DE102021206262A1

DE102021206262A1 - Slot insulation element for an electrical machine

Info

Publication number: DE102021206262A1
Application number: DE102021206262.8A
Authority: DE
Inventors: Fabian Lange; Alexander Chugreev
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2022-12-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Isolationselement (7) für eine elektrische Maschine, wobei das Isolationselement papierförmig oder folienförmig, bevorzugt aus einem Isolationspapier oder einer Polyesterfolie, ausgebildet ist und einen einschichtigen oder mehrschichtigen Aufbau aufweist und wobei das Isolationselement (7) ausgebildet ist, in eine Nut eines Rotors oder Stators der elektrischen Maschine eingebracht zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (7a) des Isolationselements (7) eine Oberflächenstruktur in Form eines Kanalsystems (8a) mit einer Vielzahl von Kanälen (8) aufweist, wobei das Kanalsystem (8a) zum Führen eines Isolationsharz entlang einer vordefinierten Richtung (101) ausgebildet ist.The present invention relates to an insulating element (7) for an electrical machine, the insulating element being in the form of paper or a film, preferably made of insulating paper or a polyester film, and having a single-layer or multi-layer structure, and the insulating element (7) being formed into a Slot of a rotor or stator of the electrical machine, characterized in that a surface (7a) of the insulating element (7) has a surface structure in the form of a channel system (8a) with a large number of channels (8), the channel system (8a ) for guiding an insulating resin along a predefined direction (101).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Nutisolationselement für eine elektrische Maschine. Außerdem betrifft die Erfindung eine Komponente einer elektrischen Maschine aufweisend ein solches Isolationselement. Schließlich betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einer solchen Komponente oder einem solchen Isolationselement.The present invention relates to a slot insulation element for an electrical machine. In addition, the invention relates to a component of an electrical machine having such an insulating element. Finally, the invention relates to an electrical machine with such a component or such an insulating element.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass für elektrische Maschinen Isolationselemente, beispielsweise in Form von Isolationspapieren, verwendet werden, um einen Statorgrundkörper, beispielsweise ein Blechpaket, elektrisch von einer Statorwicklung zu isolieren. Solche elektrischen Maschinen sind beispielsweise DE 10 2018 219 821 A1 , der WO 2018/165544 A1 der US 2009/0195108 A1 und der US 4,560,896 A bekannt.It is known from the prior art that insulating elements, for example in the form of insulating paper, are used for electrical machines in order to electrically insulate a stator base body, for example a laminated core, from a stator winding. Such electrical machines are, for example DE 10 2018 219 821 A1 , the WO 2018/165544 A1 the U.S. 2009/0195108 A1 and the US 4,560,896A famous.

Beispielsweise bei elektrischen Maschinen im Automotiv-Bereich werden gleichzeitig hohe Leistungen und Leistungsdichten gefordert. Trotz des hohen Wirkungsgrads der elektrischen Maschine sorgt die hohe Leistung für eine große abzuführende Wärmemenge. Deshalb wird versucht eine möglichst gute thermische Anbindung zwischen einer elektrischen Wicklung, Isolationspapier und Blechpaket zu erreichen.For example, in the case of electrical machines in the automotive sector, high performance and power densities are required at the same time. Despite the high efficiency of the electrical machine, the high power means that a large amount of heat has to be dissipated. Therefore, an attempt is made to achieve the best possible thermal connection between an electrical winding, insulating paper and laminated core.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Das erfindungsgemäße Nutisolationselement ist prozesssicher herstellbar und ermöglicht eine verbesserte Imprägnierfähigkeit und somit Entwärmung von elektrischen Maschinen. So ist das Nutisolationselement ausgebildet in eine Nut eines Grundkörpers eines Stators oder Rotors eingelegt zu werden. Das Nutisolationselement verbessert eine Imprägnierung des Stators oder Rotors mit Tränkharz, welches in die luftgefüllten Zwischenräume zwischen der elektrischen Wicklung, Nutisolationselement und Grundkörper in die Nut eingebracht wird. Mit einer zunehmenden axialen Länge des Grundkörpers vergrößert sich der Fließweg für das Tränkharz und damit der Druckabfall in Kanälen, wobei das Isolationselement diesem Druckabfall entgegenwirkt und optimaler Weise vollständig ausgleicht. Hieraus ergibt sich, dass ebenfalls in der axialen Mitte des Grundkörpers die Nuten in der Regel nicht schlechter mit Harz gefüllt sind als an den axialen Enden des Grundkörpers, wodurch Wärme auch in der axialen Mitte des Grundkörpers optimal abgeführt werden kann. Somit erlaubt das Isolationspapier eine Herstellung einer optimalen Harzfüllung sowohl an den axialen Enden als auch in der axialen Mitte.The slot insulation element according to the invention can be produced in a process-reliable manner and enables improved impregnation capability and thus cooling of electrical machines. The slot insulation element is thus designed to be inserted into a slot of a base body of a stator or rotor. The slot insulation element improves impregnation of the stator or rotor with impregnating resin, which is introduced into the air-filled spaces between the electrical winding, slot insulation element and base body in the slot. With an increasing axial length of the base body, the flow path for the impregnating resin and thus the pressure drop in the channels increases, with the insulating element counteracting this pressure drop and optimally completely compensating for it. This means that the grooves in the axial center of the base body are usually filled with resin no worse than at the axial ends of the base body, which means that heat can also be optimally dissipated in the axial center of the base body. Thus, the insulating paper allows an optimal resin filling to be produced both at the axial ends and in the axial center.

Das Nutisolationselement für eine elektrische Maschine ist papierförmig oder folienförmig, bevorzugt aus einem Isolationspapier oder einer Polyesterfolie, ausgebildet. Das Nutisolationselement weist einen einschichtigen oder mehrschichtigen Aufbau auf. Außerdem ist das Nutisolationselement ausgebildet, in eine Nut eines Rotors oder Stators der elektrischen Maschine eingebracht zu werden.The slot insulation element for an electrical machine is in the form of paper or foil, preferably made of insulation paper or a polyester foil. The slot insulation element has a single-layer or multi-layer structure. In addition, the slot insulation element is designed to be introduced into a slot of a rotor or stator of the electrical machine.

Eine Oberfläche des Isolationselements weist eine Oberflächenstruktur in Form eines Kanalsystems mit einer Vielzahl von Kanälen auf. Das Kanalsystem ist zum Führen eines Isolationsharz entlang einer vordefinierten Richtung ausgebildet. Die vordefinierte Richtung entspricht insbesondere einer Längsrichtung des Isolationselements, d.h. einer Richtung mit einer größten Abmessung des Isolationselements. Bevorzugt ist das Nutisolationselement derart ausgebildet, dass es derart in die Nut eines Grundkörpers einsetzbar ist, dass die vordefinierte Richtung einer Axialrichtung des Grundkörpers entspricht.A surface of the insulation element has a surface structure in the form of a channel system with a large number of channels. The channel system is designed to guide an insulating resin along a predefined direction. The predefined direction corresponds in particular to a longitudinal direction of the insulating element, i.e. a direction with a largest dimension of the insulating element. The slot insulation element is preferably designed in such a way that it can be inserted into the slot of a base body in such a way that the predefined direction corresponds to an axial direction of the base body.

Das Nutisolationselement erlaubt eine zuverlässige Führung eines Tränkharzes, wenn ein mit dem Nutisolationselement versehener Rotor oder Stator getränkt wird. Dies erlaubt ein verbessertes, insbesondere vollständiges, Auffüllen der Nut, in der sich das Nutisolationselement befindet. Die Kanäle können beispielsweise entlang der vordefinierten Richtung verlaufen. Das Nutisolationselement stellt eine einfache und effiziente Maßnahme dar, die Wärmeabführung aus dem Rotor oder Stator zu verbessern. Dabei ist das Nutisolationselement einfach und aufwandsarm herstellbar und erfüllt zusätzlich den originären Effekt der elektrischen Isolierung von Grundkörper und Wicklung.The slot insulation element allows reliable guidance of an impregnating resin when a rotor or stator provided with the slot insulation element is impregnated. This allows an improved, in particular complete, filling of the slot in which the slot isolation element is located. For example, the channels can run along the predefined direction. The slot insulation element represents a simple and efficient measure to improve heat dissipation from the rotor or stator. The slot insulation element can be produced easily and with little effort and also fulfills the original effect of electrical insulation of the base body and winding.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Bevorzugt weist das Kanalsystem eine Vielzahl von verzweigten Kanälen auf. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass alle Kanäle miteinander verbunden sind, um eine optimale Verteilung des Harzes entlang der vordefinierten Richtung zu ermöglichen.The channel system preferably has a large number of branched channels. It is provided in particular that all the channels are connected to one another in order to enable an optimal distribution of the resin along the predefined direction.

Das Kanalsystem weist besonders vorteilhaft eine Baumstruktur auf. Die Baumstruktur erstreckt sich insbesondere ausgehend von einer Stirnfläche des Nutisolationselements entlang der vordefinierten Richtung. Somit lässt sich Harz optimal von einer Einfüllstelle ausgehend verteilen. Die Einfüllung von Harz erfolgt üblicherweise von einer Stirnseite des Grundkörpers aus in die Nut hinein. Somit lässt sich das Harz aufgrund der Baumstruktur des Isolationselements zuverlässig bis zu einer Mitte des Isolationselements verteilen, insbesondere gleichmäßig. Da die Mitte des Isolationselements insbesondere auch einer Mitte der Nut entspricht, ermöglicht das Nutisolationselement somit ein zuverlässiges Befüllen der Nut auch in einem axialen Mittelbereich der Nut.The channel system particularly advantageously has a tree structure. The tree structure extends in particular starting from an end face of the slot insulation element along the predefined direction. In this way, resin can be optimally distributed starting from a filling point. The filling of resin usually takes place from an end face of the base body into the groove. Thus, due to the tree structure of the insulating element, the resin can be reliably distributed, in particular evenly, up to a center of the insulating element. Since the middle of the insulation element in particular also corresponds to a center of the slot, the slot insulation element thus enables the slot to be reliably filled even in an axial central region of the slot.

Weiterhin ist besonders vorteilhaft, dass sich jeweils eine Baumstruktur des Kanalsystems jeweils ausgehend von einer von zwei gegenüberliegenden Stirnflächen des Nutisolationselements erstreckt. Dabei sind die Kanäle der beiden Baumstrukturen insbesondere voneinander getrennt. Dies erlaubt ein einfüllen von Harz von beiden Stirnseiten des Isolationselements und damit insbesondere von beiden Stirnseiten eines Grundkörpers, in dessen Nut sich das Nutisolationselement befindet. Durch die Trennung der beiden Baumstrukturen voneinander findet keine gegenseitige Beeinflussung statt. Somit kann ein zuverlässiges Ausfüllen insbesondere einer axialen Mitte der Nut mit Harz erreicht werden.Furthermore, it is particularly advantageous that a tree structure of the duct system extends in each case starting from one of two opposite end faces of the slot insulation element. In this case, the channels of the two tree structures are in particular separated from one another. This allows resin to be filled in from both end faces of the insulation element and thus in particular from both end faces of a base body in whose groove the slot insulation element is located. Due to the separation of the two tree structures from each other, there is no mutual influence. Thus, a reliable filling of particularly an axial center of the groove with resin can be achieved.

Die Kanäle sind insbesondere derart verzweigt, dass entlang der vordefinierten Richtung die Anzahl der Kanäle zunimmt und ein Gesamtquerschnitt der Kanäle abnimmt. Somit ist insbesondere eine Anlehnung an organische Netze, wie beispielsweise ein menschliches Venennetz, erreicht. Dies erlaubt eine Minimierung eines Druckabfalls beim Einfüllen des Harzes.In particular, the channels are branched in such a way that the number of channels increases along the predefined direction and an overall cross section of the channels decreases. Thus, in particular, a reference to organic networks, such as a human vein network, is achieved. This allows a pressure drop when filling the resin to be minimized.

Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass entlang der vordefinierten Richtung die Zunahme der Anzahl von Kanälen proportional ist zu der Abnahme des Gesamtquerschnitts der Kanäle. Auf diese Weise nimmt Harzflussmenge kontinuierlich ab. Dies ermöglicht eine zuverlässige und insbesondere vollständige Ausfüllung einer axialen Mitte der Nut, in der sich das Nutisolationselement befindet, mit dem Harz. Der Druckabfall ist dabei minimiert.Provision is particularly advantageously made for the increase in the number of channels along the predefined direction to be proportional to the decrease in the total cross section of the channels. In this way, the amount of resin flow decreases continuously. This enables a reliable and in particular complete filling of an axial center of the slot in which the slot insulating element is located with the resin. The pressure drop is minimized.

Die Kanäle des Kanalsystems sind insbesondere durch Verformung des Isolationselements ausgebildet. Damit bedingt jeder Kanal eine Ausbuchtung auf einer gegenüberliegenden Seite des Nutisolationselements in Dickenrichtung. Dadurch ist eine Federwirkung des Nutisolationselements realisiert. Dies ermöglicht einen elastischen Spielraum, der das Einbringen der elektrischen Leiter der Wicklung in eine mit dem Nutisolationselement ausgekleideten Nut eines Grundkörpers vereinfacht.The channels of the channel system are formed in particular by deforming the insulation element. Each channel thus causes a bulge on an opposite side of the slot insulation element in the thickness direction. As a result, a spring action of the slot insulation element is realized. This enables an elastic play, which simplifies the introduction of the electrical conductors of the winding into a slot of a base body that is lined with the slot insulating element.

Das Kanalsystem ist bevorzugt einseitig in eine Oberfläche des Nutisolationselements oder beidseitig in zwei gegenüberliegende Oberflächen des Nutisolationselements eingebracht. Somit kann ein optimaler Harzfluss eingestellt werden. Insbesondere durch eine Verformung wie zuvor beschrieben lässt sich das Ausbilden von Kanälen beidseitig in den gegenüberliegenden Oberflächen einfach und aufwandsarm realisieren. Die gegenüberliegenden Oberflächen liegen sich insbesondere in Dickenrichtung des Nutisolationselements gegenüber.The channel system is preferably introduced on one side in a surface of the slot insulation element or on both sides in two opposite surfaces of the slot insulation element. Thus, an optimal resin flow can be adjusted. In particular, through a deformation as described above, the formation of channels on both sides in the opposite surfaces can be implemented easily and with little effort. The opposing surfaces face each other particularly in the direction of thickness of the slot insulating element.

Jeder Kanal weist bevorzugt eine Tiefe bis maximal 1,0 Millimeter, insbesondere maximal 0,5 Millimeter, auf. Kanäle mit einer derartigen Tiefe sind einfach und kostengünstig herstellbar und erlauben eine optimale Führung des Harzes entlang der vordefinierten Richtung.Each channel preferably has a depth of up to a maximum of 1.0 millimeters, in particular a maximum of 0.5 millimeters. Channels with such a depth can be produced easily and inexpensively and allow the resin to be optimally guided along the predefined direction.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Kanalsystem durch Walzen des Nutisolationselements hergestellt ist. Durch das Walzen wird die Kanalstruktur bevorzugt in die Oberfläche des Nutisolationselements eingeprägt. Dazu lässt sich insbesondere eine entsprechend strukturierte Rasterwalze verwenden. Diese Rasterwalze kann Teil einer mehrstufigen Walzstation sein, wobei solche mehrstufigen Walzstationen für die Herstellung konventioneller Isolationspapiere verwendet werden. Der Herstellprozess des Nutisolationselements lässt sich somit einfach und kostengünstig gestalten, indem lediglich eine zusätzliche Walze, nämlich besagte Rasterwalze, in die Walzstation eingefügt wird.Furthermore, it is preferably provided that the channel system is produced by rolling the slot insulation element. The channel structure is preferably embossed into the surface of the slot insulation element by rolling. In particular, a correspondingly structured anilox roller can be used for this purpose. This anilox roller can be part of a multi-stage rolling station, with such multi-stage rolling stations being used for the production of conventional insulation paper. The manufacturing process of the slot insulation element can thus be designed in a simple and cost-effective manner, in that only one additional roller, namely said anilox roller, is inserted into the rolling station.

Das Nutisolationselement ist bevorzugt ein Isolationspapier. Das Isolationspapier weist mehrere Faltstellen auf, durch die das Isolationspapier eine an eine Kontur der Nut anpassbare Form erhält. Das Isolationspapier ist an den Falzstellen gefaltet, wodurch sich eine Kontur passend zur Form der Nut ergibt. Damit lässt sich das Isolationspapier einfach in die Nuten des Grundkörpers einsetzten. Das Nutisolationselement kann entweder für jede Nut einzeln vorgesehen sein, oder alternativ ein zusammenhängendes Element sein, dass alle Nuten auskleidet.The slot insulation element is preferably insulation paper. The insulating paper has a number of folds, which give the insulating paper a shape that can be adapted to a contour of the groove. The insulation paper is folded at the folds, resulting in a contour that matches the shape of the groove. This allows the insulation paper to be easily inserted into the grooves of the base body. The slot insulation element can either be provided individually for each slot, or alternatively be a coherent element that lines all the slots.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Komponente einer elektrischen Maschine. Bei dieser Komponente handelt es sich insbesondere um einen Rotor oder einen Stator der elektrischen Maschine. Die Komponente weist einen Komponentenkörper mit einer Mittelachse auf, der ein Grundkörper des Rotors oder des Stators ist. Der Komponentenkörper ist insbesondere ein Blechpaket. An dem Komponentenkörper sind Nuten ausgebildet, die sich entlang der Mittelachse erstrecken und in denen jeweils elektrische Leiter zur Bildung einer elektrischen Wicklung angeordnet sind. Außerdem ist in jeder Nut ein Nutisolationselement wie zuvor beschrieben vorgesehen. Das Nutisolationselement isoliert den Komponentenkörper elektrisch von dem in der Nut verlaufenden elektrischen Leiter der Wicklung. Außerdem erlaubt das Nutisolationselement ein optimiertes Tränken der Komponente mit Harz, wobei auch eine axiale Mitte der Nuten des Komponentenkörpers zuverlässig mit Harz gefüllt werden können.The invention also relates to a component of an electrical machine. This component is in particular a rotor or a stator of the electrical machine. The component has a component body with a central axis, which is a main body of the rotor or the stator. The component body is in particular a laminated core. Grooves are formed on the component body, which extend along the center axis and in each of which electrical conductors are arranged to form an electrical winding. In addition, a slot insulation element is provided in each slot, as described above. The slot insulation element electrically insulates the component body from the electrical conductor of the winding running in the slot. In addition, the slot insulating element allows optimized impregnation of the component with resin, and an axial center of the slots of the component body can also be reliably filled with resin.

Schließlich betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator. Der Rotor und/oder der Stator sind eine Komponente wie zuvor beschrieben. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass der Rotor und/oder der Stator zumindest ein Nutisolationselement wie zuvor beschrieben aufweisen. Damit ist ermöglicht, eine Harzfüllung des Rotors und/oder Stators optimal auszugestalten. Insbesondere lässt sich die Harzfüllung vollständig erreichen, sodass vorhandene Luft aus den Nuten des Rotors oder Stators, insbesondere vollständig, entfernt ist. Dies ermöglicht eine optimierte Wärmeabführung aus dem Rotor oder Stator der elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine kann somit eine längere Zeit bei höheren Leistungen als im Stand der Technik betrieben werden. Außerdem ist ein Überhitzen der elektrischen Maschine verhindert oder erschwert. Dadurch ist die Lebensdauer der elektrischen Maschine verlängert.Finally, the invention relates to an electrical machine with a rotor and a stator. The rotor and/or the stator are a component as previously described. Alternatively or additionally, it is provided that the rotor and/or the stator have at least one slot insulation element as described above. This makes it possible to optimally design a resin filling of the rotor and/or stator. In particular, the resin filling can be achieved completely, so that any air present is removed, in particular completely, from the slots of the rotor or stator. This enables optimized heat dissipation from the rotor or stator of the electrical machine. The electric machine can thus be operated for a longer time at higher powers than in the prior art. In addition, overheating of the electrical machine is prevented or made more difficult. This extends the service life of the electrical machine.

Figurenlistecharacter list

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine erste schematische Ansicht einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine zweite schematische Ansicht der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine erste schematische Ansicht eines Nutisolationselements gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine zweite schematische Ansicht des Nutisolationselements gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 eine schematische Darstellung eines Diagramms mit Eigenschaften des Nutisolationselements gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 eine zweite schematische Ansicht einer Herstellung des Nutisolationselements gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
7 eine erste schematische Schnittansicht des Nutisolationselements gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
8a eine schematische Ansicht des Nutisolationselements gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Schnittmarkierung für eine zweite schematische Schnittansicht, und
8b eine zweite schematische Schnittansicht des Nutisolationselements gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 a first schematic view of an electrical machine according to an embodiment of the invention,
2 a second schematic view of the electrical machine according to the embodiment of the invention,
3 a first schematic view of a slot insulation element according to an embodiment of the invention,
4 a second schematic view of the slot insulation element according to the embodiment of the invention,
5 a schematic representation of a diagram with properties of the slot insulation element according to the exemplary embodiment of the invention,
6 a second schematic view of a production of the slot insulation element according to the embodiment of the invention,
7 a first schematic sectional view of the slot insulation element according to the embodiment of the invention,
8a a schematic view of the slot insulation element according to the exemplary embodiment of the invention with a section marking for a second schematic sectional view, and
8b a second schematic sectional view of the slot insulation element according to the embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Maschine 2 weist eine Komponente 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auf, wobei die Komponente in dem in 1 gezeigten Beispiel ein Stator 2b der elektrischen Maschine 2 ist. Außerdem weist die elektrische Maschine 2 einen Rotor 2a auf, der von einer elektrischen Wicklung 5 der Komponente 1, d.h. des Stators 2b, antreibbar ist. 1 shows schematically an electric machine 2 according to an embodiment of the invention. The electrical machine 2 has a component 1 according to an exemplary embodiment of the invention, the component in the 1 example shown is a stator 2b of the electrical machine 2 . In addition, the electrical machine 2 has a rotor 2a which can be driven by an electrical winding 5 of the component 1, ie the stator 2b.

Die elektrische Maschine 2 erstreckt sich entlang einer Mittelachse 100, die außerdem eine Rotationsachse des Rotors 2a ist. Die Mittelachse 100 stellt zusätzlich die Mittelachse der Komponente 1 der elektrischen Maschine 2 dar. In 2 liegt die Mittelachse 100 in der Zeichenebene.The electrical machine 2 extends along a central axis 100, which is also an axis of rotation of the rotor 2a. The central axis 100 additionally represents the central axis of the component 1 of the electrical machine 2. In 2 the central axis 100 lies in the plane of the drawing.

2 zeigt schematisch die Komponente 1 der elektrischen Maschine 2, d.h. den Stator 2b. Im Gegensatz zu 1 ist in 2 die Mittelachse 100 senkrecht zur Zeichenebene orientiert. 2 shows schematically the component 1 of the electrical machine 2, ie the stator 2b. In contrast to 1 is in 2 the central axis 100 is oriented perpendicular to the plane of the drawing.

Die Komponente 1 weist einen Komponentenkörper 3 auf, der somit ein Grundkörper des Stators 2b ist. Der Komponentenkörper 3 ist beispielsweise als Blechpaket ausgebildet. Es ist vorgesehen, dass der Komponentenkörper 3 mehrere Nuten 4 aufweist, die sich bezüglich der Mittelachse 100 axial durch den Komponentenkörper 3 erstrecken.The component 1 has a component body 3, which is thus a base body of the stator 2b. The component body 3 is designed, for example, as a laminated core. It is provided that the component body 3 has a plurality of grooves 4 which extend axially through the component body 3 with respect to the central axis 100 .

In jeder Nut 4 ist ein elektrischer Leiter 6 der elektrischen Wicklung 5 angeordnet, wobei die elektrische Wicklung 5 bevorzugt eine Steckwicklung ist. Somit sind die elektrischen Leiter 6 einzelne Leitersegmente, beispielsweise I-förmig oder U-förmig, insbesondere Hairpins oder I-Pins, die zusammen die Steckwicklung bilden. Um die elektrischen Leiter 6 von dem Komponentenkörper 3 elektrisch zu isolieren ist vorgesehen, dass in jede Nut ein Nutisolationselement 7 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eingebracht ist. Das Nutisolationselement 7 ist bevorzugt ein Isolationspapier mit einer Vielzahl von Faltstellen 7b, an denen das Nutisolationselement 7 gefaltet ist. Dadurch weist das Nutisolationselement 7 eine Form auf, die einer Kontur der jeweiligen Nut 4 angepasst ist. Das Nutisolationselement 7 kann einlagig oder mehrlagig aufgebaut sein und ist elektrisch isolierend. Anstelle eine Isolationspapiers kann auch eine Isolationsfolie verwendet werden, beispielsweise eine Polyesterfolie.An electrical conductor 6 of the electrical winding 5 is arranged in each slot 4, with the electrical winding 5 preferably being a plug-in winding. The electrical conductors 6 are therefore individual conductor segments, for example I-shaped or U-shaped, in particular hairpins or I-pins, which together form the plug-in winding. In order to electrically insulate the electrical conductors 6 from the component body 3, it is provided that a slot insulation element 7 according to an exemplary embodiment of the invention is introduced into each slot. The slot insulation element 7 is preferably an insulation paper with a large number of folds 7b at which the slot insulation element 7 is folded. As a result, the slot insulation element 7 has a shape that is adapted to a contour of the respective slot 4 . The slot insulation element 7 can be constructed in one or more layers and is electrically insulating. Instead of insulating paper, an insulating film can also be used, for example a polyester film.

In den 3 und 4 ist jeweils eine schematische Abbildung des Nutisolationselements 7 gezeigt. Eine Oberfläche 7a des Isolationselements 7 weist eine Oberflächenstruktur in Form eines Kanalsystems 8a mit einer Vielzahl von Kanälen 8 auf. Dabei ist vorgesehen, dass das Kanalsystem 8a zum Führen eines Isolationsharz entlang einer vordefinierten Richtung 101 ausgebildet ist. Ist das Nutisolationselement 7 in der Nut 4 angeordnet, so entspricht die vordefinierte Richtung 101 der axialen Richtung bezüglich der Mittelachse 100, was in 2 gezeigt ist.In the 3 and 4 a schematic depiction of the slot insulation element 7 is shown in each case. A surface 7a of the insulation element 7 has a surface structure in the form of a channel system 8a with a large number of channels 8 on. It is provided that the channel system 8a is designed to guide an insulating resin along a predefined direction 101 . If the slot insulation element 7 is arranged in the slot 4, the predefined direction 101 corresponds to the axial direction with respect to the central axis 100, which is 2 is shown.

Wie in 3 weiterhin dargestellt, ist das Kanalsystem 8a baumförmig ausgebildet und weist mehrere verzweigte Kanäle 8 auf. In 3 ist eine einseitige Baumstruktur dargestellt, die sich ausgehend von einer Stirnseite 9 entlang der vordefinierten Richtung 101 erstreckt. Die Baumstruktur ist doppelt vorhanden, d.h. es sind zwei Einlässe vorhanden. Das Harz lässt sich damit an einer Einfüllstelle 200 an besagter Stirnseite 9 des Nutisolationselements 7 und damit der Nut 4 einfüllen. 4 zeigt hingegen ein zweiseitiges Einfüllen mit zwei Einfüllstellen 200, jeweils einer an einer Stirnseite 9 des Nutisolationselements 7. In diesem Fall sind bevorzugt zumindest zwei Baumstrukturen vorhanden, die sich von den jeweils gegenüberliegenden Stirnseiten 9 erstecken. Diese beiden gegenläufigen Baumstrukturen sind bevorzugt nicht miteinander verbunden, um eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden.As in 3 Also shown, the channel system 8a is tree-shaped and has a number of branched channels 8 . In 3 a one-sided tree structure is shown, which extends along the predefined direction 101 starting from an end face 9 . The tree structure is duplicated, ie there are two inlets. The resin can thus be filled in at a filling point 200 on said end face 9 of the slot insulation element 7 and thus the slot 4 . 4 1 shows two-sided filling with two filling points 200, one on each end face 9 of the slot insulation element 7. In this case, at least two tree structures are preferably present, which extend from the opposite end faces 9 in each case. These two opposing tree structures are preferably not connected to one another in order to avoid influencing one another.

Die Kanäle 8 des Kanalsystems 8a sind insbesondere derart verzweigt, dass entlang der vordefinierten Richtung 101 die Anzahl n der Kanäle 8 zunimmt und ein Gesamtquerschnitt q der Kanäle 8 abnimmt. Die Zunahme der Anzahl n von Kanälen 8 ist proportional zu der Abnahme des Gesamtquerschnitts q der Kanäle 8. Auf diese Weise nimmt die Harzflussmenge f entlang der vordefinierten Richtung 101 ab. Dies ist in 5 anhand eines Diagramms dargestellt.. Ein Druckabfall des Harzes ist während des Einfüllvorgangs minimiert.The channels 8 of the channel system 8a are branched in particular in such a way that the number n of the channels 8 increases along the predefined direction 101 and a total cross section q of the channels 8 decreases. The increase in the number n of channels 8 is proportional to the decrease in the total cross section q of the channels 8. In this way the amount of resin flow f along the predefined direction 101 decreases. this is in 5 shown by a diagram. A pressure drop of the resin is minimized during the filling process.

Die die Steuerung der Harzflussmenge f mittels der Kanäle 8 lässt sich eine homogene Verteilung des Harzes innerhalb der Nuten 4 erreichen. Damit sind die Nuten 4 insbesondere vollständig mit dem Harz gefüllt, sodass eine Wärmeabfuhr optimal ermöglicht istThe control of the resin flow rate f by means of the channels 8 allows a homogeneous distribution of the resin within the grooves 4 to be achieved. In this way, the grooves 4 are in particular completely filled with the resin, so that heat dissipation is optimally made possible

6 zeigt beispielhaft die Herstellung des Nutisolationselements 7. Hierzu ist vorgesehen, dass mittels zumindest einer Rasterwalze 10, insbesondere mittels zweier Rasterwalzen 10, eine Umformung des Nutisolationselements 7 erfolgt, um die Kanalstruktur 8a in die Oberfläche 7a des Nutisolationselements 7 einzubringen. Das Ergebnis dieser Fertigung ist in 7 dargestellt. In 7 ist gezeigt, dass die Umformung des Nutisolationselements 7 dazu führt, dass jeder Kanal 8 eine Ausbuchtung auf der gegenüberliegenden Seite des Nutisolationselements 7 bedingt. In einer alternativen Ausgestaltung lässt sich die Kanalstruktur 8a auch in das Nutisolationselement 7 einprägen, sodass keine Ausbuchtung erfolgt. 6 1 shows an example of the production of the slot insulation element 7. For this purpose, it is provided that the slot insulation element 7 is reshaped by means of at least one anilox roller 10, in particular by means of two anilox rollers 10, in order to introduce the channel structure 8a into the surface 7a of the slot insulation element 7. The result of this production is in 7 shown. In 7 it is shown that the reshaping of the slot insulation element 7 causes each channel 8 to have a bulge on the opposite side of the slot insulation element 7 . In an alternative configuration, the channel structure 8a can also be embossed into the slot insulation element 7, so that no bulging occurs.

Die Tiefe t jedes Kanals 8 beträgt bevorzugt bis maximal 1,0 Millimeter, insbesondere maximal 0,5 Millimeter. Dadurch ist eine optimierte Harzführung erreicht. Außerdem lassen sich die Kanäle 8 entweder in eine Oberfläche 7a einbringen oder, wie in 7 gezeigt, von zwei gegenüberliegenden Oberflächen 7a des Nutisolationselements 7 aus. Auch auf diese Weise lässt sich eine optimierte Harzführung erreichen.The depth t of each channel 8 is preferably up to a maximum of 1.0 millimeter, in particular a maximum of 0.5 millimeter. This achieves an optimized resin flow. In addition, the channels 8 can either be introduced into a surface 7a or, as in 7 shown, from two opposite surfaces 7a of the slot insulation element 7 from. In this way, too, an optimized resin guide can be achieved.

Ein weiterer Vorteil des Nutisolationselements 7 ist in 8a und 8b dargestellt. 8b zeigt einen Schnitt durch den Komponentenkörper 3, das Nutisolationselement 7 und den elektrischen Leiter 6 innerhalb einer Nut 4 an, wobei 8a schematisch die Schnittposition an dem Nutisolationselement 7 zeigt. Durch die Ausbuchtungen der Kanäle 8 auf der gegenüberliegenden Oberfläche 7a ist eine elastische Federwirkung des Nutisolationselements 7 erreicht. Somit ist das Einbringen der elektrischen Leiter 6 in die Nuten 4 vereinfacht. Auch ist somit erreicht, dass das Nutisolationselement 7 zwischen dem Komponentenkörper 3 und dem elektrischen Leiter 6 liegt, sodass das Harz optimal zwischen Komponentenkörper 3 und elektrischem Leiter 6 geführt werden kann. Dies fördert eine optimale und gleichmäßige Verteilung des Harzes innerhalb der Nut 4, insbesondere um die Nut 4 vollständig mit Harz zu füllen. Another advantage of the slot insulation element 7 is in 8a and 8b shown. 8b shows a section through the component body 3, the slot insulating element 7 and the electrical conductor 6 within a slot 4, wherein 8a schematically shows the cutting position on the slot insulation element 7 . Due to the bulges of the channels 8 on the opposite surface 7a, an elastic spring effect of the slot insulation element 7 is achieved. The introduction of the electrical conductors 6 into the grooves 4 is thus simplified. This also means that the slot insulation element 7 is located between the component body 3 and the electrical conductor 6 so that the resin can be guided optimally between the component body 3 and the electrical conductor 6 . This promotes an optimal and even distribution of the resin within the groove 4, in particular to completely fill the groove 4 with resin.

Durch die optimierte Wärmeabfuhr aufgrund der verbesserten Ausfüllung der Nut 4 mit Harz ist ein längerer Betrieb der elektrischen Maschine 2 bei höheren Leistungen erreichbar. Durch die verbesserte Wärmeabfuhr ist außerdem die Gefahr einer Überhitzung der elektrischen Maschine 2 verringert. Dies verlängert die Lebensdauer der elektrischen Maschine 2.The optimized heat dissipation due to the improved filling of the groove 4 with resin means that the electric machine 2 can be operated for longer at higher power levels. The improved heat dissipation also reduces the risk of the electrical machine 2 overheating. This extends the service life of the electric machine 2.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102018219821 A1 [0002]
WO 2018165544 A1 [0002]
US20090195108A1 [0002]
US4560896A [0002]

Claims

Slot insulating element (7) for an electrical machine (2), the insulating element being in the form of paper or a film, preferably made of insulating paper or a polyester film, and having a single-layer or multi-layer structure, and the insulating element (7) being designed to fit into a slot ( 4) a rotor or stator of the electrical machine (2), characterized in that a surface (7a) of the insulating element (7) has a surface structure in the form of a channel system (8a) with a plurality of channels (8), wherein the channel system (8a) is designed for guiding an insulating resin along a predefined direction (101).

Slot insulation element (7) after claim 1 , characterized in that the channel system (8a) has a plurality of branched channels (8a).

Slot insulation element (7) according to one of the preceding claims, characterized in that the channel system (8a) has a tree structure which extends in particular starting from an end face (9) of the slot insulation element (7) along the predefined direction (101).

Slot insulation element (7) after claim 3 , characterized in that in each case a tree structure of the channel system (8a) extends starting from one of two opposite end faces (9) of the slot insulation element (7), the channels (8) of the two tree structures being in particular separated from one another.

Slot insulation element (7) according to one of the preceding claims, characterized in that the channels (8) are branched in such a way that the number (n) of channels (8) and a total cross section (q) of the channels increases along the predefined direction (101). (8) decreases.

Slot insulation element (7) after claim 5 , characterized in that along the predefined direction (101) the increase in the number (n) of channels (8) is proportional to the decrease in the total cross-section (q) of the channels (8).

Slot insulation element (7) according to one of the preceding claims, characterized in that the channels (8) of the channel system (8a) are formed by deforming the slot insulation element (7).

Slot insulation element (7) according to one of the preceding claims, characterized in that the channel system (8a) is introduced into a surface (7a) of the slot insulation element (7) on one side or into two opposite surfaces (7a) of the slot insulation element (7) on both sides.

Slot insulation element (7) according to one of the preceding claims, characterized in that each channel (8) has a depth (t) of up to a maximum of 1.0 millimetres, in particular a maximum of 0.5 millimetres.

Slot insulation element (7) according to one of the preceding claims, characterized in that the channel system (8a) is produced by rolling the slot insulation element (7), in particular by means of a correspondingly structured screen roller (10).

Slot insulating element (7) according to one of the preceding claims, characterized in that the slot insulating element (7) is insulating paper which has a number of folds (7b) through which the insulating paper has a shape which can be adapted to a contour of the slot (4).

Component (1) of an electrical machine (2), in particular a rotor (2a) or stator (2b), having a component body (3), in particular a laminated core, with a central axis (100), grooves (4) being formed on the component body , which extend along the central axis (100) and in each of which electrical conductors (6) for forming an electrical winding (5) and a slot insulation element (7) according to one of the preceding claims is provided, with the slot insulation element (7) of the component body (3) is electrically insulated from the electrical conductor (6) of the winding (5) running in the groove (4).

Electrical machine (2) having a rotor (2a) and a stator (2b), wherein the rotor (2a) and / or the stator (2b) according to a component (1). claim 12 are and / or wherein the rotor (2a) and / or the stator (2b) at least one slot insulation element (7) according to one of Claims 1 until 11 exhibit.