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Die Erfindung betrifft eine leistungserzeugende Komponente eines Elektromotors, die ein kranzförmiges Blechpaket mit radial angeordneten Nuten, Drahtelemente, die innerhalb der Nuten angeordnet und durch einen oder mehrere Isolierstreifen von dem Blechpaket elektrisch isoliert sind, und Deckstecker, die jeweils in eine der Nuten eingefügt sind, umfasst.
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Elektromotoren für Fahrzeuge bestehen aus einen Stator und einem Rotor als leistungserzeugende Komponenten. Beide dieser Bauteile werden aus voneinander isolierten, aufeinander geschichteten Blechen zusammengesetzt, die ein kranzförmiges Blechpaket bilden, das umlaufend angeordnete, radial ausgerichtete Nuten aufweist. Die Nuten werden von Drahtelementen, die in der Regel als Kupferdrähte oder Leiterbündel ausgeführt sind, umwickelt, so dass Wicklungen einer oder mehrerer Spulen gebildet werden.
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Eine Möglichkeit die Blechpakete zu wickeln ist die Wellenwicklung. Dazu werden üblicherweise Wickelmatten vorbereitet, die in die Nuten eingesetzt und anschließend kontaktiert werden. Alternativ kann ein Blechpaket auch direkt umwickelt werden. Dabei werden sämtliche Elemente des Motors zum Beispiel durch Folie oder Papier voneinander isoliert. Abschließend werden die Nuten zum Beispiel mit Deckschiebern verschlossen und zur besseren Haltbarkeit und elektrischen Isolation mit einem Gießmedium, zum Beispiel einem Harz, vergossen.
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Ein solcher Aufbau ist der
DE 10 2016 124 534 A1 zu entnehmen, welche ein Verfahren zum Einfügen von elektrischen Leitern in Nuten eines Bauteils und eine entsprechende Vorrichtung offenbart. Die Leiter sind dabei durch eine Folie oder Papier von dem Stator isoliert. Nachdem die Leiter in den Stator eingesetzt worden sind, werden die Nuten mit Deckschiebern verschlossen. Deckschieber haben den Nachteil, dass sie seitlich auf die jeweilige Nut aufgeschoben werden müssen, was bei der Montage des Rotors oder des Stators ungünstig ist. Auch muss die Nut mit einer Aufnahme für den Deckschieber ausgestattet sein, in welche der Deckschieber aufgefädelt wird.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung eine alternative zur Deckschiebern bereitzustellen, die eine einfachere Handhabung erlaubt und die Montage des Rotors oder Stators schneller und einfacher gestaltet.
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Die Aufgabe wird bei der eingangs beschriebenen leistungserzeugenden Komponente eines Elektromotors dadurch gelöst, dass jeder der Deckstecker eine geschlossene Fläche mit einer Länge größer/ gleich einer Länge der Nut aufweist und wenigstens zwei Kragelemente umfasst, deren freie Enden jeweils in der Nut zwischen das Blechpaket und die Drahtelemente geklemmt sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kragelemente jeweils höhenversetzt an Rändern der geschlossenen Fläche jedes Decksteckers angeordnet. Dadurch wird die Stabilität der Deckstecker verbessert und sie können die Drahtelemente besser halten.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die Kragelemente als Schnapphaken oder Klemmelemente ausgebildet sind. Diese können um eines oder mehrere der Drahtelemente herumgreifen und so die Stabilität und den Halt der Deckstecker verbessern.
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Nach dem Einsetzen der Deckstecker wird die leistungserzeugende Komponente mit einem Gießmedium vergossen. Daher ist es günstig, die Kragelemente so auszubilden, dass sie Rückhaltestrukturen aufweisen, die dazu geeignet sind, den Halt durch Oberflächenvergrößerung oder Verankerungsstrukturen noch weiter zu verbessern. In besonders vorteilhafter Weise können die Rückhaltestrukturen dazu als Rippen, Kamm, Lochstrukturen, Langlochstrukturen oder Zacken ausgebildet sein.
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Es ist von Vorteil, die Deckstecker weiter für den Vergussprozess zu optimieren. Dazu weist die geschlossene Fläche jedes Decksteckers auf der den jeweiligen Drahtelementen zuwandten Seite eine oder mehrere Lamellenwände auf. Diese erzeugen einen definierten Spalt, so dass das Gießmedium gleichmäßig über alle Nuten verteilt wird. Außerdem kann auf diese Weise die Isolation verbessert werden, da Isolationsfolie, sollten die Drahtelemente jeder Nut davon in einem Paket umwickelt sein, durch die Lamellenwände auf das unter dem Deckstecker liegende Drahtelement gepresst wird. Zu guter Letzt vergrößern die Lamellenwände die Oberfläche, so dass der Halt der Deckstecker nach dem Vergießen signifikant verbessert wird.
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Für die konkrete Ausgestaltung der Lamellenwände sind verschiedene Ausführungen besonders Vorteilhaft. So können die Lamellenwände parallel entlang der geschlossenen Fläche und somit axial zum Blechpaket verlaufen. Alternativ ist es besonders vorteilhaft, wenn die Lamellenwände als alternierend angeordnete, v-förmige Strukturen ausgebildet sind. Darüber hinaus ist es besonders von Vorteil, wenn die Lamellenwände als periodische Struktur ausgebildet sind, da so die Drahtelemente gleichmäßig in die Nut gepresst werden können.
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Außerdem ist es besonders von Vorteil, die Lamellenwänden T-förmig auszubilden. Auf diese Weise wird der Halt der Deckstecker nach dem Vergießen noch weiter verbessert, da die Lamellenwände den Deckstecker in seiner Position verankern.
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Allgemein ist es für die Lamellenwände besonders von Vorteil, wenn sie Rückhalteelemente aufweisen. Diese können Aussparungen oder Löcher umfassen und verbessern den Halt der Deckstecker nach dem Vergießen.
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In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung schließen die Deckstecker jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten der Nuten mit dem Blechpaket ab und es sind zwei Abschlusselemente an den Enden vorhanden, so dass eine umlaufende Wand gebildet wird. Diese erleichtert den Prozess des Vergießens, da auf diese Weise Anhäufungen des Gießmediums an diesen Stellen reduziert werden können. Ferner werden die Drahtelemente so vor allem an den Seiten der jeweiligen Nut sauber gehalten, was Luft- und Kriechstrecken reduziert.
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Zusätzlich zu den Kragelementen ist es vorteilhaft, wenn die Deckstecker Stiftelemente aufweisen, die parallel zu den Kragelementen ausgerichtet an langen Seiten der geschlossenen Flächen angeordnet sind. Gerade bei besonders dicken Blechpaketen wird auf diese Weise die Stabilität der Deckstecker und der Halt der Drahtelemente verbessert.
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Die Aufgabe wird ferner durch einen Elektromotor gelöst, der eine leistungserzeugende Komponente umfasst, wie sie gerade beschrieben worden ist.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Blechpaket mit Drahtelement,
- 2 in Nuten angeordnete Drahtelemente,
- 3 einen in eine Nut eingesetzten Deckstecker,
- 4a, b einen Deckstecker,
- 5a-g verschiedene Ausführungen von Kragelementen,
- 6a-c verschiedene Ausführungen von Lamellenstrukturen,
- 7 einen Deckstecker mit Stiftelementen und
- 8 einen Deckstecker mit Abschlusselementen.
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1 zeigt einen Stator, der aus einem kranzförmigen Blechpaket 1 mit einer Vielzahl von radial angeordneten Nuten 2 besteht, deren Länge der axialen Dicke des Blechpakets 1 entspricht. Innerhalb der Nuten 2 werden Drahtelemente 3 geführt, so dass eine oder mehrere Spulenwicklungen entstehen. Neben dem Stator ist ein Rotor eine zweite leistungserzeugende Komponente eines Elektromotors und weist einen ähnlichen Aufbau auf. Zum einfacheren Verständnis wird sich im Folgenden auf einen Stator bezogen, jedoch kann der Aufbau problemlos auf einen Rotor übertragen werden.
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Die Drahtelemente 3 werden innerhalb einer Nut 2 aufeinandergestapelt, wie es in 2 gezeigt ist. Die Drahtelemente 3 können zum Beispiel reine Kupferdrähte oder auch ein Verbund aus einer Vielzahl an Leiterbahnen ausgebildet sein. Für eine bestmögliche Packungsdichte haben sie einen rechteckigen Querschnitt. Die Drahtelemente 3 werden durch einen Isolierstreifen 4 von dem Blechpaket 1 und/oder untereinander isoliert. Der Isolierstreifen 4 kann umlaufend durch eine oder mehrere Nuten 2 geführt werden, sodass eine Isolierschicht gebildet wird. Alternativ oder zusätzlich können auch die Drahtelemente 3 einzeln oder im Paket von einem oder mehreren Isolierstreifen 4 umwickelt sein, wie in 3 ersichtlich. Sind der Isolierstreifen 4 und die Drahtelemente 3 in die Nut 2 eingebracht, wird die Nut 2 mit einem Deckstecker 5 verschlossen, der in 4a und 4b genauer dargestellt ist.
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Der Deckstecker 5 besteht im Wesentlichen aus einer geschlossenen Fläche 6 und mehreren Kragelementen 7, die den Deckstecker 5 in der Nut 2 halten. Im Gegensatz zu den normalerweise eingesetzten Deckschiebern können die Deckstecker 5 nach dem Wickeln des Stators direkt in die Nut 2 eingesetzt werden, so dass die freien Enden der Kragelemente 7 jeweils in der Nut 2 zwischen das Blechpaket 1 und die Drahtelemente 3 geklemmt sind. Ein seitliches Einschieben in eigens für die Deckschieber an den Nuten 2 angebrachte Führungen entfällt und der Installationsprozess wird erleichtert.
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An der geschlossenen Fläche 6 des Decksteckers 5, die eine Länge aufweist, die der Länge der Nut 2 entspricht oder größer ist, befinden sich parallel angeordnete Lamellenwände 9. Diese erzeugen einen gleichmäßigen Anpressdruck, so dass die Drahtelemente 3 bestmöglich in der entsprechenden Nut 2 gehalten werden. Ferner wird durch die Lamellenwände 9 ein definierter Spalt gebildet, so dass ein Gießmedium gleichmäßig über alle Nuten 2 verteilt und Toleranzen reduziert werden können. Außerdem kann auf diese Weise die Isolation verbessert werden, da die Isolationsfolie 4, sollte jedes Drahtelement 3 individuell oder ein Stapel an Drahtelementen 3 davon umwickelt sein, durch die Lamellenwände 9 auf das direkt darunterliegende Drahtelement 3 gepresst wird. Zu guter Letzt vergrößern die Lamellenwände 9 die Oberfläche der Deckstecker 5 selbst, so dass der Halt der Deckstecker 5 nach dem Vergießen signifikant verbessert wird.
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Um die Deckstecker 5 besser in den Nuten 2 halten zu können, sind die Kragelemente 7 mit Schnapphaken 8 versehen, welche die Drahtelemente 3 umgreifen und die Deckstecker 5 festhalten, bis der Stator vergossen wird. Auch andere Formen von Klemmelementen sind hier denkbar. Außerdem sind die Kragelemente 7 in unterschiedlicher Höhe an dem Decksteckern 5 angeordnet, was den Halt der Deckstecker 5 verbessert.
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Die Kragelemente 7 können auch Rückhaltestrukturen aufweisen, die unterschiedlich ausgeführt sein können und den Halt der Deckstecker 5 nach dem Vergießen deutlich verbessern. Einige Beispiele sollen anhand der 5a bis 5g vorgestellt werden. Die Rückhaltestrukturen können zum Beispiel wie in 5a gezeigt als Rippen, als Kamm wie in 5b, Lochstrukturen wie in 5c, Langlochstrukturen oder Zacken in verschiedenen Ausführungen, wie in 5d, 5e und 5f ausgebildet sind. Auch eine Kombination verschiedener Varianten ist möglich, so zum Beispiel, wie in der 5g gezeigt, eine Kombination aus Zacken und Langlochstruktur. Diese Strukturen bewirken dabei nicht nur einen verbesserten Halt nach dem Vergießen, sondern können auch als Klemmelemente ausgebildet sein, so dass sie eine Doppelfunktion erfüllen.
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Auch für die Lamellenwände 9 sind verschiedene Ausführungen möglich und in 6a, 6b und 6c dargestellt. In 6a sind die Lamellenwände 9 als alternierend angeordnete, v-förmige Strukturen ausgebildet. In 6b sind die Lamellenwände 9 als Vorsprünge ausgebildet, die zueinander verkippt sind. Die so entstehende periodische Struktur erlaubt einen gleichmäßigen Anpressdruck und eine optimale Verteilung des Gießmediums insbesondere bei einem dicken Blechpakt 1. Auch andere periodische Strukturen können hier zum Einsatz kommen, solange sie die Verteilung des Gießmediums nicht behindern.
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6c zeigt eine einzelne Lamellenwand 9, die T-förmig ausgebildet ist und außerdem Rückhalteelemente in Form von Aussparungen 10 aufweist. Die Aussparungen 10 sind hier als Lücken in der Lamellenwand 9 mit konvexen Seiten ausgebildet. Die Rückhalteelemente können jedoch auch andersartig ausgebildet sein, insbesondere können die Formen denen der für die Rückhaltestrukturen vorgestellten Beispiele entsprechen. Das einzubringende Gießmedium kann so zwischen der geschlossenen Fläche 6 des Decksteckers 5 und die Drahtelemente 3 die derart gestaltete Lamellenwand 9 umfließen und einen besonders festen Halt des Decksteckers 5 bewirken.
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Die 7 und 8 zeigen zwei Möglichkeiten, die Stabilität der Deckstecker 5 innerhalb der Nut 2 weiter zu verbessern und auf diese Weise eine bessere Positionierung der Drahtelemente 3 innerhalb der Nut 2 zu ermöglichen sowie Luft- und Kriechstrecken zu vermeiden. 7 zeigt eine Ausführung mit paarweise angeordneten Stiftelementen 11 die parallel zu den Kragelementen 7 ausgerichtet an langen Seiten der geschlossenen Fläche 6 angeordnet sind. Über die gesamte Länge des Decksteckers 5 und somit der Nut 2 verteilt, erlauben die Stiftelemente 11 eine saubere Führung der Drahtelemente 3 in der Nut 2 innerhalb einer engen Toleranz. Die Stiftelemente 11 können dabei wie gezeigt paarweise, oder aber wie die Kragelemente 7 in unterschiedlicher Höhe an dem Deckstecker 5 angebracht sein.
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Die 8 zeigt einen Deckstecker 5, der an seinem Ende zwei Abschlusselemente 12 aufweist. Diese sind vorzugsweise an beiden Enden des Decksteckers 5 vorhanden. Der Deckstecker 5 schließt jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten der Nut 2 mit dem Blechpaket 1 ab und bildet mit der Nut 2 und den Abschlusselementen 12 eine umlaufende Wand. Dies erleichtert und verbessert den Vergussprozess, da mögliche Anhäufung des Gießmediums an diesen Stellen unterbunden werden und die Robustheit gegen Luft- und Kriechstrecken erhöht wird. Die Abschlusselemente können insbesondere eine Rippenstruktur aufweisen, um den Halt des Decksteckers weiter zu verbessern.
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Bezugszeichen
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- 1
- Blechpaket
- 2
- Nut
- 3
- Drahtelement
- 4
- Isolierstreifen
- 5
- Deckstecker
- 6
- geschlossene Fläche
- 7
- Kragelement
- 8
- Schnapphaken
- 9
- Lamellenwand
- 10
- Aussparung
- 11
- Stiftelement
- 12
- Abschlusselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016124534 A1 [0004]
