EP4774816A1 - Elektrische maschine mit radialen öffnungen zum imprägnieren und verfahren zur herstellung einer elektrischen maschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem magnetflussführenden Element (1) und einem stromflussführenden Element, wobei das magnetflussführende Element (1) einen Grundkörper (2) und mehrere in den Grundkörper (2) eingebrachte Nuten (3) aufweist, in welchen Nuten (3) eine einen elektrischen Leiter (4) bildende Spule (5) positioniert ist, sowie der elektrische Leiter (4) abschnittsweise in den Nuten (3) mit einem Isolationsmittel (6) umwickelt ist und/oder die jeweilige Nut (3) mit einem Nutverschlussmittel (7) verschlossen ist, wobei das Isolationsmittel (6) und/oder das Nutverschlussmittel (7) eine radiale Öffnung (8) zum Imprägnieren der Spule (5) aufweisen/aufweist. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer zuvor benannten elektrischen Maschine, mit einem aus einem Blechpaket gebildeten magnetflussführenden Element (1), wobei in einem ersten Schritt in Nuten (3) des magnetflussführenden Element (1) eine einen elektrischen Leiter (4) bildende Spule (5) positioniert wird, welcher elektrischer Leiter (4) abschnittweise mit einem Isolationsmittel (6) umwickelt ist, in einem zweiten Schritt in den Nuten (3) jeweils ein Nutverschlussmittel (7) positioniert wird, wobei das Isolationsmittel (6) und/oder das Nutverschlussmittel (7) radialen Öffnungen (8) aufweisen und in einem dritten Schritt der Grundkörper (2) an seiner radialen Innenseite derart an einer bestimmten axialen Position mit einem Imprägnierharz beträufelt wird, dass das Imprägnierharz in die Nuten (3) umfassend das Isolationsmittel (6) und/oder das Nutverschlussmittel (7) hineinfließt und sich sowohl radial als auch axial in den Nuten (3) verteilt.

Description

Elektrische Maschine mit radialen Öffnungen zum Imprägnieren und Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem magnetflussführenden Element, beispielsweise einem Stator oder einem Rotor, und einem stromflussführenden Element, wobei das magnetflussführende Element einen Grundkörper und mehrere in den Grundkörper eingebrachte radial geöffnete Nuten aufweist, in welchen Nuten eine einen elektrischen Leiter bildende Spule positioniert ist sowie der elektrische Leiter abschnittsweise in den Nuten mit einem Isolationsmittel umwickelt ist und/oder die jeweilige Nut mit einem Nutverschlussmittel verschlossen ist.

Prinzipiell ist bekannt, dass Wicklungen der Spulen eines Stators oder eines Rotors imprägniert sind. Bei aktuell verwendeten Träufelimprägnierungen sind die Wickelköpfe der Spulen mit Harz beträufelt und unter Einfluss von Kräften, der Schwerkraft, der Kapilarkraft und der Zentrifugalkraft erfolgt eine Verteilung des Harzes. Besonders nachteilig ist dabei jedoch, dass durch die Imprägnierung der Wickelköpfe Harz an Bereiche gelangt, an denen unerwünschte Rückstände verbleiben. Dies sind zum Beispiel die Stirnseite der als Blechpakete gebildeten Statoren oder Rotoren. Außerdem ist die Prozesszeit durch die lange Wirkungszeit der durch die Kräfte entstehenden Fließvorgänge insgesamt erhöht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Maschine bereitzustellen, in der ein Imprägnieren effektiver umsetzbar ist.

Dies wird bei einer gattungsgemäßen elektrischen Maschine dadurch gelöst, dass das Isolationsmittel und/oder das Nutverschlussmittel jeweils eine radiale Öffnung zum Imprägnieren der Spule aufweisen/aufweist. Die radial geöffnete Nut kann dabei radial von außen oder von innen geöffnet sein, basierend auf der Ausgestaltung von Stator und Rotor, je nachdem ob der Rotor ein Innenläufer oder Außenläufer ist. Das magnetflussführende Element ist vorzugsweise aus einem Blechpaket gebildet. Zwischen jeweils zwei benachbarten Nuten sind jeweils Zähne ausgeformt. Mittels der radialen Öffnung ist ein Teilbereich gebildet, in dem ein Imprägnierharz zur Imprägnierung der Spule einfließbar ist.

Mittels der radialen Öffnung ist gewährleistet, dass die Imprägnierung aus einer radialen Richtung erfolgen kann. Außerdem ist durch die radiale Öffnung ein Fließkanal bzw. die Fließrichtung vorgegeben, um eine Ausbreitung des Imprägnierharzes vorzugeben und zu gewährleisten, dass das Imprägnierharz zwischen die Wicklungen der Spule, die durch die elektrischen Leiter gebildet ist, einfließen kann.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.

Es ist zweckmäßig, wenn die radiale Öffnung entlang einer Längsrichtung der Nut ausgebildet ist. Dabei ist die größte Erstreckung der Öffnung in Längsrichtung der Nut. Damit ist eine flexible Gestaltung der radialen Öffnung sichergestellt. Bevorzugt kann sich die radiale Öffnung gar von einer ersten axialen Endseite der Nut bis zu einer zweiten axialen Endseite der Nut erstrecken. Demgemäß ist ein Spalt zwischen der ersten axialen Endseite und der zweiten axialen Endseite durch die Öffnung gebildet. Abschnitte des Nutverschlussmittels und/oder des Isolationsmittels sind dabei an zwei in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten in Anlage. Die Position der radialen Öffnung in Breitenrichtung ist dabei flexibel, vorzugsweise in Breitenrichtung mittig der Nut. Damit ist eine gleichmäßige Verteilung des Imprägnierharzes in der Nut gegeben. Das Nutverschlussmittel und/oder Isolationsmittel sind bevorzugt in Längsrichtung geschlitzt ausgeführt.

Alternativ kann die radiale Öffnung entlang einer Breitenrichtung der Nut ausgebildet sein. Dabei ist die größte Erstreckung der Öffnung in Breitenrichtung der Nut. Damit ist eine flexible Gestaltung der radialen Öffnung sichergestellt. Bevorzugt kann sich die radiale Öffnung von einer ersten Umfangsseite bis zu einer zweiten Umfangsseite derselben Nut erstrecken, wobei sich (jeweils) zwei in Längsrichtung gegenüberliegende Seiten des Nutverschlussmittels und/oder des Isolationsmittels gegenüberlie- gen. Die Position der radialen Öffnung in Längsrichtung ist dabei flexibel, vorzugsweise in Längsrichtung mittig der Nut. Damit ist eine gleichmäßige Verteilung des Imprägnierharzes in der Nut gegeben. Das Nutverschlussmittel und/oder Isolationsmittel sind bevorzugt in Breitenrichtung geschlitzt ausgeführt.

Von Vorteil ist, wenn das Nutverschlussmittel mehrere Verschlusselemente in einer Nut aufweist und zwischen den Verschlusselementen die radiale Öffnung positioniert ist. Bevorzugt ist das Nutverschlussmittel aus zwei Nutverschlusselementen gebildet, welche in der Längsrichtung oder der Breitenrichtung der Nut zueinander beabstandet angeordnet sind. Die radiale Öffnung ist dabei in Form eines Spalts, der gemäß der Erstreckung in Längsrichtung oder Breitenrichtung gebildet ist, zwischen sich gegenüberliegenden Seiten der Nutverschlusselemente ausgebildet, so dass das Nutverschlussmittel geteilt ausgebildet ist. Alternativ kann das Nutverschlussmittel jedoch auch aus einer Vielzahl von Nutverschlusselementen in einer Nut gebildet sein.

Außerdem kann das Isolationsmittel mehrere Abschnitte aufweisen und zwischen den Abschnitten kann die radiale Öffnung positioniert sein. Bevorzugt ist das Isolationsmittel dabei mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig ausgeführt, bei dem die radiale Öffnung zwischen den einzelnen Abschnitten in Längsrichtung oder in der Breitenrichtung positioniert ist. Die radiale Öffnung ist dabei in Form eines Spalts, der gemäß der Erstreckung in Längsrichtung oder Breitenrichtung gebildet ist, zwischen sich gegenüberliegenden Seiten der Abschnitte ausgebildet, so dass das Isolationsmittel geteilt ausgebildet ist. Alternativ kann das Isolationsmittel jedoch auch aus einer Vielzahl von Abschnitten in einer Nut gebildet sein.

Es ist zweckmäßig, wenn das Isolationsmittel ein Isolationspapier ist.

Außerdem kann die radiale Öffnung ein Durchgangsloch mit einem runden, eckigen oder ovalen Querschnitt sein. Damit ist eine besonders flexible Gestaltung der Öffnung gegeben, die je nach Gestaltung der elektrischen Maschine wählbar ist. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn mehrere Öffnungen in das Isolationsmittel und/oder das Nutverschlussmittel vorhanden sind, die bevorzugt in Längs- oder Breitenrichtung verteilt angeordnet sind und/oder verlaufen. Dadurch kann der Imprägniervorgang weiter verbessert werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer zuvor beschriebenen elektrischen Maschine mit einem aus einem Blechpaket gebildeten magnetflussführenden Element, wobei in einem ersten Schritt in Nuten des magnetflussführenden Element ein als Spule gewickelter elektrischer Leiter positioniert wird, welcher elektrischer Leiter abschnittweise mit einem Isolationsmittel umwickelt ist, in einem zweiten Schritt in den Nuten jeweils ein Nutverschlussmittel positioniert wird, wobei das Isolationsmittel und/oder das Nutverschlussmittel radialen Öffnungen aufweisen und in einem dritten Schritt in einer axialen Richtung das Blechpaket sowie das Isolationsmittel und/oder das Nutverschlussmittel aus einer radialen Richtung kommend mit einem Imprägnierharz beträufelt werden.

Mithilfe dieses Verfahrens ist sichergestellt, dass das Imprägnierharz lediglich die erforderlichen Teilbereiche erreicht. Das Imprägnierharz fließt dabei radial zwischen Wicklung der Spule und der Nut. Außerdem kann durch das Imprägnieren der Teilbereiche ein direktes Imprägnieren sichergestellt werden, wodurch auf Fließvorgänge zum Verteilen des Imprägnierharzes in geometrisch unbestimmten Fließkanälen verzichtet ist. Insgesamt findet eine direkte Imprägnierharzdosierung statt, bei der die radialen Öffnungen direkt befü lit werden können. Dadurch, dass lediglich ein Einbringen des Harzes in den Bereichen der radialen Öffnungen stattfindet, sind davon beabstan- dete Bereiche, beispielsweise beide axialen Stirnseiten / Endseiten des magnetflussführenden Elements im Sinne der Wickelköpfe, von Imprägnierharz freigehalten.

Verschiedene vorteilbehaftete Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung mit Figuren näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 ein magnetflussführendes Element in Form eines Stators in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 2 eine Schnittansicht des Stators gemäß Fig. 1 mit einem Nutverschlussmittel in einer zweiten Ausführungsform, und

Fig. 3 der Stator gemäß Fig. 1 in einer Schnittansicht mit einer Dosierposition.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der einzelnen Ausführungsformen lassen sich untereinander austauschen und alternativ / kumulativ einsetzen.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem magnetflussführenden Element 1 und einem stromflussführenden Element (hier nicht dargestellt), wobei das magnetflussführende Element 1 einen Grundkörper 2 und mehrere in den Grundkörper 2 eingebrachte radial geöffnete Nuten 3 aufweist, in welchen Nuten 3 eine als elektrischer Leiter 4 gewickelte Spule 5 positioniert ist sowie der elektrische Leiter 4 abschnittsweise in den Nuten 3 mit einem Isolationsmittel 6 (siehe Fig. 2) umwickelt ist und/oder die jeweilige Nut 3 mit einem Nutverschlussmittel 7 verschlossen ist Hervorzuheben ist, dass das Isolationsmittel 6 und/oder das Nutverschlussmittel 7 eine radiale Öffnung 8 zum Imprägnieren der Spule 5 aufweisen/aufweist.

Zur besseren Verdeutlichung ist eine axiale Richtung 9, eine radiale Richtung 10 und eine Umfangsrichtung 11 definiert. Die axiale Richtung 9 beschreibt die Erstreckung des magnetflussführenden Element 1 entlang einer Mittelachse 12, die radiale Richtung 10 ist vertikal zur axialen Richtung 9 ausgerichtet. Die Umfangsrichtung 11 beschreibt eine potenzielle Drehrichtung eines Rotors (hier nicht dargestellt).

In der vorliegenden Ausführungsform ist das magnetflussführende Element 1 als ein Stator 13 ausgebildet. Der Stator 13 ist aus einer Vielzahl aus in axialer Richtung 9 gestapelten Einzelblechen gebildet. Der Stator 13 weist eine Vielzahl von in der Umfangsrichtung 11 verteilten und gleichmäßig zueinander angeordneten und in axialer Richtung 9 erstreckenden Nuten 3 auf. In den Nuten 3 ist die Spule 5 positioniert. Die Spule 5 ist in den Nuten 3 so positioniert, so dass in axialer Richtung 9 an einer ersten axialen Endseite 14 (der Nut 3) ein erster Wickelkopf 15 angeordnet ist und an einer zweiten axialen Endseite 16 (der Nut 3) ein zweiter Wickelkopf 17 angeordnet ist. Jene Endseiten 14, 16 bilden unmittelbar die axialen Stirnseiten 30, 31 des Grundkörpers 2 aus.

Zwischen jeweils zwei Nuten 3 ist ein Zahn 18 gebildet. Jeweils zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Zähne 18 einer Nut 3 weisen in Umfangsrichtung 11 erstreckende Vorsprünge in Form von Polschuhen 19 auf, welche Polschuhe 19 sich gegenüberliegen. Zwischen diesen Polschuhen 19 ist weiterhin ein Spalt gebildet.

In der vorliegenden Ausführungsform ist in den Nuten 3, zwischen jeweils zwei Zähnen 18, das Nutverschlussmittel 7 angeordnet. Das Nutverschlussmittel 7 weist zwei Verschlusselemente 20, 21 , nämlich ein erster Verschlusselement 20 und ein zweites Verschlusselement 21 , auf. Die Verschlusselemente 20, 21 sind in axialer Richtung 9 zueinander entlang einer Längsrichtung 22, die der axialen Richtung 9 entspricht, der Nut 3 beabstandet angeordnet, so dass die radiale Öffnung 8 zwischen den beiden Verschlusselementen 20, 21 ausgebildet ist. Vorliegend erstreckt sich die radiale Öffnung von einer ersten Umfangsseite 34 zu einer zweiten Umfangsseite der Nut 3.

Demnach ist das Nutverschlussmittel 7 zweiteilig ausgeführt. Die beiden Verschlusselemente 20, 21 weisen in Längsrichtung einen als radiale Öffnung 8 ausgebildeten Spalt auf. Die beiden Verschlusselemente 20, 21 haben eine identische Form.

In der Fig. 2 eine Schnittansicht des Stators 13 gemäß Fig. 1 mit einem Nutverschlussmittel 7 in einer zweiten Ausführungsformdargestellt. Das Nutverschlussmittel 7 ist mit einer radialen Öffnung 8 ausgeführt, die gemäß einer Breiterichtung 23, gemäß der Umfangsrichtung 11 , des Nutverschlussmittels 7 mittig in Form eines Durchgangslochs gebildet ist. Das Nutverschlussmittel 7 ist in radialer Richtung 10 an einer jeweiligen Unterseite 24 der Polschuhe 19 positioniert und zu einer Oberseite 25 einer Wicklung 26 der Spule 5 beabstandet.

Das Isolationsmittel 6 liegt an Seitenflächen 27 und einem Boden 28 der Nut 3 an. Das Isolationsmittel 6, hier vorliegend als Isolationspapier ausgebildet, ist an einer Oberseite, die in radialer Richtung 10 gegenüber einer Unterseite 29 des Nutverschlussmittels 7 ausgerichtet ist, mittels einer radialen Öffnung 8 offen gestaltet. Mittels dieser beiden radialen Öffnungen ist ein Imprägnieren der Wicklung 26 der Spule 5 in der Nut 3 umsetzbar.

In Fig. 3 ist eine Dosierposition für ein Imprägnierharz für den Stator 13 dargestellt. Die Dosierposition ist in axialer Richtung 9 zu Stirnseiten 30, 31 und den Wickelköpfen 15, 17 der jeweiligen axialen Endseiten 14, 16 beabstandet. Die Richtung der Imprägnierung ist gemäß einer Imprägnierrichtung 32 definiert, die in der radialen Richtung 10 (zu einer radialen Innenseite des Grundkörpers 2) erfolgt. Ein Bereich 33 der Imprägnierung beschränkt sich auf einen Teilbereich in axialer Richtung 9, wodurch weitere Teilbereiche in axialer Richtung 9 gebildet sind, die nicht aktiv imprägniert sind.

Die vorherigen Ausführungen sind anhand der Figuren an einem konkreten Ausführungsbeispiel des Stators 13 dargestellt. Diese Ausführungen können jedoch auch für einen Rotor gelten.

Bezuqszeichenliste

Magnetflussführendes Element

Grundkörper

Nut

Elektrischer Leiter

Spule

Isolationsmittel

Nutverschlussmittel

Radiale Öffnung

Axiale Richtung

Radiale Richtung

Umfangsrichtung

Mittelachse

Stator

Erste axiale Endseite

Erster Wickelkopf

Zweite axiale Endseite

Zweiter Wickelkopf

Zahn

Polschuh

Erster Nutverschlusselement

Zweites Nutverschlusselement

Längsrichtung

Breitenrichtung

Unterseite

Oberseite

Wicklung

Seitenfläche

Boden

Unterseite Erste Stirnseite Zweite Stirnseite Imprägnierrichtung Bereich erste Umfangsseite zweite Umfangsseite

Claims

Patentansprüche

1. Elektrische Maschine mit einem magnetflussführenden Element (1 ) und einem stromflussführenden Element, wobei das magnetflussführende Element (1 ) einen Grundkörper (2) und mehrere in den Grundkörper (2) eingebrachte Nuten (3) aufweist, in welchen Nuten (3) eine einen elektrischen Leiter (4) bildende Spule (5) positioniert ist, sowie der elektrische Leiter (4) abschnittsweise in den Nuten (3) mit einem Isolationsmittel (6) umwickelt ist und/oder die jeweilige Nut (3) mit einem Nutverschlussmittel (7) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmittel (6) und/oder das Nutverschlussmittel (7) eine radiale Öffnung (8) zum Imprägnieren der Spule (5) aufweisen/aufweist.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Öffnung (8) entlang einer Längsrichtung (22) der Nut (3) ausgebildet ist.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Öffnung (8) sich von einer erste axialen Endseite (14) bis zu einer zweiten axialen Endseite (16) derselben Nut (3) erstreckt.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Öffnung (8) entlang einer Breitenrichtung (23) der Nut (3) ausgebildet ist.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Öffnung (8) sich von einer ersten Umfangsseite (34) bis zu einer zweiten Umfangsseite (35) derselben Nut (3) erstreckt.

6. Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nutverschlussmittel (7) mehrere Verschlusselemente (20, 21 ) aufweist und zwischen den Verschlusselementen (20, 21 ) die radiale Öffnung (8) positioniert ist.

7. Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmittel (6) mehrere Abschnitte aufweist und zwischen den Abschnitten die radiale Öffnung (8) positioniert ist.

8. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmittel (6) ein Isolationspapier ist.

9. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) ein Durchgangsloch mit einem runden, eckigen oder ovalen Querschnitt ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem aus einem Blechpaket gebildeten magnetflussführenden Element (1 ), wobei in einem ersten Schritt in Nuten (3) des magnetflussführenden Element (1 ) eine einen elektrischen Leiter (4) bildende Spule (5) positioniert wird, welcher elektrischer Leiter (4) abschnittweise mit einem Isolationsmittel (6) umwickelt ist, in einem zweiten Schritt in den Nuten (3) jeweils ein Nutverschlussmittel (7) positioniert wird, wobei das Isolationsmittel (6) und/oder das Nutverschlussmittel (7) radiale Öffnungen (8) aufweisen und in einem dritten Schritt der Grundkörper (2) an seiner radialen Innenseite derart an einer bestimmten axialen Position mit einem Imprägnierharz beträufelt wird, dass das Imprägnierharz in die Nuten (3) umfassend das Isolationsmittel (6) und/oder das Nutverschlussmittel (7) hineinfließt und sich sowohl radial als auch axial in den Nuten (3) verteilt.