EP4699204A1

EP4699204A1 - Elektromaschine mit einer folienförmigen isolierung aus einem thermoplastischen werkstoff

Info

Publication number: EP4699204A1
Application number: EP24717580.5A
Authority: EP
Inventors: Dennis KUHL; Stefan Riess; Ivo Agner; Dirk Reimnitz; Holger Witt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2023-04-19
Filing date: 2024-03-20
Publication date: 2026-02-25
Also published as: DE102023109824A1; CN120958689A; WO2024217622A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine mit einem magnetflussführenden Element (1) und einem Stromfluss führenden Element, wobei eine folienförmige Isolierung (2) aufweisend einen thermoplastischen Werkstoff auf die Außenkontur (3) des magnetflussführenden Elements unter temperaturbedingten Erweichen des thermoplastischen Werkstoffs aufgebracht ist. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer zuvor genannten Elektromaschine, wobei eine Folie aus thermoplastischem Werkstoff unter Temperatureinfluss verformt wird und auf das magnetflussführende Element (1) aufgebracht wird.

Description

Elektromaschine mit einer folienförmiqen Isolierung aus einem thermoplastischen Werkstoff

Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine, beispielsweise eine Axialflussmaschine oder eine Radialflussmaschine, mit einem magnetflussführenden Element, beispielsweise einem Stator oder Rotor, und einem Stromfluss führenden Element.

In Elektromaschinen wird beispielsweise zwischen Wicklung und einem als Blechpaket gebildeten Stator eine Basisisolation eingesetzt. Diese soll verhindern, dass Gehäuseteile mit spannungsführenden Teilen in Verbindung kommen. Dementsprechend trägt die Basisisolation wesentlich zum Schutz des Menschen bei. Im Stand der Technik wird die Basisisolation in Radialflussmaschinen klassischerweise durch Isolationspapier realisiert. Bei Axialflussmaschinen ist die Problematik, dass aufgrund der Geometrie und des begrenzten radialen Bauraums die Verwendung von Isolationspapier nicht direkt auf die Axialflussmaschine übertragbar ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die angesprochenen Nachteile zu beseitigen oder zumindest (teilweise) zu lindern.

Dies wird bei einer gattungsgemäßen Elektromaschine dadurch gelöst, dass eine folienförmige Isolierung aufweisend einen thermoplastischen Werkstoff auf die Außenkontur des magnetflussführenden Elements unter temperaturbedingtem Erweichen des thermoplastischen Werkstoffs aufgebracht ist. Der thermoplastische Werkstoff ist so aufgebracht, dass dieser eine separate Schicht auf der Außenkontur des magnetflussführenden Elements bildet, in Form einer „dünnen Haut“. Vorteilhaft an dem thermoplastischen Werkstoff ist, dass sich dessen Form an die Außenkontur des magnetflussführenden Elements anlegt. Damit kann bevorzugt eine faltenfreie und/oder eine falzfreie Auftragung stattfinden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.

Von Vorteil ist, wenn die folienförmige Isolierung eine Basisisolierung bildet. Damit ist verhindert, dass Gehäuseteile mit spannungsführenden Teilen in Verbindung kommen. Dementsprechend trägt die Basisisolation wesentlich zum Schutz des Menschen bei.

Von Vorteil ist, wenn das magnetflussführende Element allseitig von dem thermoplastischen Werkstoff bedeckt ist oder wenigstens auf der Oberseite oder Unterseite und der Innenseite und Außenseite von dem thermoplastischen Werkstoff bedeckt ist. Bedeckt der thermoplastische Werkstoff die Oberseite sowie die Innenseite und Außenseite, so ist dies als eine Art Deckel ausgeführt, wodurch lediglich die Unterseite freibleibt. Ist auch die Unterseite mit dem thermoplastischen Werkstoff bedeckt, so ist das magnetflussführende Element vollflächig von dem thermoplastischen Werkstoff bedeckt und dieses weist keine unbedeckten Flächen / Seiten auf. Damit ist eine komplette Isolation des magnetflussführenden Elements gegeben.

Des Weiteren kann der thermoplastische Werkstoff als Folie ausgestaltet sein. Eine Folie weist eine flexible Form auf, die das Aufbringen begünstigt / erleichtert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Folie als PET-Folie ausgestaltet. Diese Art von Folie weist die notwendigen Eigenschaften auf, um möglichst dicht an der Außenkontur des magnetflussführenden Elements anzuliegen.

Des Weiteren kann die Folie ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Je nach Gestaltung kann die Folie bei einer mehrteiligen Folie beispielsweise miteinander verbunden werden, um eine komplett dichte folienförmige Isolierung auszubilden. Dazu können die Folienteile miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt oder verklebt, werden. Bei einer einteiligen Ausführungsform kann die Folie mittels Umklappen um das magnetflussführende Element gelegt werden, um eine vollständige folienförmige Isolierung umzusetzen. Hierbei sind verschiedene, flexible Gestaltungsmöglichkeiten denkbar.

Außerdem kann auf der Außenkontur des magnetflussführenden Elements und/oder auf der Folie ein Klebstoff und/oder ein Backlack aufgebracht sein. Dies führt zu einer zusätzlichen Verfestigung der Folie an dem magnetflussführenden Element, wodurch ein Ablösen der Folie erschwert ist. Besonders bevorzugt kann der Klebstoff und/oder der Backlack auf der Oberseite, Unterseite, Innenseite und/oder Außenseite des magnetflussführenden Elements aufgebracht sein.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das magnetflussführende Element ein Stator mit einer Vielzahl an Statorzähnen und mit zwischen den Statorzähnen gebildeten Statornuten ausgeformt. Die folienförmige Isolierung ist somit an die durch Statorzähne und Statornuten gebildete Außenkontur des Stators angepasst.

Außerdem kann die Folie bereichsweise unterschiedliche Dicken aufweisen. Beispielsweise kann die Folie an kantigen / scharfkantigen Stellen dicker ausgeführt sein, um einer Abnutzung entgegenzuwirken.

Zudem kann die Folie derart ausgestaltet sein, dass sie vor dem Aufbringen auf die Außenkontur des magnetflussführenden Elements eine bereichsweise unterschiedliche Dicke und nach dem Aufbringen auf die Außenkontur des magnetflussführenden Elements eine konstante Dicke aufweist. Durch die bereichsweise unterschiedliche Dicke der Folie vor dem Aufbringen auf die Außenkontur des magnetflussführenden Elements kann sichergestellt werden, dass die Folie nach dem Aufbringen auf die Außenkontur des magnetflussführenden Elements an vorbestimmten Stellen, wie zum Beispiel kantigen / scharfkantigen nicht dünner als an anderen Stellen ausgeführt ist.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer zuvor genannten Elektromaschine, wobei eine Folie aus thermoplastischem Werkstoff unter Temperatureinfluss verformt wird und direkt auf das magnetflussführende Element, das beispielsweise als Blechpaket ausgebildet ist, aufgebracht / aufgeschmolzen wird. Das Verfahren kann dabei ein- oder mehrstufig sein. Bei dem Verfahren handelt es sich bevorzugt um einen Umformprozess. In dem Umformprozess können Druckunterschiede, Werkzeuge oder Flüssigkeiten als Hilfsmittel eingesetzt werden, um eine möglichst fehlerfreie folienförmige Isolierung an dem magnetflussführenden Element zu bilden und den Verfahrensablauf zu unterstützen / vereinfachen.

Zudem kann bei dem Verfahren die Folie derart bereitgestellt werden, dass sie vor dem Aufbringen auf die Außenkontur des magnetflussführenden Elements eine bereichsweise unterschiedliche Dicke und nach dem Aufbringen auf die Außenkontur des magnetflussführenden Elements eine konstante Dicke aufweist. Durch die bereichsweise unterschiedliche Dicke der Folie vor dem Aufbringen auf die Außenkontur des magnetflussführenden Elements kann sichergestellt werden, dass die Folie nach dem Aufbringen auf die Außenkontur des magnetflussführenden Elements an vorbestimmten Stellen, wie zum Beispiel kantigen / scharfkantigen nicht dünner als an anderen Stellen ausgeführt ist.

In anderen Worten betrifft die Erfindung einen Stator für eine Elektromaschine, aufweisend eine Vielzahl von Statorzähnen, die als Kern für je eine gewickelte Spule vorgesehen sind, wobei eine Basisisolierung aufweisend einen thermoplastischen Werkstoff auf die Außenkontur der Statorzähne unter temperaturbedingtem Erweichen des thermoplastischen Werkstoffs aufgebracht ist. Der thermoplastische Werkstoff ist so aufgebracht, dass dieser eine separate Schicht auf der Außenkontur der Statorzähne bildet, in Form einer „dünnen Haut“. Vorteilhaft an dem thermoplastischen Werkstoff ist, dass sich dessen Form an die Außenkontur der Statorzähne anlegt. Damit kann bevorzugt eine faltenfreie und/oder eine falzfreie Auftragung stattfinden.

In anderen Worten betrifft die Erfindung eine Ausgangsfolie / Folie aus einem thermoplastischen Werkstoff, die unter Temperatureinfluss verformt werden kann und dabei direkt auf das magnetflussführende Element, beispielsweise ein Statorblechpaket, aufgebracht wird. Die Ausgangsfolie kann bereichsweise unterschiedliche Dicken aufweisen oder eine spezielle Form aufweisen. Die Ausgangsfolie oder das magnetflussführende Element können mit einem Klebstoff oder Backlack beauftragt sein. Der Umformprozess zum Aufbringen der Ausgangsfolie kann ein- oder mehrstufig erfolgen. Im Umformprozess können Druckunterschiede, Werkzeuge oder Flüssigkeiten als Hilfsmittel dienen.

Eine vorteilbehaftete Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung mit Figur näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein magnetflussführendes Element einer erfindungsgemäßen Elektromaschine mit aufgebrachter folienförmigen Isolierung in Form eines thermoplastischen Werkstoffs.

Die Figur ist lediglich schematischer Natur und dient ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der Ausführungsform lassen sich untereinander austauschen und alternativ / kumulativ einsetzen.

Die Fig. 1 zeigt für eine erfindungsgemäße Elektromaschine, beispielsweise eine Axialflussmaschine oder eine Radialflussmaschine, ein magnetflussführendes Element 1 . Die erfindungsgemäße Elektromaschine umfasst zudem ein Stromfluss führendes Element (hier nicht dargestellt). Hervorzuheben ist, dass eine folienförmige Isolierung 2 aufweisend einen thermoplastischen Werkstoff auf die Außenkontur 3 des magnetflussführenden Elements 1 unter temperaturbedingten Erweichen des thermoplastischen Werkstoffs aufgebracht ist.

In der dargestellten Ausführungsform ist die folienförmige Isolierung 2 in Form einer Folie aufgebracht. Die Außenkontur 3 des magnetflussführenden Elements 1 ist durch eine Oberseite 4, eine Innenseite 5, eine Außenseite 6 und einer Unterseite (hier darstellungsgemäß verdeckt) definiert.

Das in Fig. 1 dargestellte magnetflussführende Element 1 ist als ein Stator ausgebildet. Der Stator weist eine Vielzahl an Statorzähnen 7 und Statornuten 8 an einem Statorjoch auf, wobei eine Statornut 8 jeweils zwischen zwei Statorzähnen 7 gebildet ist. Die Statorzähne 7 weisen jeweils eine Außenkontur 9 auf, die in eine Außenseite 10, Seitenflächen 11 , einer Innenseite 12 und einer Oberseite 13 unterteilt ist. Die Statornuten 8 weisen jeweils eine Oberseite 14 auf.

Die Oberseite 4 des magnetflussführenden Elements 1 , in Form des Stators, ist dabei durch die Seitenflächen 11 der Statorzähne 7, die Oberseiten 13 der Statorzähne 7 und die Oberseiten 14 der Statornuten 8 gebildet. Die Innenseite 5 ist von den Innenseiten 12 der Statorzähne 7 und durch die Innenseite des restlichen Stators, des Statorjochs, gebildet. Dies gilt ebenfalls für die Außenseite 6, die aus den Außenseiten 10 der Statorzähne 7 und der Außenseite des restlichen Stators, des Statorjochs, gebildet ist.

Somit ist das magnetflussführende Element 1 in Form des Stators in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform bis auf die Unterseite mit der folienförmigen Isolierung 2 bedeckt.

Bezuqszeichenliste magnetflussführendes Element folienförmige Isolierung

Außenkontur

Oberseite des Stators

Innenseite des Stators

Außenseite des Stators

Statorzahn

Statornut

Außenkontur des Statorzahns

Außenseite des Statorzahns

Seitenfläche des Statorzahns

Innenseite des Statorzahns

Oberseite des Statorzahns

Oberseite der Statornut

Claims

Patentansprüche

1. Elektromaschine mit einem magnetflussführenden Element (1) und einem Stromfluss führenden Element, dadurch gekennzeichnet, dass eine folienförmige Isolierung (2) aufweisend einen thermoplastischen Werkstoff auf die Außenkontur (3) des magnetflussführenden Elements (1) unter temperaturbedingten Erweichen des thermoplastischen Werkstoffs aufgebracht ist.

2. Elektromaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die folienförmige Isolierung (2) eine Basisisolierung bildet.

3. Elektromaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetflussführende Element (1 ) allseitig von dem thermoplastischen Werkstoff bedeckt ist oder wenigstens auf der Oberseite (4) und der Innenseite (5) und Außenseite (6) von dem thermoplastischen Werkstoff bedeckt ist.

4. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Werkstoff als Folie ausgestaltet ist.

5. Elektromaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie als PET-Folie ausgestaltet ist.

6. Elektromaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie ein- oder mehrteilig ausgeführt ist.

7. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenkontur (3) des magnetflussführenden Elements (1) und/oder auf der Folie ein Klebstoff und/oder ein Backlack aufgebracht ist.

8. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie bereichsweise unterschiedliche Dicken aufweist.

9. Elektromaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie derart ausgestaltet ist, dass sie vor dem Aufbringen auf die Außenkontur des magnetflussführenden Elements eine bereichsweise unterschiedliche Dicke und nach dem Aufbringen auf die Außenkontur des magnetflussführenden Elements eine konstante Dicke aufweist.

10. Verfahren zum Herstellen einer Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Folie aus thermoplastischem Werkstoff unter Temperatureinfluss verformt wird und auf das magnetflussführende Element (1) aufgebracht wird.

11 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie derart ausgestaltet bereitgestellt wird, dass sie vor dem Aufbringen auf die Außenkontur des magnetflussführenden Elements eine bereichsweise unterschiedliche Dicke und nach dem Aufbringen auf die Außenkontur des magnetflussführenden Elements eine konstante Dicke aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein- oder mehrstufig ist.