DE10255394A1 - Isolierwicklung für Drähte von Elektromaschinen und -magneten, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Isolierwicklung für Drähte von Elektromaschinen und -magneten, insbesondere für ein Kraftfahrzeug Download PDF

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Axel-Michael Dr. Müller
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Abstract

Es wird eine Isolierwicklung für Drähte von Elektromaschinen und -magneten, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgestellt, die aus Isolationsmaterialien besteht, welche Betriebstemperaturen oberhalb 200 DEG C zulassen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Isolierwicklungen für Drähte von Elektromaschinen und -magneten, insbesondere für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Nach dem Stand der Technik werden die maximal zulässigen Betriebstemperaturen von Drahtwicklungen für Elektromaschinen oder -magnete im wesentlichen durch die verwendeten Isolierstoffe wie z. B. Thermoplaste oder Harze begrenzt. Derartige Isolierstoffe dienen nicht nur dem Berührungsschutz, sondern verhindern auch einen Überschlag als Funken oder Lichtbogen zwischen den einzelnen Leitern.
  • Bei Kraftfahrzeugen werden heutzutage bei Elektromaschinen und -magneten Kleinspannungen angelegt, die maximal 60 V betragen, beispielsweise für Stell- und Kleinantriebe. Des weiteren werden hierbei Lackdrähte eingesetzt, welche bis zu einer Spannung von mindesens 500 V eine gute Isolationsfähigkeit aufweisen und eine Betriebstemperatur von etwa 200°C zulassen. Dies hat wiederum Auswirkungen auf die Dimensionierung der Elektromaschinen bzw. Elektromagneten, da bei einer bestimmten Leistung die maximale Betriebstemperatur stark in die Dimensionierung der Komponenten eingeht.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Isolationsmaterial für die Komponenten von Elektromaschinen und -magneten, insbesondere für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welches eine Erhöhung der maximalen Betriebstem peratur und somit eine Reduzierung der Dimensionen und des Gewichtes von Elektromaschinen und -magneten ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 4 hervor. Des weiteren wird eine Elektromaschine und ein Elektromagnet vorgeschlagen, welche bei hohen Temperaturen betreibbar sind und somit ein geringes Gewicht und kleinere Abmessungen aufweisen, als entsprechende Elektromaschinen bzw. Elektromagneten nach dem Stand der Technik.
  • Demnach wird vorgeschlagen, für die Drähte von Elektromaschinen bzw. Elektromagneten Isolationsmaterialien einzusetzen, welche deutlich höhere Betriebstemperaturen für die eingesetzten Drähte zulassen, als die verwendeten Isolationsmaterialien nach dem Stand der Technik.
  • Insbesondere sollen gemäß der Erfindung Isolierstoffe bzw. Isolationsmaterialien verwendet werden, welche primär als Abstandshalter für Blankdrähte zum Berührungsschutz fungieren; dies ist bei den eingesetzten niedrigen Spannungen, bei denen kaum Überschlaggefahr besteht, zulässig.
  • Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, Drähte, insbesondere Kupferblankdrähte mit Glasseide zu umspinnen. Des weiteren können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Drähte mit einer Oxidschicht oder einer keramisch-elastischen Dünnfilmschicht versehen werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Konzeption lässt sich aufgrund der Erhöhung der maximalen Betriebstemperatur und des vorgeschlagenen Betriebs bei hohen Temperaturen eine deutliche Reduzierung des Volumens und Gewichts von Elektromaschinen erzielen.
  • Beispielsweise hat eine Erhöhung der Betriebstemperatur bei einer Asynchronmaschine für ein kraftfahrzeugtypische Stell- oder Fahrantriebe im Niederspannungsbereich von z. B. 180°C auf 280°C ein Reduktionspotential im Volumen des Stators bzw. der Maschine von ca. 10 % (lange, „schlanke" Maschine) bis ca. 200 % (kurze, „dicke" Maschine) zur Folge, d. h., eine Halbierung des Volumens.
    •
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren am Beispiel einer Asynchronmaschine näher erläutert.
  • Es stellen dar:
  • 1 eine schematische Schnittansicht einer Asynchronmaschine mit herkömmlichen Isoliermaterialien;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Asynchronmaschine mit Isoliermaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung und
  • 3 eine schematische Darstellung eines mit einem Isoliermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung versehenen Kupferdrahtes.
  • In 1 ist eine Asynchronmaschine 1 gezeigt, deren Drähte bzw. Drahtwicklungen mit einem Isolationsmaterial nach dem Stand der Technik versehen sind, welches eine ma ximale Betriebstemperatur von 180°C bis 200°C ermöglicht. Gezeigt sind das Statorblech 2, der Wickelkopf 3 mit Dreiphasenwicklung 4, das Rotorblech 5, der Kurzschlussring 6 und die Käfigstäbe 7. Hierbei besteht das Gehäuse 8 sowie die Achse 9 aus thermisch leitendem Material.
  • Dahingegen kann eine Asynchronmaschine, deren Drähte gemäß der vorliegenden Erfindung mit Hochtemperatur-Isolierstoffen als Abstandshalter zum Berührungsschutz versehen sind erheblich kleiner dimensioniert werden, wie im Rahmen der 2 im gleichen Maßstab gezeigt. Im Gegensatz zum Gehäuse nach dem Stand der Technik sind das Gehäuse 8 und die Achse 9 thermisch isolierend ausgebildet, um einen Betrieb bei hohen Temperaturen oberhalb 200°C zu gewährleisten, beispielsweise bei 290°C bis 300°C.
  • Gegenstand der 3 ist ein Kupferdraht 10, welcher mit Glasseide 11 isoliert ist. Glasseide dient erfindungsgemäß primär als Abstandshalter zum Berührungsschutz und kann auch bei Temperaturen über 200°C eingesetzt werden.
  • Gemäß der Erfindung wird zudem vorgeschlagen, eine bei hohen Temperaturen betreibbare Elektromaschine von der Mechanik abzukapseln, die den hohen Betriebstemperaturen nicht standhält.
    • 1
    Asynchronmaschine
    2
    Statorblech
    3
    Wickelkopf
    4
    Dreiphasenwicklung
    5
    Rotorblech
    6
    Kurzschlussring
    7
    Käfigstäbe
    8
    Gehäuse
    9
    Achse
    10
    Kupferdraht
    11
    Glasseide

Claims (7)

  1. Isolierwicklung für Drähte von Elektromaschinen und -magneten, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet , dass sie aus Isolationsmaterialien besteht, welche Betriebstemperaturen oberhalb 200°C zulassen.
  2. Isolierwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall dass die anzulegenden Spannungen niedrig sind, so dass keine Überschlaggefahr besteht, die Isolationsmaterialien primär als Abstandshalter für Drähte bzw, Blankdrähte (10) zum Berührungsschutz fungieren.
  3. Isolierwicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmaterial Glasseide (11) ist.
  4. Isolierwicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (10) mit einer Oxidschicht oder einer keramisch-elastischen Dünnfilmschicht versehen sind.
  5. Elektromaschine bzw. Elektromagnet für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierwicklung eine Isolierwicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist.
  6. Elektromaschine bzw. Elektromagnet nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) und die Achse (9) aus thermisch isolierendem Material, beispielsweise Keramik oder Kunststoff, bestehen.
  7. Elektromaschine bzw. Elektromagnet nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei Temperaturen oberhalb 200°C betreibbar ist.
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