DE102017101094A1

DE102017101094A1 - Vorrichtung zur Abdichtung mehrerer Nuten eines Stators einer elektrischen Antriebsmaschine

Info

Publication number: DE102017101094A1
Application number: DE102017101094.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Oechslen; Jan Nägelkrämer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2018-07-26
Also published as: US20180212493A1; CN108336848B; CN108336848A; US10707728B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abdichtung mehrerer Nuten (101) eines Stators einer elektrischen Antriebsmaschine gegenüber einem Rotor der elektrischen Antriebsmaschine, wobei die Vorrichtung ein Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) umfasst, das gleichzeitig in die mehreren Nuten (101) einsetzbar ist, wobei das Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) als elektrischer Isolator ausgebildet ist, und wobei das Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) dazu ausgebildet ist, die Nuten (101) gegenüber dem Rotor abzudichten, wobei in den Nuten (101) Wicklungen (102) einer elektrischen Spule anordbar sind, wobei das Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) einstückig oder einteilig ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abdichtung mehrerer Nuten eines Stators einer elektrischen Antriebsmaschine gegenüber einem Rotor der elektrischen Antriebsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer elektrischen Antriebsmaschine wird durch einige Bauteile im Betrieb Wärme erzeugt. Diese Wärme wird mittels einer Kühlflüssigkeit abgeführt. Die von der Kühlflüssigkeit aufgenommene Wärme wird an die Umgebung abgegeben, wodurch sich das Kühlmittel wieder abkühlt und erneut Wärme von den Wärme erzeugenden Bauteilen abführen kann.
Elektrische Antriebsmaschinen weisen elektrische Spulen mit Wicklungen auf. Die Wicklungen sind in Nuten eines Grundkörpers angeordnet. Der Grundkörper kann auch als Statorblechpaket bezeichnet werden. Die Wicklungen erzeugen häufig einen Großteil der Wärme und müssen daher besonders gut gekühlt werden. Die Wicklungen werden daher häufig direkt von einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise einem Öl, umspült, um eine besonders gute Wärmeübertragung von den Wicklungen zur Kühlflüssigkeit zu erreichen. Die Nuten müssen dann gegenüber dem Rotorraum abgedichtet werden, um zu verhindern, dass Kühlflüssigkeit in den Rotorraum austritt. Außerdem muss der Grundkörper elektrisch gegenüber den Wicklungen isoliert sein, um die korrekte Funktion der elektrischen Antriebsmaschine sicherzustellen.
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur elektrischen Isolierung des Grundkörpers und zur Abdichtung der Nuten gegenüber dem Stator bekannt. Die EP 1 542 336 A1 offenbart eine Papierisolierung der Nuten und eine Dichtleiste zum Verschließen der Nuten nach dem Einlegen der Wicklungen. Die EP 1 768 230 B1 und die EP 1 372 242 B1 offenbaren, dass die Öffnungen der Nuten mittels Kunststoffverschlüssen abgedichtet werden. Die Nuten werden mit Kunststoffisolierungen elektrisch isoliert.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Abdichtung der Nuten zu schaffen, die die Montage der elektrischen Antriebsmaschine vereinfacht. Außerdem sollen eine elektrische Antriebsmaschine mit einer solchen Vorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen Antriebsmaschine geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, eine elektrische Antriebsmaschine nach Anspruch 8 und ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 10 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Vorrichtung umfasst ein Abdichtmittel, das gleichzeitig in die Nuten eingesetzt werden kann. Es werden somit nicht mehrere Abdichtmittel benötigt, von denen jeweils eines in jeweils eine der Nuten eingesetzt wird. Unter dem Begriff „einsetzen“ wird hierbei auch verstanden, dass das Abdichtmittel eingegossen, eingespritzt oder eingedruckt wird. In den Nuten können Wicklungen einer elektrischen Spule angeordnet werden, die zum Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine benötigt werden. Das Abdichtmittel ist als elektrischer Isolator ausgebildet. Beispielsweise kann das Abdichtmittel aus Kunststoff oder einem Faserverbundwerkstoff bestehen. Als Fasern können beispielsweise Glasfasern verwendet werden. Das Abdichtmittel ist dazu ausgebildet, die Nuten gegenüber dem Rotor abzudichten. Unter der Abdichtung wird dabei verstanden, dass die beim Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine verwendete Kühlflüssigkeit durch das Abdichtmittel zurückgehalten wird. Das Abdichtmittel ist einstückig oder einteilig ausgebildet.
Die einstückige oder einteilige Ausgestaltung des Abdichtmittels hat den Vorteil, dass das Abdichtmittel in einem Arbeitsschritt in die Nuten eingesetzt werden kann, um die Nuten abzudichten. Die Montage wird somit vereinfacht, da nicht jede Nut einzeln abgedichtet werden muss.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Abdichtmittel formschlüssig mit den Nuten verbindbar sein. Dies ist beispielsweise möglich, wenn die Nuten einen Öffnungsbereich haben, in dem sie eine geringere Querschnittsfläche aufweisen als im übrigen Bereich. Eine solche Nutform kann in der Querschnittsansicht ähnlich wie eine Flasche aussehen. Dabei ist der Öffnungsbereich das Äquivalent zum Flaschenhals mit der geringeren Querschnittsfläche. Die formschlüssige Verbindung mit den Nuten vereinfacht weiter die Montage, da keine weiteren Verbindungsmittel oder -elemente benötigt werden.
Die formschlüssige Verbindung des Abdichtmittels mit den Nuten ist auch vorteilhaft, da die Belastung des Abdichtmittels durch von außen wirkende Kräfte verringert wird. Somit kann für das Abdichtmittel ein besonders günstiger Werkstoff verwendet werden.
Zusätzlich zur formschlüssigen Verbindung kann das Abdichtmittel auch stoffschlüssig mit den Nuten verbindbar sein. Es kann beispielsweise in die Nuten geklebt werden. Es ist auch möglich, dass das Abdichtmittel in die Nuten gepresst wird. Sowohl die stoffschlüssige Verbindung auch als die Pressverbindung können vorteilhafterweise eine axiale Verschiebung des Abdichtmittels verhindern oder erschweren.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Abdichtmittel in die Nuten einschiebbar sein. Auch dieses Merkmal vereinfacht die Montage der elektrischen Antriebsmaschine erheblich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Abdichtmittel parallel zu den Längsachsen der Nuten in die Nuten einschiebbar ist.
Es ist auch möglich, dass das Abdichtmittel während der Herstellung der elektrischen Antriebsmaschine in die Nuten gegossen oder gespritzt wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Abdichtmittel dazu ausgebildet sein, den Stator jeweils ausschließlich in einem Öffnungsbereich der Nuten abzudecken. In diesem Fall kann der Stator außerhalb des Öffnungsbereichs durch weitere Elemente aus Papier oder Kunststoff elektrisch von den Wicklungen isoliert sein. Der Öffnungsbereich kann beispielsweise dem Rotor zugewandt sein und eine Öffnung umfassen. Unter dem Öffnungsbereich kann im Rahmen dieser Beschreibung ein Bereich verstanden werden, der die Öffnung umfasst und der weniger als die Hälfte der gesamten Oberfläche der jeweiligen Nut umfasst.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Abdichtmittel dazu ausgebildet sein, den Stator im Bereich der Nuten komplett abzudecken. Durch die komplette Abdeckung wird eine elektrische Isolierung des Stators von den Wicklungen erreicht.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Abdichtmittel Ausnehmungen für die Wicklungen aufweisen. Die Wicklungen können in diese Ausnehmungen eingesetzt werden und im eingesetzten Zustand voneinander elektrisch isoliert sein. Es ist insbesondere möglich, dass in jede der Ausnehmungen genau nur eine Wicklung einsetzbar ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Abdichtmittel Strömungselemente zur Beeinflussung einer Strömung eines Fluids innerhalb der Nuten und/oder Halteelemente für die Wicklungen aufweisen. Die Strömungselemente können beispielsweise die Strömung der Kühlflüssigkeit beeinflussen, sodass die Kühlung der Wicklungen verbessert wird. Durch die Halteelemente für die Wicklungen können die Wicklungen besser gegen mechanische Belastungen gesichert werden.
Die elektrische Antriebsmaschine gemäß Anspruch 8 umfasst eine Vorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung, den Stator, den Rotor und mehrere Wicklungen eines elektrischen Leiters, die in den Nuten angeordnet sind. Die Wicklungen sind durch das Abdichtmittel vom Stator elektrisch isoliert. Es ist möglich, dass das Abdichtmittel den Stator nur in den Öffnungsbereichen der Nuten von den Wicklungen isoliert oder dass das Abdichtmittel den Stator im gesamten Bereich der Nuten von den Wicklungen isoliert. Die Nuten sind durch das Abdichtmittel gegenüber dem Rotor abgedichtet.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die elektrische Antriebsmaschine als Spaltrohrmotor ausgebildet sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Abbildung. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und für Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet.

1 zeigt eine schematische Schnittansicht dreier durch ein Abdichtmittel abgedichteter Nuten.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht dreier durch ein Abdichtmittel mit Ausnehmungen für die Wicklungen abgedichteter Nuten.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht dreier durch ein Abdichtmittel mit Ausnehmungen und Strömungselementen abgedichteter Nuten.
4 zeigt eine schematische Schnittansicht dreier durch ein Abdichtmittel abgedichteter Nuten, wobei das Abdichtmittel ausschließlich den Öffnungsbereich der Nuten abdeckt.

In 1 sind drei in einen Grundkörper 100 eingebrachte Nuten 101 dargestellt. In den Nuten 101 sind Wicklungen 102 einer elektrischen Spule angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur einige der Wicklungen 102 mit Bezugszeichen versehen. Außerdem ist ein einteiliges Abdichtmittel 103 dargestellt, das die Nuten 101 abdichtet und außerdem die Wicklungen 102 vom Grundkörper 100 elektrisch isoliert. Durch ein einziges Bauteil, das Abdichtmittel 103, wird somit gleichzeitig eine Abdichtung der Nuten 101 und die elektrische Isolierung des Grundkörpers 100 gegenüber den Wicklungen 102 erreicht.
Das Abdichtmittel 103 lässt sich besonders einfach montieren, indem es formschlüssig in die Nuten 101 eingesetzt wird. Beispielsweise kann das Abdichtmittel 103 parallel zur Längsachse der Nuten 101 in die Nuten 101 eingeschoben werden. Durch die Abdichtung können die Wicklungen 102 von einer Kühlflüssigkeit umspült werden, sodass eine zuverlässige Wärmeabfuhr erreicht wird.
Das in 2 dargestellte Abdichtmittel 200 unterscheidet sich vom Abdichtmittel 103 aus 1 unter anderem dadurch, dass Ausnehmungen 201 für die Wicklungen 102 vorgesehen sind. So werden die Wicklungen 102 durch das Abdichtmittel 200 voneinander elektrisch isoliert, sodass keine Beschichtung der Wicklungen 102 benötigt wird.
Das in 3 dargestellte Abdichtmittel 300 unterscheidet sich vom Abdichtmittel 200 aus 2 unter anderem dadurch, dass Strömungselemente in Form von Kanälen 301 für die Kühlflüssigkeit vorgesehen sind, wobei genau jeder Wicklung 102 genau ein Kanal 301 zugeordnet ist, durch den die diese jeweilige Wicklung 102 kühlende Kühlflüssigkeit strömt. Die Wärmeübertragung zur Kühlflüssigkeit wird somit durch das Abdichtmittel 300 verbessert.
Das in 4 dargestellte Abdichtmittel 400 unterscheidet sich vom Abdichtmittel 103 aus 1 unter anderem dadurch, dass das Abdichtmittel 400 nicht den Grundkörper 100 im kompletten Bereich der Nuten 101 abdeckt, sondern nur in einem Öffnungsbereich 402. Der Öffnungsbereich 402 umfasst dabei die Öffnung der Nuten 101 und erstreckt sich über etwa ein Viertel der Oberfläche der Nuten 101. Die elektrische Isolierung der Nuten 101 von den Wicklungen wird dabei durch zusätzliche Isolationsmittel 401 erreicht, die beispielsweise aus Papier oder Kunststoff gefertigt sein können. Auch das Abdichtmittel 400 ist formschlüssig mit den Nuten 101 verbunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1542336 A1 [0004]
EP 1768230 B1 [0004]
EP 1372242 B1 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Abdichtung mehrerer Nuten (101) eines Stators einer elektrischen Antriebsmaschine und eines Rotors der elektrischen Antriebsmaschine gegeneinander, wobei die Vorrichtung ein Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) umfasst, das gleichzeitig in die mehreren Nuten (101) einsetzbar ist, wobei das Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) als elektrischer Isolator ausgebildet ist, und wobei das Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) dazu ausgebildet ist, die Nuten (101) und den Rotor gegeneinander abzudichten, wobei in den Nuten (101) Wicklungen (102) einer elektrischen Spule anordbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) einstückig oder einteilig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) formschlüssig mit den Nuten verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) in die Nuten (101) einschiebbar ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) dazu ausgebildet ist, den Stator jeweils ausschließlich in einem Öffnungsbereich (402) der Nuten (101) abzudecken.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) dazu ausgebildet ist, den Stator im Bereich der Nuten (101) komplett abzudecken.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) Ausnehmungen (201) für die Wicklungen (102) aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) Strömungselemente (301) zur Beeinflussung einer Strömung eines Fluids innerhalb der Nuten (101) und/oder Halteelemente für die Wicklungen (102) aufweist.
Elektrische Antriebsmaschine, umfassend eine Vorrichtung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, den Stator, den Rotor und mehrere Wicklungen (102), die in den Nuten (101) angeordnet sind, wobei die Wicklungen (102) durch das Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) vom Stator elektrisch isoliert sind, und wobei die Nuten (101) und der Rotor durch das Abdichtmittel (103; 200; 300; 400) gegeneinander abgedichtet sind.
Elektrische Antriebsmaschine nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine als Spaltrohrmotor ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine nach einem der beiden vorherigen Ansprüche.