DE102019107511A1

DE102019107511A1 - Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters und Verfahren zum Montieren der Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019107511A1
Application number: DE102019107511.4A
Authority: DE
Inventors: Bernd Guntermann; David Walisko; Stephan Heinrichs
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2019-12-24
Also published as: US20190393750A1; JP2021121174A; US20220123618A1; KR102119137B1; KR20190143354A; US11258326B2; JP2019221134A; BR102019012195A2; US11658535B2; CN110635600B; CN110635600A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids, insbesondere einen Elektromotor. Die Vorrichtung weist einen Rotor und einen Stator (1) auf, welche sich entlang einer gemeinsamen Längsachse (5) erstreckend angeordnet sind. Der Stator (1) weist als Abschnitte von Leitungsdrähten (9) von Spulen (3) ausgebildete Anschlussleitungen auf. In einem Bereich einer an mindestens einer in einer axialen Richtung ausgerichteten Stirnseite des Stators (1) ist ein Abdeckelement (10) angeordnet, welches in der Form eines axial ausgerichteten Hohlzylinders mit einer Innenfläche (13) und einer Außenfläche (14) ausgebildet ist. Dabei liegt das Abdeckelement (10) mit der Innenfläche (13) an einem am Stator (1) angeordneten und eine zylinderförmige Wandung aufweisenden Isolationselement (4) an. Zwischen einer Außenseite der Wandung des Isolationselements (4) und der Innenfläche (13) des Abdeckelements (10) sind zumindest Abschnitte der Anschlussleitungen der Leitungsdrähte (9) angeordnet.Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Montieren der Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters, insbesondere einen Elektromotor, zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids, speziell eines Kältemittels. Der Verdichter kann im Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Die Vorrichtung weist einen Rotor und einen Stator auf, welche sich entlang einer gemeinsamen Längsachse erstreckend angeordnet sind. Der Stator weist als Abschnitte von Leitungsdrähten von Spulen ausgebildete Anschlussleitungen auf.
Aus dem Stand der Technik bekannte Verdichter für mobile Anwendungen, insbesondere für Klimatisierungssysteme von Kraftfahrzeugen, zum Fördern von Kältemittel durch einen Kältemittelkreislauf, auch als Kältemittelverdichter bezeichnet, werden unabhängig vom Kältemittel oft als Kolbenverdichter mit variablem Hubvolumen oder als Scrollverdichter ausgebildet. Die Verdichter werden dabei entweder über eine Riemenscheibe oder elektrisch angetrieben.
Ein elektrisch angetriebener Verdichter weist neben dem Elektromotor zum Antreiben des jeweiligen Verdichtungsmechanismus einen Wechselrichter zum Antreiben des Elektromotors auf. Der Wechselrichter dient zum Umwandeln von Gleichstrom einer Fahrzeugbatterie in Wechselstrom, welcher dem Elektromotor durch elektrische Verbindungen zugeführt wird.
Herkömmliche Elektromotoren der elektrisch angetriebenen Verdichter sind mit einem ringförmigen Statorkern mit daran angeordneten Spulen und einem Rotor ausgebildet, wobei der Rotor innerhalb des Statorkerns angeordnet ist. Rotor und Stator sind auf einer gemeinsamen Symmetrieachse beziehungsweise Drehachse des Rotors ausgerichtet von einem Gehäuse mit zusätzlichen Elementen, wie Dichtungen, umgeben angeordnet. Um zum einen den Einbauraum innerhalb des Kraftfahrzeuges zu reduzieren und zum anderen den Stator im Gehäuse zu fixieren, sind die Abstände zwischen Komponenten des Elektromotors, insbesondere zwischen Stator und Gehäuse, sehr gering.
Der Wechselrichter weist Steckeranschlüsse für als separate Komponenten und Stifte ausgebildete Steckverbinder zum elektrischen Verbinden mit Anschlüssen des Elektromotors auf, welche wiederum mit Anschlussleitungen von Leitungsdrähten der Spulen des Stators elektrisch verbunden sind. Die Anschlussleitungen sind an Stirnseiten des Statorkerns geführt angeordnet und dabei zumeist nicht durch eine Statorisolierung zum Gehäuse des Motors hin abgedeckt. Zudem ist der Abstand zu Komponenten des Gehäuses oftmals sehr gering.
Um gleichzeitig jeweils eine elektrische Verbindung und einen hohen Isolationswiderstand, beispielsweise zwischen den Anschlussleitungen der Leitungsdrähte, zu gewährleisten, sind die Anschlussleitungen beziehungsweise Leitungsdrähte, auch als Phasenleiter bezeichnet, voneinander und von anderen elektrisch leitenden Komponenten des Stators sowie des Motorgehäuses elektrisch zu isolieren. Zumindest Bereiche der Anschlussleitungen der einzelnen Phasen des Elektromotors als Abschnitte der insbesondere aus lackiertem Kupferdraht ausgebildeten Leitungsdrähte der Spulen sind vorzugsweise kunststoffisoliert.
Zudem ist es je nach Spannungsebene erforderlich, ausreichende Isolationsabstände zwischen elektrisch leitfähigen Komponenten zu gewährleisten, beispielsweise um Kurzschlüsse durch geringe Kriechwege und Luftstrecken zu vermeiden. Die Isolierung kann auch auf dem Herstellungsprozess basierende und den Isolationswiderstand deutlich verringernde Fehlstellen beziehungsweise Porositäten, insbesondere Nadelstichporositäten, auch als Pinholes bezeichnet, aufweisen, sodass die Gefahr eines elektrischen Funkenüberschlags insbesondere zu Komponenten des Gehäuses zunimmt. Je nach Güte des lackierten Kupferdrahtes ist eine bestimmte maximale Anzahl an Fehlstellen pro Längeneinheit erlaubt. Wenn zwei der Kupferdrähte mit jeweils einer Fehlstelle nebeneinander angeordnet sind und die Fehlstellen direkt gegenüber oder zumindest nahe beieinander positioniert sind, ist die Gefahr eines elektrischen Überschlages zwischen den Kupferdrähten sehr groß.
Bei den zum Stand der Technik gehörenden Elektromotoren der elektrisch angetriebenen Verdichter wird zum Erreichen der notwendigen Isolationsabstände beziehungsweise Isolationsstrecken entweder eine ausreichend große Beabstandung zwischen den Anschlussleitungen der Leitungsdrähte und weiteren elektrisch leitfähigen Komponenten des Verdichters vorgesehen oder die Bereiche der Anschlussleitungen der Leitungsdrähte mit einem zu geringen Abstand zu anderen elektrisch leitfähigen Komponenten werden vollständig vergossen. Mit dem Vergießen der Anschlussleitungen sind abhängig von der Spannungslage auch geringere Abstände zwischen den Anschlussleitungen der Leitungsdrähte und weiteren elektrisch leitfähigen Komponenten des Verdichters im Vergleich zu unvergossenen Anschlussleitungen zulässig.
Bei der Verwendung eines Motors mit unvergossenen Anschlussleitungen wird ein großer Bauraum für den Motor und folglich auch für den elektrisch angetriebenen Verdichter beansprucht, während bei einem Motor mit vergossenen Anschlussleitungen der zusätzliche Schritt des Vergießens innerhalb der Fertigung mit zusätzlicher Aushärtezeit des Vergussmaterials notwendig sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung und Verbesserung einer Vorrichtung zum Antreiben eines elektrisch angetriebenen Verdichters eines dampfförmigen Fluids, insbesondere eines Elektromotors. Dabei sollen insbesondere die Leitungsdrähte beziehungsweise die Anschlussleitungen der Leitungsdrähte zueinander und zu umliegenden elektrisch leitenden Komponenten elektrisch isoliert sein. Die Vorrichtung soll sich auf einfache Weise und damit zeitsparend montieren lassen sowie eine möglichst geringe Anzahl an Einzelkomponenten und Bauteilen aufweisen sowie konstruktiv einfach realisierbar sein, um beispielsweise das Gewicht und den Platzbedarf sowie Kosten bei der Herstellung zu minimieren.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids, insbesondere einen Elektromotor, gelöst. Die Vorrichtung weist einen Rotor und einen unbeweglichen Stator auf, welche sich entlang einer gemeinsamen Längsachse erstrecken. Der Stator weist als Abschnitte von Leitungsdrähten von Spulen ausgebildete Anschlussleitungen auf und ist vorteilhaft in radialer Richtung an einer Außenseite des Rotors, den Rotor umschließend positioniert.
Die Leitungsdrähte sind im Bereich der Spulen vorteilhaft aus lackiertem und gewickeltem Kupferdraht ausgebildet, wobei nicht gewickelte Enden der Leitungsdrähte als Anschlussleitungen und magnetisch inaktive Abschnitte der Leitungsdrähte aus der jeweiligen Wicklung herausgeführt sind. Ein erster Teil der Anschlussleitungen, welche beispielsweise als Verbindungsleitungen zum Anschließen und Verbinden von Spulen gleicher Phase dienen, sind ähnlich den Leitungsdrähten im Bereich der Spulen lediglich lackisoliert ausgebildet, während ein zweiter Teil der Anschlussleitungen, welche beispielsweise zum elektrischen Verbinden mit Anschlüssen des Elektromotors konfiguriert sind, vorzugsweise zusätzlich mit einem Kunststoff ummantelt isoliert sind.
Nach der Konzeption der Erfindung ist in einem Bereich einer an mindestens einer in einer axialen Richtung ausgerichteten Stirnseite des Stators ein Abdeckelement angeordnet, welches die Form eines axial ausgerichteten Hohlzylinders mit einer Innenfläche und einer Außenfläche aufweist. Dabei liegt das Abdeckelement mit der Innenfläche an einem am Stator angeordneten und eine zylinderförmige Wandung aufweisenden Isolationselement an. Zwischen einer Außenseite der Wandung des Isolationselements und der Innenfläche des Abdeckelements sind zumindest Abschnitte der Anschlussleitungen der Leitungsdrähte, insbesondere lackierisolierte Verbindungsleitungen der Spulen, angeordnet.
Unter der axialen Richtung ist dabei die Richtung der Längsachse des Stators zu verstehen, welche auch der Längsachse und der Rotationsachse des Rotors entspricht. Eine in der axialen Richtung ausgerichtete Stirnseite ist in einer senkrecht zur Längsachse ausgerichteten Ebene angeordnet.
Das Abdeckelement weist vorteilhaft die Form eines Hohlkreiszylinders auf und ist bevorzugt als ein geschlossener Ring ausgebildet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Isolationselement in einer radialen Richtung innen an einer Außenwandung eines Statorkerns anliegend angeordnet. Dabei ist die zylinderförmige Wandung des Isolationselements als ein aus dem Statorkern in Richtung der Längsachse hervorragender Bereich ausgebildet. Das Isolationselement kann fest mit dem Statorkern verbunden sein.
Die Wandung des Isolationselements ist vorzugsweise hohlzylinderförmig, insbesondere hohlkreiszylinderförmig, ausgebildet.
Das Abdeckelement liegt vorteilhaft vollumfänglich an der Außenseite der zylinderförmigen Wandung des Isolationselements an. Dabei kann ein Durchmesser der Innenfläche des Abdeckelements dem Durchmesser, speziell dem Außendurchmesser, der Wandung des Isolationselements entsprechen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Außenseite der Wandung des Isolationselements mindestens eine Ausformung auf, welche in Umfangsrichtung umlaufend sowie als eine Vertiefung, insbesondere als eine Nut, ausgebildet ist.
Die mindestens eine Ausformung innerhalb der Wandung des Isolationselements ist bevorzugt in einer zur Längsachse des Stators senkrecht ausgerichteten Ebene angeordnet.
Bei einer Ausbildung von mindestens zwei Ausformungen innerhalb der Wandung des Isolationselements sind die Ausformungen vorzugsweise jeweils in einer zur Längsachse des Stators senkrecht ausgerichteten Ebene und zueinander beabstandet angeordnet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Abschnitte der Anschlussleitungen der Leitungsdrähte an der Außenseite der Wandung des Isolationselements anliegend sowie in Umfangsrichtung der Wandung verlaufend ausgerichtet angeordnet.
Dabei ist vorteilhaft jeweils ein Abschnitt einer Anschlussleitung eines Leitungsdrahtes innerhalb einer in der Wandung des Isolationselements ausgebildeten Ausformung vollständig integriert angeordnet. Unter der vollständigen Integration ist die Anordnung der Anschlussleitung des Leitungsdrahtes in der Ausformung zu verstehen, bei welcher der Leistungsdraht mit vollem Durchmesser in der Ausformung eingebettet ist. Der Leitungsdraht steht an keiner Stelle aus der Ausformung hervor. Der maximale Durchmesser des Leitungsdrahtes ist geringer als die Tiefe der Ausformung oder entspricht der Tiefe der Ausformung.
Das Abdeckelement ist bevorzugt mit der Innenfläche jede in der Wandung des Isolationselements ausgebildete Ausformung verschließend angeordnet.
Die Außenfläche des Abdeckelements ist vorzugsweise in Richtung eines Gehäuses aus elektrisch leitfähigem Material ausgerichtet.
Das Abdeckelement ist vorteilhaft aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet. Damit ist das am Isolationselement des Stators angeordnete Abdeckelement insbesondere zur Gewährleistung von erforderlichen Isolationsabständen vorgesehen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind das Abdeckelement und das Isolationselement formschlüssig miteinander verbindbar.
An der Innenfläche des Abdeckelements ist bevorzugt mindestens eine Auskragung vorgesehen, welche die Form einer Rippe aufweisen kann.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Auskragung in einer zur Längsachse des Stators senkrecht ausgerichteten Ebene ausgerichtet angeordnet und vollumfänglich ausgebildet ist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die von der Innenfläche des Abdeckelements hervorragende Auskragung und mindestens eine an der Außenseite der Wandung des Isolationselements ausgebildete Ausformung derart miteinander korrespondierend ausgebildet, dass die Auskragung in der Ausformung einrastend angeordnet ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Abdeckelement an einer zum Stator hin ausgerichteten Stirnseite einen Abschnitt einer Erweiterung mit einem größeren Durchmesser, zumindest der Innenfläche, als ein an der Wandung des Isolationselements anliegender Abschnitt auf. Dabei ist ein Übergang vom Abschnitt der Erweiterung zum Abschnitt mit geringerem Durchmesser des Abdeckelements konisch ausgebildet.
Des Weiteren kann an einer in der axialen Richtung distal zur Stirnseite mit dem Abdeckelement ausgerichteten Stirnseite des Stators ein Trägerelement mit mindestens einem Aufnahmeelement für mindestens ein Steckergehäuse angeordnet sein.
Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Montieren der Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids, insbesondere eines Elektromotors, gelöst. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

- Anordnen eines Rotors und eines Stators auf einer gemeinsamen Längsachse, wobei der Stator den Rotor in radialer Richtung umschließt,
- Anordnen eines Abdeckelements an einer in einer axialen Richtung ausgerichteten Stirnseite einer zylinderförmigen Wandung eines Isolationselements des Stators, sodass eine Innenfläche des Abdeckelements an einer Außenseite der Wandung des Isolationselements anliegt sowie
- Einschieben der Wandung des Isolationselements in das Abdeckelement in axialer Richtung bis eine an der Innenfläche des Abdeckelements ausgebildete Auskragung in eine an der Außenseite der Wandung des Isolationselements ausgebildete Ausformung einrastet.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das Abdeckelement mit einer Stirnseite mit einem Abschnitt einer Erweiterung mit einem größeren Durchmesser zumindest der Innenfläche im Vergleich zum übrigen Abdeckelement in Richtung der Stirnseite der zylinderförmigen Wandung des Isolationselements angeordnet. Während des Vorgangs des Einschiebens der Wandung des Isolationselements in das Abdeckelement wird das Abdeckelement an der Wandung des Isolationselements infolge einer Ausbildung eines konischen Übergangs der Innenfläche des Abdeckelements vom Abschnitt der Erweiterung zum Abschnitt mit geringerem Durchmesser zentriert.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht zudem darin, dass das Abdeckelement keine feste Winkellage zum Statorkern und zum Isolationselement aufweist, was eine einfache Montage ermöglicht.
Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die Verwendung der Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters, insbesondere eines Elektromotors, zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids für einen Verdichter eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids mit einer minimalen Anzahl an erforderlichen Komponenten und das Verfahren zum Montieren der Vorrichtung weisen zusammenfassend weitere diverse Vorteile auf:

- einfache Montage sowie einfaches Fixieren des Abdeckelements am Isolationselement des Statorkerns, dabei bestmögliche elektrische Isolierung der Anschlussleitungen der Leitungsdrähte,
- Vergrößern des Isolationswiderstandes und Reduzieren des Platzbedarfs abhängig von der Spannungslage, da beispielsweise kein separater Verguss zur Isolation notwendig ist, was zudem die Aushärtezeit während der Montage verkürzt,
- Vermeiden des Auftretens von Kurzschlussströmen zwischen den Leitungsdrähten sowie weiteren elektrisch leitfähigen, inaktiven Komponenten durch Gewährleisten notwendiger Isolationsabstände je nach Spannungslage,
- Reduzieren des Ausschusses bei der Herstellung infolge zu geringen Isolationswiderstands und damit Erzeugen minimaler Kosten sowie
- Maximieren der Lebensdauer des Verdichters.

Mit einem einfachen Montageschritt des Abdeckelements werden insbesondere magnetisch inaktive Verbindungen zwischen den Spulen beziehungsweise Leitungsdrähten, insbesondere Anschlussleitungen der Leitungsdrähte, speziell Verbindungsleitungen, vollständig abgedeckt, um den Isolationsabstand und damit den Isolationswiderstand zu erhöhen. Gleichzeitig wird die zum Gehäuse des Motors hin ausgerichtete Stirnseite des Stators mechanisch verstärkt, was sich vorteilhaft auf den Einschrumpfvorgang des Stators im Gehäuse auswirkt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

1: einen Stator eines Elektromotors als eine Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids mit einem Statorkern, Spulen, einem Isolationselement, einem an einer ersten Stirnseite angeordneten Trägerelement sowie einem an einer zweiten Stirnseite angeordneten Abdeckelement in einer perspektivischen Ansicht,
2a und 2b: jeweils den Stator mit einem an einer zweiten Stirnseite angeordneten Abdeckelement in einer perspektivischen Ansicht sowie
3a und 3b: jeweils eine Detailansicht der zweiten Stirnseite des in einem Gehäuse angeordneten Stators ohne und mit dem Abdeckelement in einer Schnittdarstellung.

In 1 ist ein Stator 1 eines Elektromotors als eine Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids, speziell für ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs zum Fördern von Kältemittel durch einen Kältemittelkreislauf, in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Der Stator 1 ist mit einem Statorkern 2, Spulen 3, einem Isolationselement 4, einem Trägerelement 6 sowie einem Abdeckelement 10 ausgebildet.
Der Elektromotor, beispielsweise ein Wechselstrommotor mit drei Phasen, weist einen nicht dargestellten Rotor und den in radialer Richtung an einer Außenseite des Rotors und damit um den Rotor angeordneten Statorkern 2 auf. Der vorzugsweise als ein Blechpaket ausgebildete Statorkern 2 und das aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildete Isolationselement 4 erstrecken sich jeweils entlang einer Längsachse 5, welche auch der Längsachse des Stators 1 und der Rotationsachse des Rotors entspricht, von einer ersten Stirnseite 7 zu einer zweiten Stirnseite 8 des Stators 1. Das Isolationselement 4 ist vorteilhaft als eine Umspritzung des Statorkerns 2 und damit als eine einstückige Komponente ausgebildet.
Die Spulen 3 sind jeweils aus einem um einen sich in radialer Richtung nach innen erstreckenden Bereich des Statorkerns 2 gewickelten Draht als elektrischer Leiter, auch als Leitungsdraht 9 bezeichnet, ausgebildet. Dabei sind die gesamten Leitungsdrähte 9 aus einem lackiertem Kupferdraht ausgebildet.
Die nicht gewickelten Enden der Leitungsdrähte 9 sind als Anschlussleitungen beziehungsweise magnetisch inaktive Abschnitte aus der jeweiligen Wicklung herausgeführt. Als Verbindungsleitungen zum Anschließen und Verbinden von Spulen 3 gleicher Phase dienende Anschlussleitungen sind als ein erster Teil der Anschlussleitungen ähnlich den Leitungsdrähten 9 im Bereich der Spulen 3 ausschließlich lackisoliert ausgebildet, während ein zum elektrischen Verbinden mit Anschlüssen des Elektromotors konfigurierter zweiter Teil der Anschlussleitungen zusätzlich vorzugsweise mit einem Kunststoff ummantelt isoliert sind.
Die sich in radialer Richtung nach innen erstreckenden Bereiche des Statorkerns 2 weisen jeweils die Form eines Steges auf und sind gleichmäßig über den Umfang einer Außenwandung des Statorkerns 2 verteilt positioniert. Zwischen den Leitungsdrähten 9 der Spulen 3 und den jeweiligen Bereichen des Statorkerns 2 ist das Isolationselement 4, welches den Statorkern 2 und die Leitungsdrähte 9 der Spulen 3 zueinander elektrisch isoliert, angeordnet. Das Isolationselement 4 ist jeweils an den nach innen und in axialer Richtung ausgerichteten Enden der Stege in axialer Richtung erweitert ausgebildet. Die derart hervorragenden Endabschnitte des Isolationselements 4 dienen dem Fixieren der um die Stege des Statorkerns 2 gewickelten Leitungsdrähte 9 der Spulen 3.
Der Statorkern 2, das Isolationselement 4 und die Spulen 3 bilden die Statoreinheit des Elektromotors.
Das Isolationselement 4 ragt an den Stirnseiten 7, 8 des Stators 1 jeweils über den Statorkern 2 hinaus. An der ersten Stirnseite 7 des Stators 1 ist das Trägerelement 6 mit einem Aufnahmeelement mit Verbindungsdurchgängen für ein Steckergehäuse mit Verbindungsanschlüssen angeordnet. Die Verbindungsanschlüsse des Steckergehäuses dienen jeweils als Komponente einer elektrischen Verbindung zwischen den Spulen 3 des Elektromotors und dem Wechselrichter, beispielsweise mit Hilfe von elektrisch leitenden, stiftförmigen Steckverbindern, welche durch die Verbindungsdurchgänge des Aufnahmeelements des Trägerelements 6 hindurchgeführt in die Verbindungsanschlüsse des Steckergehäuses eingesteckt angeordnet sind. Die Anschlussleitungen der Leitungsdrähte 9 der Spulen 3 und die Verbindungsanschlüsse des im Aufnahmeelement angeordneten Steckergehäuses sind elektrisch miteinander verbunden.
Das Trägerelement 6 liegt im montierten Zustand des Stators 1 in axialer Richtung am Stator 1, insbesondere am Statorkern 2, an. Dabei ist der Außendurchmesser des Trägerelements 6 geringer als der Außendurchmesser des Statorkerns 2. Das Aufnahmeelement für das Steckergehäuse ist ein Bestandteil des Trägerelements 6, sodass das Trägerelement 6 und das Aufnahmeelement als eine Einheit, insbesondere als ein einteiliges Spritzgusselement, ausgebildet sind. Die einteilige Ausbildung wird innerhalb eines Formgebungsprozesses realisiert.
An der zur ersten Stirnseite 7 distal ausgebildeten zweiten Stirnseite 8 des Stators 1 ist ein ringförmiges Abdeckelement 10 angeordnet, welches im montierten Zustand des Stators 1 in axialer Richtung vollumfänglich am Stator 1, insbesondere am Isolationselement 4, anliegt. Das Abdeckelement 10 ist als ein axial ausgerichteter zylinderförmiger, insbesondere hohlzylinderförmiger, speziell hohlkreiszylinderförmiger, und geschlossener Ring ausgebildet. Die hohlzylindrische Wandung des axial ausgerichteten Rings des Abdeckelements 10 ist mit einem Außendurchmesser, welcher kleiner ist als der Außendurchmesser der Außenwandung des Statorkerns 2, und einem Innendurchmesser, welcher größer ist als der Innendurchmesser der Außenwandung des Statorkerns 2, ausgebildet.
Aus den 2a und 2b geht jeweils der Stator 1 mit dem an der zweiten Stirnseite 8 angeordneten, vorzugsweise als ein Spritzgusselement aus einem Isoliermaterial ausgebildeten Abdeckelement 10 in einer perspektivischen Ansicht hervor. In 2a ist der Stator 1 während des Vorgangs der Montage und damit mit entferntem Abdeckelement 10 gezeigt, wobei in 2b der Stator 1 mit montiertem Abdeckelement 10 dargestellt ist.
Das Abdeckelement 10 ist an der Stirnseite 8 des isolierten Stators 1, insbesondere am aus dem Statorkern 2 hervorragenden Isolationselement 4, aufgesetzt und fixiert. Dabei wird das Abdeckelement 10 am Isolationselement 4 eingerastet beziehungsweise eingeklickt.
Mit dem Abdeckelement 10 werden insbesondere die zwischen den Spulen 3 ausgebildeten Abschnitte der nicht gewickelten, aus den jeweiligen Wicklungen herausgeführten beziehungsweise in die jeweiligen Wicklungen hineingeführten lackisolierten Leitungsdrähte 9 als erster Teil der Anschlussleitungen zur Umgebung des Stators 1 hin abgedeckt. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform können zudem die aus den jeweiligen Wicklungen herausgeführten sowie als eine Verbindung zum Steckergehäuse und damit zum Wechselrichter ausgebildeten Abschnitte der Leitungsdrähte 9 als zweiter Teil der Anschlussleitungen von einem Abdeckelement zur Umgebung hin isoliert angeordnet sein.
Die jeweils zwischen den Wicklungen der Spulen 3 verlaufenden beziehungsweise als eine Verbindung zum Steckergehäuse ausgebildeten, magnetisch inaktiven Abschnitte der Leitungsdrähte 9 liegen an einem zu einer Stirnseite 7, 8 ausgerichteten Ende des Isolationselements 4 am Isolationselement 4 an und sind in Umfangsrichtung des Stators 1 ausgerichtet. So sind die zwischen den Wicklungen der Spulen 3 verlaufenden Abschnitte der Leitungsdrähte 9 in radialer Richtung jeweils zwischen dem Isolationselement 4 und dem Abdeckelement 10 geschützt angeordnet.
Mit dem ringförmigen Abdeckelement 10 werden die Isolationsabstände zu den anderen elektrisch leitfähigen Komponenten, wie dem Gehäuse des Motors, beziehungweise die erforderlichen Isolationswiderstände, insbesondere mit einem vergrößerten Kriechweg abhängig von der Spannungslage beispielsweise zum Gehäuse des Motors, gewährleistet.
Die 3a und 3b zeigen jeweils eine Detailansicht der zweiten Stirnseite 8 des in einem Gehäuse 11 des Motors angeordneten Stators 1 in einer Schnittdarstellung. In 3a ist der Stator 1 ohne das zusätzliche Abdeckelement 10 gezeigt, während in 3b der Stator 1 mit montiertem Abdeckelement 10 dargestellt ist.
Das vorzugsweise als eine Umspritzung des Statorkerns 2 ausgebildete Isolationselement 4 liegt mit einer äußeren Mantelfläche in radialer Richtung innen an der Außenwandung des Statorkerns 2 an. Die Wandung des Isolationselements 4 ragt dabei an den Stirnseiten 7, 8 des Stators 1 in axialer Richtung jeweils über den Statorkern 2 hinaus. Die zu Spulen 3 aufgewickelten, magnetisch aktiven Abschnitte der Leitungsdrähte 9 sind um die sich in radialer Richtung nach innen erstreckenden Bereichen des Isolationselements 4, welches dann zwischen dem Statorkern 2 und dem Leitungsdraht 9 der Spulen 3 ausgebildet ist, angeordnet.
Die als Verbindungsleitungen zwischen den Wicklungen der Spulen 3 verlaufenden magnetisch inaktiven und ungewickelten Abschnitte der Leitungsdrähte 9 sind in am über den Statorkern 2 hinausragenden Bereich des Isolationselements 4 in Umfangsrichtung umlaufend sowie als Nuten ausgebildeten Ausformungen 12 integriert. Zudem können auch die jeweils als eine Verbindung zum Steckergehäuse ausgebildeten, magnetisch inaktiven Abschnitte der Leitungsdrähte 9 beziehungsweise die zu einem elektrisch verbundenen Sternpunkt der Phasen verlaufende Anschlussleitungen innerhalb derartiger Ausformungen 12, auch als Aufnahmebereiche bezeichnet, angeordnet sein. Die Ausformungen 12 sind jeweils in einer zur axialen Richtung des Stators 1 senkrecht ausgerichteten Ebene ausgebildet.
Je nach Spannungslage des Motors müssen zwischen den Leitungsdrähten 9 und anderen elektrisch leitfähigen, metallischen Komponenten des Motors, wie dem Gehäuse 11, beziehungsweise Komponenten des Verdichters normgerecht entsprechende Abstände, auch als Isolationsabstände A1a, A1b, A2a, A2b bezeichnet, eingehalten werden, um beispielsweise Kurzschlüsse oder Überschläge zwischen den Leitungsdrähten 9 und benachbart dazu angeordneten elektrisch leitfähigen Komponenten zu vermeiden. Durch das Vorsehen des Abdeckelements 10 werden die ersten Isolationsabstände A1a, A2a als Isolationabstände ohne Abdeckelement 10 zu den zweiten Isolationsabständen A1b, A2b als Isolationsabstände mit Abdeckelement 10 verlängert und das Risiko für Kurschlüsse oder Überschläge reduziert.
Die Vergrößerung der zweiten Isolationsabstände A1b, A2b im Vergleich zu den ersten Isolationsabständen A1a, A1b durch Anordnen des Abdeckelements 10 geht aus einem Vergleich der 3a und 3b hervor. Dabei wird deutlich: A1b > A1a und A2b > A2a. Die ersten Isolationsabstände A1a, A2a der Anordnung des Stators 1 innerhalb des Gehäuses 11 nach 3a entsprechen jeweils der kürzesten Verbindung zwischen dem jeweiligen Leitungsdraht 9 und den unmittelbar benachbarten Komponenten des Gehäuses 11. Infolge der Anordnung des Abdeckelements 10 am Isolationselement 4 verlaufen die zweiten Isolationsabstände A1b, A2b jeweils um das Abdeckelement 10 herum, insbesondere an der Wandung und jeweils an einer Stirnseite des Abdeckelements 10 entlang. Folglich werden durch die Ausbildung des Abdeckelements 10 die ersten Isolationsabstände A1a, A2a als kürzeste Verbindungen zwischen den Leitungsdrähten 9 und dem Gehäuse 11 nach 3a zu den zweiten Isolationsabständen A1b, A2b nach 3b vergrößert.
Das Isolationselement 4 ragt an der zweiten Stirnseite 8 des Stators 1 über den Statorkern 2 hinaus. Der aus dem Statorkern 2 hervorstehende Bereich des Isolationselements 4 weist eine im Wesentlichen hohlkreiszylinderförmige Wandung auf, welche in axialer Richtung angeordnet ist. Wie insbesondere in 3b gezeigt ist, ist das ebenfalls im Wesentlichen hohlkreiszylinderförmige Abdeckelement 10 mit einer Innenfläche 13 des axial ausgerichteten Rings an einer Mantelfläche der Wandung des aus dem Statorkern 2 hervorstehenden Bereiches des Isolationselements 4 angeordnet. Dabei entspricht der Außendurchmesser der Wandung des Isolationselements 4 dem Durchmesser der Innenfläche 13 des Abdeckelements 10 zuzüglich eines Spiels beziehungsweise Spaltes zum Montieren des Abdeckelements 10 am Isolationselement 4. Eine Außenfläche 14 des Abdeckelements 10 ist in Richtung des Gehäuse 11 weisend ausgerichtet.
Das ringförmige Abdeckelement 10 ist mit der Innenfläche 13 die in Umfangsrichtung an der Wandung des aus dem Statorkern 2 hervorstehenden Bereiches des Isolationselements 4 umlaufend sowie als Nuten ausgebildeten Aufnahmebereiche 12, in welchen die Leitungsdrähte 9 integriert sind, verschließend beziehungsweise abdeckend angeordnet. Da das Abdeckelement 10, ebenso wie das Isolationselement 4, elektrisch isolierende Komponenten sind, sind die in im Isolationselement 4 vorgesehenen und vom Abdeckelement 10 verschlossenen, als Ausformungen ausgebildete Aufnahmebereiche 12 angeordneten Leitungsdrähte 9 vollumfänglich von einer elektrischen Isolierung umschlossen.
Das ringförmige Abdeckelement 10 weist eine an der Innenfläche 13 als umlaufende Rippe ausgebildete Auskragung 15 auf. Die Auskragung 15 ist dabei in einer zur axialen Richtung des Stators 1 senkrecht ausgerichteten Ebene vorzugsweise vollumfänglich angeordnet. Damit sind sowohl die am Isolationselement 4 vorgesehenen nutartigen Ausformungen 12 zur Aufnahme eines Leitungsdrahtes 9 als auch die am Abdeckelement 10 angeordnete Auskragung 15 jeweils in einer zur axialen Richtung des Stators 1 senkrecht ausgerichteten Ebene angeordnet. Im montierten Zustand des Abdeckelements 10 am Isolationselement 4 korrespondieren die Auskragung 15 und eine der Ausformungen 12 derart miteinander, dass die Auskagung 15 in einer der Ausformungen 12 einrastend sowie in Richtung eines Leitungsdrahtes 9 ausgerichtet angeordnet ist. Die Auskragung 15 greift in eine der Ausformungen 12 derart ein, dass das Abdeckelement 10 und das Isolationselement 4 fest miteinander verbunden sind, wobei die Verbindung lediglich durch eine entsprechende relative Bewegung von Abdeckelement 10 und Isolationselement 4 zueinander, beispielsweise durch Drehen und Ziehen, gelöst werden könnte. Nach der Montage des Elektromotors beziehungsweise des Verdichters, speziell während des Betriebs, ist ein selbständiges Lösen der Verbindung von Abdeckelement 10 und Isolationselement 4 ausgeschlossen.
Für eine vereinfachte Montage des Abdeckelements 10 am Isolationselement 4 des Stators 1 weist das ringförmige Abdeckelement 10 an einer zum Isolationselement 4 hin ausgerichteten Stirnseite eine Erweiterung auf. Im Bereich der Erweiterung sind sowohl die Innenfläche 13 als auch die Außenfläche 14 mit einem größeren Durchmesser als im übrigen Bereich ausgebildet. Der Übergang vom Bereich der Erweiterung zum Bereich mit geringerem Durchmesser ist stetig, insbesondere konisch. Das Abdeckelement 10 wird während der Montage des Stators 1 mit der die Erweiterung aufweisenden Stirnseite voran auf das Isolationselement 4 aufgeschoben. Beim Vorgang der Montage des Verdichters, insbesondere des Elektromotors, speziell des Stators 1, kann das Abdeckelement 10 mit einer Stirnseite mit geringerem Durchmesser der Innenfläche 13 auf einem Montageträger derart aufgelegt werden, dass der Bereich der Erweiterung und damit die Stirnseite mit dem größeren Durchmesser als freies Ende, vorzugsweise in vertikaler Richtung nach oben, angeordnet ist. Durch Aufsetzen des Stators 1 mit dem in Umfangsrichtung an der Wandung des aus dem Statorkern 2 hervorstehenden Bereiches des Isolationselements 4 wird das Isolationselement 4 mit geringem Druck in das Abdeckelement 10 eingeschoben. Infolge der konischen Ausbildung der Innenfläche 13 des Abdeckelements 10 wird das Abdeckelement 10 am Isolationselement 4 zentriert. Das Abdeckelement 10 und das Isolationselement 4 werden während der Montage solange in axialer Richtung relativ zueinander bewegt, bis die an der Innenfläche 13 des Abdeckelements 10 vorgesehene Auskragung 15 in eine an der Mantelfläche der Wandung des aus dem Statorkern 2 hervorstehenden Bereiches des Isolationselements 4 ausgebildete Ausformung 12 einrastet. Mit dem Einrasten der Auskragung 15, auch als Fixierelement bezeichnet, ist das Abdeckelement 10 mit dem Isolationselement 4 derart fest verbunden, dass insbesondere während des regulären Betriebs kein gewaltfreies Trennen der Komponenten, beispielsweise ein Lösen durch Vibrationen, möglich ist. Bei der Montage des auf dem Montageträger aufgelegten Abdeckelements 10 wird der Stator 1 mit dem Isolationselement 4 in vertikaler Richtung von oben nach unten in das Abdeckelement 10 eingeschoben. Da das ringförmige Abdeckelement 10 in tangentialer Richtung keine genau definierte Ausrichtung oder Position benötigt, ist es nicht notwendig, dass die Montage in einem definierten Winkel erfolgt. Das Abdeckelement 10 kann ohne vorbestimmte Winkellage zum Statorkern 2 und zum Isolationselement 4 am Isolationselement 4 fixiert werden.
Neben dem Vergrößern des Isolationswiderstandes innerhalb des mit dem Elektromotor angetriebenen Verdichters bewirkt das Anordnen des Abdeckelements 10 am Stator 1 des Motors an der zum Verdichtungsmechanismus hin ausgerichteten Seite des Verdichters zudem eine zusätzliche mechanische Verstärkung der Umrandung des Stators 1 für den Prozess des Einschrumpfens in das Gehäuse 11 des Motors. Mit dem Abdeckelement 10 wird insbesondere die während des Einschrumpfprozesses als Auflage dienende Seite des Stators 1 verstärkt.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Statorkern
3: Spule
4: Isolationselement
5: Längsachse
6: Trägerelement
7: erste Stirnseite
8: zweite Stirnseite
9: Leitungsdraht
10: Abdeckelement
11: Gehäuse
12: Ausformung, Aufnahmebereich
13: Innenfläche
14: Außenfläche
15: Auskragung
A1a, A2a: erster Isolationsabstand
A1b, A2b: zweiter Isolationsabstand

Claims

Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids, insbesondere ein Elektromotor, aufweisend einen Rotor und einen Stator (1), welche sich entlang einer gemeinsamen Längsachse (5) erstreckend angeordnet sind, wobei der Stator (1) als Abschnitte von Leitungsdrähten (9) von Spulen (3) ausgebildete Anschlussleitungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich einer an mindestens einer in einer axialen Richtung ausgerichteten Stirnseite des Stators (1) ein Abdeckelement (10) angeordnet ist, welches in der Form eines axial ausgerichteten Hohlzylinders mit einer Innenfläche (13) und einer Außenfläche (14) ausgebildet ist, wobei das Abdeckelement (10) mit der Innenfläche (13) an einem am Stator (1) angeordneten und eine zylinderförmige Wandung aufweisenden Isolationselement (4) anliegt und zumindest Abschnitte der Anschlussleitungen der Leitungsdrähte (9) zwischen einer Außenseite der Wandung des Isolationselements (4) und der Innenfläche (13) des Abdeckelements (10) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (10) die Form eines Hohlkreiszylinders aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (4) in einer radialen Richtung innen an einer Außenwandung eines Statorkerns (2) anliegend angeordnet ist, wobei die zylinderförmige Wandung des Isolationselements (4) als ein aus dem Statorkern (2) in Richtung der Längsachse (5) hervorragender Bereich ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (4) fest mit dem Stator (1) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Isolationselements (4) hohlzylinderförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (10) vollumfänglich an der Außenseite der zylinderförmigen Wandung des Isolationselements (4) anliegt, wobei ein Durchmesser der Innenfläche (13) des Abdeckelements (10) dem Durchmesser der Wandung des Isolationselements (4) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite der Wandung des Isolationselements (4) mindestens eine Ausformung (12) aufweist, welche in Umfangsrichtung umlaufend sowie als eine Vertiefung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausformung (12) in einer zur Längsachse (5) des Stators (1) senkrecht ausgerichteten Ebene angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ausbildung von mindestens zwei Ausformungen (12) die Ausformungen (12) jeweils in einer zur Längsachse (5) des Stators (1) senkrecht ausgerichteten Ebene und zueinander beabstandet angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte der Anschlussleitungen der Leitungsdrähte (9) an der Außenseite der Wandung des Isolationselements (4) anliegend sowie in Umfangsrichtung der Wandung verlaufend ausgerichtet angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Abschnitt einer Anschlussleitung eines Leitungsdrahtes (9) innerhalb einer Ausformung (12) vollständig integriert angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (10) mit der Innenfläche (13) jede Ausformung (12) verschließend angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (14) des Abdeckelements (10) in Richtung eines Gehäuses (11) aus elektrisch leitfähigem Material ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (10) aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (10) und das Isolationselement (4) formschlüssig miteinander verbindbar ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenfläche (13) des Abdeckelements (10) mindestens eine Auskragung (15) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskragung (15) die Form einer Rippe aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskragung (15) in einer zur Längsachse (5) des Stators (1) senkrecht ausgerichteten Ebene ausgerichtet angeordnet und vollumfänglich ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskragung (15) und mindestens eine an der Außenseite der Wandung des Isolationselements (4) ausgebildete Ausformung (12) derart miteinander korrspondierend ausgebildet sind, dass die Auskagung (15) in der Ausformung (12) einrastend angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (10) an einer zum Stator (1) hin ausgerichteten Stirnseite einen Abschnitt einer Erweiterung mit einem größeren Durchmesser zumindest der Innenfläche (13) als ein an der Wandung des Isolationselements (4) anliegender Abschnitt aufweist, wobei ein Übergang vom Abschnitt der Erweiterung zum Abschnitt mit geringerem Durchmesser des Abdeckelements (10) konisch ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass an einer in der axialen Richtung distal zur Stirnseite mit dem Abdeckelement (10) ausgerichteten Stirnseite des Stators (1) ein Trägerelement (6) mit mindestens einem Aufnahmeelement für mindestens ein Steckergehäuse angeordnet ist.
Verfahren zum Montieren der Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids nach einem der Ansprüche 1 bis 21, aufweisende folgende Schritte: - Anordnen eines Rotors und eines Stators (1) auf einer gemeinsamen Längsachse (5), wobei der Stator (1) den Rotor in radialer Richtung umschließt, - Anordnen eines Abdeckelements (10) an einer in einer axialen Richtung ausgerichteten Stirnseite einer zylinderförmigen Wandung eines Isolationselements (4) des Stators (1), sodass eine Innenfläche (13) des Abdeckelements (10) an einer Außenseite der Wandung des Isolationselements (4) anliegt sowie - Einschieben der Wandung des Isolationselements (4) in das Abdeckelement (10) in axialer Richtung bis eine an der Innenfläche (13) des Abdeckelements (10) ausgebildete Auskragung (15) in eine an der Außenseite der Wandung des Isolationselements (4) ausgebildete Ausformung (12) einrastet.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (10) mit einer Stirnseite mit einem Abschnitt einer Erweiterung mit einem größeren Durchmesser zumindest der Innenfläche (13) in Richtung der Stirnseite der zylinderförmigen Wandung des Isolationselements (4) angeordnet wird und während des Vorgangs des Einschiebens der Wandung des Isolationselements (4) in das Abdeckelement (10) infolge einer Ausbildung eines konischen Übergangs der Innenfläche (13) des Abdeckelements (10) vom Abschnitt der Erweiterung zum Abschnitt mit geringerem Durchmesser das Abdeckelement (10) an der Wandung des Isolationselements (4) zentriert wird.
Verwendung einer Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters, insbesondere ein Elektromotor, zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids, nach einem der Ansprüche 1 bis 22 für einen Verdichter eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs.