere Wicklungsanschlussbereiche auf, welche radial von einem Grundkörper der Verbindungsleiter abstehend ausgebildet und außerhalb des Kunststoffkörpers angeordnet sind und an welchen die Wicklungsenden mit den Verbindungsleitern elektrisch verschaltet sind. Somit liegen die Kontaktbereiche der Wicklungsenden im Innenraum der elektrischen Maschine frei und sind dort gegenüber äußeren Einflüssen, wie Schmutz und Feuchte ungeschützt und korrosionsgefährdet. A stator of the type mentioned is, for example, with the US 2006/0068617 A1 known. This comprises a stator core around a central axis formed stator with a stator winding, which has a plurality of coil ends and a connection device with a plurality of connecting conductors, which are mutually electrically insulated in a plastic body to form a metal-plastic composite component. In this case, the connection conductors have a plurality of winding connection regions, which are formed so as to protrude radially from a base body of the connection conductors and are arranged outside the plastic body and to which the winding ends are electrically connected to the connection conductors. Thus, the contact areas of the coil ends are exposed in the interior of the electrical machine and there are exposed to external influences, such as dirt and moisture unprotected and prone to corrosion.

Die Erfindung stellt sich von dem genannten Stand der Technik ausgehend die Aufgabe, einen Stator mit einer verbesserten und kostengünstigen Verschaltungseinrichtung bereitzustellen, bei welchem die Wicklungsanschlussbereiche gleichfalls dauerhaft gegenüber äußeren Einflüssen korrosionsgeschützt angeordnet werden können. Des Weiteren soll eine elektrische Maschine mit einem derartigen Stator bereitgestellt werden. The invention is based on the cited prior art, the task of providing a stator with an improved and cost-effective interconnection device, in which the winding connection areas can also be arranged permanently protected from corrosion against external influences. Furthermore, an electric machine should be provided with such a stator.

Diese Aufgabe wird durch einen Stator für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und im Weiteren durch eine elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor. This object is achieved by a stator for an electric machine with the features of claim 1 and further by an electric machine according to claim 9. Advantageous embodiments and further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Es wird somit ein Stator der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, bei welchem der Kunststoffkörper bzw. die Kunststoffmatrix eines die Verbindungsleiter beinhaltenden Metall-Kunststoff-Verbundteils einen wannenförmigen und insbesondere ringkreisförmigen Aufnahmeraum ausbildet, welcher die Wicklungsanschlussbereiche der Verbindungsleiter einschließt bzw. diese umgibt. Das heißt, die Verbindungsleiter sind von einem Kunststoff umgossen, wobei die Wicklungsanschlussbereiche der Verbindungsleiter ausgespart sind, also frei liegen und der Verschaltung mit den Wicklungsenden zugänglich sind. Dieser Aufnahmeraum kann bei Bedarf nach der Verschaltung der Wicklungsenden mit einer Vergussmasse ausgefüllt werden, welche die Wicklungsanschlussbereiche dann dauerhaft abdeckt. It is thus proposed a stator of the type mentioned, in which the plastic body or the plastic matrix of the connecting conductor-containing metal-plastic composite part forms a trough-shaped and ring-shaped receiving space in particular, which encloses the winding connection areas of the connecting conductor or surrounds them. That is, the connection conductors are encapsulated by a plastic, wherein the winding connection areas of the connection conductors are recessed, so are exposed and the interconnection with the coil ends are accessible. If required, after the interconnection of the winding ends, this receiving space can be filled with a potting compound which then permanently covers the winding connection areas.

Der auf diese Weise dargestellte ringkreis- und wannenförmige Aufnahmeraum kann grundsätzlich eine beliebige Querschnittsform aufweisen, wobei eine im Querschnitt rechteckförmige Wanne bei der Herstellung eines als Kunststoffspritzgussteils gefertigten Verbundteils verfahrenstechnisch ohne weiteren erheblichen Aufwand herstellbar ist. Allgemein kann der Aufnahmeraum des erzeugten Wannenkörpers einen radial inneren und einen radial äußeren Wandbereich aufweisen, welche sich beide am Stator in Umfangsrichtung erstrecken und weiter einen sich zwischen diesen Wandbereichen befindlichen Bodenbereich umfassen. Die Verbindungsleiter können also in den Bodenbereich eingebettet sein, wobei die Wicklungsanschlussbereiche aus dem Bodenbereich herausstehen und somit in einem Aufnahmeraum angeordnet sind, welcher von dem Bodenbereich und den jeweils seitlich zu den Wicklungsanschlussbereichen benachbarten vorgenannten Wandbereichen begrenzt wird. Eine Wannenhöhe, welche etwa ein mit einer Vergussmasse maximal erreichbares Vergussniveau definiert, fällt mit der Axialrichtung bzw. Axialerstreckung des Stators und des Metall-Kunststoff-Verbundteils zusammen. The annular and trough-shaped receiving space shown in this way can in principle have any desired cross-sectional shape, wherein a cross-sectionally rectangular trough can be produced in the production of a composite part produced as a plastic injection molded part without further considerable effort. Generally, the receiving space of the produced tub body may have a radially inner and a radially outer wall portion, both of which extend circumferentially on the stator and further comprise a bottom portion located between these wall portions. The connecting conductors can thus be embedded in the bottom region, wherein the winding connection regions protrude from the bottom region and are thus arranged in a receiving space, which is delimited by the bottom region and the aforementioned wall regions adjacent to the winding connection regions. A trough height, which defines approximately a potting level which can be achieved to a maximum with a potting compound, coincides with the axial direction or axial extent of the stator and of the metal-plastic composite part.

Durch die vorgeschlagene Ausbildung des Stators können demzufolge ebenso die Wicklungsanschlussbereiche mit den daran festgelegten Wicklungsenden sicher gegenüber äußeren Einflüssen gekapselt werden, wobei gleichzeitig ein Verbrauch an Vergussmasse vergleichsweise gering ist. Als Vergussmasse kann allgemein vorzugsweise ein Harz, beispielsweise ein Epoxidharz, ein Silikon, ein Polyurethan oder eine Kombination aus den vorgenannten oder ein Kunststoff eingesetzt werden, deren jeweilige Verarbeitung einem zuständigen Fachmann auf dem Gebiet des Elektromaschinenbaus geläufig ist. As a result of the proposed design of the stator, the winding connection regions with the winding ends fixed thereto can therefore also be securely encapsulated with respect to external influences, whereby at the same time consumption of potting compound is comparatively low. As a potting compound, a resin, for example an epoxy resin, a silicone, a polyurethane or a combination of the aforementioned or a plastic may generally be preferably used, the respective processing of which is familiar to a person skilled in the field of electrical engineering.

Mit Vorteil weisen die Verbindungsleiter einen sich im Wesentlichen ringkreisförmig erstreckenden Grundkörper auf und sind am Stator koaxial zur Mittelachse der elektrischen Maschine angeordnet. Die Verbindungsleiter können dazu als gebogene Drähte oder bevorzugt als ringkreisförmig gebogene oder gestanzte bandförmige Leiterelemente insbesondere mit einem eckigen Querschnitt ausgebildet sein, welche sich am Stator lediglich über einen Umfangsbereich oder über den gesamten oder nahezu gesamten Umfang erstrecken können und am Stator radial oder axial gestaffelt angeordnet sind. Advantageously, the connecting conductors have an essentially annularly extending base body and are arranged on the stator coaxial to the central axis of the electric machine. For this purpose, the connecting conductors can be designed as curved wires or preferably as annularly curved or punched band-shaped conductor elements, in particular with a polygonal cross-section, which can extend on the stator only over a peripheral region or over the entire or almost entire circumference and arranged staggered radially or axially on the stator are.

In einer besonders materialsparenden Ausgestaltung sind die Wicklungsanschlussbereiche innerhalb des Grundkörpers eines Verbindungsleiters durch eine Materialumformung insbesondere unter Beibehaltung einer für die Stromtragfähigkeit erforderlichen Querschnittsfläche ausgebildet. Da hierbei zur Ausbildung der Wicklungsanschlussbereiche im Wesentlichen keine, insbesondere radial vom Grundkörper abstehenden Bereiche erforderlich sind, ist somit eine hohe Ausnutzung des Grundmaterials gegeben. In a particularly material-saving embodiment, the winding connection regions are formed within the base body of a connection conductor by material deformation, in particular while maintaining a cross-sectional area required for the current-carrying capacity. Since in this case for the formation of the winding connection areas substantially no, in particular radially projecting from the base body areas are required, thus a high utilization of the base material is given.

Im Falle einer radial gestaffelten Anordnung der Verbindungsleiter ist es zweckmäßig, wenn die Wicklungsanschlussbereiche gegenüber einer von den verbleibenden Bereichen der Verbindungsleiter gemeinsam gebildeten Radialebene axial in den Aufnahmeraum hervorstehen. Alternativ können die Verbindungsleiter auch axial gestaffelt sein und als in Axialrichtung gebogene Fortsätze als Wicklungsanschlussbereiche aufweisen. In the case of a radially staggered arrangement of the connecting conductors, it is expedient for the winding terminal regions to protrude axially into the receiving space in relation to a radial plane formed jointly by the remaining regions of the connecting conductors. Alternatively, the connecting conductors can also be axially staggered and have as extensions curved in the axial direction as winding connection regions.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Wicklungsanschlussbereiche im Wesentlichen in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet sein, wodurch sich Vorteile bei einer automatisierten Kontaktierung der Wicklungsenden mit den Wicklungsanschlussbereichen ergeben. Gleichfalls kann dadurch die Höhe, insbesondere also eine axiale Erstreckung der Vergussmasse gering gehalten werden. According to a further preferred embodiment, the winding connection regions can be arranged substantially in a common radial plane, which results in advantages in an automated contacting of the winding ends with the winding connection regions. Likewise, the height, in particular an axial extent of the potting compound can thereby be kept low.

Es kann ferner vorgesehen sein, den Aufnahmeraum durch Trennstege in Umfangsrichtung segmentiert auszubilden und mehrere Kammern mit Wicklungsanschlussbereichen auszubilden. Es können dabei zwei oder noch mehrere Wicklungsanschlussbereiche in einer gemeinsamen Kammer angeordnet sein. Ebenso kann pro Wicklungsanschlussbereich jeweils eine Kammer vorgesehen sein. Die Trennstege verbinden bevorzugt einen radial inneren und einen radial äußeren Umfangsbereich des Aufnahmeraums, wobei sich eine Trennsteghöhe über die gesamte oder nur über einen Teil der Wannenhöhe erstrecken kann. Falls in der eingebrachten Vergussmasse beim Betreiben der elektrischen Maschine betriebsbedingt oder alterungsbedingte und insbesondere bis zur freien Oberfläche reichende Risse entstehen, so können diese durch die vorhandenen Trennstege an einer Ausbreitung in der Umfangsrichtung wirksam gehindert werden. Die Trennstege können in Umfangsrichtung beliebig breit ausgeführt werden und dabei den Umfangsraum zwischen zwei benachbarten Wicklungsanschlussbereichen vollständig oder nahezu vollständig ausfüllen, wodurch nochmals eine erhebliche Einsparung von Vergussmasse erreichbar ist. Durch das Einbringen von Trennstegen können auch außerhalb der Wicklungsanschlussbereiche befindliche Kammern erzeugt werden, welche nicht mit Vergussmasse befüllt und somit vergussmassefrei ausgebildet sind. It can also be provided to form the receiving space segmented by dividers in the circumferential direction and form a plurality of chambers with winding connection areas. It can be arranged in a common chamber two or more winding connection areas. Likewise, one chamber may be provided per winding connection region. The separating webs preferably connect a radially inner and a radially outer peripheral region of the receiving space, wherein a separating web height can extend over the entire or only over a part of the pan height. If in the potting compound introduced during operation of the electrical machine due to operational or aging-related and in particular reaching to the free surface cracks, so they can be effectively prevented by the existing dividers at a propagation in the circumferential direction. The dividers can be made arbitrarily wide in the circumferential direction and thereby fill the circumferential space between two adjacent winding terminal areas completely or almost completely, which again a considerable saving of potting compound can be achieved. By introducing separating webs, it is also possible to produce chambers which are located outside the winding connection regions and which are not filled with potting compound and thus formed without potting compound.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Verbindungsleiter stoffschlüssig mit diesen verbundene Phasenanschlussleiter zur Verbindung des Stators mit einer elektrischen Energiequelle aufweisen, wobei die Phasenanschlussleiter mit einem Endbereich in dem Kunststoffkörper des Kunststoff-Metall-Verbundteils eingegossen bzw. umspritzt sind. Die Phasenanschlussleiter können dort vollständig oder teilweise mit dem Kunststoff umspritzt sein. Im letzteren Fall kann in den Kontaktbereich der Phasenanschlussleiter an den Verbindungsleitern ebenso wie zuvor bereits an den Wicklungsanschlussbereichen erläutert, eine Vergussmasse zur Abdeckung eingebracht sein. Diese Sektion des Aufnahmeraums kann ebenfalls unter Ausbildung von zumindest einer oder mehreren Kammern mit den zuvor erläuterten Trennstegen ausgeführt sein. Die Phasenanschlussleiter können insbesondere stoffschlüssig mit den Verbindungsleitern z.B. durch Löten, Schweißen, Bonden oder auch gegenseitiges plastisches Verpressen verbunden sein. Alternativ zu einem Eingießen der Phasenanschlussleiter können diese auch nachträglich nach der Fertigung des Metall-Kunststoff-Verbundteils an den Verbindungsleitern angeordnet bzw. festgelegt werden, wobei jedoch das Verbundteil gegenüber einer dabei gegebenenfalls anfallenden Prozesswärme möglichst formstabil ausgebildet sein sollte. Im Weiteren können die Phasenanschlussleiter generell auch eine Isolationsschicht, insbesondere eine Kunststoffummantelung aufweisen. Dabei kann dieser Kunststoffmantel in dem vorgenannten ebenso in den Kunststoffkörper des Kunststoff-Metall-Verbundteils eingegossen sein bzw. umspritzt sein. Die Isolationsschicht kann auch als ein Schlauch, ein Gewebe, eine Pulverbeschichtung, Lackierung oder Ähnliches ausgeführt sein. In a further embodiment of the invention, the connection conductors can have a material connection with these connected phase connection conductors for connecting the stator to an electrical energy source, wherein the phase connection conductors are cast or encapsulated with an end region in the plastic body of the plastic-metal composite part. The phase connection conductors can be completely or partially encapsulated there with the plastic. In the latter case, a potting compound can be introduced into the contact region of the phase connection conductor on the connection conductors, as already explained above for the winding connection regions. This section of the receiving space can also be designed to form at least one or more chambers with the previously explained dividers. In particular, the phase connection conductors can be materially connected to the connecting conductors, for example by soldering, welding, bonding or also by mutual plastic pressing. As an alternative to pouring in the phase connection conductors, these can also be arranged or fixed subsequently to the production lines of the metal-plastic composite part on the connecting conductors, but the composite part should be formed as dimensionally stable as possible against any process heat that may be generated. In addition, the phase conductor can also generally a Have insulation layer, in particular a plastic sheath. In this case, this plastic sheath may also be cast or encapsulated in the aforementioned in the plastic body of the plastic-metal composite part. The insulation layer can also be designed as a tube, a woven fabric, a powder coating, paint or the like.

Die vorgeschlagene elektrische Maschine umfasst einen Rotor und einen Stator, wobei der Stator zumindest nach einer der in den Ansprüchen 1 bis 8 aufgeführten Merkmalskombinationen ausgeführt ist. The proposed electric machine comprises a rotor and a stator, wherein the stator is designed according to at least one of the combinations of features listed in claims 1 to 8.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausführungsform beispielhaft erläutert. The invention will be explained by way of example with reference to an embodiment shown in the figures.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine in Innenläuferbauart mit einer radial innen am Stator angeordneten Verschaltungseinrichtung in einem Axialschnitt; 1 a schematic representation of an electric machine in internal rotor design with a radially inwardly arranged on the stator interconnecting device in an axial section;

2 eine perspektivische ausschnittweise Darstellung der in 1 schematisch gezeigten Verschaltungseinrichtung mit einem Metall-Kunststoff-Verbundteil und mit Phasenanschlussleitern. 2 a perspective fragmentary view of in 1 schematically shown interconnection device with a metal-plastic composite part and with phase connection conductors.

Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten oder vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Darstellung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich ihrer Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt. Identical objects, functional units or comparable components are denoted by the same reference numerals across the figures. Further, summary reference numbers are used for components and objects that occur multiple times in one embodiment or in one representation, but are described together in terms of one or more features. Components or objects which are described by the same or in a combination of reference numerals may be identical in terms of their characteristics, for example their dimensions, but may also be different if the description does not explicitly or implicitly make reference to the description.

1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine 10, genauer eine permanenterregte elektrische Synchronmaschine in Innenläuferbauart, mit einem um eine Rotorwelle 12 mit einer Drehachse A drehbaren Rotor 14 und mit einem diesen radial außen umgebenden Stator 16. Der Rotor 14 umfasst einen topfförmigen Rotorträger 18, auf dessen zylindrischen Außenumfangsfläche ein lamelliertes Rotorblechpaket 20 angeordnet ist, welches eine Mehrzahl am Umfang gegenseitig beabstandeter Permanentmagnete 22 trägt. 1 schematically shows an electric machine 10 More specifically, a permanent magnet synchronous electric machine of internal rotor type, with one around a rotor shaft 12 with a rotation axis A rotatable rotor 14 and with a radially outer surrounding stator 16 , The rotor 14 includes a cup-shaped rotor carrier 18 , on the cylindrical outer peripheral surface of a laminated rotor core 20 is arranged, which has a plurality of circumferentially spaced apart permanent magnets 22 wearing.

Der Stator 16 umfasst einen ringförmigen Statorträger 24, in dessen Zentralausnehmung ein ebenfalls aus Blechlamellen gebildetes kreisringförmiges Statorblechpaket 26 angeordnet ist. Die Drehachse A bildet somit zugleich die Mittelachse A des Stators. Der Statorträger 24 kann beispielsweise ein Außen- oder ein Zwischengehäuse der elektrischen Maschine 10 darstellen. Das Statorblechpaket 26 ist segmentiert ausgeführt und aus einer Mehrzahl von Statorsegmenten zusammengefügt, die von dem Statorträger 24 aufgenommen und zusammengehalten werden. Alternativ dazu kann das Statorblechpaket 26 auch in konventioneller Weise aus einer Stapelung von Ringblechlamellen bestehen. The stator 16 includes an annular stator support 24 , in whose central recess a likewise formed of sheet metal laminations annular Statorblechpaket 26 is arranged. The axis of rotation A thus forms at the same time the central axis A of the stator. The stator carrier 24 For example, an external or an intermediate housing of the electrical machine 10 represent. The stator core 26 is segmented and assembled from a plurality of stator segments joined by the stator support 24 be recorded and held together. Alternatively, the stator lamination can 26 also consist in a conventional manner of a stack of ring laminations.

Unabhängig von dem konkreten Aufbau bildet das Statorblechpaket 26 ein an dem Statorträger 24 anliegendes ringförmig geschlossenes Statorjoch 30 mit davon nach radial innen gerichteten Zähnen 32 aus, welche zur Bildung der Statorwicklung in bekannter Weise mit Statorspulen 36 bestückt sind. Die Wicklungsenden bzw. Spulenenden 36a, b der Statorspulen 36 sind mittels einer in 1 nur schematisch dargestellten Verschaltungseinrichtung 38 verschaltet und über eine Leistungselektronik 39a und eine Ansteuerelektronik 39b mit einer elektrischen Energiequelle 39c verbunden, welche zum Betreiben der elektrischen Maschine 10 die Wicklung mit einem Strom variabler Phase und Amplitude beaufschlagen kann. Regardless of the concrete structure forms the stator lamination 26 a on the stator 24 fitting ring-shaped closed stator yoke 30 with radially inwardly directed teeth 32 from, which for forming the stator winding in a known manner with stator coils 36 are equipped. The coil ends or coil ends 36a , b of the stator coils 36 are by means of an in 1 only schematically illustrated interconnection device 38 interconnected and via power electronics 39a and a control electronics 39b with an electrical energy source 39c connected, which for operating the electric machine 10 the winding can act on a current of variable phase and amplitude.

Die Statorspulen 36 werden vor der Montage des Stators 16 mit Hilfe von jeweils zwei, aus einem wärmebeständigen Kunststoff bestehenden Isolier- bzw. Wickelkörpern 40, 42 aus einem Kupferdraht um die Zähne 32 gewickelt und sind dort gegen Verrutschen gesichert. The stator coils 36 be before mounting the stator 16 with the help of two, consisting of a heat-resistant plastic insulating or winding bodies 40 . 42 from a copper wire around the teeth 32 wrapped and secured there against slipping.

Die Wickelkörper 40, 42 umfassen jeweils einen stirnseitig am Blechpaket 26 anliegenden Basisbereich 40a; 42a und zwei davon etwa rechtwinklig und am Stator 16 axial abragende Schenkel 40b, c; 42b, c, die den Wickelbereich in radialer Richtung begrenzen. An dem radial inneren Schenkel 40b sind Einlegenuten vorgesehen, in welche die Spulenenden 36a, b eingelegt und in Richtung der Verschaltungseinrichtung 38 ausgerichtet werden. Die Schenkel 40b liegen im Wesentlichen spaltfrei an einem weiter unten noch im Detail erläuterten ringkreisförmigen Metall-Kunststoff-Verbundteil 56 an und stützen dieses damit ab. Das Metall-Kunststoff-Verbundteil 56 ist, wie schematisch in 1 gezeigt, am Stator 16 mittels einer zeichnerisch nicht dargestellten Rastverbindung an den Schenkeln der Wickelkörper oder anderweitig festgelegt. The winding body 40 . 42 each include a front side on the laminated core 26 adjacent base area 40a ; 42a and two of them roughly at right angles and at the stator 16 axially projecting legs 40b , c; 42b , c, which limit the winding area in the radial direction. At the radially inner leg 40b Insertion grooves are provided, in which the coil ends 36a , b inserted and in the direction of the interconnection device 38 be aligned. The thigh 40b are substantially gap-free at a below explained in more detail ring-shaped metal-plastic composite part 56 and support this with it. The metal-plastic composite part 56 is as schematic in 1 shown on the stator 16 determined by means of a drawing connection, not shown on the legs of the winding body or otherwise.

Die Spulen 36 sind elektrisch einzelnen Strängen zugeordnet, wozu die Spulenenden 36a, b mittels der Verschaltungseinrichtung 38 über gemeinsame Verbindungsleiter 52a–c in einer vorbestimmten Weise an Wicklungsanschlussbereichen 520a–c miteinander verschaltet werden. The spools 36 are electrically associated with individual strands, including the coil ends 36a , b by means of the interconnection device 38 via common connection conductors 52a C in a predetermined manner at winding connection areas 520a -C are interconnected.

Die Verbindungsleiter 52a–c sind aus einem Kupfer-Bandmaterial mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt gebogen, weisen sich im Wesentlichen ringkreisförmig erstreckende Grundkörper auf und sind am Stator 16 koaxial zur Mittelachse A angeordnet. Die Wicklungsanschlussbereiche 520a–c sind innerhalb der umfangsmäßigen Erstreckung der Verbindungsleiter 52a–c am Grundkörper ausgebildet und stehen gegenüber einer von den Verbindungsleitern 52a–c, also insbesondere von deren Grundkörpern gebildeten Radialebene axial hervor. Es ist in den Figuren erkennbar, dass die Verbindungsleiter 52a–c am Stator 16 radial gestaffelt sind, wobei die axial hervortretenden Wicklungsanschlussbereiche 520a–c im Wesentlichen in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet sind. The connection ladder 52a -C are bent from a copper strip material having a substantially rectangular cross-section, have substantially annularly extending base body and are on the stator 16 arranged coaxially to the central axis A. The winding connection areas 520a -C are within the circumferential extent of the connection conductors 52a C are formed on the base body and face one of the connecting conductors 52a C, ie in particular of their basic bodies formed radial plane axially out. It can be seen in the figures that the connecting conductors 52a -C on the stator 16 are radially staggered, wherein the axially protruding winding connection areas 520a C are arranged substantially in a common radial plane.

Vorzugsweise werden bei der Verschaltung zur Realisierung einer Dreieckschaltung jeweils zwei benachbarte Spulenenden 36a, b von zwei am Umfang benachbarten Spulen 36 mit einem Wicklungsanschlussbereich 520a–c verbunden. Die Kontaktierung der Spulenenden 36a, b mit den Verbindungsleitern 52a–c erfolgt dabei stoffschlüssig, insbesondere durch Löten oder Schweißen. In the interconnection for realizing a delta connection, two adjacent coil ends are preferably each 36a , b of two circumferentially adjacent coils 36 with a winding connection area 520a -C connected. The contacting of the coil ends 36a , b with the connecting conductors 52a -C takes place cohesively, in particular by soldering or welding.

Zur Anordnung am Stator 16 sind die Verbindungsleiter 52a–c gegenseitig elektrisch isoliert in einem Kunststoffkörper 54 unter Ausbildung des bereits erwähnten Metall-Kunststoff-Verbundteils 56 eingegossen. Dabei sind die Wicklungsanschlussbereiche 520a–c von dem Kunststoffkörper 54 ausgespart und diesbezüglich außerhalb des Kunststoffkörpers 54 angeordnet. For mounting on the stator 16 are the connecting conductors 52a -C mutually electrically isolated in a plastic body 54 under formation of the aforementioned metal-plastic composite part 56 cast. Here are the winding connection areas 520a -C of the plastic body 54 recessed and in this respect outside the plastic body 54 arranged.

Das Metall-Kunststoff-Verbundteil 56 ist gemäß der schematischen Darstellung von 1 radial innerhalb der Spulen 36, genauer an den radial inneren Schenkeln 40b der Wickelkörper 40 festgelegt. Die Spulenenden 36a, b treten somit über einen radial äußeren Wandbereich 56b in einen Verschaltungsbereich bzw. einen Aufnahmeraum 55 des Trägerelements 56 ein. The metal-plastic composite part 56 is according to the schematic representation of 1 radially inside the coils 36 , more precisely on the radially inner legs 40b the winding body 40 established. The coil ends 36a , b thus occur over a radially outer wall area 56b in an interconnection area or a recording room 55 the carrier element 56 one.

Wie auch besonders in 2 erkennbar, ist der Aufnahmeraum 55 an dem Kunststoffkörper 54 wannenförmig und zur Verschaltung einseitig offen ausgebildet, wobei die Wicklungsanschlussbereiche 520a–c in dem Aufnahmeraum 55 von mehreren Seiten eingeschlossen bzw. umschlossen sind. Der Aufnahmeraum 55 wird von einem radial inneren Wandbereich 56c, dem radial äußeren Wandbereich 56b und von einem sich zwischen diesen erstreckenden Bodenbereich 56a begrenzt, aus welchem die Wicklungsanschlussbereiche 520a–c axial herausstehen. As well as in particular 2 recognizable, is the recording room 55 on the plastic body 54 trough-shaped and designed for interconnection open on one side, wherein the winding connection areas 520a -C in the recording room 55 enclosed or enclosed by several sides. The recording room 55 is from a radially inner wall area 56c , the radially outer wall area 56b and from a floor area extending therebetween 56a limited, from which the winding connection areas 520a -C protrude axially.

Ferner ist erkennbar, dass der Aufnahmeraum 55 durch Trennstege 56e in Umfangsrichtung segmentiert ausgebildet ist und mehrere Kammern 55a aufweist, wobei pro Wicklungsanschlussbereich 520a–c jeweils eine Kammer 55a vorgesehen ist. Der offene Bereich zeigt dabei in die dem Stator 16 abgewandte Axialseite und ist somit für die Verschaltung frei zugänglich. It can also be seen that the receiving space 55 through dividers 56e segmented formed in the circumferential direction and a plurality of chambers 55a wherein, per winding connection area 520a -C one chamber each 55a is provided. The open area points into the stator 16 remote axial side and is thus freely accessible for the interconnection.

Zum Eintritt der Spulenenden 36a, b in den Aufnahmeraum 55 des Metall-Kunststoff-Verbundteils 56 sind an einem der Wandbereiche 56b, c vorliegend im Unterschied zu der schematischen Darstellung von 1 an dem inneren Radialwandbereich 56c, Eintrittsausnehmungen 56d vorgesehen. Diese sind als muldenförmige bzw. schlitzartige Vertiefungen und bezüglich des Stators 16 von der freien Axialseite der Seitenwandung 56b ausgehend ausgebildet und so angeordnet, dass die in den Einlegenuten geführten Spulenenden 36a, b radial und auf einem vergleichsweise kurzen Wege durch den Radialwandbereich 56c in den Aufnahmeraum 55 der Verschaltungsanordnung 38 eingelegt werden können. Die Ausnehmungen 56d sind also am Umfang jeweils einem der Wicklungsanschlussbereiche 520a–c räumlich zugeordnet und können bei Bedarf in Umfangsrichtung etwas größer ausgeführt sein als es dem gegenseitigen Abstand von jeweils zwei am Stator 16 benachbarten Spulenenden 36a, b von jeweils zwei unmittelbar benachbarten Spulen 36 entspricht. Dadurch können in der gezeigten Lage die Spulenenden 36a, b auch bei einer geringen fertigungsbedingten Lageabweichung sicher in das Metall-Kunststoff-Verbundteil 56 eingeführt werden. Die mit 2 dargestellte Verschaltungseinrichtung 38 ist in Abweichung zu derjenigen von 1 grundsätzlich zur Anordnung an radial äußeren Schenkeln 40c der Wickelkörper 40 ausgebildet. To the entrance of the coil ends 36a , b in the recording room 55 of the metal-plastic composite part 56 are on one of the wall areas 56b , c in this case, in contrast to the schematic representation of 1 on the inner radial wall area 56c , Entrance recesses 56d intended. These are as trough-shaped or slot-like depressions and with respect to the stator 16 from the free axial side of the side wall 56b starting trained and arranged so that the guided in the insertion slots coil ends 36a , b radially and on a comparatively short path through the radial wall region 56c in the recording room 55 the wiring arrangement 38 can be inserted. The recesses 56d So are on the circumference in each case one of the winding connection areas 520a C spatially assigned and can be made slightly larger if necessary in the circumferential direction than the mutual distance of two on the stator 16 adjacent coil ends 36a , b of two immediately adjacent coils 36 equivalent. As a result, in the position shown, the coil ends 36a , b even with a low production-related position deviation safely in the metal-plastic composite part 56 be introduced. With 2 shown interconnection device 38 is unlike that of 1 basically for placement on radially outer legs 40c the winding body 40 educated.

Die Verschaltungseinrichtung 38 weist, wie dieses in 1 schematisch und in 2 exemplarisch dargestellt ist, weiterhin zum Anschluss des Stators 16 an die elektrische Stromquelle 39c mit den Verbindungsleitern 52a–c stoffschlüssig verbundene Phasenanschlussleiter 60a–c auf, welche abgedichtet in den Aufnahmeraum 55 eingeführt sind. The interconnection device 38 points, like this one in 1 schematically and in 2 is shown as an example, also for connection of the stator 16 to the electrical power source 39c with the connecting conductors 52a -C cohesively connected phase connection conductors 60a -C, which sealed in the recording room 55 are introduced.

Gemäß der Darstellung von 2 sind die Phasenanschlussleiter 60a–c ebenfalls als Bandleiter mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt ausgeführt und gemeinsam an einem Umfangsbereich am Metall-Kunststoff-Verbundteil 56 angeordnet und stehen dort radial von dem Metall-Kunststoff-Verbundteil 56 ab. Die Phasenanschlussleiter 60a–c sind bis auf deren jeweiligen Endbereiche mit einem Kunststoff-Isolationsmantel 620a–c versehen und mit jeweils einem Endbereich 610a–c in dem Kunststoffkörper 54 eingegossen. Der Isolationsmantel 620a–c ist dabei mit eingegossen, so dass an dieser Position Korrosionsprozesse nicht angreifen können. As shown by 2 are the phase connection conductors 60a C also designed as a strip conductor with a substantially rectangular cross-section and together on a peripheral region on the metal-plastic composite part 56 arranged there and are radially from the metal-plastic composite part 56 from. The phase connection conductors 60a -C are up to their respective end areas with a plastic insulation jacket 620a -C provided and each with an end portion 610a -C in the plastic body 54 cast. The insulation jacket 620a -C is cast in so that corrosion processes can not attack at this position.

Nach der Verschaltung der Wicklungsenden 36a, b mit den Wicklungsanschlussbereichen 520a–c werden der Aufnahmeraum 55 bzw. die einzelnen Kammern 55a zum Schutz vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor Korrosionserscheinungen und gleichfalls zur Erhöhung der Stabilität der Verschaltungseinrichtung 38 zumindest teilweise mit einer Vergussmasse 66 ausgefüllt. Beispielhaft ist dazu in 2 eine vergossene Kammer 55a gezeigt. Zum Vergießen findet eine bei deren Verarbeitungstemperatur flüssige und beim Aushärten in den festen Zustand übergehende Vergussmasse 66 Verwendung. Durch das Vergießen werden die Spulenenden 36a, b, die Verbindungsleiter 52a–c und die Phasenanschlussleiter 60a–c zumindest an deren gegenseitigen Kontaktbereichen abgedeckt bzw. gekapselt. After the connection of the coil ends 36a , b with the winding connection areas 520a -C become the recording room 55 or the individual chambers 55a to protect against external influences, in particular against corrosion and also to increase the stability of the interconnection device 38 at least partially with a potting compound 66 filled. Exemplary is in to 2 a potted chamber 55a shown. For casting takes place at their processing temperature liquid and on curing in the solid state transition potting compound 66 Use. By casting the coil ends 36a , b, the connection conductors 52a -C and the phase connection conductors 60a C covered or encapsulated at least at their mutual contact areas.

Anstelle der in den Figuren dargestellten radialen Staffelung der Verbindungsleiter können diese auch axial gestaffelt zum Stator angeordnet sein, wobei die weiteren Elemente, sofern diese erforderlich sind, entsprechend anzupassen sind. Ebenso kann anstelle einer radialen Positionierung der Spulen zu dem Trägerelement der Verschaltungseinrichtung diese auch in axialer Richtung erfolgen. Auch ist die spezielle Bauart der elektrischen Maschine hinsichtlich der prinzipiellen Ausführung der Stator-Verschaltungseinrichtung unerheblich; es kann sich also beispielsweise auch um eine elektrische Maschine in Außenläuferbauart handeln. Instead of the radial staggering of the connecting conductors shown in the figures, these can also be arranged axially staggered to the stator, wherein the other elements, if they are required, are adapted accordingly. Likewise, instead of a radial positioning of the coils to the carrier element of the interconnection device, these also take place in the axial direction. Also, the special design of the electrical machine with respect to the basic design of the stator interconnection device is irrelevant; For example, it may also be an external-type electric machine.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: elektrische Maschine electric machine
12 12: Rotorwelle rotor shaft
14 14: Rotor rotor
16 16: Stator stator
18 18: Rotorträger rotorarm
20 20: Rotorblechpaket Laminated core
22 22: Permanentmagnet permanent magnet
24 24: Statorträger stator
26 26: Statorblechpaket stator lamination
30 30: Statorjoch stator yoke
32 32: Zahn tooth
36 36: Statorspule stator
36a, b 36a, b: Spulenende coil end
38 38: Verschaltungseinrichtung Connecting device
39a 39a: Leistungselektronik power electronics
39b 39b: Ansteuerelektronik control electronics
39c 39c: Energiequelle energy
40, 42 40, 42: Wickelkörper bobbin
40a, 42a40a, 42a: Basisbereich base region
40b, c 40b, c: Schenkel leg
42b, c 42b, c: Schenkel leg
52a–c 52a-c: Verbindungsleiter connecting conductors
520a–c 520a-c: Wicklungsanschlussbereich Winding terminal area
54 54: Kunststoffkörper Plastic body
55 55: Aufnahmeraum accommodation space
55a 55a: Kammer chamber
56 56: Metall-Kunststoff-Verbundteil Metal-plastic composite part
56a 56a: Boden ground
56b, c 56b, c: Seitenwandung sidewall
56d 56d: Eintrittsausnehmung entry recess
56e 56e: Trennsteg divider
60a–c 60a-c: Phasenanschlussbereich Phase connection area
610a–c 610a-c: Endbereich end
620a–c 620a-c: Isolationsmantel insulation jacket
66 66: Vergussmasse potting compound
A A: Mittelachse central axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202010014425 U1 [0002]
US 2006/0068617 A1 [0004]

Claims

Stator ( 16 ) for an electric machine ( 10 ) comprising - a ring-shaped about a central axis (A) stator laminated core ( 26 ) with a stator winding ( 36 ), which have several winding ends ( 36a , b), - an interconnection device ( 38 ) with several connecting conductors ( 52a C) which are mutually electrically isolated in a plastic body ( 54 ) to form a metal-plastic composite part ( 56 ) are embedded, whereby - the connecting conductors ( 52a -C) winding connection areas ( 520a C), which outside the plastic body ( 54 ) are arranged and at which the winding ends ( 36a , b) at least indirectly with the interconnectors ( 52a C) are electrically interconnected, characterized in that the plastic body ( 54 ) a trough-shaped receiving space ( 55 ) forming the winding connection areas ( 520a -C).

Stator according to claim 1, characterized in that the receiving space ( 55 ) with a potting compound ( 66 ) and the winding connection areas ( 520a -C) covers.

Stator according to Claim 1 or 2, characterized in that the connecting conductors ( 52a C) have a substantially ring-shaped circular base body and on the stator ( 16 ) are arranged coaxially to the central axis (A).

Stator according to one of claims 1-3, characterized in that the winding connection areas ( 520a C) are formed within the body.

Stator according to one of claims 1-4, characterized in that the connecting conductors ( 52a C) are radially staggered, wherein the winding connection areas ( 520a -C) to one of the liaison officers ( 52a C) radially into the receiving space ( 55 ) protrude.

Stator according to one of claims 1-5, characterized in that the winding connection areas ( 520a C) are arranged substantially in a common radial plane.

Stator according to one of claims 1-6, characterized in that the receiving space ( 55 ) by separating webs ( 56e ) is segmented in the circumferential direction and a plurality of chambers ( 55a ) having.

Stator according to one of Claims 1-7, characterized in that the connecting conductors ( 52a C) cohesively with these connected phase connection conductors ( 60a -C) for connecting the stator ( 16 ) with an electrical energy source ( 39c ), wherein the phase connection conductors ( 60a -C) with an end region ( 610a C) in the plastic body ( 54 ) are poured.

Electric machine ( 10 ) with a rotor ( 14 ) and with a stator ( 16 ), characterized in that the stator ( 16 ) is executed according to one of claims 1-8.