DE102017206219A1 - Stator for an electric machine and method for manufacturing a stator of an electric machine - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Stator (10) für eine elektrische Maschine umfassend in den Stator (10) eingesteckte Leiterelemente (20, 21) vorgeschlagen, wobei aus dem Stator (10) herausstehende Enden (48) der Leiterelemente (20, 21) teilweise, insbesondere paarweise, miteinander verschweißt sind, gekennzeichnet durch ein Brückenmittel (60) zur Erhöhung einer Dicke eines elektrischen Isolationsmaterials (50) an den Enden (48) der Leiterelemente (20, 21), wobei das Brückenmittel (60) an Stirnseiten der Enden (48) der Leiterelemente (20, 21) durch einen Spalt mit einem vorgegebenen Abstand beabstandet zu den jeweiligen Enden (48) der Leiterelemente (20, 21) angeordnet ist, wobei der Spalt zwischen den Enden (48) der Leiterelemente (20, 21) und dem Brückenmittel (60) dazu ausgebildet ist, von dem Isolationsmaterial (50) überbrückt zu werden, wobei das Brückenmittel (60) ein Teil des Leiterelements (20, 21) oder ein separates Element umfasst. A stator (10) for an electrical machine is proposed, comprising conductor elements (20, 21) inserted into the stator (10), wherein ends (48) of the conductor elements (20, 21) protruding from the stator (10) are partially, in particular in pairs are welded together, characterized by a bridge means (60) for increasing a thickness of an electrical insulation material (50) at the ends (48) of the conductor elements (20, 21), wherein the bridge means (60) at end faces of the ends (48) of Conductor elements (20, 21) spaced apart by a predetermined distance from the respective ends (48) of the conductor elements (20, 21), the gap between the ends (48) of the conductor elements (20, 21) and the bridge means (60) is adapted to be bridged by the insulating material (50), wherein the bridging means (60) comprises a part of the conductor element (20, 21) or a separate element.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Herstellen eines Stators einer elektrischen Maschine.The invention relates to a stator for an electrical machine and to a method for producing a stator of an electrical machine.
Stand der TechnikState of the art
Bei Statoren für elektrische Maschinen in Stecktechnik müssen die gesteckten und mit einem elektrisch isolierenden Lack bedeckten Leiterelemente miteinander verbunden werden, um die Gesamtwicklung herzustellen. Die Leiterelemente werden hierbei üblicherweise teilweise, insbesondere paarweise, miteinander verschweißt, z.B. durch Laserschweißen. Für das Schweißen müssen die Enden der Leiterelemente üblicherweise von dem Lack befreit werden, damit sich beim Schweißen keine Einschlüsse in der Schweißnaht aufgrund von Ausgasungen des Lacks bilden. Nach dem Schweißen sind die miteinander verschweißten Enden der Leiterelemente somit frei von Lack.In stators for electrical machines in plug-in technology, the inserted and covered with an electrically insulating paint conductor elements must be connected together to produce the overall winding. The conductor elements are hereby usually partly, in particular in pairs, welded together, e.g. by laser welding. For welding, the ends of the conductor elements usually have to be freed of the varnish, so that during welding no inclusions are formed in the weld due to outgassing of the varnish. After welding, the welded together ends of the conductor elements are thus free of paint.
Insbesondere im Automotive-Bereich werden hohe Anforderungen an die Leistungsdichte der elektrischen Maschine bzw. des Stators gestellt. Daher muss zur Sicherstellung der Isolationsfestigkeit bzw. Durchschlagsfestigkeit ein Isolationsmaterial auf die von Lack befreiten Enden der Leiterelemente aufgebracht werden. Dies gilt insbesondere, wenn die elektrische Maschine mit dem Stator in einer Ölumgebung betrieben werden soll. Problematisch beim Aufbringen von Isolationsmaterial auf die von Lack befreiten Enden der Leiterelemente nach dem Schweißen ist, dass diese oftmals scharfkantige Bereiche aufweisen. Beim Aufbringen des Isolationsmaterials im Bereich der Enden der Leiterelemente bzw. der scharfen Kanten wirkt lokal ein hoher Kapillardruck auf das flüssige/verflüssigte Isolationsmaterial, welcher das Isolationsmaterial von den Kanten „wegdrückt“. Dies führt zu einer geringeren Dicke des Isolationsmaterials im Bereich der Kanten bzw. der Enden der Leiterelemente. Somit weist das Isolationsmaterial oftmals eine im Vergleich zu den übrigen Bereichen des Leiterelements dünnere Dicke auf. Mit geringerer Dicke des Isolationsmaterials sinkt die Isolationsfestigkeit des Leiterelements. Das Erhöhen der Dicke des Isolationsmaterials über den gesamten von Lack befreiten Bereich der Enden der Leiterelemente, um auch im Bereich der Kanten bzw. Enden des Leiterelements, eine vorgegebene Isolationsfestigkeit bzw. Durchschlagsfestigkeit zu erreichen, führt zu einem erhöhten Einsatz von Isolationsmaterial und somit zu erhöhten Kosten.Particularly in the automotive sector, high demands are placed on the power density of the electrical machine or the stator. Therefore, to ensure the insulation strength or dielectric strength, an insulating material must be applied to the lacquer-free ends of the conductor elements. This is especially true when the electric machine is to be operated with the stator in an oil environment. The problem with the application of insulation material to the lacquer-free ends of the conductor elements after welding is that they often have sharp-edged areas. When applying the insulating material in the region of the ends of the conductor elements or the sharp edges, a high capillary pressure acts locally on the liquid / liquefied insulating material, which "pushes" the insulation material away from the edges. This leads to a smaller thickness of the insulating material in the region of the edges or the ends of the conductor elements. Thus, the insulating material often has a thinner compared to the other areas of the conductor element thickness. With a smaller thickness of the insulating material, the insulation strength of the conductor element decreases. Increasing the thickness of the insulating material over the entire area of the ends of the conductor elements which is freed of lacquer, in order to achieve a predetermined dielectric strength or dielectric strength also in the region of the edges or ends of the conductor element, leads to an increased use of insulating material and thus to an increased level Costs.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, einen Stator bereitzustellen, bei dem auf Enden der Leiterelemente Isolationsmaterial gleichmäßig vorhanden ist, bzw. Isolationsmaterial auf Enden der Leiterelemente gleichmäßig aufzubringen.Embodiments of the present invention can advantageously make it possible to provide a stator in which insulating material is uniformly present on ends of the conductor elements, or to apply insulating material uniformly to ends of the conductor elements.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Stator für eine elektrische Maschine umfassend in den Stator eingesteckte Leiterelemente vorgeschlagen, wobei aus dem Stator herausstehende Enden der Leiterelemente teilweise, insbesondere paarweise, miteinander verschweißt sind, gekennzeichnet durch ein Brückenmittel zur Erhöhung einer Dicke eines elektrischen Isolationsmaterials an den Enden der Leiterelemente, wobei das Brückenmittel an Stirnseiten der Enden der Leiterelemente durch einen Spalt mit einem vorgegebenen Abstand beabstandet zu den jeweiligen Enden der Leiterelemente angeordnet ist, wobei der Spalt zwischen den Enden der Leiterelemente und dem Brückenmittel dazu ausgebildet ist, von dem Isolationsmaterial überbrückt zu werden, wobei das Brückenmittel ein Teil des Leiterelements oder ein separates Element umfasst.According to a first aspect of the invention, a stator for an electrical machine is proposed comprising conductor elements inserted into the stator, wherein ends of the conductor elements protruding from the stator are partially, in particular in pairs, welded together, characterized by a bridge means for increasing a thickness of an electrical insulation material the ends of the conductor members, the bridging means being disposed at end faces of the ends of the conductor members spaced apart a predetermined distance from the respective ends of the conductor members, the gap between the ends of the conductor members and the bridging means being bridged by the insulating material to be, wherein the bridging means comprises a part of the conductor element or a separate element.
Ein Vorteil hiervon ist, dass in der Regel das Isolationsmaterial auf den Enden der Leiterelemente gleichmäßig bzw. mit im Wesentlichen gleicher Dicke angeordnet ist. Dies gilt typischerweise auch, wenn die Kanten der Enden der Leiterelemente geringe Radien aufweisen bzw. scharfkantig sind. Hierdurch wird im Allgemeinen Material eingespart. Dies senkt in der Regel die Kosten. Zudem ist der Stator typischerweise besonders platzsparend bzw. raumsparend ausgebildet. Der Stator kann zudem in der Regel in einer Ölumgebung betrieben werden.One advantage of this is that, as a rule, the insulating material is arranged uniformly or with substantially the same thickness on the ends of the conductor elements. This also typically applies if the edges of the ends of the conductor elements have low radii or are sharp-edged. As a result, material is generally saved. This usually reduces costs. In addition, the stator is typically designed to save space and space. The stator can also be operated in an oil environment usually.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Stators einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, wobei das Verfahren folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen von in den Stator eingesteckten nicht miteinander verbundenen Leiterelementen, wobei zumindest aus dem Stator herausstehende Enden der Leiterelemente mit einem Lack lackiert sind; Entfernen des Lacks von jeweils zumindest einem Teil der aus dem Stator herausstehenden Enden der Leiterelemente; Verschweißen, insbesondere Laserschweißen, der von dem Lack befreiten Teile von jeweils zwei oder mehr unmittelbar zueinander benachbarten Leiterelementen zum elektrischen Verbinden der jeweils zwei oder mehr unmittelbar zueinander benachbarten Leiterelemente; Aufbringen eines flüssigen/verflüssigten Isolationsmaterials zum elektrischen Isolieren auf die zuvor von Lack befreiten Enden der Leiterelemente während sich jeweils ein Brückenmittel in einem derartigen Abstand zu den miteinander verschweißten Enden der Leiterelemente befindet, dass das flüssige/verflüssigte Isolationsmaterial eine Verbindung zwischen den jeweiligen miteinander verschweißten Enden der Leiterelemente und dem Brückenmittel bildet; und Aushärten des Isolationsmaterials.According to a second aspect of the invention, a method is proposed for producing a stator of an electrical machine, the method comprising the following steps: providing non-interconnected conductor elements inserted in the stator, wherein ends of the conductor elements protruding from the stator are painted with a lacquer ; Removing the paint from each at least a portion of the projecting from the stator ends of the conductor elements; Welding, in particular laser welding, of the parts freed of the paint from in each case two or more directly mutually adjacent conductor elements for the electrical connection of the two or more directly mutually adjacent conductor elements; Applying a liquid / liquefied insulating material for electrical insulation on the previously freed from lacquer ends of the conductor elements while each bridge means in one such distance to the welded together ends of the conductor elements is that the liquid / liquefied insulating material forms a connection between the respective welded ends of the conductor elements and the bridge means; and curing the insulation material.
Vorteilhaft hieran ist, dass das Isolationsmaterial typischerweise gleichmäßig bzw. mit im Wesentlichen gleicher Dicke auf die Enden der Leiterelemente aufgetragen wird. Dies findet in der Regel auch statt, wenn die Enden der Leiterelemente scharfkantige Kanten bzw. Kanten mit geringen Radien aufweisen. Zudem ist durch dieses Verfahren in der Regel ein Stator herstellbar, der bei hoher Isolationsfestigkeit bzw. Durchschlagsfestigkeit besonders wenig Isolationsmaterial benötigt.The advantage of this is that the insulating material is typically applied evenly or with substantially the same thickness to the ends of the conductor elements. This usually takes place even when the ends of the conductor elements have sharp edges or edges with small radii. In addition, by this method usually a stator can be produced, which requires very little insulation material with high insulation strength and dielectric strength.
Das Isolationsmaterial umschließt jeweils Enden der Leiterelemente, wobei die von dem jeweiligen Isolationsmaterial umschlossenen Enden miteinander verschweißt sind. Bei jeweils paarweise miteinander verschweißten Enden von Leiterelementen umschließt das Isolationsmaterial somit jeweils ein Paar von miteinander verschweißten Enden von Leiterelementen.The insulating material encloses respective ends of the conductor elements, wherein the ends enclosed by the respective insulation material are welded together. In each case welded together in pairs ends of conductor elements, the insulating material thus encloses a respective pair of welded together ends of conductor elements.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.Ideas for embodiments of the present invention may be considered, inter alia, as being based on the thoughts and findings described below.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Spalt gleich oder geringer als eine Hälfte eines Durchmessers des jeweiligen Endes des Leiterelements. Hierdurch ist in der Regel das Isolationsmaterial auf den Enden der Leiterelemente noch gleichmäßiger angeordnet. Zudem wird hierdurch typischerweise besonders sichergestellt, dass das Isolationsmaterial den Spalt überbrückt.According to one embodiment, the gap is equal to or less than one half of a diameter of the respective end of the conductor element. As a result, the insulating material is arranged evenly more uniformly on the ends of the conductor elements in the rule. In addition, this typically typically ensures that the insulation material bridges the gap.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Brückenmittel Teil eines Rings, der in Axialrichtung des Stators oberhalb der jeweiligen Enden der Leiterelemente angeordnet ist. Hierdurch kann das Brückenmittel im Allgemeinen technisch besonders einfach und kostengünstig ausgestaltet sein. Dies senkt in der Regel die Herstellungskosten des Stators.According to one embodiment, the bridging means is part of a ring, which is arranged in the axial direction of the stator above the respective ends of the conductor elements. As a result, the bridging means can generally be embodied in a technically particularly simple and cost-effective manner. This usually reduces the manufacturing cost of the stator.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Isolationsmaterial der jeweiligen miteinander verschweißten Enden der Leiterelemente einen Abstand zu dem Isolationsmaterial der unmittelbar benachbarten miteinander verschweißten Enden der Leiterelemente auf. Ein Vorteil hiervon ist, dass typischerweise keine Isolationsmaterialbrücken zwischen den Isolationsmaterialien von unmittelbar zueinander benachbarten Enden der Leiterelemente vorhanden sind. Durch Isolationsmaterialbrücken könnte die elektrische Isolation zwischen nicht miteinander verschweißten Enden von Leiterelementen abgesenkt werden. Somit steigt typischerweise durch das Nicht-Vorhandensein von Isolationsmaterialbrücken zwischen Isolationsmaterialien von unmittelbar zueinander benachbarten Enden der Leiterelemente die Isolationsfestigkeit bzw. Durchschlagsfestigkeit des Stators.According to one embodiment, the insulating material of the respective welded ends of the conductor elements at a distance from the insulating material of the immediately adjacent welded together ends of the conductor elements. One advantage of this is that typically there are no insulating material bridges between the insulating materials of immediately adjacent ends of the conductor elements. By insulating material bridges, the electrical insulation between non-welded ends of conductor elements could be lowered. Thus, typically, the lack of insulation material bridges between insulating materials of immediately adjacent ends of the conductor elements increases the insulation strength of the stator.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Enden der Leiterelemente jeweils eine oder mehrere scharfe Kanten auf. Ein Vorteil hiervon ist, dass der Stator, insbesondere die Leiterelemente, in der Regel technisch besonders einfach herstellbar ist. Dies senkt typischerweise die Herstellungskosten weiter.According to one embodiment, the ends of the conductor elements each have one or more sharp edges. One advantage of this is that the stator, in particular the conductor elements, is usually technically particularly easy to produce. This typically further reduces manufacturing costs.
Gemäß einer Ausführungsform befindet sich das Brückenmittel in einer gedachten direkten Verlängerung der Enden der Leiterelemente. Vorteilhaft hieran ist, dass die Brücke aus Isolationsmaterial, die den Spalt überbrückt, typischerweise aus besonders wenig Material besteht bzw. besonders wenig Material benötigt. Dies senkt im Allgemeinen die Kosten weiter.According to one embodiment, the bridge means is in an imaginary direct extension of the ends of the conductor elements. The advantage of this is that the bridge of insulating material, which bridges the gap, typically consists of very little material or requires very little material. This generally reduces costs further.
Gemäß einer Ausführungsform weist die den Enden der Leiterelemente zugewandte Seite des zusätzlichen Elements oder der zusätzlichen Elemente eine Oberfläche auf, die gegenüber dem flüssigen Isolationsmaterial anziehend wirkt. Hierdurch wird die Bildung der Brücke bzw. Brücken aus Isolationsmaterial über den Spalt in der Regel technisch vereinfacht. Zudem benötigt hierdurch die Isolationsmaterialbrücke typischerweise besonders wenig Material.According to one embodiment, the side of the additional element or of the additional elements facing the ends of the conductor elements has a surface which attracts the liquid insulating material. As a result, the formation of the bridge or bridges of insulating material over the gap is usually technically simplified. In addition, as a result, the insulating material bridge typically requires very little material.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Isolationsmaterial derart aufgebracht, dass das Isolationsmaterial der jeweiligen miteinander verschweißten Enden der Leiterelemente nach dem Aufbringen und Aushärten des Isolationsmaterials weiterhin einen Abstand zu dem Isolationsmaterial der unmittelbar benachbarten miteinander verschweißten Enden der Leiterelemente aufweist. Hierdurch wird das Bilden von Isolationsmaterialbrücken zwischen den Isolationsmaterialien von unmittelbar zueinander benachbarten Enden der Leiterelemente in der Regel verhindert. Durch Isolationsmaterialbrücken könnte die elektrische Isolation zwischen nicht miteinander verschweißten Enden von Leiterelementen abgesenkt werden. Somit steigt im Allgemeinen durch das Verhindern von Isolationsmaterialbrücken zwischen Isolationsmaterialien von unmittelbar zueinander benachbarten Enden der Leiterelemente die Isolationsfestigkeit bzw. Durchschlagsfestigkeit des hergestellten Stators.According to one embodiment of the method, the insulation material is applied such that the insulation material of the respective welded ends of the conductor elements after applying and curing of the insulating material further comprises a distance to the insulating material of the immediately adjacent welded together ends of the conductor elements. As a result, the formation of insulating material bridges between the insulating materials of immediately adjacent ends of the conductor elements is usually prevented. By insulating material bridges, the electrical insulation between non-welded ends of conductor elements could be lowered. Thus, in general, by preventing insulating material bridges between insulating materials from immediately adjacent ends of the conductor members, the insulation strength of the manufactured stator increases.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens befindet sich das Brückenmittel während des Aufbringens des flüssigen/verflüssigten Isolationsmaterials in einem Abstand zu den miteinander verschweißten Enden der Leiterelemente, der gleich oder geringer als eine Hälfte eines Durchmessers des jeweiligen Endes des Leiterelements ist. Hierdurch wird das Isolationsmaterial in der Regel auf die Enden der Leiterelemente noch gleichmäßiger aufgebracht. Zudem wird hierdurch typischerweise besonders sichergestellt, dass das Isolationsmaterial den Spalt überbrückt.According to one embodiment of the method, the bridge means is at a distance to the welded together ends of the conductor elements during the application of the liquid / liquefied insulating material, the same or less than a half of a diameter of the respective end of the conductor element. As a result, the insulating material is applied even more uniformly on the ends of the conductor elements usually. In addition, this typically typically ensures that the insulation material bridges the gap.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen des Stators beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.It should be understood that some of the possible features and advantages of the invention are described herein with respect to different embodiments of the stator. A person skilled in the art will recognize that the features can be suitably combined, adapted or replaced in order to arrive at further embodiments of the invention.
Figurenlistelist of figures
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
-
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Stators; -
2 zeigt eine detaillierte perspektivische Ansicht eines Bereichs des Stators aus1 ; -
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Paars von Enden von Leiterelementen mit Brückenmittel; und -
4 zeigt eine weitere schematische Querschnittsansicht eines Paars von Enden von Leiterelementen mit Brückenmittel.
-
1 shows a perspective view of an embodiment of the stator; -
2 shows a detailed perspective view of a portion of the stator1 ; -
3 shows a schematic cross-sectional view of a pair of ends of conductor elements with bridge means; and -
4 shows another schematic cross-sectional view of a pair of ends of conductor elements with bridge means.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or equivalent features in the figures.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Der Stator
Die Leiterelemente
- σ die Oberflächenspannung des flüssigen Isolationsmaterials
50 , und - r der Kantenradius ist. Somit steigt der Kapillardruck für kleiner werdende Kantenradien stark an.
- σ the surface tension of the
liquid insulation material 50 , and - r is the edge radius. Thus, the capillary pressure increases sharply for decreasing edge radii.
Die elektrischen Leiter sind mit einem Lack zum elektrischen Isolieren der Leiterelemente
Die Enden
Die Enden
Das Schweißen kann insbesondere ein Laserschweißen umfassen oder sein.The welding may in particular include or be a laser welding.
Nach dem Schweißen sind die Enden
Es wird ein flüssiges oder verflüssigtes Isolationsmaterial
Während des Aufbringens des Isolationsmaterials
Der Spalt bzw. Abstand ist derart gewählt, dass beim Aufbringen des Isolationsmaterials
Durch die Oberflächenspannung des Isolationsmaterials
Anstelle eines Rings sind auch mehrere einzelne Brückenmittel
Das Isolationsmaterial
Nach dem Aufbringen des Isolationsmaterials
Das Brückenmittel
In
Das Isolationsmaterial
Der Ring kann Nuten aufweisen. Die Enden
Durch das Nicht-Vorhandensein von Brücken zwischen der Isolationsmaterialien
In den Zeichnungen ist das Brückenmittel
Elektrische Anschlusselemente bzw. Leiterelemente
In
In
Der Ring bzw. das Brückenmittel kann auch als Abstandshalter zu einem Deckel des Stators bzw. der elektrischen Maschine fungieren.The ring or the bridging means can also act as spacers to a cover of the stator or the electric machine.
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.Finally, it should be noted that terms such as "comprising," "comprising," etc., do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a multitude. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.
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Legal Events
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