DE102016203372B4 - Electric machine and related manufacturing process - Google Patents

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Abstract

Elektrische Maschine (1), aufweisend einen Stator (3) mit einem Blechpaket (4), aus welchem an zumindest einem axialen Ende (6) jeweils Wickelköpfe (5) einer elektrischen Wicklung (7) herausragen, wobei an dem zumindest einen axialen Ende (6) jeweils durch ein Gehäuse (12) und/oder einen jeweiligen Lagerschild (11) ein ringförmiger Aufnahmebereich (13) bereitgestellt ist, in welchem die Wickelköpfe (5) angeordnet sind, wobei zwischen den Wickelköpfen (5) und einer Innenwandung (14) des Aufnahmebereichs (13) zumindest ein elektrisch isolierendes, dauerelastisches Material (15) angeordnet ist, das die Wickelköpfe (5) und die Innenwandung (14) berührt und diese thermisch koppelt und hierzu einen Wärmeleitkoeffizienten größer als 1 W/mK aufweist, wobei das dauerelastische Material (15) ganz oder teilweise durch einen als Formteil ausgestalteten Festkörper (25) bereitgestellt ist, der auf die Wickelköpfe (5) aufgesteckt oder an die Wickelköpfe (5) angelegt ist, wobei das Formteil (25) als ein flexibler Streifen (25) ausgestaltet ist, der in einem ausgerollten Zustand Aussparungen (26, 27) aufweist, welche derart ausgestaltet sind, dass der Streifen (27) beim Anlegen an die Wickelköpfe (5) eine in Umlaufrichtung geschlossene, faltenlose Form (23, 24) aufweist.Electric machine (1), comprising a stator (3) with a laminated core (4), from which end windings (5) of an electrical winding (7) protrude at at least one axial end (6), wherein at least one axial end (7) 6) in each case by a housing (12) and / or a respective end shield (11) an annular receiving area (13) is provided, in which the winding heads (5) are arranged, wherein between the end windings (5) and an inner wall (14) at least one electrically insulating, permanently elastic material (15) is arranged, which contacts the winding heads (5) and the inner wall (14) and thermally couples them and for this purpose has a heat conduction coefficient greater than 1 W / mK, wherein the permanently elastic Material (15) is provided wholly or partly by a designed as a molded part solid (25) which is attached to the winding heads (5) or applied to the winding heads (5), wherein the molded il (25) is designed as a flexible strip (25) having in an unrolled state recesses (26, 27) which are designed such that the strip (27) when applied to the winding heads (5) has a closed in the direction of rotation , wrinkle-free form (23, 24).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, die insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehen sein kann. Bei der elektrischen Maschine weist ein Stator ein Blechpaket auf, aus welchem an zumindest einem axialen Ende Wickelköpfe einer elektrischen Wicklung herausragen. Diese Wickelköpfe sind in einem ringförmigen Aufnahmebereich angeordnet, der in einem Gehäuse und/oder einer Lagerschale der elektrischen Maschine bereitgestellt sein kann. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit der elektrischen Maschine. Schließlich gehört zu der Erfindung auch ein Verfahren, um die elektrische Maschine herzustellen.The invention relates to an electrical machine, which may be provided in particular for a motor vehicle. In the electric machine, a stator has a laminated core from which winding heads of an electrical winding protrude at least at one axial end. These winding heads are arranged in an annular receiving area, which may be provided in a housing and / or a bearing shell of the electrical machine. The invention also includes a motor vehicle with the electric machine. Finally, the invention also includes a method for producing the electric machine.

Eine elektrische Maschine kann in einem Kraftfahrzeug beispielsweise als Bordnetzgenerator bereitgestellt sein, der durch einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs angetrieben werden kann und hierdurch elektrische Leistung für das Bordnetz erzeugt. Bei elektrischen Maschinen ist ein leistungsbegrenzender Faktor die Qualität der Verlustwärmeabfuhr. Eine spezielle Zone, bei welcher die Abfuhr von Verlustwärme problematisch ist, stellen die Stator-Wickelköpfe dar. Gelingt es, gezielt aus dieser Zone Wärme an die Umgebung abzuleiten, kann die Leistung der elektrischen Maschine bei gleichbleibendem Bauvolumen gesteigert werden.An electric machine can be provided in a motor vehicle, for example, as an on-board generator, which can be driven by an internal combustion engine of the motor vehicle and thereby generates electrical power for the electrical system. In electrical machines, a power limiting factor is the quality of the dissipated heat dissipation. A special zone, in which the dissipation of heat loss is problematic, represent the stator winding heads. If it is possible to specifically dissipate heat from this zone to the environment, the power of the electric machine can be increased while maintaining the same volume.

Für eine Wärmeabfuhr aus den Wickelköpfen in ein Gehäuse oder ein Lagerschild der elektrischen Maschine ist bekannt, Mittel zur thermischen Ankopplung der Wickelköpfe an das Maschinengehäuse beziehungsweise das Lagerschild bereitzustellen. Dies ist beispielsweise aus der DE 199 43 446 A1 bekannt. Darin ist beschrieben, dass die Wickelköpfe in einen ringförmigen Aufnahmebereich eines Gehäuses gesteckt sind, der mit einer Vergussmasse ausgegossen ist. Die Vergussmasse dient zusätzlich als mechanische Befestigung der Wickelköpfe in dem Gehäuse. Dazu weist der Aufnahmebereich Hinterschnitte auf, in welche die Vergussmasse beim Vergießen fließt und hierdurch nach dem Aushärten einen Formschluss mit dem Gehäuse bildet.For a heat dissipation from the winding heads in a housing or a bearing plate of the electrical machine is known to provide means for thermal coupling of the winding heads to the machine housing or the bearing plate. This is for example from the DE 199 43 446 A1 known. It is described that the winding heads are inserted into an annular receiving area of a housing which is filled with a potting compound. The potting compound additionally serves as a mechanical attachment of the winding heads in the housing. For this purpose, the receiving area undercuts, in which the potting compound flows during casting and thus forms a positive connection with the housing after curing.

Nachteilig beim Vorsehen einer solchen aushärtenden Vergussmasse ist, dass sich im Betrieb der elektrischen Maschine aufgrund von Vibrationen und unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten Haarrisse in mechanisch hochbelasteten Bereichen bilden können. Hierdurch wird die Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit der Vergussmasse vermindert. Die Druckschrift schlägt deshalb vor, Fasermaterialien in die Vergussmasse einzubringen.A disadvantage of providing such a curing potting compound that can form cracks in mechanically highly stressed areas during operation of the electrical machine due to vibration and different thermal expansion coefficients. As a result, the thermal conductivity and strength of the potting compound is reduced. The document therefore proposes to introduce fiber materials in the potting compound.

In DE 10 2005 058 219 A1 und WO 2007 / 036 505 A1 wird jeweils anstelle der Vergussmasse der DE 199 43 446 A1 ein elektrisch isolierendes, dauerelastisches Material mit einem Wärmeleitkoeffizienten größer als 1 W/mK verwendet, und beide zeigen jeweils Material mit diesen Eigenschaften, das ebenso zur Wärmeübertragung zwischen Wickelkopf und Gehäuse eingesetzt wird.In DE 10 2005 058 219 A1 and WO 2007/036 505 A1 is in each case instead of the potting compound of DE 199 43 446 A1 used an electrically insulating, permanently elastic material with a thermal conductivity greater than 1 W / mK, and both show each material with these properties, which is also used for heat transfer between the winding head and housing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wickelköpfe eines Stators einer elektrischen Maschine zuverlässig thermisch an ein Gehäuse und/oder eine Lagerschale der elektrischen Maschine anzubinden.The invention has for its object to thermally wrap end windings of a stator of an electric machine to a housing and / or a bearing shell of the electric machine.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren.The object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous developments of the invention will become apparent from the features of the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bereitgestellt. In an sich bekannter Weise weist die elektrische Maschine einen Stator mit einem Blechpaket auf, aus welchem an zumindest einem axialen Ende jeweils Wickelköpfe einer elektrischen Wicklung herausragen. Mit anderen Worten sind an einer Stirnseite oder beiden Stirnseiten des Blechpakets Wickelköpfe vorhanden, die frei aus dem Blechpaket herausstehen. Sie stehen damit nicht in Berührung mit dem Material des Blechpakets, also Weicheisen, über welches ansonsten in den Wickelköpfen entstehende Verlustwärme abgeführt werden könnte. An dem zumindest einen axialen Ende ist jeweils durch ein Gehäuse und/oder einen jeweiligen Lagerschild ein ringförmiger Aufnahmebereich bereitgestellt, in welchem die Wickelköpfe angeordnet sind. Es kann also eine Ringnut oder ein ringförmiger Spalt vorgesehen sein, in welchen die Wickelköpfe hineinstehen oder hineingesteckt sind.The invention provides an electric machine, in particular for a motor vehicle. In a manner known per se, the electric machine has a stator with a laminated core, from which in each case end windings of an electrical winding protrude at at least one axial end. In other words, winding heads are present on one end face or both end faces of the laminated core, which protrude freely out of the laminated core. They are thus not in contact with the material of the laminated core, ie soft iron, via which otherwise in the winding heads resulting heat loss could be dissipated. At the at least one axial end, an annular receiving area is provided in each case by a housing and / or a respective end shield, in which the winding heads are arranged. It can therefore be provided an annular groove or an annular gap in which the winding heads protrude or are inserted.

Um nun aus den Wickelköpfen Verlustwärme zuverlässig abführen zu können, ist zwischen den Wickelköpfen und einer Innenwandung des Aufnahmebereichs zumindest ein elektrisch isolierendes, dauerelastisches Material angeordnet. Mit anderen Worten befindet sich das dauerelastische Material zusammen mit den Wickelköpfen in dem Aufnahmebereich. Mit elektrisch isolierend ist insbesondere ein spezifischer Widerstand größer als 105 Ωm gemeint. Das Material berührt die Wickelköpfe und die Innenwandung und koppelt diese thermisch. Hierzu weist das Material einen Wärmeleitkoeffizienten größer als 1 W/mK auf. Mit anderen Worten ist also zwischen den Wickelköpfen und der Innenwandung eine Wärmeleitbrücke aus einem Festkörper gebildet. Das wärmeleitende Material ist dabei dauerelastisch ausgestaltet.In order to be able to reliably dissipate heat loss from the end windings, at least one electrically insulating, permanently elastic material is arranged between the end windings and an inner wall of the receiving region. In other words, the permanently elastic material is together with the winding heads in the receiving area. By electrically insulating is meant in particular a resistivity greater than 10 5 Ωm. The material touches the winding heads and the inner wall and couples them thermally. For this purpose, the material has a heat conduction coefficient greater than 1 W / mK. In other words, between the winding heads and the inner wall, a Wärmeleitbrücke is formed from a solid. The thermally conductive material is designed permanently elastic.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die Wärmeleitfähigkeit der beschriebenen Anordnung auch bei Vibrationen und/oder einer relativen Bewegung der Wickelköpfe bezüglich der Innenwandung des Aufnahmebereichs zuverlässig erhalten bleibt. Das Material kann aufgrund seiner Dauerelastizität nicht brechen und hierdurch aufgrund von Haarrissen seine Wärmeleiteigenschaft einbüßen.By the invention there is the advantage that the thermal conductivity of the arrangement described even with vibrations and / or a relative movement of the winding heads with respect to the Inner wall of the receiving area is reliably maintained. The material can not break due to its permanent elasticity and thereby lose its thermal conductivity due to hairline cracks.

Erfindungsgemäß ist das beschriebene dauerelastische Material durch ein aufsetzbares oder einsetzbares Formteil vorgeformt bereitgestellt. Bei dieser Weiterbildung ist das dauerelastische Material ganz oder teilweise durch einen als Formteil ausgestalteten Festkörper bereitgestellt, der auf die Wickelköpfe aufgesteckt oder an die Wickelköpfe angelegt ist. So kann also beispielsweise ein Formteil aus einem Elastomer vorgesehen sein. According to the invention, the described permanently elastic material is provided preformed by an attachable or insertable molded part. In this development, the permanently elastic material is wholly or partly provided by a designed as a molded part solid, which is attached to the winding heads or applied to the winding heads. Thus, for example, a molded part made of an elastomer can be provided.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Formteil mittels einer Massenfertigung in wenigen Herstellungsschritten aus einem Halbzeug herstellbar ist. Bei dieser Weiterbildung ist das Formteil als ein flexibler Streifen ausgestaltet, der in einem ausgerollten Zustand Aussparungen aufweist, welche derart ausgestaltet sind, dass der Streifen beim Anlegen an die Wickelköpfe eine in Umlaufrichtung oder Umfangsrichtung geschlossene, faltenlose Form aufweist.According to the invention, it is provided that the molded part can be produced by means of a mass production in a few manufacturing steps from a semifinished product. In this development, the molding is configured as a flexible strip, which has recesses in an unrolled state, which are designed such that the strip when applied to the winding heads has a closed, wrinkle-free in the circumferential direction or circumferential direction.

Das Formteil kann also beispielsweise aus einer Meterware als Streifen ausgeschnitten oder abgeschnitten werden und dann die Aussparungen gestanzt und/oder geschnitten werden. Krümmt oder biegt man dann den Streifen zum Anpassen an die Form der Wickelkopfanordnung, so schließen sich die Aussparungen und es ergibt sich eine geschlossene Form, beispielsweise eine Topfform oder ein Ring, der an die Wickelköpfe angelegt oder auf diese aufgesteckt werden kann.Thus, for example, the molded part can be cut out or cut off as a strip by the meter, and then the cutouts can be punched and / or cut. If the strip then curves or bends to adapt to the shape of the winding head arrangement, then the recesses close and a closed shape, for example a pot shape or a ring, which can be applied to or attached to the winding heads results.

Eine besonders geeignete Form der Aussparungen ist gemäß einer Weiterbildung gegeben, bei welcher die Aussparungen eine Dreiecksform oder eine Rautenform aufweisen. Diese lässt sich mit Schneidwerkzeugen und/oder Stanzwerkzeugen prozesssicher in einem Massenherstellungsverfahren bereitstellen.A particularly suitable shape of the recesses is given according to a development in which the recesses have a triangular shape or a diamond shape. This can be provided with cutting tools and / or stamping tools process reliable in a mass production process.

Zusätzlich oder anstelle eines Formteils ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass das dauerelastische Material ganz oder teilweise durch eine plastisch verformbare Masse bereitgestellt ist. In dem Aufnahmebereich für die Wickelköpfe ist als wärmeleitendes Material dann eine zähelastische und/oder fließfähige Masse vorgesehen. Es handelt sich also nicht, wie im Stand der Technik bekannt, um einen ausgehärteten Vergusskörper beispielsweise aus Kunstharz. Die Verwendung der verformbaren Masse weist den Vorteil auf, dass sich das Material an die Form der Wickelköpfe und/oder der Innenwandung anpasst oder anschmiegt.In addition or instead of a molded part is provided according to a development that the permanently elastic material is provided in whole or in part by a plastically deformable mass. In the receiving area for the winding heads as a thermally conductive material then a viscoelastic and / or flowable mass is provided. It is therefore not, as known in the art, a cured potting body, for example made of synthetic resin. The use of the deformable mass has the advantage that the material adapts or clings to the shape of the winding heads and / or the inner wall.

Gemäß einer Weiterbildung ist das Material selbsthaftend ausgestaltet. Hierdurch ergeben sich zwei Vorteile. Zum einen ist die Montage der elektrischen Maschine vereinfacht, da das Material selbständig an den Wickelköpfen und/oder der Innenwandung des Aufnahmebereichs haftet und somit nicht gehalten werden muss, während die Wickelköpfe in den Aufnahmebereich eingeführt werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich während des Betriebs der elektrischen Maschine, da sich das Material nicht von der Innenwandung und/oder den Wickelköpfen ablösen und sich hierdurch ein Luftspalt, welcher den Wärmetransport aus den Wickelköpfen in die Innenwandung hinein beeinträchtigen würde, ausbilden kann.According to a development, the material is designed to be self-adhesive. This results in two advantages. On the one hand, the assembly of the electric machine is simplified, since the material adheres independently to the winding heads and / or the inner wall of the receiving area and thus does not have to be held while the winding heads are inserted into the receiving area. Another advantage arises during operation of the electrical machine, since the material does not detach from the inner wall and / or the winding heads and thereby an air gap, which would affect the heat transfer from the end windings into the inner wall, can form.

Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft bei in Massenproduktion herzustellenden und dadurch in der Herstellung möglichst preiswert auszugestaltenden elektrischen Maschinen. Ein solcher Maschinentyp ist ein Bordnetzgenerator für ein Kraftfahrzeug. Ein solcher Bordnetzgenerator wird auch als Lichtmaschine bezeichnet. Der Bordnetzgenerator kann auch als Starter-Generator vorgesehen sein. Entsprechend sieht eine Weiterbildung vor, dass die elektrische Maschine als ein solcher Bordnetzgenerator ausgestaltet ist.The invention is particularly advantageous in mass-produced to manufacture and thereby in the production of inexpensive as possible to design electric machines. Such a machine type is a vehicle electrical system generator for a motor vehicle. Such an electrical system generator is also referred to as an alternator. The electrical system generator can also be provided as a starter generator. Accordingly, a development provides that the electrical machine is designed as such a vehicle electrical system generator.

Die Erfindung umfasst auch ein Kraftfahrzeug, welches eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine aufweist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist insbesondere als Kraftwagen, beispielsweise als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen oder Nutzkraftwagen (Nutzfahrzeug), ausgestaltet.The invention also includes a motor vehicle having an embodiment of the electric machine according to the invention. The motor vehicle according to the invention is designed in particular as a motor vehicle, for example as a passenger car or truck or utility vehicle (commercial vehicle).

Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zu Herstellen einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine. Durch das Verfahren ergibt sich eine zuverlässige thermische Kopplung von Wickelköpfen einer elektrischen Wicklung eines Stators der elektrischen Maschine mit einer Innenwandung eines Aufnahmebereichs, wie er in einem Gehäuse und/oder einem Lagerschild der elektrischen Maschine vorgesehen sein kann. Bei dem Verfahren werden ein Stator mit einem Blechpaket, aus welchem an zumindest einem axialen Ende jeweils Wickelköpfe einer elektrischen Wicklung herausragen, sowie für das zumindest eine axiale Ende jeweils ein in einem Gehäuse und/oder einem jeweiligen Lagerschild ausgebildeter, ringförmiger Aufnahmebereich für die Wickelköpfe des jeweiligen axialen Endes bereitgestellt. Ausgehend hiervon erfolgt das Bereitstellen eines elektrisch isolierenden, dauerelastischen Materials an den Wickelköpfen und/oder in dem jeweiligen Aufnahmebereich. Dann erfolgt an dem zumindest einen axialen Ende das Einführen der Wickelköpfe in den Aufnahmebereich, wobei hierbei das dauerelastische Material mit einem Anpressdruck beaufschlagt wird. Hierdurch sitzt also das elastische Material fest in dem Aufnahmebereich zwischen den Wickelköpfen und der Innenwandung des Aufnahmebereichs. Es drückt dabei sowohl gegen die Wickelköpfe als auch gegen die Innenwandung. Hierdurch ist eine zuverlässige thermische Ankopplung des Materials an diese beiden Elemente erreicht.The invention also includes a method for producing an embodiment of the electric machine according to the invention. The method results in a reliable thermal coupling of winding heads of an electrical winding of a stator of the electric machine with an inner wall of a receiving area, as it may be provided in a housing and / or a bearing plate of the electrical machine. In the method, a stator with a laminated core, from which protrude at least one axial end of each winding heads of an electrical winding, and for the at least one axial end each formed in a housing and / or a respective end shield, annular receiving area for the winding heads of provided respective axial end. Based on this, the provision of an electrically insulating, permanently elastic material takes place at the winding heads and / or in the respective receiving area. Then, at the at least one axial end, the insertion of the winding heads in the receiving area, in which case the permanently elastic material is subjected to a contact pressure. As a result, so the elastic material sits firmly in the receiving area between the winding heads and the inner wall of the receiving area. It presses against both the winding heads and against the inner wall. As a result, a reliable thermal coupling of the material is achieved at these two elements.

Um das Material bereitzustellen, sieht eine Weiterbildung des Verfahrens vor, dass das Material ganz oder teilweise als ein Streifen mit Aussparungen bereitgestellt wird und der Streifen vor dem Einführen der Wickelköpfe in den Aufnahmebereich zuvor an die Wickelköpfe angelegt oder in den Aufnahmebereich eingelegt wird, sodass der Streifen nach dem Einführen zumindest einen an den Wickelköpfen anliegenden Ring bildet. Mittels des Streifens wird also die Wärmeleitbrücke als vorgeformtes Teil an den Wickelköpfen angelegt oder in den Aufnahmebereich eingelegt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Montageprozess trocken erfolgen kann, also keine viskose Masse zu verteilen ist, die ungewollt auch in freizuhaltende Bereiche der elektrischen Maschine eindringen könnte.To provide the material, a development of the method provides that the material is provided in whole or in part as a strip with recesses and the strip before the insertion of the winding heads in the receiving area previously applied to the winding heads or inserted into the receiving area, so that the Strip after insertion at least forms a voltage applied to the winding heads ring. By means of the strip so the Wärmeleitbrücke is created as a preformed part of the winding heads or inserted into the receiving area. This has the advantage that the assembly process can be done dry, so no viscous mass is to be distributed, which could inadvertently penetrate into free areas of the electric machine.

Eine Weiterbildung sieht allerdings vor, dass das Material ganz oder teilweise als pastöse Masse bereitgestellt wird, also als Paste. Das Material weist also eine viskoplastische Eigenschaft auf, kann also als Paste plastisch verformt werden und hierbei durch seine Viskosität verschmiert werden. Da es dabei elastisch ist, stellt es eine elastisch-plastische Masse dar.A further development, however, provides that the material is provided in whole or in part as a paste-like mass, ie as a paste. So the material has a viscoplastic property, so it can be plastically deformed as a paste and thereby smeared by its viscosity. Since it is elastic, it represents an elastic-plastic mass.

Um den Wärmetransport noch weiter zu verbessern, sieht eine Weiterbildung vor, dass die pastöse Masse vor dem Einführen und/oder durch das Einführen der Wickelköpfe in den Aufnahmebereich teilweise in Zwischenräume zwischen die Wickelköpfe verteilt wird. Hierdurch wird das wärmeleitfähige Material auch zwischen den Wickelköpfen angeordnet. Damit kann auch aus den Zwischenräumen über das wärmeleitfähige Material Abwärme oder Verlustwärme aus den Wickelköpfen abgeführt und durch das Material hindurch zur Innenwandung des Aufnahmebereichs geleitet werden. Ziel ist eine hohe Benetzung und/oder ein hoher Füllungsgrad. Das Einführen des Materials in die Zwischenräume zwischen den Wickelköpfen sollte somit eine optimale Benetzung anstreben.In order to improve the heat transport even further, provides a development that the pasty mass is partially distributed in intermediate spaces between the winding heads before insertion and / or by the insertion of the winding heads in the receiving area. As a result, the thermally conductive material is also arranged between the winding heads. Thus, waste heat or heat loss from the winding heads can also be dissipated from the interstices on the thermally conductive material and passed through the material to the inner wall of the receiving area. The aim is a high wetting and / or a high degree of filling. The introduction of the material into the spaces between the winding heads should therefore aim for optimum wetting.

Um ein unerwünschtes Zerfließen oder Verteilen der Masse zu vermeiden, sieht eine Weiterbildung vor, dass sich eine Viskosität der Masse beim Einführen abhängig von einer Scherrate in der Masse einstellt. Mit anderen Worten ist die Masse eine formstabile Paste, deren Viskosität abnimmt, wenn Scherkräfte auf die Masse wirken. Ein entsprechendes Material, das eine Viskosität aufweist, die abhängig von der Scherrate ist, kann durch entsprechende, im Stand der Technik bekannte Zusatzstoffe bereitgestellt werden.In order to avoid unwanted deliquescence or distribution of the mass, a development that sets a viscosity of the mass during insertion depends on a shear rate in the mass. In other words, the mass is a dimensionally stable paste whose viscosity decreases when shear forces act on the mass. A corresponding material having a viscosity which is dependent on the shear rate may be provided by appropriate additives known in the art.

Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass zumindest ein Teil des Materials in Form von zumindest einem Zuschnitt oder zumindest einer Matte in verarbeitungsfertiger und/oder vorimprägnierter bzw. vorgetränkter Form (sog. Prepregs) oder in einem anderem Beta-Zustand aufgebracht und durch Applikation von Temperatur und/oder einer anderen Umgebungsbedingung (z.B. Luftfeuchte) und/oder durch zumindest einen anderen phasenunspezifischen Aktivator in den Endzustand überführt wird (z.B. durch chemische Reaktion, Aufquellen oder Einlagerung).A further embodiment provides that at least one part of the material is applied in the form of at least one blank or at least one mat in ready-to-use and / or preimpregnated or pre-soaked form (so-called prepregs) or in another beta state and by application of temperature and / or another environmental condition (eg air humidity) and / or is converted by at least one other phase-unspecific activator in the final state (eg by chemical reaction, swelling or storage).

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments of the method according to the invention, which have features as they have already been described in connection with the developments of the electric machine according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine im Längsschnitt, bei welcher in einem Bereich zwischen Wickelköpfen und einer Innenwandung eines Aufnahmebereichs zumindest ein dauerelastisches Material angeordnet ist, das die Wickelköpfe und die Innenwandung berührt und diese thermisch koppelt,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Stators der elektrischen Maschine von 1 in einer perspektivischen Ansicht,
  • 3 eine Darstellung des Stators von 2 in einer perspektivischen Ansicht, wobei dargestellt ist, wie Wickelköpfe des Stators aus axialen Enden eines Blechpakets herausragen,
  • 4 eine Darstellung einer Anordnung der Wickelköpfe in einem Aufnahmebereich eines Gehäuses oder Lagerschildes der elektrischen Maschine von 1,
  • 5 eine schematische Darstellung eines Streifens aus einem dauerelastischen Material,
  • 6 eine schematische Darstellung des Streifens von 5, der zu einem Ring geformt oder gebogen ist,
  • 7 eine schematische Darstellung eines Streifens aus einem elastischen Material mit dreieckigen Aussparungen,
  • 8 eine schematische Darstellung des Streifens von 7, der zu einem Doppelring zum Abdecken der Wickelköpfe geformt ist,
  • 9 eine schematische Darstellung eines Streifens mit rautenförmigen Aussparungen,
  • 10 eine schematische Darstellung eines Streifens, der zu einem Dreifachring oder Topf zum Abdecken der Wickelköpfe gebogen ist,
  • 11 eine schematische Darstellung der elektrischen Maschine zur Veranschaulichung eines Montageschrittes, bei welchem das dauerelastische Material als pastöse Masse bereitgestellt ist,
  • 12 eine schematische Darstellung der elektrischen Maschine während der Herstellung nach dem Durchführen des Montageschrittes von 11, und
  • 13 eine schematische Darstellung eines weiteren Montageschrittes der elektrischen Maschine, wobei die pastöse Masse zwischen den Wickelköpfen angeordnet wird.
In the following an embodiment of the invention is described. This shows:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of the electric machine according to the invention in longitudinal section, in which in a region between end windings and an inner wall of a receiving area at least one permanently elastic material is arranged, which touches the winding heads and the inner wall and couples them thermally,
  • 2 a schematic representation of a stator of the electric machine of 1 in a perspective view,
  • 3 a representation of the stator of 2 in a perspective view, showing how winding heads of the stator protrude from axial ends of a laminated core,
  • 4 a representation of an arrangement of the winding heads in a receiving area of a housing or end shield of the electric machine of 1 .
  • 5 a schematic representation of a strip of a permanently elastic material,
  • 6 a schematic representation of the strip of 5 which is shaped or bent into a ring,
  • 7 a schematic representation of a strip of an elastic material with triangular recesses,
  • 8th a schematic representation of the strip of 7 which is formed into a double ring for covering the winding heads,
  • 9 a schematic representation of a strip with diamond-shaped recesses,
  • 10 a schematic representation of a strip which is bent to a triple ring or pot for covering the winding heads,
  • 11 1 is a schematic representation of the electrical machine for illustrating an assembly step, in which the permanently elastic material is provided as a pasty mass,
  • 12 a schematic representation of the electric machine during manufacture after performing the assembly step of 11 , and
  • 13 a schematic representation of another assembly step of the electric machine, wherein the pasty mass is disposed between the winding heads.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention. In the exemplary embodiment, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also each independently further develop the invention and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, functionally identical elements are each provided with the same reference numerals.

1 zeigt eine elektrische Maschine 1, bei der es sich beispielsweise um einen Generator oder einen Starter-Generator für ein Kraftfahrzeug handeln kann. Die elektrische Maschine 1 kann somit in einem Kraftfahrzeug Kfz bereitgestellt sein. 1 shows an electric machine 1 , which may be, for example, a generator or a starter generator for a motor vehicle. The electric machine 1 can thus in a motor vehicle automotive be provided.

Eine Rotationsachse 2 stellt eine Symmetrieachse der nur hälftig dargestellten elektrischen Maschine 1 dar. Die Ausrichtung der Rotationsachse 2 ergibt den Verlauf einer axialen Richtung A. Gezeigt sind ein Stator 3 mit einem Blechpaket 4 und Wickelköpfen 5, die an einer jeweiligen Stirnseite oder an einem jeweiligen axialen Ende 6 des Blechpakets 4 aus diesem herausragen. Die Wickelköpfe 5 sind Bestandteil einer elektrischen Wicklung 7 des Stators 3.An axis of rotation 2 represents an axis of symmetry of only half shown electrical machine 1 dar. The orientation of the axis of rotation 2 gives the course of an axial direction A , Shown are a stator 3 with a laminated core 4 and winding heads 5, at a respective end face or at a respective axial end 6 of the laminated core 4 stand out from this. The winding heads 5 are part of an electrical winding 7 of the stator 3 ,

In dem Stator 3 ist ein Rotor 8 angeordnet, der in dem Stator 3 über eine Welle 9 mittels Lagern 10 um die Rotationsachse 2 drehbar gelagert sein kann. Die Wälzlager 10 können in Lagerschilden 11 gehalten sein, welche jeweils als voneinander verschiedene Bauteile bereitgestellt sein können oder integral in einem Gehäuse 12 ausgebildet sein können. Jedes Lagerschild 11 kann im Bereich der Wickelköpfe 5 jeweils einen Aufnahmebereich 13 aufweisen, in welchem die Wickelköpfe 5 angeordnet sein können. Hierdurch können die Wickelköpfe 5 von einer Innenwandung 14 des Aufnahmebereichs 13 umgeben sein. Ein Material der Innenwandung 14, insbesondere ein Material des Lagerschildes 11 im Aufnahmebereich 13 ist thermisch leitfähig, indem es beispielsweise aus einem Metall gebildet ist.In the stator 3 is a rotor 8th arranged in the stator 3 over a wave 9 by means of bearings 10 around the axis of rotation 2 can be rotatably mounted. The rolling bearings 10 can in camp shields 11 be held, which may each be provided as mutually different components or integrally in a housing 12 can be trained. Each end plate 11 may be in the area of the winding heads 5 each a receiving area 13 in which the winding heads 5 can be arranged. This allows the windings 5 from an inner wall 14 of the recording area 13 be surrounded. A material of the inner wall 14 , in particular a material of the end shield 11 in the recording area 13 is thermally conductive, for example, by being made of a metal.

Über das Lagerschild 11 oder allgemein das Gehäuse 12 wird bei der elektrischen Maschine eine Kühlung der Wickelköpfe 5 erreicht. Hierzu sind die Wickelköpfe 5 mit der Innenwandung 14 der Aufnahmebereiche 13 thermisch durch ein elektrisch isolierendes, dauerelastisches Material 15 gekoppelt. Das dauerelastische Material 15 berührt sowohl die Innenwandungen 14 als auch die Wickelköpfe 5 und ist thermisch derart leitfähig, dass es einen Wärmeleitkoeffizienten größer als 1 W/mK aufweist. Aus den Wickelköpfen 5 über das Material 15 in die Innenwandungen 14 geführte Wärme kann dann beispielsweise an einer Außenseite 16 der Lagerschilde 11 oder des Gehäuses 12 in eine Umgebung 17 der elektrischen Maschine 1, beispielsweise in die Luft, passiv abgegeben oder über einen Kühlkreislauf aktiv abgeführt werden.About the end shield 11 or in general the housing 12 In the electric machine cooling of the winding heads 5 reached. These are the winding heads 5 with the inner wall 14 the reception areas 13 thermally by an electrically insulating, permanently elastic material 15 coupled. The permanently elastic material 15 touches both the inner walls 14 as well as the winding heads 5 and is thermally conductive so that it has a heat conduction coefficient greater than 1 W / mK. From the windings 5 about the material 15 in the inner walls 14 guided heat can then, for example, on an outside 16 the bearing shields 11 or the housing 12 in an environment 17 the electric machine 1 For example, in the air, passively discharged or actively discharged via a cooling circuit.

2 zeigt in schematisierter Form den Stator 3 in Alleinstellung. Während die elektrische Wicklung 7 im Inneren des Blechpakets 4 (siehe 1) über das Blechpaket 4 gekühlt werden kann, ragen die Wickelköpfe 5 aus den Stirnseiten oder axialen Enden 6 heraus und sind somit per se mit keinem thermisch ausreichend leitfähigen Material in Berührung. 2 shows in schematic form the stator 3 in isolation. While the electrical winding 7 inside the laminated core 4 (please refer 1 ) over the laminated core 4 can be cooled, the winding heads protrude 5 from the end faces or axial ends 6 and are thus per se with no thermally sufficiently conductive material in contact.

3 zeigt die Wickelköpfe 5 im Detail. Die Wickelköpfe 5 können beispielsweise jeweils gebildet sein, indem zwei Ringe oder Schichten 18, 19 aus jeweils mehreren elektrisch leitfähigen Stäben 20, 21 gebildet sind und jeweils zwei Stäbe 20, 21 einer jeden Schicht 18, 19 elektrisch miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt sind. Dies ergibt eine an sich aus dem Stand der Technik bekannte Zweischichtwicklung. In 3 sind der Übersichtlichkeit halber jeweils nur zwei der Stäbe mit einem Bezugszeichen versehen. Jeder der Stäbe 20, 21 kann beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium gebildet sein. Der dargestellte Wicklungstyp ist hier nur beispielshaft, um die Funktionsweise der Erfindung zu erläutern. Die elektrische Maschine 1 kann auch auf einem anderen Wicklungstyp basieren, z.B. einer Mehrstrang- oder einer Runddrahtwicklung. 3 shows the winding heads 5 in detail. The winding heads 5 For example, each may be formed by two rings or layers 18 . 19 each of a plurality of electrically conductive rods 20 . 21 are formed and two bars each 20 . 21 every layer 18 . 19 electrically connected to each other, for example, are welded. This results in a known from the prior art two-layer winding. In 3 For reasons of clarity, in each case only two of the bars are provided with a reference numeral. Each of the bars 20 . 21 may be formed, for example, of copper or aluminum. The winding type shown here is only exemplary in order to explain the operation of the invention. The electric machine 1 may also be based on another type of winding, eg a multi-strand or a round wire winding.

Da jeder aus einem Stab 20 und einem Stab 21 gebildete Wickelkopf von den übrigen Wickelköpfen beabstandet angeordnet ist, ist eine thermische Anbindung der Wickelköpfe 5 an die Innenwandung 14 des Aufnahmebereichs 13 dahingehend auszugestalten, dass eine Berührung des Materials 15 mit jedem der Wickelköpfe 5 sichergestellt ist.Since everyone is from a staff 20 and a staff 21 formed winding head is arranged at a distance from the other winding heads, is a thermal connection of the winding heads 5 to the inner wall 14 of the recording area 13 in such a way that a contact of the material 15 with each of the winding heads 5 is ensured.

4 zeigt hierzu einen Ausschnitt IV aus der Darstellung der elektrischen Maschine 1 in 1. Dargestellt ist, wie durch das Material 15 in dem Aufnahmebereich 13 ein radial außenliegender Außenring 22 und ein axial frontal oder stirnseitig an den Wickelköpfen 5 angeordneter axialer Frontring 23 und optional ein radial innen an den Wickelköpfen 5 anliegender Innenring 24 gebildet sein kann. 4 shows a section IV from the representation of the electric machine 1 in 1 , Shown is how through the material 15 in the recording area 13 a radially outer outer ring 22 and an axial frontal or frontal on the end windings 5 arranged axial front ring 23 and optionally a radially inward on the end windings 5 adjoining inner ring 24 can be formed.

Das Material 15 ist dauerelastisch und kann beispielsweise durch ein Formteil bereitgestellt sein, das durch einen Festkörper gebildet ist.The material 15 is permanently elastic and can be provided, for example, by a molded part, which is formed by a solid.

5 zeigt hierzu, wie das Formteil aus einem Streifen 25 bereitgestellt werden kann. Der Streifen kann beispielsweise aus einem Polymer oder einem Naturstoff, z.B. Kautschuk, gebildet sein. Der Streifen kann massiv oder als Gewebe oder Filz oder Schwamm bereitgestellt sein. Der Streifen kann getränkt sein. 5 shows how the molded part of a strip 25 can be provided. The strip may be formed, for example, from a polymer or a natural material, eg rubber. The strip may be solid or provided as a fabric or felt or sponge. The strip can be soaked.

6 stellt dar, wie aus dem Streifen 25 durch Anlegen desselben an die Wickelköpfe 5 der Außenring 22 oder der Innenring 24 gebildet werden kann. Es kann auch sein, dass der Streifen 25 in den Aufnahmebereich 13 eingelegt wird und hierdurch die Form des in 6 dargestellten Rings annimmt. Das Material 15 ist bevorzugt selbsthaftend, sodass die Ringform durch Haftung an den Wickelköpfen 5 beziehungsweise der Innenwandung 14 erhalten bleibt. 6 shows how out of the strip 25 by applying the same to the winding heads 5 the outer ring 22 or the inner ring 24 can be formed. It may also be that the strip 25 in the recording area 13 is inserted and thereby the shape of in 6 illustrated ring assumes. The material 15 is preferably self-adhesive, so that the ring shape by adhesion to the winding heads 5 or the inner wall 14 preserved.

In 7 ist ein Streifen 25 mit dreieckigen Aussparungen 26 dargestellt. Die Aussparungen 26 können beispielsweise durch Schneiden und/oder Stanzen bereitgestellt werden. Von den Aussparungen 26 sind der Übersichtlichkeit halber nur einige mit einem Bezugszeichen versehen.In 7 is a strip 25 with triangular cutouts 26 shown. The recesses 26 can be provided for example by cutting and / or punching. From the recesses 26 For the sake of clarity, only a few are provided with a reference numeral.

8 zeigt, wie aus dem Streifen 25 gemäß 7 durch Anlegen desselben an die Wickelköpfe 5 oder durch Einlegen in den Aufnahmebereich 13 in einem Arbeitsschritt der Außenring 22 und der Frontring 23 gebildet werden können. Der Frontring 23 ist durch Vorsehen der Aussparungen 26 faltenlos, das heißt es gibt keine Aufwerfungen des Materials 25 durch Krümmen des Streifens 25 zu dem in 8 dargestellten Frontring 23. Der so gebildete Frontring 23 stellt also eine in Umlaufrichtung geschlossene, faltenlose Form dar. 8th shows how out of the strip 25 according to 7 by applying the same to the winding heads 5 or by placing it in the receiving area 13 in one step the outer ring 22 and the front ring 23 can be formed. The front ring 23 is by providing the recesses 26 without folds, that is, there are no upheavals of the material 25 by bending the strip 25 to the in 8th shown front ring 23 , The thus formed front ring 23 So represents a closed in the direction of rotation, wrinkle-free form.

9 veranschaulicht, wie bei einem Streifen 25 rautenförmige Aussparungen 27 vorgesehen werden können. Von den Aussparungen 27 sind in 9 der Übersichtlichkeit halber nur einige mit einem Bezugszeichen versehen. 9 illustrated as a strip 25 diamond-shaped recesses 27 can be provided. Of the recesses 27 are in 9 for clarity, only a few provided with a reference numeral.

10 zeigt, wie aus einem Streifen 25 durch Anlegen an die Wickelköpfe 5 oder durch Einlegen in den Aufnahmebereich 13 in einem Arbeitsschritt der Außenring 22, der Frontring 23 und der Innenring 24 gebildet werden können. Hierdurch ist also eine Topfform oder ein Dreifachring gebildet. Der dabei gebildete Frontring 23 und Innenring 24 stellen eine in Umlaufrichtung geschlossene, faltenlose Form dar. Die Topfform kann auf die Wickelköpfe 5 aufgesteckt werden oder in den Aufnahmebereich 13 eingelegt werden. 10 shows how a strip 25 by applying to the windings 5 or by placing it in the receiving area 13 in one step the outer ring 22 , the front ring 23 and the inner ring 24 can be formed. As a result, therefore, a pot shape or a triple ring is formed. The resulting front ring 23 and inner ring 24 represent a closed in the direction of rotation, wrinkle-free form. The pot shape can on the winding heads 5 be plugged in or in the receiving area 13 be inserted.

11 veranschaulicht ein Herstellungsverfahren, bei welchem anstelle eines Festkörpers wie dem Streifen 25 eine Paste oder viskose oder pastöse Masse 28 als Material 15 verwendet wird. Diese kann in dem Aufnahmebereich 13 bereitgestellt werden und anschließend die Wickelköpfe 5 des Stators 3 durch Bewegen entlang einer Montagerichtung 29 in den Aufnahmebereich 13 eingeführt werden. Die Montagerichtung 29 entspricht der axialen Richtung A. 11 illustrates a manufacturing process in which instead of a solid such as the strip 25 a paste or viscous or pasty mass 28 as a material 15 is used. This can be in the reception area 13 be provided and then the windings 5 of the stator 3 by moving along a mounting direction 29 in the recording area 13 be introduced. The mounting direction 29 corresponds to the axial direction A ,

12 zeigt den Zustand nach Beendigung des Montageschrittes von 11. Die pastöse Masse 28 kann durch das Beaufschlagen des Materials 25 mit dem Anpressdruck beim Einführen der Wickelköpfe 5 in den Aufnahmebereich 13 zwischen den Wickelköpfen 5 und der Innenwandung 14 verteilt werden, wodurch sich wieder ein Außenring 22, ein Frontring 23 und ein Innenring 24 aus der pastösen Masse 28 bilden können. 12 shows the state after completion of the assembly step of 11 , The pasty mass 28 can by applying the material 25 with the contact pressure during insertion of the winding heads 5 in the recording area 13 between the winding heads 5 and the inner wall 14 be distributed, causing another outer ring 22 , a front ring 23 and an inner ring 24 from the pasty mass 28 can form.

13 veranschaulicht, wie vor der beschriebenen Montage gemäß 11 eine zusätzliche Wärmeleitfähigkeitsverbesserung erreicht werden kann, indem in Zwischenräume 30 zwischen den einzelnen Wickelköpfen 5, also zwischen den Paaren aus elektrisch verbundenen Stäben 20, 21 die pastöse Masse 28 angeordnet wird. 13 illustrated as before the assembly described in accordance with 11 An additional thermal conductivity improvement can be achieved by placing in interstices 30 between the individual winding heads 5 that is, between the pairs of electrically connected rods 20 . 21 the pasty mass 28 is arranged.

Hierdurch ist auch eine Wärmeabfuhr aus den Zwischenräumen 30 über das Material 15 in Form der pastösen Masse 28 ermöglicht.This is also a heat dissipation from the interstices 30 about the material 15 in the form of the pasty mass 28 allows.

Nach der Montage kann die pastöse Masse 28 derart aushärten, dass sie zu dem dauerelastischen Material 15 wird.After assembly, the pasty mass can 28 cure so that they become the permanently elastic material 15 becomes.

Die elektrische Maschine 1 ist somit dahingehend ausgestaltet, dass zum einen eine gute thermische Anbindung der Wickelköpfe 5 an das Maschinengehäuse 12 realisiert ist, die Gefahr von Teilentladungen über die Wickelköpfe zu den Innenwandungen 14 begrenzt und eine einfache und sichere Montage gewährleistet ist. Gelöst wird dies durch den Einsatz eines elastischen, elektrisch isolierenden Materials 15.The electric machine 1 is thus designed so that, on the one hand, a good thermal connection of the winding heads 5 to the machine housing 12 is realized, the risk of partial discharges on the winding heads to the inner walls 14 limited and a simple and safe installation is guaranteed. This is achieved by the use of an elastic, electrically insulating material 15 ,

Als ein besonders geeignetes Material 15 haben sich solche Materialien erwiesen, die als sogenannte „Gap-Filler“ erhältlich sind. Sie ermöglichen den thermischen Kontakt zwischen dem zumeist flüssigkeitsgekühltem Gehäuse 12 bzw. Lagerschild 11 und den Wickelköpfen 5 des Statorblechpakets 4. Das Gehäuse 12 lässt sich als effizienter Kühlkörper beziehungsweise Wärmeableiter nutzen, wenn es über ein solches Material 15 mit den Wickelköpfen 5 des Stators 3 gekoppelt ist. Gap-Filler bieten einen effizienten Wärmetransport über große Bauteilabstände hinweg - selbst und gerade bei unebenen Oberflächen, die keine hohen Anpressdrücke vertragen. Bei der Montage können Gap-Filler größere Bauteiltoleranzen, Unebenheiten und unterschiedliche Spaltmaße ausgleichen und lassen sich mehrfach wieder positionieren. Gap-Filler eignen sich für einen Betriebstemperaturbereich von -55 °C bis +200 °C. Durch ihre Elastizität wirken sie selbst als Federelemente und erzeugen den Kontaktdruck. As a particularly suitable material 15 have proven to be such materials that are available as so-called "gap filler". They allow the thermal contact between the usually liquid-cooled housing 12 or end shield 11 and the winding heads 5 of stator laminated core 4 , The housing 12 can be used as an efficient heat sink or heat sink, if it has such a material 15 with the winding heads 5 of the stator 3 is coupled. Gap fillers provide efficient heat transfer over large component distances - even and especially on uneven surfaces that can not withstand high contact pressures. During assembly, gap fillers can compensate for larger component tolerances, unevenness and different gap dimensions and can be repositioned several times. Gap-Filler are suitable for an operating temperature range of -55 ° C to +200 ° C. Due to their elasticity they themselves act as spring elements and generate the contact pressure.

Wegen der Wärmeleitfähigkeit, ergibt sich auch der Vorteil, dass durch diese passive Wärmeabfuhr bei kleinen Temperaturdifferenzen entsprechend hohe Leistungsdichten und eine hohe Lebensdauer durch niedrigere Betriebstemperaturen der elektrischen Maschine 1 ermöglicht werden. Außerdem ist diese Art der Wärmeabfuhr kostengünstig, da sie passiv ist, d.h. keine Luftkühlung für die Wickelköpfe 5 erforderlich macht, und weil sie zudem auch wartungsfrei ist.Because of the thermal conductivity, there is also the advantage that due to this passive heat dissipation at low temperature differences correspondingly high power densities and a long service life due to lower operating temperatures of the electric machine 1 be enabled. In addition, this type of heat dissipation is inexpensive because it is passive, ie no air cooling for the windings 5 required, and because it is also maintenance-free.

Da außerdem das Wärmekontaktelement aus einem Gap-Filler extrem weich und formanpassungsfähig ist und den zwischen den benachbarten nasenartigen Windungsschlaufen aus dem Stäbepaar 21, 21 des jeweiligen Wickelkopfes ausgebildeten Zwischenraum 30 ausfüllt, vorzugsweise möglichst weit hinein ragt, ist ein entsprechend guter Wärmeübergang zwischen den Windungsschlaufen des Wickelkopfes und dem Wärmekontaktelement zu erreichen.In addition, since the thermal contact element of a gap filler is extremely soft and conformable and that between the adjacent nose-like loop loops of the pair of rods 21 , 21 of the respective winding head formed gap 30 fills, preferably as far as possible, a correspondingly good heat transfer between the winding loops of the winding head and the thermal contact element is to achieve.

Da ein Wärmekontaktelement aus einem Gap-Filler eine hohe Durchschlagsfestigkeit besitzt und elektrisch isolierend ist, sind unerwünschte elektrische Überschläge oder Teilentladungen an den Wickelköpfen 5 auszuschließen. Durch ihre Komprimierbarkeit und die exzellente Formanpassung füllen sie vollständig und dauerhaft die Spalten aus. Als elastische Materialien üben Gap-Filler selbst einen Druck auf die Grenzflächen aus. Dadurch werden die thermische Anbindung für Spaltmaße im Millimeterbereich und bei geringem Druck optimiert und Lufteinschlüsse vermieden. Der Druck ist abhängig vom spezifischen elastischplastischen Verhalten des Materials.Since a heat contact element made of a gap filler has a high dielectric strength and is electrically insulating, unwanted electrical flashovers or partial discharges are present at the end windings 5 excluded. Their compressibility and excellent form fit completely and permanently fill in the gaps. As elastic materials, gap fillers themselves exert pressure on the interfaces. This optimizes the thermal connection for gap dimensions in the millimeter range and at low pressure and avoids air pockets. The pressure depends on the specific elastic plastic behavior of the material.

Durch Selbsthaftung eignen sie sich für die einfache Vormontage.By self-adhesion, they are suitable for easy pre-assembly.

Vorteile des Konzeptes:Advantages of the concept:

  • - eine homogene Anbindung des Wickelkopfes zur Wärmesenke durch das Ausgleichen größerer Unebenheiten,a homogeneous connection of the winding head to the heat sink by the compensation of larger unevenness,
  • - eine gute thermische Leitfähigkeit zur Wärmesenke,a good thermal conductivity to the heat sink,
  • - hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit (25000 V),- high dielectric strength (25000 V),
  • - Dauerbetriebstemperaturbereich ( -55°C bis +200°C),- continuous operating temperature range (-55 ° C to + 200 ° C),
  • - Möglichkeit zum Verkürzen des Wickelkopfeinbauraumes, um das Volumen der Luftstrecke zum Gehäuse, da die Wickelköpfe 5 näher an der Innenwandung 14 angeordnet werden können als im Falle einer Luftstrecke,- Ability to shorten the winding head mounting space to the volume of the air gap to the housing, since the windings 5 closer to the inner wall 14 can be arranged as in the case of an air gap,
  • - erhöhter Schutz der Wickelkopfe 5 bei Stößen und Vibrationen- Increased protection of the winding heads 5 at shocks and vibrations

Eigenschaften des Materials 15:Properties of the material 15 :

  • - weich (elastisch) und formanpassungsfähig,- soft (elastic) and conformable,
  • - Wärmeleitfähigkeiten sogar bis 14 W/mk möglich,- Thermal conductivities even up to 14 W / mk possible,
  • - Weiter Dickenbereich von 0,5 mm bis 10 mm,- further thickness range from 0.5 mm to 10 mm,
  • - Wirkung bei sehr geringem oder Null Druck,- effect at very low or zero pressure,
  • - Vibrationsdämpfend,- vibration damping,
  • - Einfache Vormontage durch Selbsthaftung- Easy pre-assembly due to self-adhesion
  • - Schwer entflammbar- Flame retardant
  • - auch silikonfrei- also silicone free

Mögliche Ausführungen:Possible versions:

  • - Matten- Mats
  • - Lose Formteile und dosierbar- Loose moldings and dosable

Die wärmetechnische Kontaktierung der zu kühlenden Statorwickelköpfe 5 mit der Innenwandung 14 bzw. die Herstellung des Wärmeübergangs zwischen Wickelkopf und dem Gehäuse, kann dabei auf unterschiedliche Weise erfolgen:The thermo-technical contacting of the stator winding heads to be cooled 5 with the inner wall 14 or the production of the heat transfer between the winding head and the housing, can take place in different ways:

durch Formteile (Fig. 5 bis Fig. 10)by molded parts (FIGS. 5 to 10)

Mit Gap-Filler-Formteilen füllt man, nach dem Einlegen des Zuschnittes oder Streifens 25 in das Gehäuse 12 und während der Montage des Stators 3 in das Gehäuse 12, die Luftspalten thermisch leitend aber elektrisch isolierend zwischen den wärmen Bauteilen und dem Kühlkörper oder Gehäuse 12 (5 bis 10). Verschiedene Shore-Härten und Dicken ermöglichen die optimale Lösung. Mit Gap-Filler erreicht man eine nahezu stressfreie, thermisch leitende aber elektrisch isolierende Verbindung zwischen den warmen Bauteilen und dem Kühlkörper oder dem Gehäuse 12.With Gap-Filler moldings you fill after inserting the blank or strip 25 in the case 12 and during assembly of the stator 3 in the case 12 , the air gaps thermally conductive but electrically insulating between the heat components and the heat sink or housing 12 ( 5 to 10 ). Various Shore hardnesses and thicknesses allow the optimal solution. Gap-Filler achieves an almost stress-free, thermally conductive but electrically insulating connection between the warm components and the heat sink or the housing 12.

Der Gap-Filler ist ein dosierbares und leistungsfähiges Wärmeleitmaterial mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Der Filler bietet eine Verarbeitungsdauer von bis zu vier Stunden. Bei der Dosierung und Montage ergibt sich somit eine wesentlich höhere Flexibilität.The Gap-Filler is a metered and efficient heat conducting material with a high thermal conductivity. The filler offers a processing time of up to four hours. When dosing and assembly thus results in a much higher flexibility.

flüssig dosierbar (Fig. 11 bis Fig. 13)liquid metered (FIGS. 11 to 13)

Ein Gap-Filler als flüssiges 2-Komponentenmaterial eignet sich zum Auffüllen komplizierter Designs, bleibt nach dem Aufbringen an Ort und Stelle und behält seine Form (11 bis 13). Er bietet eine geringe natürliche Haftung und eignet sich für Anwendungen welche während der Montage gefügt werden. Die Aushärtezeit beträgt 24 Stunden bei Raumtemperatur oder 30 Minuten bei 100 °C. Im Gegensatz zu vorgeformten Gap-Fillern ermöglichen flüssig dosierbare Materialien eine beliebige Dicke und erübrigen somit eine spezielle Pad-Dicke oder gestanzte Formen in einzelnen Anwendungen.A gap filler as a liquid 2-component material is suitable for filling in complicated designs, remains in place after application and retains its shape ( 11 to 13 ). It offers low natural adhesion and is suitable for applications that are joined during assembly. The curing time is 24 hours at room temperature or 30 minutes at 100 ° C. In contrast to preformed gap fillers, liquid-dispensable materials allow for any thickness and thus eliminate the need for special pad thickness or punched shapes in individual applications.

Flüssig spendbare 2-Komponenten-Materialien verfügen über gute Wärmeleiteigenschaften. Sie eignen sich hervorragend für unebene Topografien. Das Aufbringen schnell härtender (Cure-in-Place) Gap-Filler wird zur maßgeblichen Technik beim Einsatz von Wärmemanagement-Materialien im Bereich elektronischer Baugruppen.Liquid dispensable 2-component materials have good heat transfer properties. They are ideal for uneven topographies. The application of fast-curing gap-fillers (Cure-in-Place) is becoming the key technology in the use of thermal management materials in the field of electronic assemblies.

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine elektrische Maschine mit Wickelkopfkühlung bereitgestellt werden kann.Overall, the example shows how can be provided by the invention, an electric machine with winding head cooling.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Elektrische MaschineElectric machine
22
Rotationsachseaxis of rotation
33
Statorstator
44
Blechpaketlaminated core
55
Wickelköpfewinding heads
66
Axiales EndeAxial end
77
Elektrische WicklungElectric winding
88th
Rotorrotor
99
Wellewave
1010
Lagercamp
1111
Lagerschildend shield
1212
Gehäusecasing
1313
Aufnahmebereichreception area
1414
Innenwandunginner wall
1515
Elastisches MaterialElastic material
1616
Außenwandungouter wall
1717
UmgebungSurroundings
1818
Schicht einer ZweischichtwicklungLayer of a two-layer winding
1919
Schicht einer ZweischichtwicklungLayer of a two-layer winding
2020
StabRod
2121
StabRod
2222
Außenringouter ring
2323
Frontringfront ring
2424
Innenringinner ring
2525
Streifenstrip
2626
Dreieckige AussparungenTriangular recesses
2727
Rautenförmige AussparungenDiamond-shaped recesses
2828
Pastöse MassePasty mass
2929
Montagerichtungmounting direction
3030
Zwischenraum gap
AA
Axiale RichtungAxial direction
Kfzautomotive
Kraftfahrzeugmotor vehicle

Claims (12)

Elektrische Maschine (1), aufweisend einen Stator (3) mit einem Blechpaket (4), aus welchem an zumindest einem axialen Ende (6) jeweils Wickelköpfe (5) einer elektrischen Wicklung (7) herausragen, wobei an dem zumindest einen axialen Ende (6) jeweils durch ein Gehäuse (12) und/oder einen jeweiligen Lagerschild (11) ein ringförmiger Aufnahmebereich (13) bereitgestellt ist, in welchem die Wickelköpfe (5) angeordnet sind, wobei zwischen den Wickelköpfen (5) und einer Innenwandung (14) des Aufnahmebereichs (13) zumindest ein elektrisch isolierendes, dauerelastisches Material (15) angeordnet ist, das die Wickelköpfe (5) und die Innenwandung (14) berührt und diese thermisch koppelt und hierzu einen Wärmeleitkoeffizienten größer als 1 W/mK aufweist, wobei das dauerelastische Material (15) ganz oder teilweise durch einen als Formteil ausgestalteten Festkörper (25) bereitgestellt ist, der auf die Wickelköpfe (5) aufgesteckt oder an die Wickelköpfe (5) angelegt ist, wobei das Formteil (25) als ein flexibler Streifen (25) ausgestaltet ist, der in einem ausgerollten Zustand Aussparungen (26, 27) aufweist, welche derart ausgestaltet sind, dass der Streifen (27) beim Anlegen an die Wickelköpfe (5) eine in Umlaufrichtung geschlossene, faltenlose Form (23, 24) aufweist.Electric machine (1), comprising a stator (3) with a laminated core (4), from which end windings (5) of an electrical winding (7) protrude at at least one axial end (6), wherein at least one axial end (7) 6) in each case by a housing (12) and / or a respective end shield (11) an annular receiving area (13) is provided, in which the winding heads (5) are arranged, wherein between the end windings (5) and an inner wall (14) at least one electrically insulating, permanently elastic material (15) is arranged, which contacts the winding heads (5) and the inner wall (14) and thermally couples them and for this purpose has a heat conduction coefficient greater than 1 W / mK, wherein the permanently elastic Material (15) is provided wholly or partly by a designed as a molded part solid (25) which is attached to the winding heads (5) or applied to the winding heads (5), wherein the molded il (25) is designed as a flexible strip (25) having in an unrolled state recesses (26, 27) which are designed such that the strip (27) when applied to the winding heads (5) has a closed in the direction of rotation , wrinkle-free form (23, 24). Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, wobei die Aussparungen (26, 27) eine Dreiecksform oder eine Rautenform aufweisen.Electric machine (1) after Claim 1 wherein the recesses (26, 27) have a triangular shape or a diamond shape. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das dauerelastische Material (15) ganz oder teilweise durch eine plastisch verformbare Masse (28) bereitgestellt ist. Electric machine (1) according to one of the preceding claims, wherein the permanently elastic material (15) is provided wholly or partly by a plastically deformable mass (28). Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material (15) selbsthaftend ist.Electric machine (1) according to one of the preceding claims, wherein the material (15) is self-adhesive. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine (1) als ein Bordnetzgenerator ausgestaltet ist.Electric machine (1) according to one of the preceding claims, wherein the electric machine (1) is designed as a vehicle electrical system generator. Kraftfahrzeug (Kfz) mit einer elektrischen Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Motor vehicle (motor vehicle) with an electric machine (1) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Stator (3) mit einem Blechpaket (4), aus welchem an zumindest einem axialen Ende (6) jeweils Wickelköpfe (5) einer elektrischen Wicklung (7) herausragen, sowie für das zumindest eine axialen Ende (6) jeweils ein in einem Gehäuse (12) und/oder einem jeweiligen Lagerschild (11) ausgebildeter, ringförmiger Aufnahmebereich (13) für die Wickelköpfe (5) des jeweiligen axialen Endes (6) bereitgestellt werden, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines elektrisch isolierenden, dauerelastischen Materials (15) an den Wickelköpfen (5) und/oder in dem jeweiligen Aufnahmebereich (13) und - an dem zumindest einen axialen Ende (6) Einführen der Wickelköpfe (5) in den Aufnahmebereich (13) und hierbei Beaufschlagen des dauerelastischen Materials (15) mit einem Anpressdruck.Method for producing an electrical machine (1) according to one of Claims 1 to 5 , wherein a stator (3) with a laminated core (4), from which at each axial end (6) each winding heads (5) of an electrical winding (7) protrude, and for the at least one axial end (6) in each case one in a housing (12) and / or a respective bearing plate (11) formed, annular receiving area (13) for the winding heads (5) of the respective axial end (6) are provided, comprising the steps: - providing an electrically insulating, permanently elastic material ( 15) on the winding heads (5) and / or in the respective receiving area (13) and - at the at least one axial end (6) inserting the winding heads (5) in the receiving area (13) and thereby applying the permanently elastic material (15) with a contact pressure. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Material (15) ganz oder teilweise als ein Streifen (25) mit Aussparungen (26, 27) bereitgestellt wird und der Streifen (25) vor dem Einführen an die Wickelköpfe (5) angelegt oder in den Aufnahmebereich (13) eingelegt wird, so dass der Streifen (25) nach dem Einführen zumindest einen an den Wickelköpfen (5) anliegenden Ring (22, 23, 24) bildet.Method according to Claim 7 in that the material (15) is provided in whole or in part as a strip (25) with recesses (26, 27) and the strip (25) is applied to the winding heads (5) or inserted into the receiving area (13) prior to insertion in that, after insertion, the strip (25) forms at least one ring (22, 23, 24) resting against the winding heads (5). Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei zumindest ein Teil des Materials in Form von zumindest einem Zuschnitt oder zumindest einer Matte in verarbeitungsfertiger und/oder vorimprägnierter und/oder vorgetränkter Form oder in einem anderem Beta-Zustand aufgebracht und durch Applikation von Temperatur und/oder einer anderen Umgebungsbedingung, insbesondere Luftfeuchte, und/oder durch zumindest einen anderen phasenunspezifischen Aktivator, insbesondere durch chemische Reaktion und/oder Aufquellen und/oder Einlagerung, in einen Endzustand überführt wird.Method according to Claim 7 or 8th wherein at least a portion of the material in the form of at least one blank or at least one mat is applied in ready-to-use and / or pre-impregnated and / or pre-soaked form or in a different beta state and by application of temperature and / or another environmental condition, in particular air humidity , and / or by at least one other phase-unspecific activator, in particular by chemical reaction and / or swelling and / or storage, is converted into a final state. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Material (15) ganz oder teilweise als pastöse Masse (28) bereitgestellt wird.Method according to one of Claims 7 to 9 , Wherein the material (15) is provided wholly or partly as a pasty mass (28). Verfahren nach Anspruch 10, wobei die pastöse Masse (28) vor dem Einführen und/oder durch das Einführen auch in Zwischenräume (30) zwischen die Wickelköpfe (5) verteilt wird.Method according to Claim 10 , wherein the pasty mass (28) is distributed between the winding heads (5) before insertion and / or by insertion into intermediate spaces (30). Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei sich eine Viskosität der Masse (28) beim Einführen abhängig von einer Scherrate in der Masse (28) einstellt.Method according to Claim 10 or 11 , wherein a viscosity of the mass (28) during insertion depends on a shear rate in the mass (28).
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