DE112012001929T5

DE112012001929T5 - Isoliersystem und -verfahren für Elektromaschinenmodul

Info

Publication number: DE112012001929T5
Application number: DE112012001929.6T
Authority: DE
Inventors: Bradley D. Chamberlin; Richard E. Trammell; Mark Stephenson
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2014-04-17
Also published as: US20120274156A1; WO2012149297A3; WO2012149297A2; CN103503280A

Abstract

Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Elektromaschinenmodul bereit, das ein Gehäuse beinhaltet. Das Gehäuse kann einen Maschinenraum beinhalten. Bei einigen Ausführungsformen kann eine elektrische Maschine zumindest teilweise innerhalb des Maschinenraums positioniert sein und kann eine Statorbaugruppe beinhalten. Die Statorbaugruppe beinhaltet einen Statorkern mit Schlitzen, ein Verschweißungsende und ein Einsetzende. Bei einigen Ausführungsformen können Leiter in den Schlitzen so positioniert sein, dass Teile der Leiter sich von dem Verschweißungsende und dem Einsetzende erstrecken. Ein Isolierelement, das Aussparungen beinhaltet, kann mit zumindest einem Teil der Leiter verbunden sein, die sich von dem Verschweißungsende der Statorbaugruppe erstrecken.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 61/481,000, die am 29. April 2011 eingereicht wurde und deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich in das vorliegende Dokument aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Einige herkömmliche elektrische Maschinen beinhalten eine Rotorbaugruppe und eine Statorbaugruppe. Einige Statorbaugruppen beinhalten eine Mehrzahl von axial ausgerichteten Schlitzen, in die einer oder mehrere Leiter eingesetzt sind. Nach einem Montage- und Verbindungsprozess können die Leiter isoliert werden, um das Risiko einer Verletzung der Leiter und von Kurzschlüssen zu verringern, die zwischen den benachbarten Leitern auftreten können.
INHALT
Einige Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Elektromaschinenmodul bereit, das ein Gehäuse beinhaltet. Das Gehäuse kann einen Maschinenraum beinhalten. Bei einigen Ausführungsformen kann eine elektrische Maschine zumindest teilweise innerhalb des Maschinenraums positioniert sein und kann eine Statorbaugruppe beinhalten. Bei einigen Ausführungsformen kann die Statorbaugruppe einen Statorkern, ein Verschweißungsende, ein Einsatzende und eine Mehrzahl von Schlitzen beinhalten, die sich von dem Verschweißungsende zum Einsatzende durch den Statorkern erstrecken können. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Mehrzahl von Leitern innerhalb zumindest eines Teils der Mehrzahl von Schlitzen positioniert sein. Bei einigen Ausführungsformen können sich Teile der Mehrzahl von Leitern vom Verschweißungsende und dem Einsetzende erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Isolierelement, das eine Mehrzahl von Aussparungen aufweist, mit zumindest einem Teil der Leiter verbunden sein, die sich vom Verschweißungsende der Statorbaugruppe aus erstrecken.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittansicht eines Elektromaschinenmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine perspektivische partielle Querschnittansicht eines Elektromaschinenmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Statorbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 ist eine Vorderansicht einer Statorlaminierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Leiters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6A und 6B sind Querschnittansichten eines Schlitzes gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung;
7A ist eine perspektivische Ansicht eines Isolierelementes gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung;
7B ist eine Draufsicht des Isolierelementes von 7A;
7C ist eine Querschnittansicht des Isolierelementes von 7B entlang der mit A-A markierten Linie;
8 ist eine perspektivische Ansicht einer Statorbaugruppe gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung;
9 ist eine Ansicht eines Teils der Statorbaugruppe von 8;
10 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Statorbaugruppe von 8;
11 ist eine perspektivische Ansicht der Statorbaugruppe von 8;
12 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Statorbaugruppe gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung;
13 ist eine partielle Querschnittansicht der Statorbaugruppe von 12; und
14 ist eine partielle Querschnittansicht von Leitern und eines Isolierelementes gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bevor irgendeine detaillierte Erläuterung von Ausführungsformen der Erfindung gegeben wird, sei darauf verwiesen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung von Bauteilen eingeschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den folgenden Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung kann weitere Ausführungsformen aufweisen und kann auf verschiedene Weisen genutzt oder ausgeführt werden. Auch versteht es sich, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie dem Zweck einer Beschreibung dient und nicht als einschränkend zu betrachten ist. Die Verwendung von „beinhalten”, „aufweisen” oder „haben” und Variationen von diesen soll hier die nachfolgend aufgelisteten Punkte und Äquivalente zu diesen, sowie zusätzliche Punkte umfassen. Wenn nicht anders angegeben oder eingeschränkt, werden die Begriffe „montiert”, „verbunden”, „getragen” und „befestigt” und Variationen von diesen breit gefasst verwendet und umfassen sowohl direktes als auch indirektes Montieren, Verbinden, Tragen und Befestigen. Weiter ist „verbunden” und „befestigt” nicht auf physische oder mechanische Verbindungen oder Befestigungen eingeschränkt.
Die folgende Erläuterung erfolgt, um einem Fachmann zu ermöglichen, Ausführungsformen der Erfindung zu erstellen und zu verwenden. Verschiedene Modifikationen der dargestellten Ausführungsformen gehen für Fachleute klar hervor, und die hier dargelegten gattungsgemäße Prinzipien können auf weitere Ausführungsformen und Anwendungen angewendet werden, ohne von den Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen. Somit versteht es sich, dass Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen eingeschränkt sind, sondern ihnen der weiteste Schutzumfang zuzugestehen ist, der mit den hier offenbarten Prinzipien und Merkmalen vereinbar ist. Die folgende detaillierte Beschreibung ist mit Bezug auf die Figuren zu lesen, in denen gleiche Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Figuren, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, zeigen ausgewählte Ausführungsformen und sollen den Schutzumfang der Ausführungsformen der Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist es klar, dass die hier gegebenen Beispiele viele zweckdienliche Alternativen haben, die innerhalb des Schutzumfangs von Ausführungsformen der Erfindung liegen.
1 und 2 stellen ein Elektromaschinenmodul 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Das Modul 10 kann ein Gehäuse 12 beinhalten, das ein Hülsenelement 14, einen ersten Enddeckel 16 und einen zweiten Enddeckel 18 aufweist. Eine elektrische Maschine 20 kann in einem Maschinenraum 22 untergebracht sein, die zumindest teilweise durch das Hülsenelement 14 und die Enddeckel 16, 18 definiert ist. Beispielsweise können das Hülsenelement 14 und die Enddeckel 16, 18 mittels herkömmlicher Befestigungseinrichtungen (nicht dargestellt) oder eines anderen geeigneten Verbindungsverfahrens verbunden sein, um zumindest einen Teil der elektrischen Maschine 20 in dem Maschinenraum 22 zu umschließen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 12 einen im Wesentlichen zylindrischen Behälter 15 aufweisen, der mit einem Enddeckel 17 verbunden ist, wie in 2 dargestellt. Weiter kann bei einigen Ausführungsformen das Gehäuse 12 Materialien aufweisen, die üblicherweise thermisch leitende Eigenschaften aufweisen, beispielsweise, jedoch nicht eingeschränkt auf Aluminium oder andere Metalle und Materialien, die Betriebstemperaturen der elektrischen Maschine 20 üblicherweise widerstehen können. Bei einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 12 unter Verwendung unterschiedlicher Verfahren hergestellt werden, einschließlich Gießen, Formgießen, Extrudieren und anderen ähnlichen Herstellungsverfahren.
Die elektrische Maschine 20 kann eine Rotorbaugruppe 24, eine Statorbaugruppe 26 und Lager 28 beinhalten, und kann um eine Welle 30 herum angeordnet sein. Wie in 1 dargestellt, kann die Statorbaugruppe 26 im Wesentlichen umschreibend zu zumindest einem Teil der Rotorbaugruppe 24 angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die Rotorbaugruppe 24 auch ein Rotorläuferjoch 32 aufweisen oder kann eine „jochlose” Gestaltung (nicht dargestellt) haben.
Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 20 funktionsmäßig mit dem Gehäuse 12 verbunden sein. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 20 in das Gehäuse 12 eingepasst sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 20 im Gehäuse 12 unter Verwendung einer Presspassung, durch Aufschrumpfen oder ähnliche reibungsbasierte Passungen angebracht sein, die die Maschine 20 und das Gehäuse 12 zumindest teilweise funktionsmäßig verbinden. Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen Teile der Statorbaugruppe 26 oder andere Teile der elektrischen Maschine 20 mittels einer Schrumpfpassung im Gehäuse 12 befestigt werden. Weiter kann bei einigen Ausführungsformen die durch Passung die Statorbaugruppe 26, und im Ergebnis die elektrische Maschine 20, in axialer, radialer und Umfangsrichtung zumindest teilweise befestigt sein. Bei einigen Ausführungsformen kann während des Betriebs der elektrischen Maschine 20 die Passung zwischen der Statorbaugruppe 26 und des Gehäuses 12 zumindest teilweise dazu dienen, ein Drehmoment von der Statorbaugruppe 26 auf das Gehäuse 12 zu übertragen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Passung dazu führen, dass ein generell größeres Drehmoment durch das Modul 10 abgestützt wird.
Die elektrische Maschine 20 kann, ohne Einschränkung, ein elektrischer Motor sein, beispielsweise ein Hybrid-Elektromotor, ein elektrischer Generator oder ein Fahrzeug-Wechselstromgenerator. Bei einer Ausführungsform kann die elektrische Maschine 20 ein HVH-Elektromotor (High-Voltage-Hairpin-Elektromotor), ein innenliegende Permanentmagnete aufweisender Elektromotor oder ein Induktionsmotor (Asynchronmaschine) für Hybridfahrzeuganwendungen sein.
Wie in 3 dargestellt, kann bei einigen Ausführungsformen die Statorbaugruppe 26 einen Statorkern 34 und eine Statorwicklung 36 aufweisen, die zumindest teilweise innerhalb eines Teils des Statorkerns 34 angeordnet ist. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen der Statorkern 34 eine Mehrzahl von Laminierungen 38 aufweisen. Bezug nehmend auf 4 können bei einigen Ausführungsformen die Laminierungen 38 eine Mehrzahl von im Wesentlichen radial orientierten Zähnen 40 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen können, wie in 3 dargestellt, wenn zumindest ein Teil der Mehrzahl von Laminierungen 38 im Wesentlichen montiert sind, die Zähne 40 im Wesentlichen fluchtend angeordnet sein, um eine Mehrzahl von Schlitzen 42 zu definieren, die konfiguriert und angeordnet sind, um zumindest einen Teil der Statorwicklung 36 zu tragen. Wie in 4 dargestellt, können bei einigen Ausführungsformen die Laminierungen 38 sechzig Zähne 40 beinhalten, und als Ergebnis kann der Statorkern 34 sechzig Schlitze 42 beinhalten. Bei anderen Ausführungsformen können die Laminierungen 38 eine größere oder eine geringere Anzahl von Zähnen 40 beinhalten, und demgemäß kann der Statorkern 34 eine größere oder eine geringere Anzahl von Schlitzen 42 beinhalten. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen der Statorkern 34 einen Innenumfang 41 und einen Außenumfang 43 aufweisen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen der Statorkern 34 eine im Wesentlichen zylindrische Konfiguration aufweisen, so dass die Innen- und Außenumfänge 41, 43 Innen- bzw. Außendurchmesser aufweisen können. Jedoch kann bei anderen Ausführungsformen der Statorkern 34 andere Konfigurationen aufweisen (z. B. quadratisch, rechteckig, elliptisch, rechteckig oder unregelmäßig vieleckig etc.), und als Ergebnis können die Innen- und Außenumfänge 41, 43 andere Abmessungen aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Statorwicklung 36 eine Mehrzahl von Leitern 44 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen können die Leiter 44 eine im Wesentlichen segmentierte Konfiguration (z. B. eine Haarnadelkonfiguration) aufweisen, wie in 3 und 5 dargestellt. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen zumindest ein Teil der Leiter 44 einen Umwendeabschnitt 46 und mindestens zwei Fußabschnitte 48 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Umwendeabschnitt 46 zwischen den zwei Fußabschnitten 48 angeordnet sein, um die zwei Fußabschnitte 48 im Wesentlichen zu verbinden. Bei einigen Ausführungsformen können die Fußabschnitte 48 im Wesentlichen parallel sein. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen der Umwendeabschnitt 46 eine im Wesentlichen „U-förmige”-Konfiguration aufweisen, jedoch kann bei einigen Ausführungsformen der Umwendeabschnitt 46 eine V-Form, eine Wellenform, eine gekrümmte Form oder andere Formen aufweisen. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen, wie in 5 dargestellt, zumindest ein Teil der Leiter 44 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der Leiter 44 andere Querschnittsformen aufweisen, beispielsweise im Wesentlichen kreisförmig, quadratisch, halbkreisförmig, es kann regelmäßige oder unregelmäßige Vielecke aufweisen etc. Bei einigen Ausführungsformen können die Leiter 44 andere Konfigurationen aufweisen, z. B. eine im Wesentlichen nicht-segmentierte Konfiguration).
Bei einigen Ausführungsformen kann die Statorbaugruppe 26 eines oder mehrere Isolierelemente, Vorrichtungen und/oder weitere Strukturen aufweisen, die konfiguriert und angeordnet sind, um einigen Teilen der Statorbaugruppe 26 mechanische, elektrische und physikalische Isolierung zu liefern. Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil einige der Leiter 44 eine erste Isolierung 50 aufweisen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die erste Isolierung 50 ein harzartiges Material, beispielsweise ein Epoxidharz und/oder einen Drahtlack, aufweisen, der reversibel oder irreversibel zumindest mit einem Teil der Leiter 44 verbunden sein kann. Bei einigen Ausführungsformen kann, da während des Betriebs der elektrischen Maschine 20 ein elektrischer Strom durch die Leiter 44 zirkuliert, die erste Isolierung 50 dazu dienen, zumindest teilweise Kurzschlüsse und/oder Masseschlussereignisse zwischen benachbarten Leitern 44 und/oder Leitern 44 und dem Statorkern 34 im Wesentlichen zu verhindern.
Bei einigen Ausführungsformen kann die erste Isolierung 50 eine aufgeschrumpfte Struktur aufweisen, die zumindest mit einigen der Leiter 44 verbunden ist, so dass die erste Isolierung 50 zurückgehalten wird, wenn die Leiter 44 im Statorkern 28 angeordnet sind.
Bei einigen Ausführungsformen kann die erste Isolierung 50 auf die Leiter gewickelt oder gewunden sein, oder anderweitig auf diesen angeordnet oder mit diesen verbunden sein (z. B. mittels eines Klebstoffs). Bei einigen Ausführungsformen, die später noch erläutert werden, kann zumindest ein Teil der Leiter 44 im Wesentlichen ohne einen Teil oder die Gesamtheit der ersten Isolierung 50 arbeiten.
Bei einigen Ausführungsformen können die Leiter 44 generell aus einem im Wesentlichen geradlinigen Leiter 44 hergestellt sein, der zu einer Form im Wesentlichen ähnlich der des Leiters 5 in 5 konfiguriert und angeordnet sein kann. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen eine (nicht dargestellte) Maschine eine Kraft aufbringen (z. B. eine Biege-, Druck-, Zug- oder irgendeine andere Kraft), und zwar zumindest auf einen Teil eines Leiters 44, um im Wesentlichen den Umwendeabschnitt 46 und die zwei Fußabschnitte 48 eines einzelnen Leiters 44 zu bilden. Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der Leiter 44 zu einer gewünschten Form konfiguriert werden, nachdem die erste Isolierung 50 an den Leitern 44 befestigt wurde. Jedoch kann bei einigen Ausführungsformen zumindest ein Teil der Leiter 44 zu einer gewünschten Form (z. B. einer Haarnadelform) konfiguriert werden (z. B. gebogen, gedrückt, gezogen werden, etc.), und dann die erste Isolierung 50 an den Leitern 44 befestigt werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Statorbaugruppe 26 mindestens ein Schlitzelement 52 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Statorbaugruppe 26 mindestens ein Schlitzelement 52 aufweisen, das in einem oder mehreren der Schlitze 42 angeordnet ist. Beispielsweise kann eines oder mehrere Schlitzelemente 52 in einigen oder allen der Schlitze 42 angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsformen kann jeder Schlitz 42 mindestens ein Schlitzelement 52 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der Schlitzelemente 52 eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen können die Schlitzelemente 52 andere Formen aufweisen, beispielsweise quadratisch, rechteckig, halbkreisförmig, mit regelmäßigen oder unregelmäßigen Vielecken versehen sein, etc. Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der Schlitzelemente 52 eine beliebige Gestalt aufweisen, die vom Hersteller oder Benutzer gewünscht und/oder benötigt wird. Außerdem können bei einigen Ausführungsformen die Schlitzelemente 52 konfiguriert und angeordnet sein, um zumindest einen Teil des einen oder der mehreren Leiter 44 aufzunehmen, wie später noch detailliert beschrieben wird.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Schlitzelement 52 Materialien aufweisen, die abriebbeständig sind, eine elektrische und/oder mechanische Isolierung bieten, thermisch leitende Eigenschaften aufweisen und/oder weitere Eigenschaften aufweisen, die von einem Hersteller oder Benutzer gewünscht werden. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen zumindest ein Teil der Schlitzelemente 52 Materialien wie beispielsweise Polyimide (z. B. Kapton^®). Polyamide, Polyester, Polyamidimide, einen Polyethylenterephthalat-Film (z. B. Mylar^®), Para-Aramid (z. B. Kevlar^®), Meta-Aramid (z. B. Nomex^®) oder weitere Materialien aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Schlitzelement 52 ein Verbundmaterial aus einigen oder allen der zuvor erwähnten Materialien aufweisen, beispielsweise ein Nomex^®-Kapton^®-Verbundmaterial.
Bei einigen Ausführungsformen, wie in 3 dargestellt, kann zumindest ein Teil der Leiter 44 innerhalb der Schlitze 42 positioniert sein. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen der Statorkern 44 so konfiguriert sein, dass die Mehrzahl von Schlitzen 42 im Wesentlichen oder vollständig axial angeordnet sind. Bei einigen Ausführungsformen können die Fußabschnitte 48 in die Schlitze 42 eingesetzt sein, so dass zumindest einige der Fußabschnitte 48 sich axial durch den Statorkern 34 erstrecken können. Bei einigen Ausführungsformen können die Fußabschnitte 48 in benachbarte Schlitze 42 eingesetzt sein. Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen die Schlitzabschnitte 48 eines Leiters 44 in Schlitzen angeordnet sein, die ungefähr mit dem Abstand einer Magnetpol-Teilung entfernt voneinander angeordnet sind (z. B. sechs Schlitze, acht Schlitze etc.). Bei einigen Ausführungsformen kann eine Mehrzahl von Leitern 44 im Statorkern 34 angeordnet sein, so dass zumindest einige der Umwendeabschnitte 46 der Leiter 44 sich axial vom Statorkern 34 an einem Einsetzende 56 der Statorbaugruppe 26 erstrecken und sich zumindest einige der Fußabschnitte 48 von der Statorbaugruppe 26 bei einem Verschweißungsende 58 des Statorkerns 34 erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der Gebiete des Leiters 44, der sich in axialer Richtung von der Statorbaugruppe 26 an den Enden 56, 58 erstreckt, Stator-Endumwendungen 54 aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen können eines oder mehrere Schlitzelemente 52 in einigen oder allen von den Schlitzen 42 während der Montage des Moduls 10 angeordnet werden. Bei einigen Ausführungsformen können die Schlitzelemente 52 in den Schlitzen 42 angeordnet werden, bevor einer oder mehrere der Leiter 44 im Statorkern 34 angeordnet werden. Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen die Schlitzelemente 52 in den Schlitzen 42 so angeordnet werden, dass zumindest ein Teil einiger der Leiter 44 (z. B. die Fußabschnitte 48) zumindest teilweise in den Schlitzelementen 52 angeordnet werden können. Lediglich beispielhaft können bei einigen Ausführungsformen eines oder mehrere Schlitzelemente 52 in jedem der Schlitze 42 angeordnet sein, so dass die Schlitzelemente 52 zumindest einen Teil eines jeden der Leiter 44 aufnehmen können.
Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen ein einziges Schlitzelement 52 eines oder mehrere Leiter aufnehmen. Bei einigen Ausführungsformen kann ein (einziges) Schlitzelement 52 konfiguriert und dimensioniert sein, um zwei oder mehrere Leiter 44 aufzunehmen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen zumindest ein Teil der Schlitzelemente 52 konfiguriert und angeordnet sein, um Teile von zwei Leitern 44 aufzunehmen (z. B. einen Fußabschnitt 48, zwei unterschiedliche Leiter 44 oder beide Fußabschnitte 48 desselben Leiters 44), wie in 6A gezeigt. Als Ergebnis kann bei einigen Ausführungsformen zumindest ein Teil der Schlitze 44 vier Leiter 44 und zwei Schlitzelemente 52 aufweisen (z. B. Teile von zwei Leitern 44, die in einem Schlitzelement 52 angeordnet sind). Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der Schlitze 42 die gleiche Anzahl von Schlitzelementen 52 wie von Leitern 44 aufweisen. Beispielsweise kann, in einem Schlitz 42, der Teile von vier Leitern 44 beinhaltet, der Schlitz 42 vier oder mehr Schlitzelemente 52 aufweisen, wie in 6B gezeigt. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen die Statorbaugruppe 26 eine beliebige Kombination von beliebigen der zuvor erwähnten Verhältnisse von Schlitzelement 52 zu Leiter 44 aufweisen. Beispielsweise können einige Schlitze 42 vier Schlitzelemente 52 und vier Leiter 44 aufweisen, einige Schlitze 42 können zwei Schlitzelemente 52 und vier Leiter 44 aufweisen, und einige Schlitze können eines oder mehr als ein Schlitzelement 52 und vier Leiter 44 aufweisen. Wie zuvor erwähnt, ist die Verwendung von vier Leitern 44 beispielhaft, und eine andere Anzahl von Leitern 44 (z. B. einer, zwei, sechs, acht etc.) kann in den Schlitzen 42 angeordnet sein.
Bei einigen Ausführungsformen können zumindest einige der Fußabschnitte 48 mehrere Gebiete aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen können die Fußabschnitte 48 im Schlitz befindliche Abschnitte 60, abgewinkelte Abschnitte 42 und Verbindungsabschnitte 64 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen können, wie zuvor erwähnt, die Fußabschnitte 48 in den Schlitzen 42 angeordnet sein, und einige Gebiete der Fußabschnitte 48 (z. B. die im Schlitz befindlichen Abschnitte 60) können zumindest teilweise in den Schlitzelementen 52 aufgenommen sein. Außerdem können sich die Fußabschnitte 48 axial vom Einsetzende 56 zum Verschweißungsende 58 erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen kann nach dem Einsetzen zumindest ein Teil der Fußabschnitte 48, der innerhalb des Statorkerns positioniert ist, die im Schlitz befindlichen Abschnitte 60 aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen können zumindest einige Gebiete der Fußabschnitte 48, die sich von der Statorbaugruppe 26 an den Verschweißungs- und Einsetzenden 56, 58 erstrecken, die abgewinkelten Abschnitte 62 und die Verbindungsabschnitte 64 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen können, nach dem Einsetzen der Leiter 44 in den Statorkern 34, die Fußabschnitte 48, die sich vom Statorkern 34 aus erstrecken, einem herkömmlichen Verdrill-Verfahren (nicht dargestellt) unterzogen werden, was zur Erzeugung der abgewinkelten Abschnitte 62 und der Verbindungsabschnitte 64 führen kann. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen der Verdrill-Prozess die abgewinkelten Abschnitte 62 an einer weiter axial nach innen befindlichen Position anordnen und die Verbindungsabschnitte 64 an einer weiter axial nach außen befindlichen Position anordnen, wie in 3 dargestellt. Bei einigen Ausführungsformen können die abgewinkelten Abschnitte 62 andere Konfigurationen aufweisen, beispielsweise gebogen, gekrümmt oder anderweitig von einer horizontalen Achse der Leiter 44 entfernt.
Bei einigen Ausführungsformen können nach dem Verdrill-Prozess die Verbindungsabschnitte 64 zumindest eines Teils der Leiter 44 unmittelbar benachbart zu Verbindungsabschnitten 64 anderer Leiter 44 sein. Als Ergebnis können die Verbindungsabschnitte 64 miteinander verbunden sein, um einen oder mehrere verbundene Leitergebiete 63 zu bilden (z. B. einen Teil von Leitern 44 an einem axial äußeren Teil der Leiter 44 am Verschweißungsende 58). Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen zwei generell benachbarte Verbindungsabschnitte 64 miteinander verbunden sein, um ein verbundenes Leitergebiet 63 zu bilden (d. h. einen Teil von zwei Leitern 44, die miteinander verbunden sind, um einen Teil der Statorwicklung 36 zu bilden). Außerdem können bei einigen Ausführungsformen zumindest einige der Schlitze 42 vier Fußabschnitte 48 aufweisen, wie zuvor erwähnt. Nach dem herkömmlichen Verdrill-Prozess können die vier Fußabschnitte 48 vier Verbindungsabschnitte 64 aufweisen, die miteinander verbunden sein können, um mindestens zwei verbundene Leitergebiete 63 je Schlitz 42 zu definieren.
Bei einigen Ausführungsformen können die Verbindungsabschnitte 64 mittels Schweißen, Hartlöten, Löten, Verschmelzen, mittels Klebstoffen oder anderen Verbindungsverfahren verbunden sein, um die verbundenen Leitergebiete 63 zu bilden. Zusätzlich kann bei einigen Ausführungsformen zumindest ein Teil der ersten Isolierung 50 im Wesentlichen an den Verbindungsabschnitten 64 entfernt sein, um den Verbindungsprozess zu ermöglichen (d. h. eine Bildung der verbundenen Leitergebiete 63). Jedoch kann bei einigen Ausführungsformen die erste Isolierung 50 an den Leitern 44 so befestigt sein, dass es die Verbindungsabschnitte 64 nicht beschichtet und/oder abdeckt. Bei einigen Ausführungsformen kann jeder Schlitz 42 mindestens zwei Sätze von Verbindungsabschnitten 64 aufweisen, die miteinander verbunden und in Umfangsrichtung angeordnet sind (d. h. vier Verbindungsabschnitte 64, die miteinander verbunden wurden, um zwei verbundene Leitergebiete 63 zu bilden).
Bei einigen Ausführungsformen kann die erste Isolierung 50 als Ergebnis des Verdrillprozesses zumindest teilweise verschlissen werden. Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen Druckpunkte, die durch den Verdrillprozess erzeugt wurden, Zonen der ersten Isolierung 50 bewirken, die eine größere mechanische Belastung im Vergleich zu anderen Teilen der ersten Isolierung 50 aufnehmen. Im Verlauf der Lebensdauer von Modul 10 kann die erste Isolierung 50 verschleißen, und unter gewissen Umständen kann die erste Isolierung 50 schließlich schadhaft werden. Als Ergebnis eines Verschleißes der ersten Isolierung 50 können bei einigen Ausführungsformen freigelegte Leiter 40 (z. B. freigelegtes Kupfer oder freigelegte kupferhaltige Materialien) in Kontakt miteinander, mit dem Statorkern 34, dem Gehäuse 12 oder anderen Elementen kommen, was zu einer Fehlfunktion des Moduls 10 führen kann (z. B. Kurzschlussereignissen, Masseschlussereignissen etc.).
Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen ein Betrieb von Modul 10 verbessert werden, wenn eine axiale Länge der Stator-Endumwendungen 54 so minimiert wird, dass die Gesamtgröße des Elektromaschinenmoduls 10 verringert werden kann. Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen die Fußabschnitte 48 in einem größeren Maße verdrillt werden (z. B. können die Verbindungsabschnitte 64 und die verbundenen Leitergebiete 63 um eine größere Umfangsdistanz und axial nach innen bewegt werden), so dass die abgewinkelten Gebiete 62 näher am Statorkern 34 angeordnet werden können (z. B. können die abgewinkelten Gebiete 62 unter einem größeren Winkel bezogen auf eine horizontale Achse des Statorkerns 34 angeordnet werden), und zwar im Vergleich zu anderen Ausführungsformen. Als Ergebnis kann die Axiallänge der Statorbaugruppe 26 eine geringere Länge aufweisen, und zwar im Vergleich zu anderen Ausführungsformen, bei denen die Fußabschnitte 48 in geringerem Maße verdrillt sind. Bei einigen Ausführungsformen können, als Ergebnis dessen, dass das Ausmaß eines Verdrillens vergrößert wird und die abgewinkelten Gebiete 62 näher am Statorkern 34 angeordnet werden, Teile der Leiter 44 im Wesentlichen benachbart zueinander angeordnet sein (z. B. einander berührend oder einander fast berührend). Als Ergebnis können im Verlauf der Lebensdauer von Modul 10 die Leiter 44 in Kontakt miteinander kommen, was zu einem Verschleiß der ersten Isolierung 50 führen kann, was Kurzschlüsse, Masseschlussereignisse oder anderen Fehlfunktionen oder Versagensfälle von Modul 10 zur Folge hat.
Bei einigen Ausführungsformen können zumindest einige Teile des Elektromaschinenmoduls 10 (z. B. die Statorbaugruppe 26) mindestens ein Isolierelement 66 aufweisen, wie in 8 bis 13 dargestellt. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen das Isolierelement 66 über Teilen der Statorwicklung 36 positioniert sein und/oder mit diesen verbunden sein, und zwar am Einsetzende 56 und/oder dem Verschweißungsende 58. Bei einigen Ausführungsformen kann das Isolierelement 66 konfiguriert und angeordnet sein, um Teile zumindest einiger der Leiter 44 zu isolieren, die sich vom Statorkern 34 am Verschweißungsende 58 der Statorbaugruppe 26 erstrecken. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen das Isolierelement 36 eine im Wesentlichen ringförmige Struktur aufweisen (z. B. kann das Isolierelement 36 konfiguriert sein, um eine im Wesentlichen ähnliche Konfiguration wie die generelle Konfiguration der Statorbaugruppe 26 aufzuweisen), wie in 7 bis 13 dargestellt. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Isolierelement 66 weitere Formen aufweisen, z. B. eine rechteckige Form, eine quadratische Form oder eine Form mit regelmäßigen oder unregelmäßigen Vielecken, etc.
Zusätzlich kann bei einigen Ausführungsformen das Isolierelement 66 eine Mehrzahl von Aussparungen 68 aufweisen, wie in 7A bis 7C und 14 dargestellt. Bei einigen Ausführungsformen können die Aussparungen 68 im Wesentlichen oder vollständig elektrisch und/oder leitend isoliert von jeder der anderen Aussparungen 68 sein. Das Isolierelement 66 kann ein Übertragen jeglicher wesentlicher Mengen an Strom zwischen den Teilen der Leiter 44 verhindern (z. B. der Verbindungsabschnitte 64 und/oder der verbundenen Leitergebiete 63), die in benachbarten Aussparungen 68 angeordnet sind. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Anzahl der Aussparungen 68 im Wesentlichen die gleiche wie die Anzahl der verbundenen Leitergebiete 63 sein. Wie in 9 und 10 dargestellt, können bei einigen Ausführungsformen Teile der Leiter 44 zumindest teilweise innerhalb des Isolierelementes 66 angeordnet sein, so dass ein erstes Ende 70 des Isolierelementes 66 im Wesentlichen benachbart zu zumindest einigen der abgewinkelten Abschnitte 62 zumindest einiger der Leiter 44 ist. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen ein zweites Ende 72 des Isolierelementes 66 im Wesentlichen entgegengesetzt zum ersten Ende 70 angeordnet sein (d. h. an einem axial äußeren Teil der Statorbaugruppe 26).
Bei einigen Ausführungsformen können, wie in 8 bis 13 dargestellt, einige oder alle der verbundenen Leiterabschnitte 63 in den Aussparungen 68 positioniert sein. Beispielsweise können, wie in 8 bis 14 dargestellt, bei einigen Ausführungsformen einige Teile der Leiter 44, welche die verbundenen Leitergebiete 63 beinhalten können, in zumindest einer der Aussparungen 68 positioniert sein und das Verbindungselement 66 kann sich hin zum Statorkern 34 erstrecken, so dass zumindest ein Teil jeglichen freiliegenden leitenden Materials der Leiter 44 (z. B. freiliegend, da ein Teil der ersten Isolierung 50 entfernt wurde) im Wesentlichen oder vollständig von benachbarten Leitern 44, dem Statorkern 34, dem Gehäuse 12 etc. isoliert sein kann. Als Ergebnis kann bei einigen Ausführungsformen zumindest ein Teil der Leiter 44, der zumindest einige Teile der verbundenen Leitergebiete 63 beinhaltet, im Wesentlichen isoliert und/oder mechanisch von möglichen Quellen von Kurzschlüssen und/oder Masseschlussereignissen getrennt sein. Bei einigen Ausführungsformen kann dies die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses beträchtlich verringern. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen das Isolierelement 66 zumindest teilweise dazu dienen, die verbundenen Leitergebiete 63 gegen weitere Formen von Beschädigung (z. B. physische, elektrische, elektrostatische etc.) zu schützen, die während des Betriebs des Elektromaschinenmoduls 10 auftreten können.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Isolierelement 66 mehrere Isolierelemente 66 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann jedes Isolierelement 66 mit einem Teil der verbundenen Leitergebiete 63 verbunden sein. Beispielsweise können vier Isolierelemente 66 mit den verbundenen Leitergebieten 63 so verbunden sein, dass jedes Isolierelement 66 ca. 25% der Winkelspanne der Statorbaugruppe 26 umfasst (d. h. ca. 90°). Bei weiteren Ausführungsformen können andere Anzahlen von Isolierelementen 66 verwendet werden, so dass zumindest ein Teil der verbundenen Leitergebiete 63 im Wesentlichen in Aussparungen 68 positioniert ist, um Teile der Leiter 44 gegen andere Leiter 44, das Gehäuse 12, den Statorkern 34, etc. zu isolieren. Bei einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere Untereinheiten des Isolierelementes 66 miteinander verbunden sein, um das Isolierelement 66 zu bilden, und dann kann das Isolierelement 66 mit der Statorbaugruppe 26 verbunden werden.
Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen das Isolierelement 66 mindestens zwei im Wesentlichen konzentrische Isolierelemente 66 (nicht dargestellt) aufweisen, die so positioniert sein, dass jede der radial benachbarten und in Umfangsrichtung angeordneten Reihen von verbundenen Leitergebieten 63 im Wesentlichen innerhalb der Aussparungen 68 positioniert werden kann. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen ein erstes Isolierelement 66 mit der Statorbaugruppe 26 so verbunden werden, dass die verbundenen Leitergebiete 63 an der radial inneren Position geschützt und/oder isoliert sein können. Außerdem kann ein zweites Isolierelement 66 mit der Statorbaugruppe 26 so verbunden werden, dass die verbundenen Leitergebiete 63 an der radial äußeren Position geschützt und/oder isoliert sein können. Bei einigen Ausführungsformen kann das Isolierelement 66 eine Mehrzahl von einzelnen Isolierelementen 66 aufweisen, die über jedem der verbundenen Leitergebiete 63 positioniert sein können (d. h. jedes von verbundenen Leitergebieten 63 ist in einem einzigen Isolierelement 66 positioniert).
Bei einigen Ausführungsformen kann das Isolierelement 66 Merkmale beinhalten, die konfiguriert und angeordnet sind, um zur Kühlung und/oder einer Kühlmittelverteilung im Elektromaschinenmodul 10 beizutragen. Lediglich beispielhaft kann bei einigen Ausführungsformen das Gehäuse 12 einen Kühlmittelmantel 74 beinhalten, der im Wesentlichen umschreibend zu zumindest einem Teil der elektrischen Maschine angeordnet ist (z. B. der Statorbaugruppe 26), wie in 1 dargestellt. Bei einigen Ausführungsformen können Kühlmittelöffnungen 76 durch einen Teil des Gehäuses 12 definiert sein, so dass der Kühlmittelmantel 74 in Fluidkommunikation mit dem Maschinenraum 22 sein kann. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Kühlmittel durch den Kühlmittelmantel 74 zirkulieren und in den Maschinenraum 22 durch die Kühlmittelöffnungen 76 eintreten. Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der Kühlmittelöffnungen 76 generell radial benachbart zu Teilen der Statorbaugruppe 26 (z. B. den Stator-Endumwendungen 54) und/oder dem Isolierelement 66 positioniert sein. Bei einigen Ausführungsformen kann das Isolierelement 66 so konfiguriert und angeordnet sein, dass zumindest ein Teil des Kühlmittels, das in den Maschinenraum 22 aus dem Kühlmittelmantel 74 eintritt und mit dem Isolierelement 66 in Kontakt kommt, hin zu den Leitern 44 gelenkt, geleitet oder gedrängt werden kann, um diese zumindest teilweise zu kühlen.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Isolierelement 66 eines oder mehrere Materialien aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Isolierelement 66 eines oder mehrere der folgenden Elemente aufweisen, und zwar einem Polymer, Papier, Karton, Nylon, Filz, Seide, Baumwolle oder eine Kombination von diesen, und/oder weitere geeignete Materialien. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen das Isolierelement 66 ein durch Spritzgießen hergestelltes Polymer aufweisen, so dass das gesamte Isolierelement 66, einschließlich der Aussparungen 68, des ersten Endes 70 und des zweiten Endes 72, gleichzeitig in einer Gussform gefertigt werden kann. Bei weiteren Ausführungsformen, wie später noch detailliert erläutert wird, kann das Isolierelement 66 aus einem Schlicker einer organischen Pulpe und/oder Papier gefertigt sein und unter Verwendung eines Formgießprozesses ausgebildet sein. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Isolierelement 66 für Anwendungen verwendet werden, die keine elektrische Isolierung erfordern, und als Ergebnis kann das Isolierelement 66 leitende Materialien wie beispielsweise Eisen, Kupfer, Aluminium und andere leitende und/oder nicht-leitende Materialien aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Isolierelement 66 mit Teilen der Leiter 44 und/oder der Statorbaugruppe 26 unter Verwendung unterschiedlicher Verbindungsverfahren verbunden sein. Bei einigen Ausführungsformen können die Aussparungen 68 Abmessungen beinhalten, die im Wesentlichen ähnlich den Abmessungen der verbundenen Leitergebiete 63 sind, so dass die zwei Elemente im Wesentlichen mittels Reibpassung aneinander befestigt werden können. Bei einigen Ausführungsformen kann das Isolierelement 66 in herkömmlicher Weise mittels „B-Stage”-Verfahren aufgebracht werden. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen das Isolierelement 66 einen thermisch aktivierten Klebstoff aufweisen. Als Ergebnis kann bei einigen Ausführungsformen, nach ihrem Positionieren über den verbundenen Leitergebieten 63, das Isolierelement 66 und/oder die elektrische Maschine 20 erwärmt werden, so dass der Klebstoff zumindest teilweise aktiviert werden kann und permanent an Teilen der Leiter 44 anhaften kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Isolierelement 66 mit den Leitern 44 auf andere Weise verbunden werden. Bei einigen Ausführungsformen kann, nachdem die Verbindungsabschnitte verbunden wurden und das Isolierelement 66 über den verbundenen Leitergebieten 63 positioniert wurde, zumindest ein Teil des Moduls 10 im Wesentlichen oder vollständig mit einer zweiten Isolierung (nicht dargestellt) beschichtet werden. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen ein Lack, ein harzartiges Material (z. B. ein Epoxidharz), ein anderes isolierendes Material oder eine beliebige Kombination von diesen, zumindest auf einige Teile der elektrischen Maschine 20 aufgebracht werden, um eine zusätzliche Isolierschicht vorzusehen, um zumindest teilweise die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses und/oder von Masseschlussereignissen zwischen Bauteilen des Elektromaschinenmoduls 10 zu verringern. Bei einigen Ausführungsformen kann die zweite Isolierung durch Vakuumdruckimprägnieren, Eintauchen oder andere herkömmliche Aufbringungsverfahren aufgebracht werden. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die zweite Isolierung (z. B. ein Harz, wie beispielsweise Epoxidharz, ein Lack oder ein anderes isolierendes Material) auf die Statorbaugruppe 26 mittels Vakuumdruckimprägnieren in einer im Wesentlichen ähnlichen Weise wie dem Prozess aufgebracht werden, der in der US-Patentanmeldung Nr. 13/233,187 offenbart ist, die der Inhaberin der vorliegenden Anmeldung gehört und deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich Bestandteil der vorliegenden Anmeldung wird. Ungeachtet der Art und Weise, in welcher die zweite Isolierung aufgebracht wird, kann die zweite Isolierung einen Teil oder die Gesamtheit der Statorbaugruppe 26 (z. B. die Schlitze 42, welche die Leiter 44 bedecken, jegliche Isolierung etc.) und/oder das Isolierelement 66 durchdringen, um diese zwei Elemente miteinander zu verbinden. Als Ergebnis kann bei einigen Ausführungsformen, nachdem ein Aushärten erfolgt ist, die zweite Isolierung dazu dienen, sowohl die Leiter 44 zu isolieren als auch einige oder alle Teile der Statorbaugruppe 26 und des Isolierelementes 66 miteinander zu verbinden (z. B. kann der ausgehärtete Lack konfiguriert sein, um Teile der Statorbaugruppe 26 dauerhaft miteinander zu verbinden).
Beispielsweise kann, nachdem die verbundenen Leitergebiete 63 innerhalb zumindest eines Teils der Aussparungen 68 positioniert sind, ein Lack auf die gesamte Statorbaugruppe 26 aufgebracht werden, um die Baugruppe 26 im Wesentlichen dicht einzuschließen und alle Elemente im Wesentlichen miteinander zu verbinden, zu einem im Wesentlichen unitären Element. Weiter kann bei einigen Ausführungsformen, durch Imprägnieren des Isolierelementes 66, der Lack zumindest teilweise die strukturelle Integrität des Isolierelementes 66 verbessern und kann das Isolierelement 66 mit der Statorbaugruppe 26 und/oder den Leitern 44 im Wesentlichen dauerhaft verbinden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Lack in einige oder alle Spalte zwischen den Aussparungen 68 des Isolierelementes 66 und den verbundenen Leitergebieten 63 einsickern, was eine Verbindung zwischen diesen zwei Elementen zumindest teilweise verbessern kann. Lediglich beispielhaft kann bei Ausführungsformen, die ein Papier- und/oder Kartonisolierelement 66 aufweisen, der Lack das Isolierelement 66 im Wesentlichen oder vollständig sättigen, und sobald im Wesentlichen eine Aushärtung erfolgt ist, kann das Isolierelement 66 eine größere strukturelle Haltbarkeit aufweisen (d. h. verglichen mit einem nicht mit Lack gesättigten Isolierelement 66) und kann eine hohe dielektrische Festigkeit zwischen unterschiedlichen Teilen der Leiter 44 aufweisen.
Wie zuvor erwähnt, kann gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung das Isolierelement 66 unter Verwendung unterschiedlicher Zusammensetzungen gefertigt werden. Bei einigen Ausführungsformen, die ein Papier- und/oder Kartonisolierelement 66 aufweisen, können unterschiedliche Zusammensetzungen verwendet werden, um unterschiedlichen Anforderungen an das Isolierelement 66 zu genügen. Lediglich beispielhaft kann bei einigen Ausführungsformen das Isolierelement 66 von einem Schlickergemisch stammen (d. h. einem im Wesentlichen schlickerartigen flüssigen Gemisch). Bei einigen Ausführungsformen kann das Schlickergemisch, nachdem es vorbereitet wurde, in eine Pressform eingebracht werden, in der das Isolierelement 66 zu einer Konfiguration geformt werden kann, die vom Hersteller und/oder Endverbraucher gefordert wird. Als Ergebnis kann bei einigen Ausführungsformen das Isolierelement 66 ein Pressmatrixisolierelement 66 aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Schlickergemisch unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen, und zwar zumindest teilweise abhängig von Anforderungen eines Endbenutzers. Wie später noch detaillierter beschrieben wird, kann bei einigen Ausführungsformen das Schlickergemisch einen Basisbestandteil aufweisen, beispielsweise, jedoch nicht eingeschränkt auf, gemahlenes, zerschnitzeltes, mastiziertes und/oder vermahlenes Papier. Bei einigen Ausführungsformen kann das vermahlene Papier vermahlenes rezykliertes Papier beinhalten, und bei anderen Ausführungsformen kann das vermahlene Papier nicht zuvor verwendetes Papier aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann dem vermahlenen Papier Wasser oder eine andere wasserbasierte Lösung zugesetzt werden, um das Schlickergemisch zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen kann das finale Schlickergemisch ein Gemisch aus vermahlenem Papier und Wasser aufweisen, so dass das Isolierelement 66 durch Formgießen verarbeitetes vermahlenes Papier ohne signifikante Mengen an anderen Materialien enthält.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Schlickergemisch eines oder mehrere Additivmaterialien aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen können die Additivmaterialien dem Schlickergemisch zugesetzt werden, um unterschiedliche Eigenschaften des Isolierelementes 66 zu verbessern. Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen, um die thermischen Eigenschaften des Isolierelementes 66 zu verbessern (z. B. die Fähigkeit des Isolierelementes 66 zu verbessern, Wärmeenergie von den Leitern 44 zu empfangen und zu leiten und/oder die Leiter 44 gegen Wärmeenergie zu isolieren, die durch umgebende Elemente von Modul 10 erzeugt wird), Materialien wie beispielsweise Nomex^® oder eine Holzfaserpulpe dem Schlicker zugesetzt werden. Bei einigen Ausführungsformen können, um Abriebeigenschaften des Isolierelementes 66 zu verbessern (z. B. um die Fähigkeit des Isolierelementes 66 zu verbessern, einem Verschleiß während der Lebensdauer des Elektromaschinenmoduls zu widerstehen), Materialien wie beispielsweise Kevlar^® oder eine Holzfaserpulpe dem Schlickergemisch zugesetzt werden. Bei einigen Ausführungsformen können, um die dielektrischen Eigenschaften des Isolierelementes 66 zu verbessern (z. B. die Fähigkeit des Isolierelementes 66 zu verbessern, die Leiter 44 elektrisch zu isolieren), Materialien wie beispielsweise glasfaserverstärkter Kunststoff (z. B. eine Pulpe mit kurzgeschnittenen Glasfasern) dem Schlickergemisch zugesetzt werden. Bei einigen Ausführungsformen können, um die Festigkeit des Isolierelementes 66 zu verbessern (z. B. die Strukturfestigkeit des Isolierelementes 66 zu verbessern), Materialien wie beispielsweise, jedoch nicht eingeschränkt auf, Kevlar^®, Nomex^®, glasfaserverstärkter Kunststoff, Seide, Baumwolle, andere organische Medien oder eine beliebige Kombination von diesen, dem Schlickergemisch zugesetzt werden. Außerdem kann eine beliebige Kombination beliebiger der zuvor erwähnten Additivmaterialien dem Schlickergemisch zugesetzt werden, um gewünschte Eigenschaften des Isolierelementes 66 zu erzielen.
Bei einigen Ausführungsformen können die Additivmaterialien dem Schlicker in unterschiedlichen Anteilen zugesetzt werden. Lediglich beispielhaft kann bei einigen Ausführungsformen die Gesamtadditivmaterialzusammensetzung des endgültigen Schlickergemisches ungefähr gleich groß und/oder geringer als 20% des endgültigen Gemisches sein, und zwar bezogen auf Massen-% und/oder Volumen-%. Bei einigen Ausführungsformen ist, dadurch dass der Additivmaterialanteil auf einem Wert geringer oder im Wesentlichen gleich 20% gehalten wird, der Papieranteil des Schlickergemisches im Wesentlichen zur Selbstanhaftung fähig. Bei weiteren Ausführungsformen können andere Anteile von Additivmaterialien zugesetzt werden, sofern die Additivmaterialien chemisch und physikalisch kompatibel mit den übrigen Bestandteilen des Schlickergemisches sind (z. B. können die Additivmaterialien in Lösung bleiben, die Additivmaterialien bewirken kein Katalysieren irgendwelcher nachteiliger chemischen Reaktionen zwischen anderen Bestandteilen etc.).
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Isolierelement 66 in Anwendungen verwendet werden, bei denen eine elektrische Isolierung nicht notwendigerweise eine relevante Eigenschaft ist. Lediglich beispielhaft kann bei einigen Ausführungsformen, entweder zusätzlich oder in Verbindung mit einem Isolierelement 66 am Verschweißungsende 58 der Statorbaugruppe 26, ein Isolierelement 66 über zumindest einigen der Leiter 44 am Einsetzende 56 der Statorbaugruppe 26 positioniert sein. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das Einsatzende der Statorbaugruppe 26 nicht notwendigerweise freiliegende Teile der Leiter 44, und als Ergebnis ist, über die erste Isolierung 50 und die zweite Isolierung hinaus, nur eine geringe oder keine elektrische Isolierung erforderlich. Bei einigen Ausführungsformen können die Leiter 44 am Einsetzende 56 eine zusätzliche elektrische Isolierung erfordern, und zwar zusätzlich zu oder anstelle der ersten Isolierung 50 und der zweiten Isolierung. Zusätzlich kann ein Isolierelement 66 verwendet werden, um die Leiter 44, die sich von dem Isolierende 56 erstrecken, gegen einige oder alle Beschädigungen zu schützen, die während des Betriebs der elektrischen Maschine 20 auftreten können, und zwar zusätzlich oder anstelle eines Isolierens der Leiter 44, die sich vom Isolierende 56 erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen können, da eine elektrische Isolierung nicht benötigt wird, dem Schlickergemisch weitere Bestandteile zugesetzt werden. Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen eine Kohlenstofffaserpulpe, ein Kohlenstoffgewebe, Kohlenstoffnanoröhrchen und andere geeignete Materialien zugesetzt werden, auch wenn diese leitende Eigenschaften aufweisen können. Als Ergebnis kann bei einigen Ausführungsformen die strukturelle Festigkeit des Isolierelementes 66 verbessert werden, und das Isolierelement 66 kann verwendet werden, um die Leiter 44 zu isolieren, die sich vom Statorkern 34 am Einsetzende 56 erstrecken, und zwar zusätzlich oder anstelle eines Isolierens der Leiter 44, die sich vom Statorkern 34 am Verschweißungsende 58 erstrecken.
Bei einigen Ausführungsformen können weitere Strukturen aus der Zusammensetzung hergestellt werden, die verwendet wird, um das Isolierelement 66 herzustellen. Beispielsweise könnte bei einigen Ausführungsformen mindestens eine Struktur konfiguriert und angeordnet sein, um entlang einem Innendurchmesser der Leiter 44 des Einsetzendes 56 und/oder des Verschweißungsendes 58 der Statorbaugruppe 26 positioniert zu werden. Außerdem könnten bei einigen Ausführungsformen weitere Strukturen, die ähnliche Bestandteile aufweisen, verwendet werden, um einige Modulelemente gegen andere Elemente von Modul 10 (z. B. Phasenleiter, neutrale Stäbe etc.) im Wesentlichen zu isolieren. Weiter könnten bei einigen Ausführungsformen die Strukturen, welche ähnliche Bestandteile aufweisen, verwendet werden, um Merkmale von Modul 10, wie beispielsweise Endabdeckungen 15 bis 17, das Hülsenelement 14, weitere Bestandteile des Gehäuses 12 etc., zu isolieren, um die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwischen der elektrischen Maschine 20 und dem Gehäuse 12 zu verringern.
Zusätzlich kann bei einigen Ausführungsformen das Isolierelement 66 zumindest teilweise die Zone des Maschinenraums 22 verkleinern, die von Maschine 20 belegt wird. Beispielsweise sollten sich bei einigen herkömmlichen Maschinen die Leiter 44 um einen vorbestimmten Abstand entfernt von einer Innenfläche des Gehäuses 12 befinden, um Kurzschlüsse zu verhindern. Bei einigen Ausführungsformen kann, dadurch dass das Isolierelement 66 oder Strukturen, die ähnliche Bestandteile wie das Isolierelement 66 aufweisen, entlang einem Teil der Innenfläche des Gehäuses 12 enthalten sind, der Freiraum zwischen den Leitern 44 (d. h. den verbundenen Leitergebieten 63) und dem Gehäuse 12 verringert werden, da aufgrund der durch das Isolierelement 66 vorgesehenen Isolierung das Risiko eines Kurzschlusses verringert werden kann.
Für Fachleute versteht es sich, dass die Erfindung zwar in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen und Beispielen im Vorhergehenden beschrieben wurde, die Erfindung jedoch nicht notwendigerweise darauf eingeschränkt ist, und dass zahlreiche weitere Ausführungsformen, Beispiele, Verwendungen, Modifikationen und Abweichungen von den Ausführungsformen, Beispielen und Verwendungen durch die hier angefügten Ansprüche abgedeckt sein sollen. Die Offenbarung von jedem Patent und jeder Publikation, die hier zitiert wurde, wird hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich in das vorliegende Dokument aufgenommen, so als wenn dies für jedes Patent oder Publikation separat vorgenommen würde. Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den folgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Elektromaschinenmodul, aufweisend: ein Gehäuse, das zumindest teilweise einen Maschinenraum definiert; eine elektrische Maschine, die zumindest teilweise innerhalb des Maschinenraums positioniert ist und zumindest teilweise durch das Gehäuse umschlossen ist, wobei die elektrische Maschine beinhaltet eine Statorbaugruppe, die einen Statorkern, ein Verschweißungsende, ein Einsetzende und eine Mehrzahl von Schlitzen beinhaltet, die sich durch den Statorkern hindurch von dem Verschweißungsende zu dem Einsetzende erstrecken, und eine Mehrzahl von Leitern, die innerhalb zumindest eines Teils der Mehrzahl von Schlitzen positioniert sind, wobei sich Teile der Mehrzahl von Leitern von dem Verschweißungsende und dem Einsetzende erstrecken; und ein Isolierelement, das eine Mehrzahl von Aussparungen aufweist, die mit zumindest einem Teil der Leiter verbunden sind, welche sich von dem Verschweißungsende der Statorbaugruppe erstrecken.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil der Mehrzahl von Leitern eine erste Isolierung aufweist.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 2, wobei die Statorbaugruppe eine zweite Isolierung aufweist, wobei die zweite Isolierung das Isolierelement und die Leiter miteinander verbindet.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse einen Kühlmittelmantel aufweist.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 1, wobei das Isolierelement ein papierhaltiges Material aufweist.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 5, wobei das Isolierelement mindestens eines von Kevlar^®, Nomex^®, glasfaserverstärktem Kunststoff (fiberglass), Seide und Holzfaserpulpe aufweist.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 1, wobei das Isolierelement ein spritzgegossenes Polymer aufweist.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil der Leiter miteinander verbunden sind, um verbundene Leitergebiete zu bilden.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl von Aussparungen konfiguriert und angeordnet sind, um die verbundenen Leitergebiete aufzunehmen.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil der Mehrzahl von Schlitzen ein Schlitzelement aufweist.
Elektromaschinenmodul, aufweisend: ein Gehäuse, das einen Maschinenraum beinhaltet; eine elektrische Maschine, die zumindest teilweise innerhalb des Maschinenraums positioniert ist, wobei die elektrische Maschine beinhaltet eine Statorbaugruppe, die einen Statorkern, ein Verschweißungsende, ein Einsetzende und eine Mehrzahl von Schlitzen aufweist, die sich durch den Statorkern hindurch von dem Verschweißungsende zum Einsetzende erstrecken, und eine Mehrzahl von Leitern, die innerhalb zumindest eines Teils der Mehrzahl von Schlitzen positioniert sind, wobei Teile der Mehrzahl von Leitern sich von dem Verschweißungsende und dem Einsetzende erstrecken, jeder der Leiter einen Umwendeabschnitt beinhaltet, der sich zwischen zwei Fußabschnitten erstreckt, die Fußabschnitte abgewinkelte Abschnitte und Verbindungsabschnitte beinhalten, die sich vom Verschweißungsende erstrecken, und zumindest einige der Verbindungsabschnitte benachbarter Leiter miteinander verbunden sind, um verbundene Leitergebiete zu bilden; und ein Isolierelement, das eine Mehrzahl von Aussparungen, ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das Isolierelement so positioniert ist, dass zumindest einige der verbundenen Leitergebiete innerhalb zumindest einiger der Mehrzahl von Aussparungen aufgenommen sind, und so, dass das erste Ende des Isolierelementes im Wesentlichen benachbart zu zumindest einigen der abgewickelten Abschnitte ist.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 11, wobei das Gehäuse einen Kühlmittelmantel aufweist, der zumindest teilweise umschreibend zu einem Teil der Statorbaugruppe angeordnet ist.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 12, wobei das Gehäuse eine Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen aufweist, wobei die Statorbaugruppe innerhalb des Gehäuses so positioniert ist, dass zumindest ein Teil der Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen im Wesentlichen benachbart zu dem Verschweißungsende und dem Einsetzende sind.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 11, wobei zumindest ein Teil der Mehrzahl von Schlitzen ein Schlitzelement aufweist.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 11, wobei zumindest ein Teil der Mehrzahl von Leitern eine erste Isolierung aufweist.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 15, wobei die Statorbaugruppe eine zweite Isolierung aufweist, wobei die zweite Isolierung das Isolierelement und die Leiter miteinander verbindet.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 11, wobei das Isolierelement ein papierhaltiges Material aufweist.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 17, wobei das Isolierelement mindestens eines von Kevlar^®, Nomex^®, glasfaserverstärktem Kunststoff (fiberglass), Seide und Holzfaserpulpe aufweist.
Verfahren zur Montage einer Statorbaugruppe, wobei das Verfahren umfasst: Vorsehen einer Mehrzahl von Statorlaminierungen, die eine Mehrzahl von Zähnen beinhalten; miteinander Verbinden zumindest eines Teils der Mehrzahl von Statorlaminierungen, so dass die Mehrzahl von Zähnen im Wesentlichen fluchtend angeordnet sind, um eine Mehrzahl von Schlitzen zu bilden, und die Laminierungen einen Statorkern bilden, wobei der Statorkern ein Einsetzende und ein Verschweißungsende beinhaltet; Einsetzen einer Mehrzahl von Leitern in die Mehrzahl von Schlitzen, so dass ein erster Teil zumindest einiger der Mehrzahl von Leitern sich von dem Einsetzende des Statorkerns erstreckt und ein zweiter Teil zumindest einiger der Mehrzahl von Leitern sich von dem Verschweißungsende des Statorkerns erstreckt; Fertigen eines Isolierelementes aus einem papierhaltigen Material und mindestens einem Additivmaterial, so dass das Isolierelement eine Mehrzahl von Aussparungen aufweist; und Verbinden des Isolierelementes mit zumindest einigen des zweiten Teils von Leitern, die sich von dem Statorkern am Verschweißungsende erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 19, das weiter umfasst, dass das Isolierelement so positioniert wird, dass die Leiter mit zumindest einigen der Mehrzahl von Aussparungen aufgenommen werden.