DE112014003478T5

DE112014003478T5 - Isolationsteil für eine elektrische Maschine und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE112014003478T5
Application number: DE112014003478.9T
Authority: DE
Inventors: Chad Zook; Kirk Neet; Scott Bitzer
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2016-04-07
Also published as: US20150028716A1; US9431863B2; CN105393433A; KR20160021852A; KR101815794B1; WO2015017279A1

Abstract

Eine elektrische Maschine weist einen Kern mit einer Vielzahl von Zähnen auf, welche sich zwischen Endflächen des Kerns erstreckt. In dem Kern werden Schlitze zwischen benachbarten Zähnen der Vielzahl von Zähnen definiert. Die Schlitze weisen jeweils eine radiale Öffnung auf, welche zwischen Endbereichen der benachbarten Zähne ausgebildet ist. Ein Isolierblatt wird auf dem Kern angeordnet, um die radialen Öffnungen zu den Schlitzen zu verschließen. Die Isolation weist wenigstens zwei voneinander beabstandete umlaufende Teile auf, welche jeweils mit den Endflächen des Kerns überlappen. Das Isolierblatt weist weiterhin eine Vielzahl von voneinander beabstandeten axialen Teilen auf, welche mit den umlaufenden Teilen verbunden sind. Die axialen Teile sind in den Schlitzen angeordnet, um die radialen Öffnungen zu den Schlitzen zu verschließen.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der elektrischen Maschinen, insbesondere die elektrische Isolation von elektrischen Maschinen.
Hintergrund
Windungen, welche in modernen Anwendungen mit elektrischen Maschinen verwendet werden, sind in der Regel in einer von verschiedenen Formen ausgebildet, beispielsweise Standard-Windungsanordnungen, S-Windungsanordnungen oder segmentierte Leiteranordnungen. S-Windungsanordnungen weisen typischerweise ein durchgehendes Stück Draht auf, welches in verschiedene Schlitze des Kerns der elektrischen Maschine hinein und aus den verschiedenen Schlitzen heraus gewunden ist, um eine komplette Windung zu bilden. Der Draht weist relativ gerade Stücke auf, welche in den Schlitzen des Kerns angeordnet sind, sowie gebogene Stücke, welche sich zwischen den in den Schlitzen angeordneten Bereichen an den Enden des Kerns erstrecken. In ähnlicher Weise weisen die Windungen in einer segmentierten Windungsanordnung eine Vielzahl segmentierter Leiter auf, welche in den Schlitzen angeordnete Bereiche aufweisen, sowie Enden, welche miteinander verbunden sind. Die in den Schlitzen angeordneten Bereiche der Leiter sind in den Schlitzen eines laminierten Kernabschnitts der elektrischen Maschine (zum Beispiel Statorschlitze) angeordnet, und die Enden der Leiter sind miteinander verbunden, um Windungen für die elektrische Maschine zu bilden.
Segmentierte Leiter für elektrische Maschinen werden häufig in der Form von U-förmigen Leitern bereitgestellt, welche zwei Beine und einen zentralen U-förmig gebogenen Abschnitt aufweisen, der sich zwischen den Beinen erstreckt. Derartige U-förmige Leiter werden typischerweise durch Biegen und Verdrehen von Drahtschienen in U-förmige Leiter mit zwei Beinen und einer U-förmigen Biegung zwischen den Beinen hergestellt. Die zwei Beine sind durch einen gegebenen Abstand voneinander getrennt, der es dem Leiter ermöglicht, sich nur durch die U-förmige Biegung über eine Anzahl von Statorschlitzen zu erstrecken. Die Beine der Leiter werden dann von einem Einsetzende des Kerns aus in die Schlitze eingesetzt. Nach dem Einsetzen der Leiter in die Schlitze des Kerns sind die gebogenen Abschnitte auf einer Seite des Kerns angeordnet und die Beinenden erstrecken sich von der anderen Seite des Kerns. Die Enden der Beine können dann in geeignete Positionen gebogen werden, wobei ein erstes Bein üblicherweise in eine Richtung und ein anderes Bein in die entgegengesetzte Richtung gebogen wird, so dass der gesamte Abschnitt sich über einen vorgegebenen Bereich von Schlitzen (zum Beispiel 12 Schlitze) erstreckt. Zuletzt werden die Beinenden auf der Verbindungsseite des Stators miteinander verbunden, um die Windungen zu vervollständigen. Diese Verbindungen umfassen benachbarte Beinenden, die gerade ausgerichtet sind und miteinander verschweißt sind, nicht-benachbarte Beinenden, die durch Drahtbrücken verbunden werden, und Anschlussverbindungen. Zusammen bilden die verbundenen Leiter die vollständige Windungsanordnung.
Obwohl die Leiter an ihren Enden miteinander verbunden sind, ist darauf zu achten, dass benachbarte Leiter sich nicht gegenseitig berühren und die ausgebildete Windungsanordnung kurzschließen. Entsprechend wird in der Regel eine elektrische Isolation an den Leitern bereitgestellt, um die Leiter elektrisch voneinander zu isolieren. Isolationssysteme segmentierter Leiter weisen typischerweise eine Beschichtung aus Drahtlack auf, welche direkt vom Drahthersteller auf den bloßen Kupferdraht aufgebracht und mit diesem verbunden wird. Verschiedene Arten von Materialien und Temperaturklassen können für diese erste Isolationsschicht verwendet werden. Der Hersteller von elektrischen Maschinen verwendet typischerweise zusätzlich eine Schlitzauskleidung (engl.: slot liner) oder eine Isolationshülse, welche entlang den Wänden der Schlitze des Blechpakets angeordnet ist. Die Isolationshülse verhindert einen Kurzschluss, wenn die Leiter den Kern berühren.
Zusätzlich zu der Drahtlack-Beschichtung auf den Leitern und den Isolationshülsen in den Kernschlitzen, weisen manche Windungsanordnungen auch Isolationskeile auf. Die Isolationskeile werden über den radialen Öffnungen zu den Kernschlitzen angeordnet, um die Leiter weiterhin vor einem Kurzschluss gegen den Kern zu schützen und um die Lage der Leiter in den Schlitzen während des Zusammenbaus der elektrischen Maschine beizubehalten. Isolationskeile können mit verschiedenen Windungsanordnungen verwendet werden, beispielsweise in Standard-Windungsanordnungen, S-Windungsanordnungen und segmentierten Leiteranordnungen. Die Verwendung solcher Isolationskeile in elektrischen Maschinen kann jedoch aufgrund der Anordnung des Kerns, der Leiter oder der Windungen in einigen dieser Maschinen problematisch sein. In manchen Fällen gestaltet beispielsweise die Größe oder die Geometrie des Kerns, der Leiter oder beidem die Installation und die Anordnung der Isolationskeile in den Kernschlitzen schwierig.
Es wäre daher vorteilhaft ein Isolationsteil für elektrische Maschinen bereitzustellen, welches eine hochintegrierte Isolation bereitstellt und den Zusammenbau erleichtert, während gleichzeitig das Problem bei der Installation des Keilpapiers vermieden wird, welches aus manchen Kern-Formen resultiert. Es wäre vorteilhaft, wenn ein solches Isolationsteil leicht und mit relativ niedrigen Kosten für den Hersteller bereitgestellt werden könnte. Es wäre weiterhin vorteilhaft, wenn ein solches Isolationsteil gemeinsam mit verschiedenen Windungsanordnungen verwendet werden könnte, wie beispielsweise mit der Standard-Windungsanordnung oder der S-Windungsanordnung.
Überblick
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine elektrische Maschine mit einem Kern mit einer Vielzahl von Zähnen bereitgestellt. Die Vielzahl von Zähnen erstreckt sich zwischen Endflächen des Kerns und definiert Schlitze in dem Kern zwischen benachbarten Zähnen der Vielzahl an Zähnen. Die Schlitze haben jeweils eine radiale Öffnung, welche zwischen den Endbereichen der benachbarten Zähne gebildet ist. Ein Isolierblatt ist auf dem Kern angeordnet, um die radialen Öffnungen zu den Schlitzen zu verschließen. Das Isolierblatt weist wenigstens zwei voneinander beabstandet angeordnete umlaufende Elemente auf, welche mit den entsprechenden Endflächen des Kerns überlappen. Das Isolierblatt weist weiterhin eine Vielzahl von beabstandet zueinander angeordneten axialen Elementen auf, welche mit den umlaufenden Elementen verbunden sind. Die axialen Elemente sind in den Schlitzen angeordnet, um die radialen Öffnungen zu den Schlitzen zu verschließen.
Ein Verfahren wird bereitgestellt zur elektrischen Isolation eines Kerns einer elektrischen Maschine. Das Verfahren weist das Anordnen eines Isolierblatts nahe des Kerns auf. Der Kern weist eine Vielzahl von Zähnen auf, wobei benachbarte Zähne der Vielzahl von Zähnen Schlitze in dem Kern bilden. Die Schlitze erstrecken sich in axialer Richtung zwischen Endflächen des Kerns. Das Verfahren weist weiterhin das Einbringen des Isolierblatts in die Schlitze auf, um radiale Öffnungen zu den Schlitzen, welche zwischen Endabschnitten der benachbarten Zähne ausgebildet sind, zu verschließen. Wenigstens zwei beabstandet voneinander angeordnete umlaufende Teile des Isolierblatts überlappen mit einem Teil des Kerns. Eine Vielzahl von beabstandet zueinander angeordneten axialen Teilen, welche mit den umlaufenden Teilen verbunden sind, verschließen die radialen Öffnungen zu den Schlitzen in dem Kern.
Die oben beschriebenen Merkmale und Vorteile, wie auch weitere, werden für Fachleute leichter ersichtlich durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen. Während es wünschenswert ist, ein Isolierblatt für eine elektrische Maschine bereitzustellen, welches eines oder mehrere dieser oder anderer vorteilhafter Merkmale aufweist, erstrecken sich die hier offenbarten Lehren auch auf solche Ausführungsformen, welche unter den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen, unabhängig davon, ob sie einen oder mehrere der oben genannten Vorteile erreichen.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kerns einer elektrischen Maschine mit einer in dem Kern angeordneten Bindung;
2 zeigt eine schematische Draufsicht des Kerns aus 1;
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Schlitzes im Kern aus 1;
4 zeigt eine Seitenansicht eines Isolierblatts zur elektrischen Isolation der Windung des Kerns aus 1;
5 zeigt eine Vergrößerung eines Teils der Seitenansicht aus 4;
6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Isolierblatts aus 4, welches auf dem Kern aus 1 angeordnet ist;
7 zeigt eine Vergrößerung eines Teils der perspektivischen Ansicht des Isolierblatts und des Kerns aus 6;
8 zeigt eine radiale Schnittansicht durch das Isolierblatt und den Kern aus 7, entlang einer Linie A-A;
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur elektrischen Isolation eines Kerns einer elektrischen Maschine;
10 und 11 zeigen Seitenansichten alternativer Ausführungsformen des Isolierblatts aus 4.
Beschreibung
Bezugnehmend auf 1 ist ein beispielhafter Kern 10 einer elektrischen Maschine dargestellt, mit einer Windungsanordnung 12, welche auf dem Kern angeordnet ist. Der Kern 10 der Ausführungsform in 1 ist ein Stator, welcher magnetisch mit einem Rotor (nicht dargestellt) durch die Windungsanordnung 12 verbunden ist. Auch wenn der Kern 10 in der Ausführungsform in 1 als Stator dargestellt ist soll festgestellt werden, dass die Windungsanordnung 12 in anderen Ausführungsformen auf dem Rotor bereitgestellt werden kann. Der Stator 10 weist ein Hauptkörperteil 14 mit einer Vielzahl von Schlitzen (vergleiche 2) auf, welche darin ausgeformt sind. Eine Vielzahl von Leitern, wie beispielsweise segmentierte Leiter 18, ist in Schlitzen des Stators 10 angeordnet, um die Windungsanordnung 12 zu bilden. Isolatoren schützen die Leiter vor einem elektrischen Kontakt mit dem Kern. Wie weiter unten in größerem Detail beschrieben werden wird, weisen diese Isolatoren ein Isolationsteil auf welches in den Schlitzen bereitgestellt wird, wie beispielsweise das Isolierblatt 40, welches in Verbindung mit den 4 bis 9 weiter unten beschrieben wird.
2 zeigt eine Draufsicht des beispielhaften Kerns 10 der elektrischen Maschine aus 1, ohne die Leiter 18 der in den Statorschlitzen 16 angeordneten Windungen. Wie in 2 dargestellt, weist der Stator im Allgemeinen eine zylindrische Form auf, mit einem inneren umlaufenden Umfang 20 und einem äußeren umlaufenden Umfang 22. Der Stator 10 weist eine Vielzahl von Zähnen 24 auf, welche sich in axialer Richtung zwischen Endflächen 26, 28 (vergleiche 1) des Stators 10 erstrecken, wobei benachbarte Zähne der Vielzahl an Zähnen 24 jeden der Schlitze 16 definieren. Der beispielhafte Stator 10 aus 2 weist 60 Schlitze 16 auf. In anderen Ausführungsformen kann der Stator 10 mehr Schlitze oder weniger Schlitze aufweisen. Radiale Öffnungen 30 zu den Schlitzen 16 werden durch den inneren Umfang 20 zwischen Endbereichen 32 der benachbarten Zähne bereitgestellt, und axiale Öffnungen zu den Schlitzen 10 werden durch die Endflächen 26, 28 des Stators 10 bereitgestellt.
3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines der Schlitze 16 des Stators 10 mit den in dem Stator angeordneten segmentierten Leitern 18. In der beispielhaften Ausführungsform in 3 weisen die segmentierten Leiter 18 einen rechteckigen Querschnitt auf und in jedem Schlitz 16 sind vier Leiter 18 angeordnet. In anderen Ausführungsformen können die Leiter 18 unterschiedliche Formen aufweisen und mehr oder weniger Leiter können in jedem der Schlitze 16 angeordnet sein. Weiterhin, obwohl die Leiter 18 in der hier dargestellten beispielhaften Ausführungsform als segmentierte Leiter beschrieben und dargestellt sind, werden Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass die Leiter Teil unterschiedlicher Windungsanordnungen sein können, wie beispielsweise Standard-Windungsanordnungen oder S-Windungsanordnungen. In der segmentierten Leiteranordnung, wie sie hierin beschrieben ist, ist jeder der Leiter 18 von benachbarten Leitern in den Schlitzen 16 durch wenigstens eine Isolationsschicht 34 getrennt und ist in manchen Ausführungsformen von dem Stator 10 durch eine Isolationshülse 36 getrennt, welche benachbart zu Oberflächen des Schlitzes 16 angeordnet ist. Wie in 3 dargestellt, ist die Isolationshülse 36 derart angeordnet, dass sie im Wesentlichen die Leiter 18 in jedem der Schlitze 16 umgibt.
4 zeigt eine Seitenansicht eines beispielhaften Isolierblatts 40 zum Isolieren und zum Aufrechterhalten der Positionen der Leiter 18 des Stators aus 1. Das beispielhafte Isolierblatt 40 in 4 weist zwei voneinander beabstandete umlaufende Teile 42 und eine Vielzahl voneinander beabstandete axiale Teiler 44 auf, welche mit den umlaufenden Teilen 42 verbunden sind. In anderen Ausführungsformen kann das Isolierblatt 40 mehr oder weniger voneinander beabstandete umlaufende Teile 42 aufweisen. Wie weiter unten in größerem Detail beschreiben wird, sind die axialen Teile 44 des Isolierblatts 40 dazu ausgebildet, die radialen Öffnungen 30 zu den Schlitzen 16 des Stators 10 zu verschließen, wenn das Isolierblatt 40 auf dem Stator angeordnet wird.
5 zeigt einen vergrößerten Teil der Seitenansicht aus 4, um die Merkmale des Isolierblatts 40 darzustellen. Wie in 5 dargestellt, weisen die axialen Teile 44 jeweils eine erste umlaufende Breite 46 auf, welche entlang ihrer Länge 45 zwischen den umlaufenden Teilen 42 im Wesentlichen gleich bleibend ist (vergleiche 4). Die Länge 45 der axialen Teile 44 zwischen den Verbindungen ihrer respektiven Enden mit den umlaufenden Teilen 42 ist größer als die axiale Schlitzlänge der Statorschlitze 16, um die Leiter 18 von dem Stator 10 zu isolieren. In wenigstens einer Ausführungsform weist das Isolierblatt 40 die gleiche Anzahl axialer Teile 40 auf, wie Schlitze 16 in dem Stator 10 vorhanden sind.
An der Verbindungsstelle zwischen den axialen Teilen 44 und den umlaufenden Teilen 42, weisen die axialen Teile 44 jeweils eine zweite umlaufende Breite 48 auf, welche geringer ist als die erste umlaufende Breite 46. Die unterschiedlichen Breiten 46, 48 der axialen Teile 44 in der Nähe der Verbindung zwischen den axialen Teilen 44 mit den umlaufenden Teilen 42 ermöglichen eine Bewegung jedes axialen Teils 44, oder Teilen davon, relativ zu den anderen Bereichen der axialen Teile und/oder der umlaufenden Teile 42. Die Bewegung der axialen Teile 44 kann das Biegen oder Verdrehen des gesamten axialen Teils 44 oder eines oder mehrerer der axialen Endbereiche 50 der axialen Teile um eine Achse des axialen Teils 44 aufweisen. In der beispielhaften Ausführungsform in 5 weist das Isolierblatt 40 ein Verhältnis der ersten umlaufenden Breite 46 zu der zweiten umlaufenden Breite 48 von etwa 1,53 zu 1 auf. Das Verhältnis dieser Breiten 46, 48 in anderen Ausführungsformen kann geringer oder größer sein als 1,53 zu 1.
Wie in der beispielhaften Ausführungsform in 5 dargestellt, weist das Isolierblatt 40 glatte gebogene Übergänge von der zweiten umlaufenden Breite 48 zu der ersten umlaufenden Breite 46 auf, um Materialspannungen zu reduzieren wenn sich die axialen Teile 44 biegen oder verdrehen. Die Übergänge 51 in der Ausführungsform in 5 weisen einen Radius von 0,4 Millimetern auf. In anderen Ausführungsformen kann der Radius der Übergänge 51 geringer oder größer sein als 0,4 Millimeter. In weiteren Ausführungsformen können ein oder mehrere Schlitze in der Nähe der Verbindung zwischen den axialen Teilen 44 und den umlaufenden Teilen 42 zusätzlich zu oder anstatt den gebogenen Übergängen 51 bereitgestellt werden, um Materialspannungen zu reduzieren wenn sich die axialen Teile 44 verbiegen oder verdrehen.
Die 6 und 7 zeigen perspektivische Ansichten des Stators 10 aus 2 mit dem beispielhaften Isolierblatt 40 aus 5, welches auf dem Stator angeordnet ist. Wie am Besten in 7 gezeigt ist, welche eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Stators 10 aus 6 mit den auf den Schlitzen 16 angeordneten Isolierblättern 36 darstellt, sind die beabstandeten umlaufenden Teile 42 des Isolierblatts 40 in axialer Richtung über die Endflächen 26, 28 des Stators 10 hinausragend angeordnet und überlappen mit einem Teil der Zähne 24 in der Nähe der Endbereiche 32 der Zähne 24. Die Anordnung der umlaufenden Teile 42 in axialer Richtung über die Endflächen 26, 28 hinausragend ermöglicht es, die axialen Teile 44 des Isolierblatts 40 in die Schlitze 16 des Stators 10 aus einer Position, welche in radialer Richtung innerhalb des inneren Umfangs 20 (vergleiche 2) liegt, in eine Position welche in radialer Richtung außerhalb des inneren Umfangs 20 liegt einzuführen.
In der beispielhaften Ausführungsform in 6, erstrecken sich die umlaufenden Teile 42 des Isolierblatts 40 im Wesentlichen um die Endflächen 26, 28 des Stators 10 und eines der axialen Teile 44 ist in jedem der Schlitze 16 angeordnet. In anderen Ausführungsformen können sich die umlaufenden Teile 42 lediglich um einen Teil der Endflächen 26, 28 erstrecken. In einigen Ausführungsformen, in welchen sich das Isolierblatt 40 nur um einen Teil der Endflächen 26, 28 erstreckt, können ein oder mehrere zusätzliche Isolierblätter (nicht dargestellt) auf dem Stator 10 in Kombination mit dem Isolierblatt 40 angeordnet sein. Das Isolierblatt 40 und das eine oder die mehreren zusätzlichen Isolierblätter können sich um einen Teil der Endflächen 26, 28 erstrecken oder können sich im Wesentlichen um die Endflächen erstrecken. Beispielsweise in einem Stator mit sechsundneunzig Schlitzen, können vier verschiedene Isolierblätter mit jeweils vierundzwanzig axialen Teilen verwendet werden, um die Schlitze mit axialen Teilen zu füllen.
8 zeigt eine radiale Schnittansicht durch den Teil des Stators 10 aus 7 entlang einer Linie A-A, um die Anordnung der axialen Teile 44 innerhalb der Schlitze 16 darzustellen, wenn das Isolierblatt 40 auf dem Stator angeordnet ist. Die Schlitze 16 weisen eine im Wesentlichen konstante Schlitzbreite 52 über die Bereiche der Schlitze 16 auf, in welche die Leiter 18 in den Stator 10 einführt werden. Die radialen Öffnungen 30 zu den Schlitzen 16 weisen eine Öffnungsbreite 54 zwischen den Endabschnitten 32 der Zähne 24 auf. In den in den Figuren dargestellten beispielhaften Ausführungsformen ist die Öffnungsbreite 54 geringer als sowohl die Schlitzbreite 52 als auch die erste umlaufende Breite 46 der axialen Teile 44. Die geringere Größe der Öffnungsbreite 54 im Vergleich zu der ersten umlaufenden Breite 46 ermöglicht es den Endbereichen 32 der Zähne 24 die axialen Teile 44 innerhalb der Schlitze 16 zu halten, nachdem das Isolierblatt 40 auf dem Stator 10 angeordnet wurde. In der ersten beispielhaften Ausführungsform in 8 ist die erste umlaufende Breite 46 der axialen Teile 44 dünner dargestellt, als die Schlitzbreite 52 der Schlitze. In anderen Ausführungsformen kann die erste umlaufende Breite 46 gleich groß oder größer sein, als die Schlitzbreite 52 der Schlitze 16. In Ausführungsformen, in welchen die erste umlaufende Breite 46 größer ist als die Schlitzbreite 52, kann sich das axiale Teil 44 verbiegen oder verdrehen, um in den Schlitz 16 zu passen.
Unter Bezugnahme auf die 7 und 8 sind die umlaufenden Teile 42 des Isolierblatts 40 versetzt von dem inneren Umfang 20 des Stators 10 dargestellt, so dass die umlaufenden Teile 42 einen Teil der Zähne 24 in der Nähe der Endbereiche 32 der Zähne 24 überlappen. Die Größe der Überlappung der umlaufenden Teile 42 mit den Zähnen 24 des Stators 10 bestimmt im Wesentlichen die Position der axialen Teile 44 innerhalb der Schlitze 16. Insbesondere bezugnehmend auf 8, überlappen die umlaufenden Teile 42 mit den Endbereichen 32 der Zähne 24, so dass die axialen Teile 44 in etwa mittig zwischen dem Übergang der Schlitzbreite 52 zu der Öffnungsbreite 54 und dem inneren Umfang 20 angeordnet sind. In anderen Ausführungsformen können die umlaufenden Teile 42 mehr oder weniger mit den Endbereichen 32 der Zähne 24 überlappen, so dass die axialen Teile 44 weiter entfernt von oder näher zu dem inneren Umfang 20 angeordnet sind. Wie am Besten in 8 dargestellt ist, sind die axialen Teile 44 in radialer Richtung innerhalb von den Isolierhülsen 36 angeordnet, unabhängig von der Größe der Überlappung der umlaufenden Teile 42 mit den Endbereichen 32 der Zähne 24.
Das beispielhafte Isolierblatt 40 der 4 bis 8 wird hergestellt aus DuPont^TM Nomex^® Papier-Typ 410 und weist eine Dicke von etwa 0,127 Millimetern auf. In anderen Ausführungsformen kann das Isolierblatt 40 aus anderen Materialien hergestellt werden, welche die selbe oder eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Derart alternative Materialien können andere nicht entflammbare Aramide aufweisen, welche eine vergleichbare inhärente Spannungsfestigkeit, mechanische Belastbarkeit, Flexibilität und Spannkraft aufweisen.
Ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 900 zur elektrischen Isolation eines Kerns 10 einer elektrischen Maschine ist in 9 dargestellt. In der unten stehenden Diskussion bezieht sich ein Verweis auf das Verfahren, welches eine Funktion oder eine Aktion ausführt, auf einen oder mehrere menschliche Bedienpersonen und zugehörige Betriebsmittel, welche die Funktion oder Aktion durchführen. Das Verfahren beginnt mit dem Einführen einer Vielzahl von Leitern 18 in Schlitze 16, welche in dem Kern 10 ausgebildet sind, um eine Windungsanordnung zu bilden (Block 902). Die Schlitze 16 werden durch benachbarte Zähne einer Vielzahl von Zähnen 24 definiert, welche um den Kern 10 angeordnet sind. Die Schlitze 16 erstrecken sich in axialer Richtung zwischen den Endflächen 26, 28 des Kerns 10 und weisen radiale Öffnungen 30 auf, welche zwischen den Endbereichen 32 der benachbarten Zähne durch einen inneren Umfang 20 des Kerns 10 ausgebildet sind.
Wenn die Leiter 18 in den Schlitzen 16 angeordnet wurden (Block 902) wird ein Isolierblatt 40 (4 bis 8) nahe der radialen Öffnungen 30 zu den Schlitzen 16 des Kerns 10 angeordnet (Block 904). Das Isolierblatt 40 wird dann auf dem Kern 10 angeordnet, so dass wenigstens zwei voneinander beabstandete umlaufende Teile 42 des Isolierblatts 40 mit den entsprechenden Endflächen 26, 28 des Kerns 10 überlappen und eine Vielzahl axialer Teile 44 welche jeweils mit den umlaufenden Teilen 42 verbunden sind wird in den Schlitzen 16 angeordnet (Block 906).
Das Anordnen der axialen Teile 44 in den Schlitzen 16 weist das Versetzen der axialen Teile 44 in einer im Wesentlichen radialen Richtung von einer ersten Position, welche in radialer Richtung innerhalb des inneren Umfangs 20 des Kerns 10 liegt, in eine zweite Position, welche in radialer Richtung außerhalb des inneren Umfangs 20 und innerhalb der Schlitze 16 liegt. Die radialen Öffnungen 30 weisen eine Öffnungsbreite 54 auf, welche kleiner ist als eine erste umlaufende Breite 46 der axialen Teile 44. Während der Anordnung der axialen Teile 44 aus der ersten Position in die zweite Position (Block 906) wird ein Teil der axialen Teile 44 oder sämtliche axialen Teile 44 gebogen oder verdreht, um durch die schmaleren radialen Öffnungen 30 zu passen. Wenn das Isolierblatt 40 auf dem Kern angeordnet wurde (Block 906) wird ein Isoliermaterial, zum Beispiel Lack, auf die Leiter 18 in den Schlitzen 16 aufgebracht, um die Leiter vor ihrer Betriebsumgebung zu schützen und um die Leiter 18 zusätzlich von dem Kern 10 und voneinander zu isolieren (Block 908).
Die vorgegangene detaillierte Beschreibung eines oder mehrerer Ausführungsformen des Isolierblatts wurde lediglich anhand von Beispielen beschrieben und ist nicht auf diese beschränkt. Es versteht sich, dass bestimmte hierin beschriebene Merkmale und Funktionen verschiedene Vorteile aufweisen, welche erreicht werden können ohne andere hierin beschriebene Merkmale und Funktionen zu realisieren. Weiterhin versteht es sich, dass verschiedene Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen der oben offenbarten Ausführungsformen und andere Merkmale und Funktionen, oder Alternativen davon, in vielen verschiedenen unterschiedlichen Ausführungsformen, Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Beispielsweise in einer alternativen Ausführungsform, weist das Isolierblatt 140 (vergleiche 10) ein umlaufendes Teil 142 und ein axiales Teil 144, welches mit dem umlaufenden Teil 142 verbunden ist, auf, um ein einzelnes Isolierblatt mit einer T-förmigen Geometrie herzustellen. In dieser Ausführungsform können eines oder mehrere T-förmige Isolierblätter auf dem Kern angeordnet werden, um die radialen Öffnungen zu den Schlitzen in dem Kern zu verschließen. In einer anderen alternativen Ausführungsform weist das Isolierblatt 240 (vergleiche 11) zwei voneinander beabstandete umlaufende Teile 242 und ein axiales Teil 244 auf, welches mit den umlaufenden Teilen 242 verbunden ist, um ein einzelnes Isolierblatt mit einer I-förmigen Geometrie zu bilden. Ähnlich wie bei dem T-förmigen Isolierblatt 140 können eines oder mehrere I-förmige Isolierblätter auf dem Kern angeordnet werden, um die radialen Öffnungen zu den Schlitzen zu verschließen. Derzeit ungeahnte oder unvorhergesehene Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen können von Fachleuten in der Folge erreicht werden, welche ebenfalls von den beigefügten Ansprüchen umfasst sein sollen. Deshalb sollen der Geist und der Schutzumfang der beigefügten Ansprüche nicht auf die Beschreibung der hierin enthaltenen Ausführungsformen eingeschränkt werden.

Claims

Eine elektrische Maschine mit: einem Kern mit einer Vielzahl von Zähnen, welche sich in axialer Richtung zwischen Endflächen des Kerns erstrecken, wobei benachbarte Zähne der Vielzahl von Zähnen einen Schlitz definieren mit einer radialen Öffnung, welche zwischen Endbereichen der benachbarten Zähne ausgebildet ist; und einem Isolierblatt mit wenigstens zwei voneinander beabstandeten Seitenbereichen und einem verbindenden Bereich, welcher mit den Seitenbereichen verbunden ist, wobei die Seitenbereiche mit einem Teil des Kerns überlappen, um den verbindenden Bereich in dem Schlitz anzuordnen um die radiale Öffnung zu verschließen.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 1, wobei das Isolierblatt eine Vielzahl voneinander beabstandeter verbindender Bereiche aufweist, welche mit den Seitenbereichen verbunden sind, wobei jeder der verbindenden Bereiche derart angeordnet ist, um die entsprechenden radialen Öffnungen zu verschließen, welche zwischen den Endbereichen benachbarter Zähne ausgebildet sind.
Elektrische Maschine gemäß Anspruch 1, wobei jeder der benachbarten Zähne eine radiale Fläche aufweist, welche sich in axialer Richtung entlang eines Teils der Endbereiche der benachbarten Zähne erstreckt, wobei der verbindende Bereich des Isolierblatts entfernt von den radialen Flächen der benachbarten Zähne liegt, wenn der verbindende Bereich angeordnet ist um die radialen Öffnungen zu verschließen.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 1, wobei: die radiale Öffnung eine erste Breite aufweist, welche in einer umlaufenden Richtung zwischen den Endbereichen der benachbarten Zähne gemessen wird, der Schlitz an einer Position, welche entfernt von den Endbereichen angeordnet ist, eine zweite Breite aufweist, welche in der umlaufenden Richtung zwischen den benachbarten Zähnen gemessen wird, und der verbindende Bereich des Isolierblatts eine dritte Breite aufweist, welche in der umlaufenden Richtung gemessen wird, wobei die erste Breite geringer ist als die zweite Breite und wobei die dritte Breite größer ist als die erste Breite und entweder größer als, kleiner als oder gleich groß wie die zweite Breite.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 4, wobei der verbindende Bereich des Isolierblatts an der Verbindungsstelle des verbindenden Bereichs und wenigstens einem der Seitenbereiche eine vierte Breite aufweist, welche in der umlaufenden Richtung gemessen wird, wobei die vierte Breite geringer ist als die dritte Breite, um es einem Teil des verbindenden Bereichs zu erlauben sich zu biegen oder zu verdrehen.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 1, welche weiterhin eine Isolierhülse aufweist, welche in dem Schlitz angeordnet ist, um die Oberflächen der benachbarten Zähne, welche den Schlitz definieren, zu bedecken.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 6, wobei sich die Isolationshülse über wenigstens eine der Endflächen des Kerns hinaus erstreckt, wobei wenigstens einer der Seitenbereiche des Isolierblatts derart angeordnet ist, um mit einem Teil der Isolationshülse, welche sich über die wenigstens eine Endfläche hinaus erstreckt, zu überlappen.
Elektrische Maschine gemäß Anspruch 6, welche weiterhin wenigstens einen elektrischen Leiter aufweist, welcher in dem Schlitz angeordnet ist, wobei die Isolationshülse den wenigstens einen elektrischen Leiter von den Oberflächen der benachbarten Zähne, welche den Schlitz definieren, elektrisch isoliert.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 1, wobei das Isolierblatt eine Dicke von etwa 0,127 Millimetern aufweist.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 1, wobei das Isolierblatt aus feuerbeständigem Aramid-Material besteht.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 1, wobei die Seitenbereiche und der verbindende Bereich das Isolierblatt einstückig bilden.
Eine elektrische Maschine mit: Einem Kern mit einer Vielzahl von Zähnen, wobei benachbarte Zähne der Vielzahl von Zähnen einen Schlitz definieren, welcher sich in axialer Richtung zwischen Endflächen des Kerns erstreckt; und ein Isolierblatt, welches einen ersten umlaufenden Teil und einen axialen Teil aufweist, welcher mit dem umlaufenden Teil verbunden ist, wobei der erste umlaufende Teil mit einem ersten Bereich des Kerns überlappt und der axiale Teil in dem Schlitz angeordnet ist.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 12, wobei das Isolierblatt eine Vielzahl voneinander beabstandeter axialer Teile aufweist, welche mit dem ersten umlaufenden Teil verbunden sind, wobei jedes der axialen Teile derart angeordnet ist, um die durch die benachbarten Zähne der Vielzahl von Zähnen gebildeten Schlitze in radialer Richtung zu verschließen.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 13, wobei sich die ersten und zweiten umlaufenden Teile im Wesentlichen um die Endflächen herum erstrecken und wobei einer der Vielzahl von voneinander beabstandeten axialen Teile in jedem der Schlitze angeordnet ist.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 12, wobei das Isolierblatt weiterhin einen zweiten umlaufenden Teil aufweist, welcher beabstandet von dem ersten umlaufenden Teil ist, wobei der zweite umlaufende Teil mit dem axialen Teil verbunden ist und mit einem zweiten Bereich des Kerns überlappt.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 12, wobei: die benachbarten Zähne jeweils einen Endbereich aufweisen, welcher eine Breite des Schlitzes in dem Endbereich in einer umlaufenden Richtung reduziert, und der axiale Teil eine erste Breite in der umlaufenden Richtung aufweist, welcher größer ist als die Breite des Schlitzes in den Endbereichen, so dass die Endbereiche der benachbarten Zähne es erleichtern, die axialen Teile innerhalb der Schlitze in radialer Richtung zu halten.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 16, wobei der axiale Teil des Isolierblatts an der Verbindungsstelle zwischen dem axialen Teil und dem ersten umlaufenden Teil eine zweite Breite aufweist, welche in der umlaufenden Richtung gemessen wird, wobei die zweite Breite geringer ist als die erste Breite, um es einem Bereich des axialen Teils zu ermöglichen sich zu verbiegen oder zu verdrehen.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 12, wobei der Kern der elektrischen Maschine ein Statorkern ist.
Ein Verfahren zur elektrischen Isolation eines Kerns einer elektrischen Maschine, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen eines Isolierblatts in der Nähe des Kerns, wobei der Kern eine Vielzahl von Zähnen aufweist, wobei benachbarte Zähne der Vielzahl von Zähnen einen Schlitz definieren, welcher sich in axialer Richtung zwischen Endflächen des Kerns erstreckt; und Einbringen des Isolierblatts in den Schlitz, so dass ein umlaufender Teil des Isolierblatts mit einem Bereich des Kerns überlappt, und ein axialer Teil, welcher mit dem umlaufenden Teil verbunden ist, in dem Schlitz angeordnet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei: Wenigstens ein elektrischer Leiter in dem Schlitz angeordnet wird bevor das Isolierblatt in radialer Richtung in den Schlitz eingebracht wird, und das Einbringen des Isolierblatts in den Schlitz das Einbringen einer Vielzahl von axialen Teilen in entsprechende Schlitze in einer radialen Richtung aufweist, um die Schlitze in radialer Richtung zu verschließen, wobei jeder der axialen Teile von einem anderen beabstandet angeordnet ist und mit dem umlaufenden Teil verbunden ist.