EP4078777A1 - Isolationsvorrichtung, statorvorrichtung, elektrische maschine und verfahren zur herstellung einer statorvorrichtung - Google Patents

Isolationsvorrichtung, statorvorrichtung, elektrische maschine und verfahren zur herstellung einer statorvorrichtung

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Publication number
EP4078777A1
EP4078777A1 EP20824510.0A EP20824510A EP4078777A1 EP 4078777 A1 EP4078777 A1 EP 4078777A1 EP 20824510 A EP20824510 A EP 20824510A EP 4078777 A1 EP4078777 A1 EP 4078777A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wall
stator
receiving space
axial direction
insulation device
Prior art date
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Pending
Application number
EP20824510.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nils Krais
Stefan Denzinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo eAutomotive Germany GmbH
Original Assignee
Valeo eAutomotive Germany GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo eAutomotive Germany GmbH filed Critical Valeo eAutomotive Germany GmbH
Publication of EP4078777A1 publication Critical patent/EP4078777A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/38—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation around winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto

Definitions

  • stator device electrical machine and method for manufacturing a stator device
  • the present invention relates to an insulation device for a stator having hairpin windings.
  • the invention relates to a stator device, an electrical machine and a method for producing a stator device.
  • Stators with hairpin windings are the focus of industrial development efforts, especially in the field of electric drives for vehicles. Compared to distributed windings, they allow in particular a largely automated production, because there is no need for laborious pulling in of windings formed from thin wires.
  • the document DE 102012219668 A1 discloses an electric motor with a stator having a plurality of slots. Hairpin bobbins are set in the slots. Furthermore, an electrically conductive connector is provided which surrounds the end regions of two hairpin coils in order to electrically connect the two hairpin coils to one another. An insulating cap is placed on the connector.
  • the arrangement of individual insulation caps on the end windings of the hairpin windings is very complex.
  • this is also time-consuming, sometimes results in soiling from the powder coating, and there is a risk that the coating can reach undesired locations on the stator.
  • cracks can arise in a powder coating obtained in this way.
  • the invention is therefore based on the object of providing a possibility for the improved, in particular less expensive, more durable and less dirt-free insulation of end windings of a stator having hairpin windings.
  • an insulation device for a stator having hairpin windings comprising a first wall which extends along an axial direction and a circumferential direction with respect to a central axis of the insulation device and a plurality of second walls which each extend along the axial direction and a Radialrich device extend with respect to the central axis and protrude from the first wall, where in pairs of adjacent second walls there are boundaries of a receiving space for a winding head of the hairpin windings in the circumferential direction and the first wall forms a delimitation of a respective receiving space in the radial direction.
  • the invention is based on the idea of realizing the insulation of the winding heads by an insulation device which can be attached to the end of the stator and which provides a receiving space for winding heads that are to be insulated from each other.
  • the receiving space forms boundaries in the radial direction and in the circumferential direction through the first wall and the second walls and thus defines required air and creepage distances between adjacent winding heads in the radial direction.
  • the isolation of the winding heads can thus advantageously be carried out in a single operation by attaching the Isolationsvorrich device, whereby the isolation becomes considerably less complex in terms of both time and manufacturing costs.
  • an expensive and polluting powder coating can be dispensed with.
  • the insulation device enables a more durable insulation with regard to the risk of crack formation in the case of a powder coating.
  • the insulation device is preferably formed from an electrically insulating plastic.
  • the insulation device according to the invention is typically designed as an injection-molded part.
  • the insulation device according to the invention can expediently have at least twelve, preferably at least twenty-four, particularly preferably at least thirty-six, very particularly preferably at least forty-eight second walls.
  • Hairpin windings in the context of the present invention are windings that are formed from essentially rigid, possibly curved, pins.
  • the term “hairpin winding” is also known for hairpin winding, so that the term “hairpin” - also in word combinations - can be replaced by “hairpin”.
  • the term “pin” can also be replaced by “metal rod”.
  • the insulation device according to the invention preferably further comprises a third wall which extends radially spaced from the first wall along the axial direction and the circumferential direction and forms a further delimitation of the respective receiving space in the radial direction. In this way, radial insulation of the winding heads on both sides is achieved.
  • the second walls cross the first wall, so that the pairs each form boundaries of a second receiving space, which is radially spaced from the first receiving space, for a winding head of the hairpin windings in the circumferential direction and the first wall forms a boundary of a respective second receiving space in the radial direction.
  • an effective insulation of hairpin windings which have two winding heads at respective positions in the circumferential direction, can be realized.
  • the insulation device further comprises a fourth wall, which extends along the axial direction and the circumferential direction at a radial distance from the first wall, so that the fourth wall has a further one Delimitation of the respective second receiving space in the radial direction ausbil det. In this way, radial isolation of the second receiving spaces on both sides can be realized.
  • the insulation device also includes a rear wall from which the first wall and the second walls protrude and which forms a delimitation of the receiving space in the axial direction.
  • the delimitation is designed in such a way that the winding heads can protrude into the receiving space on a side of the first receiving space opposite the rear wall.
  • the rear wall forms a delimitation of the respective second receiving space in the axial direction.
  • the delimitation is designed such that the end winding can protrude into the second receiving space on a side opposite the rear wall.
  • the third wall protrudes from the rear wall.
  • the fourth wall protrudes from the rear wall.
  • the insulation device can advantageously be adapted to the shape of a stator housing.
  • the isolation device according to the invention particularly advantageously comprises one or more latching elements for positively locking the isolation device.
  • the isolation device can be attached with little effort, but at the same time robustly, by means of a latching connection.
  • the invention also relates to an insulation device for a stator having hairpin windings, comprising a first wall which extends along an axial direction device and a circumferential direction with respect to a central axis of the Isolationsvorrich device and a plurality of second walls, which each extend along the axial direction and a radial direction with respect to the central axis and protrude from the first wall, pairs of adjacent second walls each delimiting a receiving space for a winding head form the hairpin windings in the circumferential direction and the first wall forms a delimitation of a respective receiving space in the radial direction.
  • the isolation device comprises one or more latching elements for positively locking the isolation device.
  • stator device for an electrical machine comprising an insulation device according to the invention and the stator, the end windings being introduced into the receiving spaces.
  • each winding head can expediently be formed from at least two cohesively connected hairpin elements of the hairpin windings.
  • the hairpin elements are typically welded or soldered.
  • the hairpin windings of the stator device according to the invention can be formed from hairpin elements.
  • the hairpin elements or some of the hairpin elements can be U-pins, for example, which penetrate stator slots, are bent over on an end face of the stator opposite the winding heads and are guided back through another stator slot.
  • the hairpin elements or some of the hairpin elements can also be I-pins, which are materially connected to other hairpin elements on both end faces of the stator.
  • the hairpin windings typically have an electrically insulating surface layer outside the insulation device.
  • the stator device comprises a stator housing, it being possible for the insulation device to be attached to the stator housing, preferably to a bearing plate of the stator housing.
  • the stator housing expediently comprises locking elements for producing a locking connection with the or a respective locking element of the isolation device.
  • the insulation device is attached to the stator by means of a potting compound arranged in at least some of the receiving spaces, enclosing the winding heads received in the receiving spaces and / or by means of an adhesive.
  • the object on which the invention is based is also achieved by an electrical machine, comprising a stator device according to the invention.
  • the electrical cal machine is typically designed to drive an electrically drivable vehicle, for example an electric vehicle (BEV) or a hybrid vehicle.
  • BEV electric vehicle
  • the central axis of the Isolationsvor direction corresponds to an axis of rotation of the electrical machine.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a method for producing a stator device, comprising the following steps: providing an insulation device according to the invention; Providing the stator with the hairpin windings; Arranging the isolation device on the Wickelköp fen the hairpin windings, so that the winding heads are introduced into the receiving spaces; and attaching the isolation device.
  • the manufacturing method according to the invention further comprises the following steps: providing a Statorge housing; wherein the isolation device is attached to the stator housing, preferably to egg nem end shield of the stator housing.
  • the following steps can be provided: arranging a potting compound and / or that of an adhesive in at least some of the receiving spaces so that the Isolation device is attached to the stator after curing of the potting compound and / or the adhesive.
  • Fig. 1 is a sectional view of an embodiment of an electrical machine's rule with an embodiment of the stator device according to the invention and an embodiment of the insulation device according to the invention;
  • FIG. 2 shows a detailed view of FIG. 1 in the area of a first and second exception room of the isolation device.
  • FIG. 5 shows a detailed view of a latching element of the insulation device.
  • FIG. 1 is a sectional illustration of an exemplary embodiment of an electrical machine 1.
  • the electrical machine 1 comprises a stator device 2, within which a rotor 4 connected non-rotatably to a shaft 3 is rotatably mounted.
  • the stator device 2 comprises a stator 5, which is formed from a multiplicity of historical individual laminations and has stator slots formed axially with respect to an axis of rotation of the rotor 4. Hairpin windings 6 are received in the stator slots of the stator 5 and form winding heads 8 on a first end face.
  • the stator device 2 furthermore comprises an exemplary embodiment of an isolation device 9.
  • FIG. 2 is a detailed view of FIG. 1 in the area of a first receiving space 10 and a second receiving space 11 of the insulation device 9.
  • the insulation device 9 comprises a first wall 12, which extends along an axial direction and a circumferential direction with respect to a central axis, which here is identical to the axis of rotation of the rotor 4 (see FIG. 1).
  • the Isolationsvor device 9 further comprises a plurality of second walls 13a, 13b (see FIG. 3), of which only the second wall 13a is visible in FIG. 2.
  • the second walls 13a, 13b each extend along the axial direction and a radial direction with respect to the central axis and protrude from the first wall 12 in the Ra dial direction. Adjacent pairs of the second walls 13a, 13b each form a delimitation of the first receiving space 10 for receiving a winding head 8 in the circumferential direction.
  • the first wall 12 forms an inner boundary Be a respective first receiving space 10 in the radial direction.
  • the insulation device 9 comprises a third wall 14, which extends along the axial direction and the circumferential direction at a radially outward distance from the first wall 12.
  • the third wall 14 forms an outer boundary of the respective first receiving space 10 in the radial direction.
  • the second walls 13a, 13b and the first wall 12 intersect so that the pairs of the adjacent second walls 13a, 13b each form boundaries of the second receiving spaces 11 in the circumferential direction.
  • the first Wall 12 forms an outer boundary of the respective second receiving space 11 in the radial direction.
  • One of the winding heads 8 is received in each of the second receiving spaces 11.
  • a fourth wall 15 of the insulation device 9 extends along the axial direction and the circumferential direction radially inwardly spaced from the first wall 12, so that the fourth wall 15 forms an inner boundary of the respective second receiving space 11 in the radial direction.
  • the insulation device 9 includes a rear wall 16 from which the first wall 12, the second walls 13a, 13b, the third wall 14 and the fourth wall 15 protrude in the axial direction.
  • the rear wall 16 forms a delimitation of the first and second receiving spaces 10, 11 in the axial direction.
  • the rear wall 16 is inclined relative to the first wall 12 with respect to the axial direction.
  • the insulation device 9 in the present example has forty-eight second walls 13a, 13b which are arranged equidistantly in the circumferential direction.
  • the number of first receiving spaces 10 and the number of second receiving spaces 11 correspond to the number of second walls 13a, 13b.
  • the insulation device 9 further comprises three locking elements 17, which are arranged equidistantly from one another in the circumferential direction on the rear wall 16.
  • FIG. 5 is a detailed view of a latching element 17. It can be seen that it protrudes axially from the rear wall 16 and has a latching lug 18 extending radially inward.
  • the stator device 2 has a stator housing 19 which comprises a bearing plate 20 arranged on the end face 7.
  • the Isola tion device 9 rests on the bearing plate 20, the inclination of the rear wall 16 tracks an inclination of the bearing plate 20.
  • the end shield 20 also includes locking elements 21, which are designed opposite the locking elements 17 of the Isola tion device 9 and with these form a positive locking connection for fastening the isolation device 9 on the stator housing 19 or on the end shield 20.
  • the stator housing 19 also includes a second end shield, which is not shown in FIG. 1 for reasons of clarity and is arranged on a second end face 22 opposite the first end face 7.
  • the winding heads 8 are each formed from free ends of hairpin elements 23, 24 that are connected to one another in a materially bonded manner.
  • the hairpin elements 23, 24 forming the winding heads 8 are each U-pins, which extend from the free end shown in FIG. 2 through the stator slots, are bent at the second end face 22 by 180 ° and from there pass through another stator slot extend axially. There they are cohesively connected to other hairpin elements according to a predetermined winding scheme.
  • stator device 2 An exemplary embodiment of a production method for the stator device 2 is described below.
  • the insulation device 9 is provided.
  • the stator 5 is provided.
  • the insulation device 9 is arranged on the winding heads 8 of the hairpin windings 6, so that the winding heads 8 are inserted into the receiving spaces 10, 11.
  • the insulation device 9 is then attached. This takes place in that the insulation device 9 is connected to the end shield 20 by means of the latching connection.
  • a potting compound or an adhesive can be filled in, the winding heads 8 being inserted into the receiving spaces 10, 11 in such a way that the potting compound or the adhesive at least partially encloses them.
  • the insulation device 9 is attached to the stator 5.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

Isolationsvorrichtung (9) für einen Hairpinwicklungen (6) aufweisenden Stator (5), umfassend eine erste Wand, die sich entlang einer Axialrichtung und einer Umfangsrichtung bezüglich einer Mittelachse der Isolationsvorrichtung (9) erstreckt und eine Vielzahl von zweiten Wänden, die sich jeweils entlang der Axialrichtung und einer Radialrichtung bezüglich der Mittelachse erstrecken und von der ersten Wand abstehen, wobei Paare benachbarter zweiter Wände jeweils Begrenzungen eines Aufnahmeraums für einen Wickelkopf (8) der Hairpinwicklungen (6) in der Umfangsrichtung ausbilden und die erste Wand eine Begrenzung eines jeweiligen Aufnahmeraums in der Radialrichtung ausbildet, ferner umfassend ein oder mehrere Rastelemente (17) zum formschlüssigen Befestigen der Isolationsvorrichtung (9).

Description

Isolationsvorrichtung, Statorvorrichtung, elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung einer Statorvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Isolationsvorrichtung für einen Hairpinwick- lungen aufweisenden Stator. Daneben betrifft die Erfindung eine Statorvorrichtung, eine elektrische Maschine und ein Verfahren zur Herstellung einer Statorvorrich tung.
Statoren mit Hairpinwicklungen sind, insbesondere auf dem Gebiet elektrischer Antriebe für Fahrzeuge, in den Fokus industrieller Entwicklungsbemühungen ge rückt. Gegenüber verteilten Wicklungen lassen Sie insbesondere eine weitgehend automatisierte Fertigung zu, weil auf ein aufwändiges Einziehen von aus dünnen Drähten gebildeten Wicklungen verzichtet werden kann.
Das Dokument DE 102012219668 A1 offenbart einen Elektromotor mit einem mehrere Schlitze aufweisenden Stator. In die Schlitze sind Haarnadelspulen ein gesetzt. Ferner ist ein elektrisch leitfähiger Verbinder vorgesehen, der Endberei che zweier Haarnadelspulen umgibt, um die beiden Haarnadelspulen elektrisch miteinander zu verbinden. Auf den Verbinder ist eine Isolierkappe aufgesetzt.
Das Anordnen einzelner Isolationskappen auf Wickelköpfen der Hairpinwicklungen ist sehr aufwendig. Alternativ wurde bereits vorgeschlagen, nach dem Verbinden der Hairpinwicklungen aus dem Stator hervorstehende Wickelköpfe pulverzube schichten, wozu diese in einen Pulverlack eingetaucht werden. Dies ist jedoch ebenfalls aufwendig, zieht mitunter Verschmutzungen durch den Pulverlack nach sich und birgt die Gefahr, dass der Lack an ungewünschte Stellen des Stators ge langen kann. Außerdem können nach längerer Betriebsdauer des Stators Risse in einer so gewonnenen Pulverlackbeschichtung entstehen. Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur verbesser ten, insbesondere aufwandsärmeren, haltbareren und schmutzärmeren, Isolation von Wickelköpfen eines Hairpinwicklungen aufweisenden Stators anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Isolationsvorrichtung für einen Hairpinwicklungen aufweisenden Stator vorgeschlagen, umfassend eine erste Wand, die sich entlang einer Axialrichtung und einer Umfangsrichtung be züglich einer Mittelachse der Isolationsvorrichtung erstreckt und eine Vielzahl von zweiten Wänden, die sich jeweils entlang der Axialrichtung und einer Radialrich tung bezüglich der Mittelachse erstrecken und von der ersten Wand abstehen, wo bei Paare benachbarter zweiter Wände jeweils Begrenzungen eines Aufnahme raums für einen Wickelkopf der Hairpinwicklungen in der Umfangsrichtung ausbil den und die erste Wand eine Begrenzung eines jeweiligen Aufnahmeraums in der Radialrichtung ausbildet.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, die Isolation der Wickelköpfe durch eine stirnseitig am Stator anbringbare Isolationsvorrichtung zu realisieren, die für jewei lige gegeneinander zu isolierende Wickelköpfe einen Aufnahmeraum bereitstellt. Der Aufnahmeraum bildet durch die erste Wand und die zweiten Wände Begren zungen in der Radialrichtung und in der Umfangsrichtung aus und definiert so ge forderte Luft- und Kriechstrecken zwischen in der Radialrichtung benachbarten Wi ckelköpfen.
Die Isolation der Wickelköpfe kann so durch das Anbringen der Isolationsvorrich tung vorteilhafterweise in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen, wodurch die Isola tion sowohl in zeitlicher Hinsicht als auch hinsichtlich der Fertigungskosten we sentlich aufwandsärmer wird. Es entfällt insbesondere das aufwendige Anbringen einer Vielzahl von Isolationskappen auf einem jeweiligen Wickelkopf. Insbeson dere kann auf eine teure und verschmutzungsträchtige Pulverbeschichtung ver zichtet werden. Gleichsam wird durch die Isolationsvorrichtung eine im Hinblick auf die Gefahr einer Rissbildung bei einer Pulverbeschichtung haltbarere Isolation ermöglicht. Die Isolationsvorrichtung ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gebildet. Typischerweise ist die erfindungsgemäß Isolationsvorrichtung als Spritzgussteil ausgebildet. Zweckmäßigerweise kann die erfindungsgemäße Isolationsvorrichtung wenigstens zwölf, bevorzugt wenigstens vierundzwanzig, be sonders bevorzugt wenigstens sechsunddreißig, ganz besonders bevorzugt we nigstens achtundvierzig zweite Wände aufweisen.
Hairpinwicklungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Wicklungen die aus im Wesentlichen starren, ggf. gebogenen, Pins gebildet sind. Es ist auch die Be zeichnung „Haarnadelwicklung“ für Hairpinwicklung bekannt, so dass sich der Be griff „Hairpin“ - auch in Wortkombinationen - durch „Haarnadel“ ersetzen lässt. Die Bezeichnung „Pin“ lässt sich auch durch „Metallstab“ ersetzen.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Isolationsvorrichtung ferner eine dritte Wand, die sich entlang der Axialrichtung und der Umfangsrichtung radial be- abstandet von der ersten Wand erstreckt und eine weitere Begrenzung des jeweili gen Aufnahmeraums in der Radialrichtung ausbildet. So wird eine beidseitige radi ale Isolierung der Wickelköpfe realisiert.
Mit Vorteil kann bei der erfindungsgemäßen Isolationsvorrichtung ferner vorgese hen sein, dass die zweiten Wände die erste Wand kreuzen, sodass die Paare je weils Begrenzungen eines zweiten Aufnahmeraum, der radial vom ersten Aufnah meraum beabstandet ist, für einen Wickelkopf der Hairpinwicklungen in der Um fangsrichtung ausbilden und die erste Wand eine Begrenzung eines jeweiligen zweiten Aufnahmeraums in der Radialrichtung ausbildet. Auf diese Weise kann eine wirkungsvolle Isolierung von Hairpinwicklungen, die zwei Wickelköpfe an je weiligen Positionen in der Umfangsrichtung aufweisen, realisiert werden.
Es wird außerdem bevorzugt, wenn die Isolationsvorrichtung ferner eine vierte Wand umfasst, die sich entlang der Axialrichtung und der Umfangsrichtung radial beabstandet von der ersten Wand erstreckt, sodass die vierte Wand eine weitere Begrenzung des jeweiligen zweiten Aufnahmeraums in der Radialrichtung ausbil det. So kann eine beidseitige radiale Isolation der zweiten Aufnahmeräume reali siert werden.
In bevorzugter Weiterbildung der erfindungsgemäßen Isolationsvorrichtung um fasst diese ferner eine Rückwand, von welcher die erste Wand und die zweiten Wände abstehen und welche eine Begrenzung des Aufnahmeraums in der Axial richtung ausbildet. Insbesondere ist die Begrenzung derart ausgebildet, dass die Wickelköpfe auf einer der Rückwand gegenüberliegenden Seite des ersten Auf nahmeraums in diesen hineinragen kann. Dadurch können vorteilhafterweise er forderliche Luft- und Kriechstrecken in axialer Richtung, beispielsweise gegenüber einem Statorgehäuse, definiert werden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Rückwand eine Begrenzung des jeweiligen zweiten Aufnahmeraums in der Axialrichtung ausbildet. Insbesondere ist die Be grenzung derart ausgebildet, dass der Wickelkopf auf einer der Rückwand gegen überliegenden Seite des zweiten Aufnahmeraums in diesen hineinragen kann. Ty pischerweise steht die dritte Wand von der Rückwand ab. Alternativ oder zusätz lich steht die vierte Wand von der Rückwand ab.
Es wird ferner bevorzugt, wenn die Rückwand gegenüber der ersten Wand bezüg lich der Axialrichtung geneigt ist. Dadurch kann die Isolationsvorrichtung vorteilhaf terweise an die Form eines Statorgehäuses angepasst werden.
Die erfindungsgemäße Isolationsvorrichtung umfasst mit besonderem Vorteil fer ner ein oder mehrere Rastelemente zum formschlüssigen Befestigen der Isolati onsvorrichtung. Dadurch lässt sich die Isolationsvorrichtung aufwandsarm, aber gleichsam robust mittels einer Rastverbindung befestigen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Isolationsvorrichtung für einen Hairpinwicklungen aufweisenden Stator, umfassend eine erste Wand, die sich entlang einer Axialrich- tung und einer Umfangsrichtung bezüglich einer Mittelachse der Isolationsvorrich tung erstreckt und eine Vielzahl von zweiten Wänden, die sich jeweils entlang der Axialrichtung und einer Radialrichtung bezüglich der Mittelachse erstrecken und von der ersten Wand abstehen, wobei Paare benachbarter zweiter Wände jeweils Begrenzungen eines Aufnahmeraums für einen Wickelkopf der Hairpinwicklungen in der Umfangsrichtung ausbilden und die erste Wand eine Begrenzung eines je weiligen Aufnahmeraums in der Radialrichtung ausbildet. Die Isolationsvorrichtung umfasst ein oder mehrere Rastelemente zum formschlüssigen Befestigen der Iso lationsvorrichtung.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Stator vorrichtung für eine elektrische Maschine, umfassend eine erfindungsgemäße Iso lationsvorrichtung und den Stator, wobei die Wickelköpfe in die Aufnahmeräume eingeführt sind.
Zweckmäßigerweise kann bei der erfindungsgemäßen Statorvorrichtung jeder Wi ckelkopf aus wenigstens zwei stoffschlüssig miteinander verbundenen Hairpinele- menten der Hairpinwicklungen gebildet sein. Typischerweise sind die Hairpinele- mente verschweißt oder verlötet.
Allgemein können die Hairpinwicklungen der erfindungsgemäßen Statorvorrich tung aus Hairpinelementen gebildet sein. Bei den Hairpinelementen oder einem Teil der Hairpinelemente kann es sich beispielsweise um U-Pins handeln, welche Statornuten durchsetzen, auf einer den Wickelköpfen gegenüberliegenden Stirn seite des Stators umgebogen sind und durch eine andere Statornut zurückgeführt sind. Es kann sich bei den Hairpinelementen oder einem Teil der Hairpinelemente auch um I-Pins handeln, die an beiden Stirnseiten des Stators stoffschlüssig mit anderen Hairpinelementen verbunden sind.
Typischerweise weisen die Hairpinwicklungen außerhalb der Isolationsvorrichtung eine elektrische isolierende Oberflächenschicht auf. Es wird bei der erfindungsgemäßen Statorvorrichtung besonders bevorzugt, wenn dieser ein Statorgehäuse umfasst, wobei die Isolationsvorrichtung am Statorge häuse, vorzugsweise an einem Lagerschild des Statorgehäuses, befestigt sein kann. Zweckmäßigerweise umfasst das Statorgehäuse Rastelemente zur Herstel lung einer Rastverbindung mit dem oder einem jeweiligen Rastelement der Isolati onsvorrichtung.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Isolationsvorrichtung mittels einer in zumindest einem Teil der Aufnahmeräume angeordneten, die in den Aufnahmeräumen aufgenommenen Wickelköpfe einschließenden Verguss masse und/oder mittels eines Klebemittels am Stator befestigt ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine elektri sche Maschine, umfassend eine erfindungsgemäße Statorvorrichtung. Die elektri sche Maschine ist typischerweise zum Antreiben eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, beispielsweise eines Elektrofahrzeugs (BEV) oder eines Hybridfahr zeugs, ausgebildet. Typischerweise entspricht die Mittelachse der Isolationsvor richtung einer Drehachse der elektrischen Maschine.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfah ren zur Herstellung einer Statorvorrichtung, umfassend folgende Schritte: Bereit stellen einer erfindungsgemäßen Isolationsvorrichtung; Bereitstellen des Stators mit den Hairpinwicklungen; Anordnen der Isolationsvorrichtung auf den Wickelköp fen der Hairpinwicklungen, sodass die Wickelköpfe in die Aufnahmeräume einge führt werden; und Befestigen der Isolationsvorrichtung.
Dabei kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Her stellungsverfahren ferner folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Statorge häuses; wobei die Isolationsvorrichtung am Statorgehäuse, vorzugsweise an ei nem Lagerschild des Statorgehäuses, befestigt wird. Alternativ oder zusätzlich können folgende Schritte vorgesehen sein: Anordnen einer Vergussmasse und/o der eines Klebemittels in zumindest einem Teil der Aufnahmeräume, sodass die Isolationsvorrichtung nach einem Aushärten der Vergussmasse und/oder des Kle bemittels am Stator befestigt ist.
Sämtliche Ausführungen zur erfindungsgemäßen Isolationsvorrichtung und zur er findungsgemäßen Statorvorrichtung lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren übertragen, sodass auch mit diesem die zuvor genannten Vorteile erzielt werden können.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeich nungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 eine geschnittene Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektri schen Maschine mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Statorvorrichtung und einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Isolationsvorrichtung;
Fig. 2 eine Detailansicht von Fig. 1 im Bereich eines ersten und zweiten Ausnah meraums der Isolationsvorrichtung.
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Isolationsvorrichtung;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Isolationsvorrichtung und des Stators der Statorvorrichtung; und
Fig. 5 ein Detailansicht eines Rastelements der Isolationsvorrichtung.
Fig. 1 ist eine geschnittene Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektri schen Maschine 1.
Die elektrische Maschine 1 umfasst eine Statorvorrichtung 2, innerhalb der ein drehfest mit einer Welle 3 verbundener Rotor 4 drehbar gelagert ist. Die Statorvorrichtung 2 umfasst einen Stator 5, der aus einer Vielzahl geschichte ter Einzelbleche gebildet ist und axial bezüglich einer Drehachse des Rotors 4 ausgebildete Statornuten aufweist. In den Statornuten des Stators 5 sind Hairpin- wicklungen 6 aufgenommen, die an einer ersten Stirnseite 7 Wickelköpfe 8 ausbil den. Die Statorvorrichtung 2 umfasst ferner ein Ausführungsbeispiel einer Isolati onsvorrichtung 9.
Fig. 2 ist eine Detailansicht von Fig. 1 im Bereich eines ersten Aufnahmeraums 10 und eines zweiten Aufnahmeraums 11 der Isolationsvorrichtung 9.
Die Isolationsvorrichtung 9 umfasst eine erste Wand 12, die sich entlang einer Axi alrichtung und einer Umfangsrichtung bezüglich einer Mittelachse, die hier iden tisch mit der Drehachse des Rotors 4 (siehe Fig. 1 ) ist, erstreckt. Die Isolationsvor richtung 9 umfasst ferner eine Vielzahl von zweiten Wänden 13a, 13b (siehe Fig. 3), von denen in Fig. 2 lediglich die zweite Wand 13a sichtbar ist. Die zweiten Wände 13a, 13b erstecken sich jeweils entlang der Axialrichtung und einer Radial richtung bezüglich der Mittelachse und stehen von der ersten Wand 12 in der Ra dialrichtung ab. Benachbarte Paare der zweiten Wände 13a, 13b bilden dabei je weils eine Begrenzung des ersten Aufnahmeraums 10 zur Aufnahme eines Wi ckelkopfs 8 in der Umfangsrichtung aus. Die erste Wand 12 bildet eine innere Be grenzung eines jeweiligen ersten Aufnahmeraums 10 in der Radialrichtung aus.
Daneben umfasst die Isolationsvorrichtung 9 eine dritte Wand 14, die sich entlang der Axialrichtung und der Umfangsrichtung radial außen beabstandet von der ers ten Wand 12 erstreckt. Die dritte Wand 14 bildet eine äußere Begrenzung des je weiligen ersten Aufnahmeraums 10 in der Radialrichtung aus.
Die zweiten Wände 13a, 13b und die erste Wand 12 kreuzen sich, sodass die Paare der benachbarten zweiten Wände 13a, 13b jeweils Begrenzungen der zwei ten Aufnahmeräume 11 ausbilden in der Umfangsrichtung ausbilden. Die erste Wand 12 bildet dabei eine äußere Begrenzung des jeweiligen zweiten Aufnahme raums 11 in der Radialrichtung aus. In den zweiten Aufnahmeräumen 11 ist dabei jeweils einer der Wickelköpfe 8 aufgenommen.
Eine vierte Wand 15 der Isolationsvorrichtung 9 erstreckt sich entlang der Axial richtung und der Umfangsrichtung radial innen beabstandet von der ersten Wand 12, sodass die vierte Wand 15 eine innere Begrenzung des jeweiligen zweiten Aufnahmeraums 11 in der Radialrichtung ausbildet.
Außerdem umfasst die Isolationsvorrichtung 9 eine Rückwand 16, von welcher die erste Wand 12, die zweiten Wände 13a, 13b, die dritte Wand 14 und die vierte Wand 15 in der Axialrichtung abstehen. Die Rückwand 16 bildet eine Begrenzung der ersten und zweiten Aufnahmeräume 10, 11 in der Axialrichtung aus. Dabei ist die Rückwand 16 gegenüber der ersten Wand 12 bezüglich der Axialrichtung ge neigt.
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Isolationsvorrichtung 9. Ersichtlich weist die Isola tionsvorrichtung 9 im vorliegenden Beispiel achtundvierzig zweite Wände 13a, 13b auf, die äquidistant in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Anzahl der ers ten Aufnahmeräume 10 und die Anzahl der zweiten Aufnahmeräume 11 entspricht dabei jeweils der Anzahl der zweiten Wände 13a, 13b.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der Isolationsvorrichtung 9 und des Stators 5 der Statorvorrichtung 2. Die Isolationsvorrichtung 9 umfasst ferner drei Rastele mente 17, die äquidistant beabstandet voneinander in der Umfangsrichtung an der Rückwand 16 angeordnet sind.
Fig. 5 ist eine Detailansicht eines Rastelements 17. Ersichtlich steht dieses axial von der Rückwand 16 ab und weist eine sich radial nach innen erstreckende Rast nase 18 auf. Wieder mit Bezug zu Fig. 1 weist die Statorvorrichtung 2 ein Statorgehäuse 19 auf, das einen an der Stirnseite 7 angeordneten Lagerschild 20 umfasst. Die Isola tionsvorrichtung 9 liegt auf dem Lagerschild 20 auf, wobei die Neigung der Rück wand 16 eine Neigung des Lagerschilds 20 nachverfolgt. Das Lagerschild 20 um fasst ferner Rastelemente 21 , die gegengleich zu den Rastelementen 17 der Isola tionsvorrichtung 9 ausgebildet sind und mit diesen eine formschlüssige Rastver bindung zur Befestigung der Isolationsvorrichtung 9 am Statorgehäuse 19 bzw. am Lagerschild 20 ausbilden.
Das Statorgehäuse 19 umfasst ferner einen zweiten Lagerschild, der aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 1 nicht dargestellt ist und an einer der ersten Stirnseite 7 gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 22 angeordnet ist.
In Fig. 1 ist zudem erkennbar, dass die Wicklungsköpfe 8 jeweils aus miteinander stoffschlüssig verbundenen freien Enden von Hairpinelementen 23, 24 ausgebildet sind. Hier sind die die Wicklungsköpfe 8 ausbildenden Hairpinelemente 23, 24 je weils U-Pins, die sich vom in Fig. 2 gezeigten freien Ende durch die Statornuten erstrecken, an der zweiten Stirnseite 22 um 180° gebogen sind und sich von dort durch eine andere Statornut axial erstrecken. Dort sind sie gemäß einem vorgege benen Wicklungsschema mit weiteren Hairpinelementen stoffschlüssig verbunden.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens für die Statorvorrichtung 2 beschrieben.
In einem ersten Schritt wird die Isolationsvorrichtung 9 bereitgestellt. In einem zweiten Schritt wird der Stator 5 bereitgestellt. In einem weiteren Schritt wird die Isolationsvorrichtung 9 auf den Wickelköpfen 8 der Hairpinwicklungen 6 angeord net, sodass die Wickelköpfe 8 in die Aufnahmeräume 10, 11 eingeführt werden. Anschließend wird die Isolationsvorrichtung 9 befestigt. Dies erfolgt dadurch, dass die Isolationsvorrichtung 9 mittels der Rastverbindung mit dem Lagerschild 20 ver bunden wird. Alternativ oder zusätzlich kann in alle oder in einen Teil der Aufnahmeräume 10,
11 eine Vergussmasse oder ein Klebemittel eingefüllt werden, wobei die Wickel köpfe 8 derart in die Aufnahmeräume 10, 11 eingeführt werden, dass die Verguss masse bzw. des Klebemittels sie zumindest teilweise einschließt. Nach einem Aushärten der Vergussmasse ist die Isolationsvorrichtung 9 am Stator 5 befestigt.

Claims

Patentansprüche
1 . Isolationsvorrichtung (9) für einen Hairpinwicklungen (6) aufweisenden Sta tor (5), umfassend eine erste Wand (12), die sich entlang einer Axialrichtung und einer Um fangsrichtung bezüglich einer Mittelachse der Isolationsvorrichtung (9) erstreckt und eine Vielzahl von zweiten Wänden (13a, 13b), die sich jeweils entlang der Axialrichtung und einer Radialrichtung bezüglich der Mittelachse erstrecken und von der ersten Wand (12) abstehen, wobei Paare benachbarter zweiter Wände (13a, 13b) jeweils Begrenzungen eines Aufnahmeraums (10) für einen Wickelkopf (8) der Hairpinwicklungen (6) in der Umfangsrichtung ausbilden und die erste Wand (12) eine Begrenzung eines jeweiligen Aufnahmeraums (10) in der Radial richtung ausbildet, ferner umfassend ein oder mehrere Rastelemente (17) zum formschlüssigen Be festigen der Isolationsvorrichtung (9).
2. Isolationsvorrichtung nach Anspruch 1 , ferner umfassend eine dritte Wand (14), die sich entlang der Axialrichtung und der Umfangsrichtung radial beabstandet von der ersten Wand (12) erstreckt, und eine weitere Begren zung des jeweiligen Aufnahmeraums (10) in der Radialrichtung ausbildet.
3. Isolationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweiten Wände (13a, 13b) die erste Wand (12) kreuzen, sodass die Paare je weils Begrenzungen eines zweiten Aufnahmeraum (11 ), der radial vom ersten Auf nahmeraum (10) beabstandet ist, für einen Wickelkopf (8) der Hairpinwicklungen (6) in der Umfangsrichtung ausbilden und die erste Wand (12) eine Begrenzung eines jeweiligen zweiten Aufnahmeraums (11 ) in der Radialrichtung ausbildet.
4. Isolationsvorrichtung nach den Ansprüchen 3, ferner umfassend eine vierte Wand (15), die sich entlang der Axialrichtung und der Umfangsrichtung radial beabstandet von der ersten Wand (12) erstreckt, sodass die vierte Wand (15) eine weitere Begrenzung des jeweiligen zweiten Aufnahmeraums (11 ) in der Radialrichtung ausbildet.
5. Isolationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Rückwand (16), von welcher die erste Wand (12) und die zweiten Wände (13a, 13b) abstehen und welche eine Begrenzung des Aufnahmeraums (10) in der Axialrichtung ausbildet.
6. Isolationsvorrichtung nach Anspruch 5, wenn abhängig von Anspruch 3 die Rückwand (16) eine Begrenzung des jeweiligen zweiten Aufnahmeraums (11) in der Axialrichtung ausbildet.
7. Isolationsvorrichtung nach Anspruch 5 oder, wenn abhängig von Anspruch 2 und/oder 4, wobei die dritte Wand (14) von der Rückwand (16) absteht und/oder die vierte Wand (15) von der Rückwand (16) absteht.
8. Isolationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Rückwand (16) gegenüber der ersten Wand (12) bezüglich der Axialrichtung geneigt ist.
9. Statorvorrichtung (2) für eine elektrische Maschine (1 ), umfassend eine Isolationsvorrichtung (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und den Stator (5), wobei die Wickelköpfe (8) in die Aufnahmeräume (10, 11) eingeführt sind.
10. Statorvorrichtung nach Anspruch 9, wobei jeder Wickelkopf (8) aus wenigstens zwei stoffschlüssig miteinander verbundenen Hairpinelementen (23, 24) der Hairpinwicklungen (6) gebildet ist.
11. Statorvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei - die Statorvorrichtung (2) ein Statorgehäuse (19) umfasst, wobei die Isolations vorrichtung (9) am Statorgehäuse (19), vorzugsweise an einem Lagerschild (20) des Statorgehäuses (19), befestigt ist, und/oder
- die Isolationsvorrichtung (9) mittels einer in zumindest einem Teil der Aufnahme räume (10, 11) angeordneten, die in den Aufnahmeräumen (10, 11) aufgenomme nen Wicklungsköpfe (8) einschließenden Vergussmasse und/oder eines Klebemit tels am Stator (5) befestigt ist.
12. Elektrische Maschine (1), umfassend eine Statorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 11.
13. Verfahren zur Herstellung einer Statorvorrichtung, umfassend folgende Schritte:
- Bereitstellen einer Isolationsvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 8;
- Bereitstellen des Stators (5) mit den Hairpinwicklungen (6);
- Anordnen der Isolationsvorrichtung (9) auf den Wickelköpfen (8) der Hairpin wicklungen (6), sodass die Wickelköpfe (8) in die Aufnahmeräume (10, 11) einge führt werden; und
- Befestigen der Isolationsvorrichtung (9).
14. Herstellungsverfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend folgende Schritte:
- Bereitstellen eines Statorgehäuses (19); wobei die Isolationsvorrichtung (9) am Statorgehäuse (19), vorzugsweise an einem Lagerschild (20) des Statorgehäuses (19) befestigt wird; und/oder
-Anordnen einer Vergussmasse in zumindest einem Teil der Aufnahmeräume (10, 11), sodass die Isolationsvorrichtung (9) nach einem Aushärten der Verguss masse mittels dieser am Stator (5) befestigt ist.
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