EP4483475A1 - Isolationsring, stator und verfahren zur herstellung eines stators - Google Patents

Isolationsring, stator und verfahren zur herstellung eines stators

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Publication number
EP4483475A1
EP4483475A1 EP22843112.8A EP22843112A EP4483475A1 EP 4483475 A1 EP4483475 A1 EP 4483475A1 EP 22843112 A EP22843112 A EP 22843112A EP 4483475 A1 EP4483475 A1 EP 4483475A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
insulating ring
winding
ring
base body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP22843112.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael von Seydlitz
Paul Gehrke
Florian MÜLLER
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4483475A1 publication Critical patent/EP4483475A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/10—Applying solid insulation to windings, stators or rotors, e.g. applying insulating tapes
    • H02K15/104—Insulating between conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12—Impregnating, moulding insulation, heating or drying of windings, stators, rotors or machines

Definitions

  • the present invention relates to an insulating ring for a winding overhang of a hairpin winding of a stator of an electrical machine within a drive train of a motor vehicle, the insulating ring having an annular disk-shaped base body with a plurality of openings extending axially through the base body, each opening from the free Ends of a hairpin conductor bar pair are at least partially penetrated.
  • the invention also relates to a stator and a method for producing a stator.
  • Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to internal combustion engines that require fossil fuels.
  • Significant efforts have already been made to improve the suitability for everyday use of electric drives and also to be able to offer users the driving comfort they are accustomed to.
  • hybrid drive trains are also known.
  • Such drive trains of a hybrid vehicle usually include a combination of an internal combustion engine and a Electric motor, and enable - for example in urban areas - a purely electric mode of operation with simultaneous sufficient range and availability, especially for overland journeys.
  • stator windings are therefore typically in the form of hairpin windings.
  • essentially U-shaped wire segments are introduced into the stator slots from one end face of the stator and then reshaped on an opposite end face of the stator and connected, for example, by welding.
  • closed caps for isolating the hairpin ends are also known from the prior art Winding head of a hairpin winding known.
  • An example of this is disclosed in JP2000209802A.
  • an insulating ring for a winding overhang of a hairpin winding of a stator of an electrical machine within a drive train of a motor vehicle, the insulating ring having an annular disk-shaped base body with a plurality of openings extending axially through the base body, each opening from the free ends of a pair of hairpin conductor bars can be reached through at least in sections, with at least one spacer element extending out of the base body in a first axial direction and at least one holding element extending out of the base body in a second axial direction.
  • the insulating ring can be placed axially on a stator in a simple manner, the axial distance between the stator and the base body being defined by the at least one spacer element.
  • the at least one spacer element forms an axial stop for the insulating ring relative to the stator.
  • the insulating ring can be held by means of the at least one holding element, for example by means of a corresponding tool, and pushed onto the winding overhang of the hairpin winding.
  • the stator according to the invention is intended for use in an electrical machine.
  • the electrical machine is used to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and it generally includes the stationary part, referred to as the stator, stand or armature, and a part that is referred to as the rotor or runner and is arranged such that it can move, in particular rotate, relative to the stationary part Part.
  • the electric machine is dimensioned in such a way that vehicle speeds of more than 50 km/h, preferably more than 80 km/h and in particular more than 100 km/h can be achieved.
  • the electric motor particularly preferably has an output of more than 30 kW, preferably more than 50 kW and in particular more than 70 kW.
  • the electrical machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, very particularly preferably greater than 12,500 rpm.
  • the stator can in particular be energized by power electronics.
  • the power electronics is preferably a combination of different components that control or regulate a current to the stator, preferably including the peripheral components required for this purpose, such as cooling elements or power supply units.
  • the power electronics contain one or more power electronics components that are set up to control or regulate a current. This is particularly preferably one or more power switches, e.g. power transistors.
  • the power electronics particularly preferably have more than two, particularly preferably three, phases or current paths which are separate from one another and each have at least one separate power electronics component.
  • the power electronics are preferably designed to control a power per phase with a peak power, preferably continuous power, of at least 10 W, preferably at least 100 W, particularly preferably at least 1000 W regulate.
  • motor vehicles are land vehicles that are moved by machine power without being tied to railroad tracks.
  • a motor vehicle can be selected, for example, from the group of passenger cars (cars), trucks (lorries), mopeds, light motor vehicles, motorcycles, buses (COM) or tractors.
  • the stator according to the invention can preferably be configured for a radial flux machine.
  • the stator of a radial flow machine is usually constructed cylindrically or in the form of a cylindrical ring and generally consists of a stator body which is formed by electrical laminations which are electrically insulated from one another and are constructed in layers and packaged to form laminated cores. This structure keeps the eddy currents in the stator caused by the stator field low.
  • stator slots are let into the electrical sheet running parallel to the rotor shaft and accommodate the stator winding or parts of the stator winding.
  • the slots can be closed with locking elements such as locking wedges or covers or the like in order to prevent the stator winding from being detached.
  • the stator body is preferably designed in one piece.
  • a one-piece stator body is characterized in that the entire stator body is formed in one piece, viewed circumferentially.
  • the stator body is generally formed from a large number of stacked, laminated electrical laminations, each of the electrical laminations being closed to form a circular ring.
  • the individual laminations can be held together in the stator body, for example, by gluing, welding or screwing.
  • stator teeth of the stator are preferably formed in the stator body.
  • Stator teeth are components of the stator body that are circumferentially spaced, tooth-like radially inward (internal rotor) or radially outward (Outer rotor) directed parts of the stator body are formed and an air gap for the magnetic field and for the rotational movement of the rotor is formed between the free ends and a rotor body.
  • the non-magnetic gap between the rotor and the stator is called the air gap.
  • this is, for example, an essentially annular gap with a radial width that corresponds to the distance between the rotor body and the stator body.
  • a stator winding is embedded in the stator slots of the stator according to the invention.
  • a stator winding includes electrically conductive conductors whose length is significantly greater than their diameter.
  • the stator winding can have any desired cross-sectional shape. Rectangular cross-sectional shapes are preferred, since they can be used to achieve high packing densities and consequently high power densities.
  • a stator winding made of copper is very particularly preferably formed. According to the invention, the stator winding is designed as a hairpin winding.
  • the insulating ring is preferably made of a material that is not electrically conductive or at least only weakly conductive.
  • the insulating ring can be formed from a ceramic or a plastic, for example.
  • the plastic is preferably a fiber-reinforced plastic.
  • the insulating ring is most preferably formed from a plastic by means of an injection molding process.
  • the openings of the insulating ring are preferably arranged along concentric diameters in the annular disk-shaped base body. Furthermore, the openings are preferably positioned equidistantly from one another on a diameter. In this regard, it is further preferred that the openings are positioned on the concentric diameters in circumferentially distributed groups of radially aligned openings. It is also highly preferred in this respect that openings of a group which are arranged radially aligned are spaced equidistantly from one another. It is also highly preferred that the openings are shaped substantially identically. It may be preferred that an opening in the Is substantially rectangular in shape with rounded corners and its longitudinal extent is oriented in the circumferential direction of the insulating ring.
  • the insulating ring can be designed in one piece or in several parts.
  • the base body of the insulating ring is preferably formed in one piece, more preferably monolithically.
  • the insulating ring it would also be possible for the insulating ring to be formed from a plurality of ring segments which are connected to one another in a materially, non-positively and/or form-fitting manner.
  • the at least one spacer element is formed in one piece, preferably monolithically, with the base body.
  • the spacer element it would also be conceivable for the spacer element to be formed from a material that differs from the material of the base body. It would also be possible to design the spacer element as a component that is separate from the base body and that is connected to the base body in a form-fitting, force-fitting and/or cohesive manner.
  • the holding element can preferably be formed in one piece, in particular also monolithically, with the base body of the insulating ring.
  • the holding element it would also be conceivable for the holding element to be formed from a material that differs from the material of the base body. It would also be possible to design the holding element as a component that is separate from the base body and is connected to the base body in a form-fitting, non-positive and/or cohesive manner.
  • the insulating ring has at least three spacer elements and/or at least three holding elements.
  • the advantage of this configuration is that it allows statically determined supports or contacts to be provided which prevent the insulating ring from tilting unintentionally, for example on the end face of the stator.
  • the spacer elements and/or the holding elements are arranged equidistantly along the circumference of the insulating ring, which further increases the tilting security of the insulating ring.
  • the at least three spacer elements can be designed as webs.
  • the spacer elements are preferably designed in the manner of segments of a circular ring shell.
  • the spacer elements are preferably arranged on the radially outer diameter of the annular disk-like base body. Furthermore, it may be preferable for the spacer elements to extend in a trapezoidal shape in the axial direction, with the long trapezoidal side facing the base body and the short trapezoidal side facing the stator. Most preferably, the at least three spacer elements are formed in the same part. According to a further, highly preferred embodiment of the invention, the insulating ring has exactly three spacer elements. All of these measures can support the lightweight construction of the electrical machine by the spacer elements being designed only for the axial positioning of the insulating ring relative to the stator.
  • the at least three holding elements can be designed as webs.
  • the webs are preferably configured in a cylindrical manner.
  • the holding elements are preferably arranged on the radially outer diameter of the annular disk-like base body.
  • the at least three holding elements are formed in the same part.
  • the insulating ring has exactly three holding elements. All of these measures can support the lightweight construction of the electrical machine by the holding elements being designed only for the axial and circumferential positioning of the insulating ring relative to a tool.
  • the spacer elements and the holding elements each form pairs assigned to one another, which are each positioned in a common circumferential segment of the insulating ring.
  • the object of the invention is also achieved by a stator for an electrical machine within a drive train of a motor vehicle, the stator being in the form of a cylindrical ring and a winding overhang of a hairpin winding extending axially out of the stator on at least one axial end face, the free ends of a
  • a plurality of hairpin conductor bar pairs are accommodated in openings of an insulation ring according to claim, wherein at least these Openings are filled with a preferably electrically insulating potting compound and the insulating ring rests against the axial end face of the stator via the at least one spacer element extending axially out of the base body of the insulating ring, without torques being able to be transmitted between the insulating ring and the stator.
  • the effect can be achieved that no vibrations are transmitted to the insulation ring in the circumferential direction during operation of the stator, as a result of which the insulation of the hairpin winding head can be made significantly more durable against unwanted cracking. Also, if cracking occurs in the potting compound, the isolation ring will help reduce the propagation of such cracks and prevent or reduce further damage from electrical leakage.
  • the invention can also be further developed to the effect that the at least one spacer element has no casting compound on its section that contacts the stator, which can also contribute to the lightweight construction of the stator.
  • the at least one retaining element of the insulating ring projects out of the casting compound in the axial direction or is at least not covered by casting compound in the circumferential direction.
  • the insulating ring is fixed relative to the hairpin winding in the circumferential direction, in the radial direction and in an axial direction only via the casting compound, which also prevents the risk of unwanted cracking and the formation of electrical creepage distances or at least reduced.
  • the object of the invention is also achieved by a method for producing a stator for an electric machine within a drive train of a motor vehicle, comprising the following steps: Provision of a stator, wherein the stator is in the form of a cylindrical ring and a winding overhang of a hairpin winding extends axially out of the stator on at least one axial end face,
  • an insulating ring in particular an insulating ring according to one of claims 1 -4, wherein the insulating ring has an annular disk-shaped base body with a plurality of openings extending axially through the base body, as well as a spacer element extending out of the base body at least in a first axial direction and at least one retaining element extending out of the base body in a second axial direction,
  • the method according to the invention can also be implemented in an advantageous manner such that the fixing of the casting tool relative to the at least one retaining element of the insulating ring takes place in the axial and circumferential direction before the insulating ring is placed on the end winding of the hairpin winding, so that the insulating ring is Potting tool is placed on the end winding.
  • FIG. 2 shows a perspective representation of a stator with an insulation ring placed on the end winding of a hairpin winding
  • FIG. 3 a detailed view of the insulation ring placed on the end winding of the hairpin winding in a perspective representation
  • FIG. 4 shows a perspective representation of a stator with an insulation ring placed and cast on the end winding of a hairpin winding
  • FIG. 5 shows a hybrid and a motor vehicle that can be operated fully electrically in a schematic block diagram.
  • FIG. 1 shows an insulating ring 1 for a winding overhang 2 of a hairpin winding 3 of a stator 4 of an electrical machine 5, such as is used within a drive train 15 of a motor vehicle 16, which is sketched in FIG. 5 as an example
  • the insulating ring 1 has an annular disc-shaped base body 6 with a plurality of openings 7 extending axially through the base body 6, through which the free ends 8 of a pair of hairpin conductor bars 9 can reach at least in sections, which can be clearly seen from the combination with Figure 3 reveals.
  • Three spacer elements 10 extend out of the base body 6 in a first axial direction and three holding elements 12 in a second axial direction.
  • the spacer elements 10 and the holding elements 12 are equidistant along the Circumference of the insulating ring 1 arranged.
  • the spacer elements 10 and the holding elements 12 each form pairs 13 associated with one another, which are each positioned in a common circumferential segment 14 of the insulating ring 1 .
  • the insulating ring 1 is formed in one piece from a plastic by means of an injection molding process.
  • the openings 7 of the insulating ring 1 are arranged along concentric diameters in the annular disk-shaped base body 6 .
  • the openings 7 are each positioned equidistantly from one another on a diameter. 1 also clearly shows that the openings 7 are positioned on the concentric diameters in circumferentially distributed groups of radially aligned openings 7, the radially aligned openings 7 of a group also being spaced equidistantly from one another.
  • the openings 7 are essentially identically rectangular in shape with rounded corners, with their longitudinal extension being oriented in the circumferential direction of the insulating ring 1 .
  • the design of the openings 7 is selected such that the hairpin conductor bar pairs 9 accommodated in an opening 7 ideally do not contact the opening 7, so that between the hairpin conductor bar pairs 9 and the openings 7, potting compound 18 can ensure complete insulation.
  • the insulating ring 1 has no contact with the end winding 2 .
  • the spacer elements 10 and the holding elements 12 are formed monolithically with the base body 6 .
  • the three spacer elements 10 are designed as webs, which are arranged on the radially outer diameter of the annular disk-like base body. These spacer elements 10 extend in a trapezoidal manner in the axial direction, with the long trapezoidal side facing the base body 6 and the short trapezoidal side facing the stator 4 .
  • the three spacer elements 10 are formed in the same part.
  • the three holding elements 12 are also designed as webs, but have a cylindrical configuration and are arranged on the radially outer diameter of the annular disk-like base body 6 .
  • the three holding elements 12 are formed in the same part.
  • the underside of the base body 6 can have a slight slope so that no gas bubbles get stuck on or in the base body 6 when the casting compound 18 is poured in from below.
  • FIG. 2 shows a stator 4 for an electric machine 5, such as is used within a drive train 15 of a motor vehicle 16, for example.
  • the stator 4 is designed in the shape of a cylindrical ring and a winding overhang 2 of a hairpin winding 3 extends axially out of the stator 4 on at least one axial end face 17 .
  • the hairpin winding 3 can be connected via the HV terminal 20 to power electronics for energizing the hairpin winding 3 . This connection is made via HV connection pins 21 of the hairpin winding 3 that protrude axially out of the end winding 2, as is also shown in FIG.
  • FIG. 2 thus shows the stator 4 with the insulation ring 1 placed on the end winding 2 .
  • These openings 7 of the insulating ring 1 are filled with a preferably electrically insulating casting compound 18, which is shown in FIG.
  • the insulating ring 1 rests against the axial end face 17 of the stator 4 via the three spacer elements 10 extending axially out of the base body 6 of the insulating ring 1 , without torques being able to be transmitted between the insulating ring 1 and the stator 4 . There is therefore no circumferential positioning, no snapping or any other position securing between the insulating ring 1 and the stator 4 in the circumferential direction.
  • the insulating ring 1 is thus fixed in the circumferential direction, in the radial direction and in an axial direction relative to the hairpin winding 3 only via the casting compound 13 . It can also be seen from FIG.
  • the twist side and the HV terminating terminal 20 side of the hairpin winding 3 are in the same end winding 2 .
  • the hairpins are twisted differently than in the rest of the winding head 2, which prevents additional possible creepage distances between the terminal pins and the welded hairpins
  • some of the openings 7 can also be completely or partially covered by a cover element 11 .
  • the cover element 11 is designed in one piece with the insulating ring 1 or as a separate component that is fixed to the insulating ring 1 .
  • the creepage distances between the conductors of the winding overhang 2 can be lengthened by a cover element 11, as a result of which security against undesired local short circuits in the winding overhang 2 can be increased.
  • FIGS. 2 and 4 A possible method for producing a stator 4, as is known from FIGS. 2 and 4, is explained in more detail below.
  • a stator 4 is provided, the stator 4 being in the form of a cylindrical ring and a winding overhang 2 of a hairpin winding 3 extending axially out of the stator 4 on at least one axial end face 17 .
  • an insulating ring 1 is provided, as is known from FIG spacer element 10 extending out of the base body 6 and at least one retaining element 12 extending out of the base body 6 in a second axial direction.
  • the insulating ring 1 is then fixed relative to a casting tool by means of the three holding elements 12 of the insulating ring 1 in the axial and circumferential direction.
  • the insulation ring 1, which is fixed relative to the casting tool is then placed by the casting tool on the end winding 2 of the hairpin winding 3, so that the openings 7 are penetrated at least in sections by the free ends 8 of a hairpin conductor bar pair 9, and the insulation ring 1 via the at least one spacer element 10 extending axially out of the base body 6 of the insulating ring 1 bears against the axial end face 17 of the stator 4 without torques being able to be transmitted between the insulating ring 1 and the stator 4 .
  • This assembly state of the stator 4 is shown in FIG. 2, but without the casting tool.
  • the openings 7 are then filled with a casting compound 18 using the casting tool. Finally, the casting tool is removed from the holding elements 12 and the result is the manufacturing state of the stator 4 shown in Figure 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Isolationsring (1) für einen Wickelkopf (2) einer Hairpin- Wicklung (3) eines Stators (4) einer elektrischen Maschine (5) innerhalb eines Antriebsstrangs (15) eines Kraftfahrzeugs (16), wobei der Isolationsring (1) einen ringscheibenförmigen Grundkörper (6) mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Grundkörper (6) erstreckender Öffnungen (7) aufweist, welche jeweils von den freien Enden (8) eines Hairpin-Leiterstabpaares (9) zumindest abschnittsweise durchgreifbar sind, wobei sich wenigstens ein Abstandselement (10) in einer ersten axialen Richtung aus dem Grundkörper (6) herausgestreckt und sich wenigstens ein Halteelement (12) in einer zweiten axialen Richtung aus dem Grundkörper (6) herausgestreckt.

Description

Isolationsrinq, Stator und Verfahren zur Herstellung eines Stators
Die vorliegende Erfindung betrifft eine/ein Isolationsring für einen Wickelkopf einer Hairpin-Wicklung eines Stators einer elektrischen Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Isolationsring einen ringscheibenförmigen Grundkörper mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Grundkörper erstreckender Öffnungen aufweist, welche jeweils von den freien Enden eines Hairpin-Leiterstabpaares zumindest abschnittsweise durchgreifbar sind. Die Erfindung betrifft ferner einen Stator und ein Verfahren zur Herstellung eines Stators.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 63. Jahrgang, 05/20 6, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2- Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen bezeichnet.
Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.
Für die Entwicklung von elektrischen Maschinen, insbesondere von elektrischen Maschinen für die oben erwähnten hybrid oder vollelektrisch betreibbaren Kraftfahrzeuge oder auch für Radnabenantriebe, sind grundsätzlich verschiedene Wicklungstechnologien für einen Stator einer elektrischen Maschine bekannt.
Bei elektrischen Maschinen, die einen Stator mit einem hohlzylindrischen Stator aufweisen, also als Innenläufermaschine ausgebildet sind, und die für eine Anwendung als Traktionsantrieb eines Kraftfahrzeugs konfiguriert sind, weisen oftmals eine Statorwicklung mit einem rechteckigen Querschnitt auf, um den eine hohe Leistungsdichte zu erreichen. Bei elektrischen Maschinen, welche für den Antrieb von Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, werden die Statorwicklungen daher typischerweise als Hairpin-Wicklungen ausgebildet. Hierbei werden beispielsweise im Wesentlichen U-förmige Drahtsegmente von einer Stirnseite des Stators aus in die Statornuten eingebracht und dann an einer gegenüberliegenden Stirnseite des Stators umgeformt und beispielsweise durch Schweißen verbunden.
Bei derartigen Hairpin-Wicklungen ist es ferner bekannt, diese gemeinsam mit dem Wickelkopf der Hairpin-Wicklung mittels eines sogg. Vollvergusses des Stators elektrisch zu isolieren. Hierbei besteht allerdings das Risiko, dass es aufgrund von Schwingungsbelastungen im Betrieb der elektrischen Maschine zu einer Rissbildung im Verguss über die Lebensdauer des Stators kommen kann. Diese Rissbildungen können dann zur Ausbildung von Luft- und Kriechstrecken und lokalen elektrischen Kurzschlüssen führen, was einen negativen Einfluss auf die Leistung der elektrischen Maschine haben kann und was regelmäßig unerwünscht ist.
Alternativ oder auch ergänzend zu einem Vollverguss sind aus dem Stand der Technik ferner geschlossene Kappen zur Isolation der Hairpin-Enden an einem Wickelkopf einer Hairpin-Wicklung bekannt. Ein Beispiel hierfür ist in der JP2000209802A offenbart.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung einen Isolationsring für einen Wickelkopf einer Hairpin-Wicklung eines Stators einer elektrischen Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, der eine sichere und langlebige Isolierung des Wickelkopfes erlaubt, der kostengünstig herstellbar sowie montagefreundlich ausgeführt ist. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung einen Stator für eine elektrische Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs zu realisieren, der eine sichere und langlebige Isolierung eines Wickelkopfes einer Hairpin-Wicklung aufweist. Es ist des Weiteren die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs anzugeben, mittels dessen eine sichere und langlebige Isolierung eines Wickelkopfes realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Isolationsring für einen Wickelkopf einer Hairpin-Wicklung eines Stators einer elektrischen Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Isolationsring einen ringscheibenförmigen Grundkörper mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Grundkörper erstreckender Öffnungen aufweist, welche jeweils von den freien Enden eines Hairpin-Leiterstabpaares zumindest abschnittsweise durchgreifbar sind, wobei sich wenigstens ein Abstandselement in einer ersten axialen Richtung aus dem Grundkörper herausgestreckt und sich wenigstens ein Halteelement in einer zweiten axialen Richtung aus dem Grundkörper herausgestreckt.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass der Isolationsring auf einfache Art und Weise auf einen Stator axial aufgesetzt werden kann, wobei durch das wenigstens eine Abstandselement der axiale Abstand zwischen dem Stator und dem Grundkörper definiert ist. Anders ausgedrückt, bildet das wenigstens eine Abstandselement einen axialen Anschlag des Isolationsring gegenüber dem Stator aus. Mittels des wenigstens einen Halteelements kann der Isolationsring, beispielsweise durch ein entsprechendes Werkzeug, gehalten und auf den Wickelkopf der Hairpin-Wicklung aufgesteckt werden. Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Der erfindungsgemäße Stator ist zur Verwendung in einer elektrischen Maschine vorgesehen. Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel den als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Der Stator kann insbesondere durch eine Leistungselektronik bestrombar sein. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ein Verbund verschiedener Komponenten, welche einen Strom an Stator steuern oder regeln, bevorzugt inklusive hierzu benötigter peripherer Bauteile wie Kühlelemente oder Netzteile. Insbesondere enthält die Leistungselektronik ein oder mehrere Leistungselektronikbauteile, welche zur Steuerung oder Regelung eines Stroms eingerichtet sind. Dabei handelt es sich besonders bevorzugt um einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B. Leistungstransistoren. Besonders bevorzugt weist die Leistungselektronik mehr als zwei, besonders bevorzugt drei voneinander getrennte Phasen bzw. Strompfade mit mindestens je einem eigenen Leistungselektronikbauteil auf.
Die Leistungselektronik ist bevorzugt ausgelegt, pro Phase eine Leistung mit einer Spitzenleistung, bevorzugt Dauerleistung, von mindestens 10 W, bevorzugt mindestens 100 W besonders bevorzugt mindestens 1000 W zu steuern oder regeln. Die Leistungselektronik ist bevorzugt über einen HV-Terminal (HV= Hoch volt) mit der Statorwicklung des Stators verbunden.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
Der erfindungsgemäße Stator kann bevorzugt für eine Radialflussmaschine konfiguriert sein. Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch bzw. zylinderringförmig aufgebaut und besteht in der Regel aus einem Statorkörper, der durch gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen gebildet ist. Durch diesen Aufbau werden die durch das Statorfeld verursachten Wirbelströme im Stator geringgehalten. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Statornuten eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin, können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern.
Der Statorkörper ist bevorzugt einteilig ausgebildet. Ein einteiliger Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass der gesamte Statorkörper umfänglich gesehen einteilig ausgebildet ist. Der Statorkörper ist dabei in der Regel aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet, wobei jedes der Elektrobleche zu einem Kreisring geschlossen ausgebildet ist. Die Einzelbleche können in dem Statorkörper beispielsweise durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten werden.
In dem Statorkörper sind bevorzugt die Statorzähne des Stators ausgebildet. Als Statorzähne werden Bestanteile des Statorkörpers bezeichnet, die als umfänglich beabstandete, zahnartig radial nach innen (Innenläufer) oder radial nach außen (Außenläufer) gerichtete Teile des Statorkörpers ausgebildet sind und zwischen deren freien Enden und einem Rotorkörper ein Luftspalt für das Magnetfeld und für die rotative Bewegung des Rotors gebildet ist. Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende unmagnetische Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das beispielsweise ein im Wesentlichen kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht.
In den Statornuten des erfindungsgemäßen Stators ist eine Statorwicklung eingelassen. Eine Statorwicklung umfasst elektrisch leitfähige Leiter, deren Längenerstreckung wesentlich größer ist als ihr Durchmesser. Die Statorwicklung kann grundsätzlich jede beliebige Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt sind rechteckige Querschnittsformen, da sich mit diesen hohe Packungs- und folglich Leistungsdichten erzielen lassen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Statorwicklung aus Kupfer gebildet. Erfindungsgemäß ist die Statorwicklung als eine Hairpin-Wicklung ausgebildet.
Bevorzugt ist der Isolationsring aus einem elektrisch nicht oder zumindest nur schwach leitfähigen Material ausgebildet. Der Isolationsring kann beispielsweise aus einer Keramik oder einem Kunststoff gebildet sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem Kunststoff um einen faserverstärkten Kunststoff. Höchst bevorzugt ist der Isolationsring aus einem Kunststoff mittels eines Spritzgussverfahrens gebildet.
Die Öffnungen des Isolationsrings sind bevorzugt entlang von konzentrisch verlaufenden Durchmessern in dem ringscheibenförmigen Grundkörper angeordnet. Des Weiteren bevorzugt sind die Öffnungen äquidistant zueinander auf einem Durchmesser positioniert. In diesem Zusammenhang ist es des Weiteren zu bevorzugen, dass die Öffnungen auf den konzentrisch verlaufenden Durchmessern in umfänglich verteilten Gruppen von zueinander radial fluchtend angeordneten Öffnungen positioniert sind. Höchst bevorzugt ist es diesbezüglich auch, dass radial fluchtend angeordnete Öffnungen einer Gruppe äquidistant zueinander beabstandet sind. Ebenfalls ist es höchst bevorzugt, dass die Öffnungen im Wesentlichen identisch ausgeformt sind. Hierbei kann es bevorzugt sein, dass eine Öffnung im Wesentlichen rechteckförmig mit abgerundeten Ecken ausgeformt ist und sich ihre Längserstreckung in Umfangsrichtung des Isolationsrings orientiert.
Der Isolationsring kann einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Grundkörper des Isolationsrings einstückig, weiter bevorzugt monolithisch, ausgeformt. Es wäre jedoch auch möglich, dass der Isolationsring aus mehreren Ringsegmenten gebildet wird, die stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind.
Es kann des Weiteren bevorzugt werden, dass das wenigstens eine Abstandselement einstückig, bevorzugt monolithisch, mit dem Grundkörper ausgebildet ist. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass das Abstandselement aus einem von dem Material des Grundkörpers abweichenden Material geformt ist. Auch wäre es möglich, das Abstandselement als ein von dem Grundkörper separates Bauteil auszugestalten, dass formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Grundkörper verbunden ist.
Das Halteelement kann bevorzugt einstückig, insbesondere auch monolithisch, mit dem Grundkörper des Isolationsrings ausgeformt sein. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass das Halteelement aus einem von dem Material des Grundkörpers abweichenden Material geformt ist. Auch wäre es möglich, das Halteelement als ein von dem Grundkörper separates Bauteil auszugestalten, dass formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Grundkörper verbunden ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Isolationsring wenigstens drei Abstandselemente und/oder wenigstens drei Haltelemente aufweist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass hierdurch statisch bestimmte Auflagen bzw. Kontakte bereitgestellt werden können, die ein unbeabsichtigtes Kippen des Isolationsrings, beispielsweise auf der Stirnfläche des Stators, verhindern. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Abstandselemente und/oder die Halteelemente äquidistant entlang des Umfangs des Isolationsrings angeordnet sind, was die Verkippsicherheit des Isolationsrings weiter erhöht. Die wenigstens drei Abstandselemente können als Stege ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Abstandselemente kreisringschalensegmentartig ausgestaltet. Des Weiteren bevorzugt sind die Abstandselemente an dem radial äußeren Durchmesser des ringscheibenartigen Grundkörpers angeordnet. Es kann ferner zu bevorzugen sein, dass sich die Abstandselemente in axialer Richtung trapezförmig erstrecken, wobei die lange Trapezseite dem Grundkörper und die kurze Trapezseite dem Stator zugewandt sind. Höchst bevorzugt sind die wenigstens drei Abstandselemente gleichteilig ausgeformt. Gemäß einer weiteren, höchst bevorzugten Ausführung der Erfindung, weist der Isolationsring genau drei Abstandselemente auf. All diese Maßnahmen können den Leichtbau der elektrischen Maschine unterstützen, indem die Abstandselemente lediglich auf die axiale Positionierung des Isolationsrings gegenüber dem Stator ausgelegt sind.
Die wenigstens drei Halteelemente können als Stege ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Stege zylinderförmig ausgestaltet. Des Weiteren bevorzugt sind die Halteelemente an dem radial äußeren Durchmesser des ringscheibenartigen Grundkörpers angeordnet. Höchst bevorzugt sind die wenigstens drei Halteelemente gleichteilig ausgeformt. Gemäß einer weiteren, höchst bevorzugten Ausführung der Erfindung, weist der Isolationsring genau drei Halteelemente auf. All diese Maßnahmen können den Leichtbau der elektrischen Maschine unterstützen, indem die Halteelemente lediglich auf die axiale wie umfängliche Positionierung des Isolationsrings gegenüber einem Werkzeug ausgelegt sind.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Abstandselemente und die Halteelemente jeweils einander zugeordnete Paare ausbilden, welche jeweils in einem gemeinsamen Umfangssegment des Isolationsrings positioniert sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Stator zylinderringförmig ausgebildet ist und sich an wenigstens einer axialen Stirnseite ein Wickelkopf einer Hairpin-Wicklung axial aus dem Stator herauserstreckt, wobei die freien Enden einer Mehrzahl von Hairpin-Leiterstabpaaren in Öffnungen eines Isolationsrings nach Anspruch aufgenommen sind, wobei zumindest diese Öffnungen von einer bevorzugt elektrisch isolierenden Vergussmasse ausgefüllt sind und der Isolationsring über das wenigstens eine sich axial aus dem Grundkörper des Isolationsrings herauserstreckende Abstandselement an der axialen Stirnseite des Stators anliegt, ohne dass Drehmomente zwischen dem Isolationsring und dem Stator übertragbar sind.
Hierdurch lässt sich insbesondere die Wirkung erzielen, dass keine Schwingungen im Betrieb des Stators in Umfangsrichtung auf den Isolationsring übertragen werden, wodurch die Isolierung des Hairpin-Wickelkopfs deutlich langlebiger gegenüber einer ungewollten Rissbildung ausgestaltet werden kann. Auch wenn es zu einer Rissbildung in der Vergussmasse kommt, unterstützt der Isolationsring eine Reduzierung der Ausbreitung entsprechender Risse und weiterer Schaden durch elektrischen Kriechstrom verhindert oder reduziert werden.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das wenigstens eine Abstandselement an seinem den Stator kontaktierenden Abschnitt keine Vergussmasse aufweist, was ebenfalls zu einem Leichtbau des Stators beitragen kann.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Halteelement des Isolationsrings in axialer Richtung aus der Vergussmasse herausragt oder zumindest nicht von Vergussmasse in umfänglicher Richtung überdeckt ist.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Isolationsring lediglich über die Vergussmasse gegenüber der Hairpin-Wicklung in Umfangsrichtung, in radialer Richtung und einer axialen Richtung fixiert ist, was ebenfalls die Gefahr einer ungewollten Rissbildung und Ausbildung von elektrischen Kriechstrecken verhindert oder zumindest reduziert.
Die Aufgabe der Erfindung wird schließlich auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellung eines Stators, wobei der Stator zylinderringförmig ausgebildet ist und sich an wenigstens einer axialen Stirnseite ein Wickelkopf einer Hairpin- Wicklung axial aus dem Stator herauserstreckt,
- Bereitstellung eines Isolationsrings, insbesondere eines Isolationsrings nach einem der Ansprüche 1 -4, wobei der Isolationsring einen ringscheibenförmigen Grundkörper mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Grundkörper erstreckender Öffnungen aufweist, sowie ein sich wenigstens in einer ersten axialen Richtung aus dem Grundkörper herauserstreckendes Abstandselement und sich wenigstens ein in einer zweiten axialen Richtung aus dem Grundkörper herauserstreckendes Halteelement,
- Aufsetzen des Isolationsrings auf den Wickelkopf der Hairpin-Wicklung, so dass die Öffnungen jeweils von den freien Enden eines Hairpin-Leiterstabpaares zumindest abschnittsweise durchgriffen sind, und der Isolationsring über das wenigstens eine sich axial aus dem Grundkörper des Isolationsrings herauserstreckende Abstandselement an der axialen Stirnseite des Stators anliegt, ohne dass Drehmomente zwischen dem Isolationsring und dem Stator übertragbar sind,
- Fixierung eines Vergusswerkzeugs gegenüber dem wenigstens einen Halteelement des Isolationsrings in axialer sowie umfänglicher Richtung,
- Verfüllen der Öffnungen mittels des Vergusswerkzeugs mit einer Vergussmasse,
- Entfernen des Vergusswerkzeugs von dem wenigstens einen Halteelement.
Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Fixierung des Vergusswerkzeugs gegenüber dem wenigstens einen Halteelement des Isolationsrings in axialer sowie umfänglicher Richtung vor dem Aufsetzen des Isolationsrings auf den Wickelkopf der Hairpin-Wicklung erfolgt, so dass der Isolationsring durch das Vergusswerkzeug auf den Wickelkopf aufgesetzt wird. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 einen Isolationsring in einer perspektivischen Ansicht,
Figur 2 einen Stator mit einem auf den Wickelkopf einer Hairpin-Wicklung aufgesetztem Isolationsring in einer perspektivischen Darstellung,
Figur 3 eine Detailansicht auf den auf den Wickelkopf der Hairpin-Wicklung aufgesetzten Isolationsring in einer perspektivischen Darstellung,
Figur 4 einen Stator mit einem auf den Wickelkopf einer Hairpin-Wicklung aufgesetztem und vergossenen Isolationsring in einer perspektivischen Darstellung,
Figur 5 jeweils ein hybrides und vollelektrisch betreibbares Kraftfahrzeug in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
Die Figur 1 zeigt einen Isolationsring 1 für einen Wickelkopf 2 einer Hairpin- Wicklung 3 eines Stators 4 einer elektrischen Maschine 5, wie sie beispielsweise innerhalb eines Antriebsstrangs 15 eines Kraftfahrzeugs 16 verwendet wird, was exemplarisch in der Figur 5 skizziert ist
Der Isolationsring 1 weist einen ringscheibenförmigen Grundkörper 6 mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Grundkörper 6 erstreckender Öffnungen 7 auf, welche jeweils von den freien Enden 8 eines Hairpin-Leiterstabpaares 9 zumindest abschnittsweise durchgreifbar sind, was sich gut aus der Zusammenschau mit der Figur 3 erkennen lässt.
Drei Abstandselemente 10 erstrecken sich in einer ersten axialen Richtung und drei Halteelemente 12 in einer zweiten axialen Richtung aus dem Grundkörper 6 heraus. Die Abstandselemente 10 und die Halteelemente 12 sind äquidistant entlang des Umfangs des Isolationsrings 1 angeordnet. Die Abstandselemente 10 und die Halteelemente 12 bilden in der gezeigten Ausführungsform jeweils einander zugeordnete Paare 13 aus, welche jeweils in einem gemeinsamen Umfangssegment 14 des Isolationsrings 1 positioniert sind. Der Isolationsring 1 ist einstückig aus einem Kunststoff mittels eines Spritzgussverfahrens gebildet.
Die Öffnungen 7 des Isolationsrings 1 sind entlang von konzentrisch verlaufenden Durchmessern in dem ringscheibenförmigen Grundkörper 6 angeordnet. Auf einem Durchmesser sind die Öffnungen 7 jeweils äquidistant zueinander positioniert. Man erkennt anhand der Figur 1 ferner gut, dass die Öffnungen 7 auf den konzentrisch verlaufenden Durchmessern in umfänglich verteilten Gruppen von zueinander radial fluchtend angeordneten Öffnungen 7 positioniert sind, wobei auch die radial fluchtend angeordnete Öffnungen 7 einer Gruppe äquidistant zueinander beabstandet sind.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen 7 im Wesentlichen identisch rechteckförmig mit abgerundeten Ecken ausgeformt, wobei sich ihre Längserstreckung in Umfangsrichtung des Isolationsrings 1 orientiert. Die Ausgestaltung der Öffnungen 7 ist so gewählt, dass die in einer Öffnung 7 aufgenommenen Hairpin-Leiterstabpaare 9 die Öffnung 7 idealerweise nicht kontaktieren, so dass zwischen den Hairpin-Leiterstabpaaren 9 den Öffnungen 7 jeweils Vergussmasse 18 für eine vollständige Isolierung sorgen kann. Mit anderen Worten, weist der Isolationsring 1 keinen Kontakt mit Wickelkopf 2 auf.
Die Abstandselemente 10 sowie die Halteelemente 12 sind monolithisch mit dem Grundkörper 6 ausgebildet.
Die drei Abstandselemente 10 sind als Stege ausgebildet, die an dem radial äußeren Durchmesser des ringscheibenartigen Grundkörpers angeordnet sind. Diese Abstandselemente 10 erstrecken sich in axialer Richtung trapezförmig, wobei die lange Trapezseite dem Grundkörper 6 und die kurze Trapezseite dem Stator 4 zugewandt sind. Dabei sind die drei Abstandselemente 10 gleichteilig ausgeformt. Auch die drei Halteelemente 12 sind als Stege ausgebildet, besitzen jedoch eine zylinderförmige Ausgestaltung und sind an dem radial äußeren Durchmesser des ringscheibenartigen Grundkörpers 6 angeordnet. Die drei Halteelemente 12 sind gleichteilig ausgeformt.
Die Unterseite des Grundkörpers 6 kann eine leichte Schräge aufweisen, so dass beim Einfüllen der Vergussmasse 18 von unten keine Gasblasen an bzw. in dem Grundkörper 6 hängen bleiben.
Die Figur 2 zeigt einen Stator 4 für eine elektrische Maschine 5, wie sie beispielsweise innerhalb eines Antriebsstrangs 15 eines Kraftfahrzeugs 16 verwendet wird. Der Stator 4 ist zylinderringförmig ausgebildet und an wenigstens einer axialen Stirnseite 17 erstreckt sich ein Wickelkopf 2 einer Hairpin-Wicklung 3 axial aus dem Stator 4 heraus. Die Hairpin-Wicklung 3 kann über das HV-Terminal 20 an eine Leistungselektronik zur Bestromung der Hairpin-Wicklung 3 angeschlossen werden. Dieser Anschluss erfolgt über axial aus dem Wickelkopf 2 herausragende HV-Anschlusspins 21 der Hairpin-Wicklung 3, wie es auch in der Figur 3 gezeigt ist.
Die freien Enden 8 einer Mehrzahl von Hairpin-Leiterstabpaaren 9 sind in den Öffnungen 7 des Isolationsrings 1 aufgenommen, wie er aus der Figur 1 bekannt ist. Figur 2 zeigt also den Stator 4 mit dem auf dem Wickelkopf 2 aufgesetztem Isolationsring 1 . Diese Öffnungen 7 des Isolationsrings 1 werden von einer bevorzugt elektrisch isolierenden Vergussmasse 18 ausgefüllt, was in der Figur 4 gezeigt ist.
Der Isolationsring 1 liegt über die drei sich axial aus dem Grundkörper 6 des Isolationsrings 1 herauserstreckenden Abstandselemente 10 an der axialen Stirnseite 17 des Stators 4 an, ohne dass Drehmomente zwischen dem Isolationsring 1 und dem Stator 4 übertragbar sind. Es erfolgt also keine Umfangspositionierung, kein Einrasten oder sonstige Positionssicherung zwischen dem Isolationsring 1 und dem Stator 4 in Umfangsrichtung. Der Isolationsring 1 ist somit lediglich über die Vergussmasse 13 gegenüber der Hairpin-Wicklung 3 in Umfangsrichtung, in radialer Richtung und einer axialen Richtung fixiert. Anhand der Figur 2 ist ferner zu erkennen, dass die Twistseite“ und die HV- Abschlussterminal 20 Seite der Hairpin-Wicklung 3 sich im selben Wickelkopf 2 befinden. Im Bereich des HV-Anschlussterminals erfolgt dabei ein anderes Twisten der Hairpins als im Rest vom Wickelkopf 2, wodurch zusätzliche mögliche Kriechstrecken zwischen Terminal-Pins und geschweißten Hairpins verhindert werden
Wie in der Figur 3 gezeigt, können auch einige der Öffnungen 7 von einem Deckelelement 11 vollständig oder teilweise überdeckt sein. Das Deckelelement 11 ist dabei einstückig mit dem Isolationsring 1 ausgebildet oder als separates Bauteil, dass an dem Isolationsring 1 fixiert wird. Durch ein Deckelelement 11 können die Kriechstrecken zwischen den Leitern des Wickelkopfes 2 verlängert werden, wodurch sich die Sicherheit gegenüber unerwünschten lokalen Kurzschlüssen im Wickelkopf 2 erhöhen lässt.
Nachfolgend wird ein mögliches Verfahren zur Herstellung eines Stators 4, wie er aus den Figuren 2 und 4 bekannt ist, näher erläutert.
Zunächst erfolgt die Bereitstellung eines Stators 4, wobei der Stator 4 zylinderringförmig ausgebildet ist und sich an wenigstens einer axialen Stirnseite 17 ein Wickelkopf 2 einer Hairpin-Wicklung 3 axial aus dem Stator 4 herauserstreckt.
Ferner erfolgt eine Bereitstellung eines Isolationsrings 1 , wie er aus der Figur 1 bekannt ist, wobei der Isolationsring 1 einen ringscheibenförmigen Grundkörper 6 mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Grundkörper 6 erstreckender Öffnungen 7 aufweist, sowie ein sich wenigstens in einer ersten axialen Richtung aus dem Grundkörper 6 herauserstreckendes Abstandselement 10 und sich wenigstens ein in einer zweiten axialen Richtung aus dem Grundkörper 6 herauserstreckendes Halteelement 12.
Der Isolationsring 1 wird dann gegenüber einem Vergusswerkzeug mittels der drei Halteelemente 12 des Isolationsrings 1 in axialer sowie umfänglicher Richtung festgelegt. Der gegenüber dem Vergusswerkzeug fixierte Isolationsring 1 wird dann durch das Vergusswerkzeug auf den Wickelkopf 2 der Hairpin-Wicklung 3 aufgesetzt, so dass die Öffnungen 7 jeweils von den freien Enden 8 eines Hairpin-Leiterstabpaares 9 zumindest abschnittsweise durchgriffen sind, und der Isolationsring 1 über das wenigstens eine sich axial aus dem Grundkörper 6 des Isolationsrings 1 herauserstreckende Abstandselement 10 an der axialen Stirnseite 17 des Stators 4 anliegt, ohne dass Drehmomente zwischen dem Isolationsring 1 und dem Stator 4 übertragbar sind. Dieser Montagezustand des Stators 4 ist in der Figur 2 gezeigt, jedoch ohne das Vergusswerkzeug.
In dem aufgesetzten Zustand des Isolationsrings 1 erfolgt dann das Verfüllen der Öffnungen 7 mittels des Vergusswerkzeugs mit einer Vergussmasse 18. Abschließend wird das Vergusswerkzeug von den Halteelementen 12 entfernt und es ergibt sich der in der Figur 4 gezeigte Fertigungszustand des Stators 4.
Man erkennt, dass die drei Halteelemente 12 des Isolationsrings 1 in axialer Richtung aus der Vergussmasse 18 herausragen. Es wäre nachfolgend möglich, die überstehenden Haltelemente 12 abzutrennen, so dass eine ebene ringscheibenartige Stirnfläche der Vergussmasse 18 entsteht.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen. Bezuqszeichenliste
1 Isolationsring
2 Wickelkopf
3 Hairpin-Wicklung
4 Stator
5 elektrische Maschine
6 Grundkörper
7 Öffnungen
8 Hairpin-Enden
9 Hairpin-Leiterstabpaar
10 Abstandselement
11 Deckelement
12 Halteelement
13 Paare
14 Umfangssegment
15 Antriebsstrang
16 Kraftfahrzeug
17 Stirnseite
18 Vergussmasse
19 Abschnitt
20 HV-Anschlussterminal
21 HV-Anschlusspin

Claims

Ansprüche Isolationsring (1 ) für einen Wickelkopf (2) einer Hairpin-Wicklung (3) eines Stators (4) einer elektrischen Maschine (5) innerhalb eines Antriebsstrangs (15) eines Kraftfahrzeugs (16), wobei der Isolationsring (1 ) einen ringscheibenförmigen Grundkörper (6) mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Grundkörper (6) erstreckender Öffnungen (7) aufweist, welche jeweils von den freien Enden (8) eines Hairpin-Leiterstabpaares (9) zumindest abschnittsweise durchgreifbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens ein Abstandselement (10) in einer ersten axialen Richtung aus dem Grundkörper (6) herausgestreckt und sich wenigstens ein Halteelement (12) in einer zweiten axialen Richtung aus dem Grundkörper (6) herausgestreckt. Isolationsring (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsring (1 ) wenigstens drei Abstandselemente (10) und/oder wenigstens drei Haltelemente (12) aufweist. Isolationsring (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (10) und/oder die Halteelemente (12) äquidistant entlang des Umfangs des Isolationsrings (1 ) angeordnet sind. Isolationsring (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (10) und die Halteelemente (12) jeweils einander zugeordnete Paare (13) ausbilden, welche jeweils in einem gemeinsamen Umfangssegment (14) des Isolationsrings (1 ) positioniert sind. Stator (4) für eine elektrische Maschine (5) innerhalb eines Antriebsstrangs (15) eines Kraftfahrzeugs (16), wobei der Stator (4) zylinderringförmig ausgebildet ist und sich an wenigstens einer axialen Stirnseite (17) ein Wickelkopf (2) einer Hairpin-Wicklung (3) axial aus dem Stator (4) herauserstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden (8) einer Mehrzahl von Hairpin-Leiterstabpaaren (9) in Öffnungen (7) eines Isolationsrings (1 ) nach Anspruch 1 aufgenommen sind, wobei zumindest diese Öffnungen (7) von einer bevorzugt elektrisch isolierenden Vergussmasse (18) ausgefüllt sind und der Isolationsring (1) über das wenigstens eine sich axial aus dem Grundkörper (6) des Isolationsrings (1 ) herauserstreckende Abstandselement (10) an der axialen Stirnseite (17) des Stators (4) anliegt, ohne dass Drehmomente zwischen dem Isolationsring (1 ) und dem Stator (4) übertragbar sind. Stator (4) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Abstandselement (10) an seinem den Stator (4) kontaktierenden Abschnitt (19) keine Vergussmasse (18) aufweist. Stator (4) nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Halteelement (12) des Isolationsrings (1 ) in axialer Richtung aus der Vergussmasse (18) herausragt oder zumindest nicht von Vergussmasse (18) in umfänglicher Richtung überdeckt ist. Stator (4) nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsring (1 ) lediglich über die Vergussmasse (18) gegenüber der Hairpin-Wicklung (3) in Umfangsrichtung, in radialer Richtung und einer axialen Richtung fixiert ist. Verfahren zur Herstellung eines Stators (4) für eine elektrische Maschine (5) innerhalb eines Antriebsstrangs (15) eines Kraftfahrzeugs (16), umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellung eines Stators (4), wobei der Stator (4) zylinderringförmig ausgebildet ist und sich an wenigstens einer axialen Stirnseite (17) ein Wickelkopf (2) einer Hairpin-Wicklung (3) axial aus dem Stator (4) herauserstreckt,
- Bereitstellung eines Isolationsrings (1 ), insbesondere eines Isolationsrings (1 ) nach einem der Ansprüche 1 -4, wobei der Isolationsring (1) einen ringscheibenförmigen Grundkörper (6) mit einer Mehrzahl von sich axial durch den Grundkörper (6) erstreckender Öffnungen (7) aufweist, sowie ein sich wenigstens in einer ersten axialen Richtung aus dem Grundkörper (6) herauserstreckendes Abstandselement (10) und sich wenigstens ein in einer zweiten axialen Richtung aus dem Grundkörper (6) herauserstreckendes Halteelement (12),
- Aufsetzen des Isolationsrings (1 ) auf den Wickelkopf (2) der Hairpin- Wicklung (3), so dass die Öffnungen (7) jeweils von den freien Enden (8) eines Hairpin-Leiterstabpaares (9) zumindest abschnittsweise durchgriffen sind, und der Isolationsring (1) über das wenigstens eine sich axial aus dem Grundkörper (6) des Isolationsrings (1 ) herauserstreckende Abstandselement (10) an der axialen Stirnseite (17) des Stators (4) anliegt, ohne dass Drehmomente zwischen dem Isolationsring (1 ) und dem Stator (4) übertragbar sind,
- Fixierung eines Vergusswerkzeugs gegenüber dem wenigstens einen Halteelement (12) des Isolationsrings (1 ) in axialer sowie umfänglicher Richtung,
- Verfüllen der Öffnungen (7) mittels des Vergusswerkzeugs mit einer Vergussmasse (18), - Entfernen des Vergusswerkzeugs von dem wenigstens einen Halteelement (12). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung des Vergusswerkzeugs gegenüber dem wenigstens einen Halteelement (12) des Isolationsrings (1 ) in axialer sowie umfänglicher Richtung vor dem Aufsetzen des Isolationsrings (1 ) auf den Wickelkopf (2) der Hairpin- Wicklung (3) erfolgt, so dass der Isolationsring (1 ) durch das Vergusswerkzeug auf den Wickelkopf (2) aufgesetzt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3921859B2 (ja) 1999-01-18 2007-05-30 株式会社デンソー 接合部の絶縁構造、回転電機の絶縁構造およびその製造方法
ITBO20150189A1 (it) 2015-04-16 2016-10-16 Magneti Marelli Spa Metodo di costruzione di una macchina elettrica presentante un avvolgimento statorico con barre rigide
DE102016214031A1 (de) * 2016-07-29 2018-02-01 Volkswagen Aktiengesellschaft Elektromotor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für einen Elektromotor
AT521060A1 (de) * 2018-03-27 2019-10-15 Miba Ag Stator
DE102019207666A1 (de) 2018-09-26 2020-03-26 Zf Friedrichshafen Ag Stator einer elektrischen Maschine mit einem Temperatursensor
DE102019134792A1 (de) * 2019-12-17 2021-06-17 Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh Isolationsvorrichtung, Statorvorrichtung, elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung einer Statorvorrichtung
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