WO2015071091A2 - Elektrische maschine mit vergossenem wickelkopf - Google Patents

Elektrische maschine mit vergossenem wickelkopf Download PDF

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WO2015071091A2
WO2015071091A2 PCT/EP2014/073103 EP2014073103W WO2015071091A2 WO 2015071091 A2 WO2015071091 A2 WO 2015071091A2 EP 2014073103 W EP2014073103 W EP 2014073103W WO 2015071091 A2 WO2015071091 A2 WO 2015071091A2
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potting
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windings
rounding
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Horst Braun
Armin Elser
Thomas Bublat
Martin Kuhn
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Robert Bosch Gmbh
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    • 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
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/08—Insulating casings

Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine, in particular an asynchronous machine, with a potted winding head.
  • Electric machines can be used as motors or generators in
  • electrical asynchronous machines are known.
  • electrical conductors which are arranged as stator windings on a stator of the electric machine, a rotating magnetic field can be generated.
  • the stator surrounds a rotor.
  • the rotor For example, in the rotor
  • Permanent magnets may be provided.
  • the rotor may be formed with a so-called short-circuit cage in which currents and thus also induced magnetic fields can be generated by alternating external magnetic fields.
  • stator windings of such an electric machine are often arranged such that they extend in a longitudinal direction between two opposite ends of the stator along the stator and are looped at the ends of the stator in a direction transverse to this longitudinal direction.
  • the stator can have, for example, a base body in which grooves running parallel to the longitudinal direction of the stator are formed. Stator windings are inserted into these grooves and protrude beyond the front ends of the main body via this in the longitudinal direction and are deflected there from a groove to an adjacent groove.
  • a winding head Such an area in which the stator windings over the stator base body project in the longitudinal direction and are deflected.
  • Stator basic body to fix, the components of the stator in the
  • Such a mass may for example be a plastic, in particular thermoplastic or thermoset.
  • a plastic in particular thermoplastic or thermoset.
  • Vergussmassse filled The first liquid casting compound penetrates into cavities between the stator windings and the stator base body, so that these components after a subsequent curing of the
  • Potting compound are fixed relative to each other.
  • an electric machine which comprises a rotor, a stator surrounding the rotor, a cylindrical housing surrounding the stator and two winding heads.
  • the stator has a plurality of stator windings of electrical conductors.
  • Each of the winding heads is potted in an encapsulation made of an electrically insulating material, in the axial end portions of the stator windings are shed at front ends of the stator.
  • the potting has an annular geometry and is located within the housing at one of the two opposite
  • the electrical machine is characterized by the fact that the encapsulation of the winding heads on an internal
  • Cooling fluid flow can come. This can cause a cooling fluid is promoted insufficient and can even dwell locally for longer periods in so-called “dead zones", so that this local overheating and thermal degradation of the cooling fluid can be effected or it can lead to a lack of cooling of the winding head.
  • a cooling fluid flow no longer breaks abruptly but can preferably flow in a laminar manner or with a specifically influenced turbulence along the entire stator inside, in particular along the entire casting.
  • a cooling fluid flow no longer breaks abruptly but can preferably flow in a laminar manner or with a specifically influenced turbulence along the entire stator inside, in particular along the entire casting.
  • the rounding of the encapsulation can reduce thermomechanical stresses due to thermal expansions the casting can be improved.
  • the rounding may preferably have a radius of curvature which is greater than a cross-sectional width of the conductor of the stator windings cast in the potting.
  • a cross-sectional width can be understood to mean, for example, the diameter of round conductors.
  • the conductors may also have other cross-sections, with the cross-sectional width interpreted as the largest dimension along the cross-section of an elongated conductor.
  • the rounding provided on the inside of the encapsulation of the winding head can have a substantially greater radius of curvature than the cross-sectional contour of the stator winding lines.
  • the rounding should be macroscopic, that is, compared to the other dimensions of the potting a significant rounding at a radially inwardly and axially outwardly directed edge of the annular casting compared to a recent rectangular in cross-section
  • the rounding may have a radius of curvature which is greater than 10%, preferably greater than 20% of the thickness of the potting in the radial direction.
  • a radius of curvature which is greater than 10%, preferably greater than 20% of the thickness of the potting in the radial direction.
  • the rounding can preferably be convex.
  • convex rounding a cooling fluid flow can nestle well, so that stalls can be largely avoided.
  • the potting may consist of a thermosetting plastic such as a thermoplastic or a thermosetting plastic.
  • a thermosetting plastic such as a thermoplastic or a thermosetting plastic.
  • such materials are easy to process, for example by injection molding, and on the other hand, they can provide for a long-term reliable fixation of components of the stator to one another.
  • FIG. 1 shows a sectional view through components of a conventional electrical machine.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a stator of an electrical machine before casting.
  • FIG. 3 shows a sectional view of an electric machine according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows a partially cut away, perspective view of a stator and a housing of a conventional electric machine.
  • FIG. 5 shows a partially cut away, perspective view of a stator and a housing of an electric machine according to one
  • FIG. 1 shows components and features of a conventional electrical machine 1 in cross-section. The figure shows only a right half of the cross section. An entire cross-section results from reflection at the symmetry axis S.
  • the electric machine 1 has a rotor 3, a hollow cylindrical stator 5 surrounding the cylindrical rotor 3, and a hollow cylindrical housing 7 surrounding the stator 5. Together, the components 3, 5, 7 form an internal rotor formed asynchronous machine in which the rotor 3 can rotate about the axis of symmetry S and generated by in the stator 5
  • the stator 5 is fixed to the housing 7, which in turn may be attached, for example, to a body of a motor vehicle.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a stator 5 before casting.
  • the stator 5 has a Statorground body 9, which is composed of a plurality of composite into a package stator laminations.
  • Statorground body 9 grooves 13 are formed.
  • Grooves 13 are wound as electrical conductors acting wires 11 and form stator windings 15.
  • the stator windings 15 extend between two opposite ends 6 of the stator 5 along its longitudinal direction. At the front ends 6 itself protrude the stator windings 15 on the
  • Winding heads 17 In the region of these winding heads 17, the individual stator windings 15 extend transversely to the longitudinal direction of the stator 5, approximately in its circumferential direction. To the stator windings 15 with each other and with respect to the stator windings 15
  • Stator basic body 9 to fix they are usually encapsulated with an electrically insulating plastic.
  • the plastic forms a potting 19.
  • the potting has the illustrated in Figure 1, in the
  • the potting can be formed, for example, such that a cylindrical cavity in which both the lamella base body 9 and the windings 15 of the winding head 17 are filled with liquid plastic and the plastic is subsequently cured.
  • the cylindrical cavity can in this case be limited to the outside by the housing 7 and inwardly by a preferably also cylindrical female mold. After curing, the plastic forms an ideally rectangular in cross-section potting 19, in which both the components of
  • Stator ground stresses 9 and the stator windings 15 are stored. It is often observed that the potting 19 at its to the front ends 6 of the stator windings 15 are stored. It is often observed that the potting 19 at its to the front ends 6 of the stator windings 15 are stored. It is often observed that the potting 19 at its to the front ends 6 of the stator windings 15 are stored. It is often observed that the potting 19 at its to the front ends 6 of the
  • Stators 5 directed surfaces, however, is not flat, but due to surface tensions and wettabilities or by volume losses during curing during or after casting convex, menisc-like projections 21, 23 form (shown in phantom in Figure 1).
  • the rectangular-shaped cross section or in particular the menisc-like projections 21 on an inner side of the potting 19 can lead to problems in the cooling of the stator 5.
  • a cooling fluid for example in the form of a
  • the fluid flow 27 in this case flows through a gap 25 between the rotor 3 and the stator 5.
  • More precise investigations have shown that, especially in the vicinity of the radially inner edge lying in the axial direction towards the front end of the stator 5 edge 29 of the grout 17 to local thermal conditional mechanical stresses can come. This was attributed to the fact that the flow 27 can form local turbulences 28 in the region of the sharp edge 29 or of the meniscus-like projection 21. As a result, stalls can occur and "dead zones" can form, in which there is no continuous cooling fluid exchange.
  • the radius of curvature R may be greater than 10% of the thickness D of the potting in the radial direction. Due to such a rounding 31, a fluid flow 27 on the inside of the stator 5 can also be in the region of the front ends 6 of the stator 5 to the potting 19th
  • the rounding 31 of the potting 19 can be produced in different ways.
  • a casting 19, which is initially rectangular in cross-section, can be subsequently rounded by a suitable after-treatment.
  • a suitable after-treatment a turning, grinding, sanding, etc. may be provided.
  • the potting 19 may be cast immediately with a suitable fillet 31 using a suitable die shape.
  • potting geometry illustrates in perspective view. While in the conventional potting geometry a sharp edge 29 can provoke turbulences and stalls in flowing cooling fluid, this is avoided in the potting geometry 31 provided with the rounding 31, as shown in FIG.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Es wird eine elektrische Maschine (1), insbesondere eine Asynchronmaschine, mit einem Rotor (3); einem Stator (5) und einem Gehäuse (7) vorgeschlagen. Der Stator (5) weist an seinen Stirnenden (6) Wickelköpfe (17) auf. Jeder Wickelkopf (17) ist in einem Verguss (19) aus einem elektrisch isolierenden Material aufgenommen, in den axiale Endbereiche von Statorwicklungen (15) an Stirnenden (6) des Stators (5) eingegossen sind. An einer innenliegenden Oberfläche eines Stirnendes (6) des Stators (5) ist eine Verrundung (31) vorgesehen. Durch diese Verrundung (31) können negative Verwirbelungen oder Strömungsabrisse in einer Kühlfluidströmung (27) vermieden und somit eine gleichmäßige und kontinuierliche Kühlung des Stators (5) erreicht werden.

Description

Beschreibung
Elektrische Maschine mit vergossenem Wickelkopf
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Asynchronmaschine, mit einem vergossenen Wickelkopf.
Stand der Technik
Elektrische Maschinen können als Motoren oder Generatoren in
unterschiedlichen technischen Anwendungen dienen. Derzeit werden
insbesondere leistungsfähige elektrische Maschinen für einen Einsatz in Hybridoder Elektrokraftfahrzeugen entwickelt.
Es sind insbesondere elektrische Asynchronmaschinen bekannt. Bei diesen kann mithilfe von elektrischen Leitern, die als Statorwicklungen an einem Stator der elektrischen Maschine angeordnet sind, ein sich drehendes Magnetfeld erzeugt werden. Bei einer so genannten innen laufenden elektrischen Maschine umgibt der Stator dabei einen Rotor. In dem Rotor können beispielsweise
Permanentmagnete vorgesehen sein. Alternativ kann der Rotor mit einem so genannten Kurzschlusskäfig ausgebildet sein, in dem durch wechselnde von außen einwirkende Magnetfelder Ströme und damit auch induzierte Magnetfelder erzeugt werden können. Letztendlich kann mithilfe der in dem Stator
vorgesehenen Statorwicklungen und einem damit bewirkten sich drehenden Magnetfeld ein Rotieren des Rotors bewirkt werden. Die Statorwicklungen einer solchen elektrischen Maschine sind häufig derart angeordnet, dass sie zwischen zwei gegenüber liegenden Stirnenden des Stators entlang des Stators in einer Längsrichtung verlaufen und an den Stirnenden des Stators quer zu dieser Längsrichtung schleifenartig umgelenkt sind. Der Stator kann dabei beispielsweise einen Grundkörper aufweisen, in dem parallel zur Längsrichtung des Stators verlaufende Nuten ausgebildet sind. Statorwicklungen werden in diese Nuten eingelegt und ragen an den Stirnenden des Grundkörpers über diesen in Längsrichtung über und werden dort von einer Nut zu einer benachbarten Nut hin umgelenkt. Ein solcher Bereich, in dem die Statorwicklungen über den Statorgrund körper in Längsrichtung überstehen und umgelenkt werden, wird üblicherweise als Wickelkopf bezeichnet.
Um die Statorwicklungen relativ zueinander und in Bezug auf den
Statorgrundkörper zu fixieren, werden die Komponenten des Stators im
Allgemeinen mit einer elektrisch isolierenden und fließfähigen aushärtbaren Masse umgössen. Eine solche Masse kann beispielsweise ein Kunststoff, insbesondere Thermoplast oder Duroplast, sein. Zum Vergießen werden die Komponenten des Stators in eine geeignete Form eingelegt und dann
Vergussmassse eingefüllt. Die zunächst flüssige Vergussmasse dringt dabei in Hohlräume zwischen den Statorwicklungen und dem Statorgrund körper ein, so dass diese Komponenten nach einem anschließenden Aushärten der
Vergussmasse relativ zueinander fixiert sind.
In der DE 10 2009 055 325 AI ist eine elektrische Maschine in Form eines Asynchronmotors beschrieben, bei der Wicklungen in einem Lamellenkörper eines Stators angeordnet sind.
Offenbarung der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine elektrische Maschine, insbesondere eine Asynchronmaschine, mit einer verbesserten Kühlung und daraus resultierend einem höheren Leistungspotenzial oder einer erhöhten Lebensdauer. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen, die einen Rotor, einen den Rotor umgebenden Stator, ein den Stator umgebendes zylindrisches Gehäuse und zwei Wickelköpfe aufweist. Der Stator weist mehrere Statorwicklungen aus elektrischen Leitern auf. Jeder der Wickelköpfe ist in einem Verguss aus einem elektrisch isolierenden Material vergossen, in den axiale Endbereiche der Statorwicklungen an Stirnenden des Stators vergossen sind. Der Verguss weist eine ringförmige Geometrie auf und ist innerhalb des Gehäuses an einem der beiden gegenüber liegenden
Stirnenden des Stators angeordnet. Die elektrische Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass der Verguss der Wickelköpfe an einem innenliegenden
Bereich einer Oberfläche an zugehörigen Stirnenden des Stators, d.h. am Übergang zwischen einer dem Rotor zugewandten Manteloberfläche und einer Stirnseitenoberfläche, jeweils eine Verrundung aufweist. Dieser Aspekt der Erfindung kann als auf der folgenden Erkenntnis beruhend angesehen werden:
Bei herkömmlichen Asynchronmaschinen wurden die über einen
Statorgrundkörper in axialer Richtung abragenden und umgelenkten Bereiche von Wicklungen, d.h. der Wickelkopf, bisher in der Regel derart vergossen, dass der Verguss im Querschnitt eine im Wesentlichen recheckige Form aufweist oder einen abragenden Meniskus aufweist. Ein derart im Querschnitt rechteckiger Verguss ist verhältnismäßig einfach herstellbar. Allerdings wurde von den Erfindern der vorliegenden Erfindung erkannt, dass es bei herkömmlich vergossenen Wickelköpfen aufgrund einer solchen
typischerweise rechteckigen Geometrie zu Problemen bei der Kühlung während des Betriebs der elektrischen Maschine kommen kann. Insbesondere wurde nun erkannt, dass es an radial innen liegenden Kanten eines im Querschnitt rechteckigen Vergusses zu Verwirbelungen eines
Kühlfluidstroms kommen kann. Dies kann bewirken, dass ein Kühlfluid unzureichend gefördert wird und in sogenannten„Totgebieten" sogar lokal über längere Zeiträume verweilen kann, so dass hierdurch lokale Überhitzungen und thermische Degradationen des Kühlfluids bewirkt werden können oder es zu einer mangelnden Kühlung des Wickelkopfes kommen kann. Basierend auf dieser Erkenntnis wird daher vorgeschlagen, einen Verguss eines Wickelkopfs in einer elektrischen Maschine derart auszugestalten, dass sich an einem radial innenliegenden Bereich am Stirnende des Stators, d.h. an einem Bereich, an dem eine innenliegende Mantelfläche in eine Stirnfläche des hohlzylindrischen Stators übergeht, eine Verrundung bildet. An einer solchen Verrundung reißt eine Kühlfluidströmung nicht mehr abrupt ab sondern kann vorzugsweise laminar oder mit einer gezielt beeinflussten Verwirbelung entlang der gesamten Statorinnenseite, insbesondere entlang des gesamten Vergusses, strömen. Es entstehen vorzugsweise keine„Totwassergebiete" sondern die Stirnflächen des Stators werden durch die Abrundungen besser umströmt, wodurch Wärme aus dem Verguss besser abgeführt werden kann. Ferner können durch die Verrundung des Vergusses thermomechanische Spannungen aufgrund von thermischen Dehnungen reduziert werden. Hierdurch können Lebensdauer und Rissbeständigkeit des Vergusses verbessert werden.
Die Verrundung kann dabei vorzugsweise einen Krümmungsradius aufweisen, der größer ist als eine Querschnittsbreite der in dem Verguss vergossenen Leiter der Statorwicklungen.
Unter einer Querschnittsbreite kann hierbei beispielsweise bei runden Leitern deren Durchmesser verstanden werden. Allerdings können die Leiter auch andere Querschnitte aufweisen, wobei die Querschnittsbreite als größtmögliche Abmessung entlang des Querschnitts eines länglichen Leiters interpretiert werden kann.
Anders ausgedrückt kann die an der Innenseite des Vergusses des Wickelkopfs vorgesehene Verrundung einen wesentlich größeren Krümmungsradius aufweisen als die Querschnittskontur der Statorwicklungsleitungen.
Auf jeden Fall sollte die Verrundung makroskopisch sein, das heißt im Vergleich zu den sonstigen Dimensionen des Vergusses eine deutliche Abrundung an einer radial nach innen und axial nach außen gerichteten Kante des ringförmigen Vergusses im Vergleich zu einer bisherigen im Querschnitt rechteckigen
Geometrie darstellen. Beispielsweise kann die Verrundung einen Krümmungsradius aufweisen, der größer ist als 10%, vorzugsweise größer als 20% der Dicke des Vergusses in Radialrichtung. Anders ausgedrückt sind bei einem Verguss vorzugsweise zumindest wenigstens die am weitesten innenliegenden 10% der Stirnfläche des Vergusses nicht eben sondern verrundend gekrümmt ausgebildet.
Die Verrundung kann dabei vorzugsweise konvex sein. An eine solche makroskopische, konvexe Verrundung kann sich eine Kühlfluidströmung gut anschmiegen, so dass Strömungsabrisse weitgehend vermieden werden können.
Der Verguss kann aus einem aushärtbaren Kunststoff wie beispielsweise einem Thermoplast oder einem Duroplast bestehen. Solche Materialien sind einerseits einfach verarbeitbar, beispielsweise durch Spritzgussverfahren, und können andererseits für eine langfristig zuverlässige Fixierung von Komponenten des Stators zueinander sorgen.
Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine hierin mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die verschiedenen Merkmale in geeigneter Weise ausgetauscht beziehungsweise kombiniert werden können, um auf diese Weise zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend
auszulegen sind.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht durch Komponenten einer herkömmlichen elektrischen Maschine.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators einer elektrischen Maschine vor dem Vergießen. Figur 3 zeigt eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 zeigt eine teilweise weggeschnittene, perspektivische Ansicht eines Stators und eines Gehäuses einer herkömmlichen elektrischen Maschine.
Figur 5 zeigt eine teilweise weggeschnittene, perspektivische Ansicht eines Stators und eines Gehäuses einer elektrischen Maschine gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche oder gleich wirkende Merkmale sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen betitelt.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt Komponenten und Merkmale einer herkömmlichen elektrischen Maschine 1 im Querschnitt. Die Figur zeigt lediglich eine rechte Hälfte des Querschnitts. Ein gesamter Querschnitt ergibt sich durch Spiegelung an der Symmetrieachse S.
Die elektrische Maschine 1 weist einen Rotor 3, einen den zylindrischen Rotor 3 umgebenden hohl-zylindrischen Stator 5 und ein den Stator 5 umgebendes hohlzylindrisches Gehäuse 7 auf. Gemeinsam bilden die Komponenten 3, 5, 7 eine als Innenläufer ausgebildete Asynchronmaschine, bei der der Rotor 3 um die Symmetrieachse S rotieren kann und von in dem Stator 5 erzeugten
Magnetfeldern hierzu angetrieben wird. Der Stator 5 ist an dem Gehäuse 7 fixiert, welches wiederum beispielsweise an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs befestigt sein kann.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators 5 vor dem Vergießen. Hierbei ist die Ebene A - A angegeben, entlang derer die Querschnittsansicht aus Figur 1 aufgenommen ist. Der Stator 5 weist einen Statorgrund körper 9 auf, der aus einer Mehrzahl von zu einem Paket zusammengesetzten Statorblechen aufgebaut ist. In dem Statorgrund körper 9 sind Nute 13 ausgebildet. In diese Nute 13 sind als elektrische Leiter wirkende Drähte 11 eingewickelt und bilden Statorwicklungen 15. Die Statorwicklungen 15 verlaufen zwischen zwei gegenüber liegenden Stirnenden 6 des Stators 5 entlang seiner Längsrichtung. An den Stirnenden 6 selbst ragen die Statorwicklungen 15 über den
Statorgrundkörper 9 in Längsrichtung über und bilden hierbei so genannte
Wickelköpfe 17. Im Bereich dieser Wickelköpfe 17 verlaufen die einzelnen Statorwicklungen 15 quer zur Längsrichtung des Stators 5, etwa in dessen Umfangsrichtung. Um die Statorwicklungen 15 untereinander und in Bezug auf den
Statorgrundkörper 9 zu fixieren, werden sie üblicherweise mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff umgössen. Der Kunststoff bildet dabei einen Verguss 19. Herkömmlich weist der Verguss dabei die in Figur 1 dargestellte, im
Wesentlichen im Querschnitt rechteckige Form auf.
Der Verguss kann dabei beispielsweise derart gebildet werden, dass ein zylindrischer Hohlraum, in dem sich sowohl der Lamellengrundkörper 9 als auch die Wicklungen 15 des Wickelkopfs 17 befinden, mit flüssigem Kunststoff aufgefüllt wird und der Kunststoff nachfolgend ausgehärtet wird. Der zylindrische Hohlraum kann hierbei nach außen hin von dem Gehäuse 7 und nach innen hin von einer vorzugsweise ebenfalls zylindrischen Matrizenform begrenzt werden. Nach dem Aushärten bildet der Kunststoff einen im Idealfall im Querschnitt rechteckigen Verguss 19, in den sowohl die Komponenten des
Statorgrundkörpers 9 als auch die Statorwicklungen 15 eingelagert sind. Es wird häufig beobachtet, dass der Verguss 19 an seinen zu den Stirnenden 6 des
Stators 5 gerichteten Oberflächen jedoch nicht eben ist, sondern sich aufgrund von Oberflächenspannungen und Benetzbarkeiten oder durch Volumenverluste beim Aushärten während bzw. nach dem Vergießen konvexe, menisken-artige Fortsätze 21, 23 bilden (in Figur 1 teilweise gestrichelt dargestellt).
Es wurde nun von den Erfindern der vorliegenden Erfindung erkannt, dass der rechteck-förmige Querschnitt beziehungsweise insbesondere die meniskenartigen Fortsätze 21 an einer Innenseite des Vergusses 19 zu Problemen bei der Kühlung des Stators 5 führen können. Während des Betriebs der elektrischen Maschine 1 wird im Allgemeinen ein Kühlfluid beispielsweise in Form eines
Luftstroms oder eines Flüssigkeitsstroms durch das Innere des Stators 5 geleitet. Der Fluidstrom 27 durchströmt dabei einen Spalt 25 zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 5. Genauere Untersuchungen haben ergeben, dass es insbesondere in der Nähe der radial innen liegenden und in Axialrichtung hin zum Stirnende des Stators 5 liegenden Kante 29 des Vergusses 17 zu lokalen thermisch bedingten mechanischen Spannungen kommen kann. Dies wurde darauf zurückgeführt, dass die Strömung 27 im Bereich der scharfen Kante 29 beziehungsweise des menisken-artigen Vorsprungs 21 lokale Verwirbelungen 28 bilden kann. Damit einhergehend können Strömungsabrisse auftreten und es können sich„Totgebiete" bilden, in denen es nicht zu einem kontinuierlichen Kühlfluidaustausch kommt.
Es wird daher vorgeschlagen, den Verguss 19 an dem Stator 5 wie in Figur 3 dargestellt zu modifizieren. An einem einen Wickelkopf 17 einschließenden Verguss 19 wird dabei an einer radial innen liegenden und zum zugehörigen Stirnende des Gehäuses 7 gerichteten Oberfläche eine Verrundung 31 vorgesehen. Diese Verrundung 31 ist konvex und weist einen Krümmungsradius R auf, der wesentlich größer ist als ein Durchmesser d der Leiter der
Statorwicklungen 15. Insbesondere kann der Krümmungsradius R größer als 10% der Dicke D des Vergusses in Radialrichtung sein. Aufgrund einer solchen Verrundung 31 kann eine Fluidströmung 27 an der Innenseite des Stators 5 sich auch im Bereich der Stirnenden 6 des Stators 5 an den Verguss 19
anschmiegen. Verwirbelungen und Strömungsabrisse werden weitgehend vermieden, so dass eine kontinuierliche und ganzflächige Kühlung erreicht werden kann. Hierdurch können thermisch bedingte mechanische Spannungen erheblich reduziert werden.
Die Verrundung 31 des Vergusses 19 kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann ein zunächst im Querschnitt rechteckig gegossener Verguss 19 nachträglich durch eine geeignete Nachbehandlung verrundet werden. Als Nachbehandlung kann ein Drehen, Schleifen, Schmirgeln, etc. vorgesehen sein. Alternativ kann der Verguss 19 gleich mit einer geeigneten Verrundung 31 gegossen werden, indem eine geeignete Matrizenform verwendet wird.
In den Figuren 4 und 5 wird der Unterschied zwischen einem Stator 5 mit herkömmlicher Verguss-Geometrie (Figur 4) und einem Stator 5 mit erfindungsgemäßer Verguss-Geometrie (Figur 5) in perspektivischer Ansicht verdeutlicht. Während bei der herkömmlichen Verguss-Geometrie eine scharfe Kante 29 Verwirbelungen und Strömungsabrisse in durchströmendem Kühlfluid provozieren kann, wird dies bei der mit der Verrundung 31 versehenen Verguss- Geometrie, wie sie in Figur 5 dargestellt ist, vermieden.

Claims

Ansprüche
Elektrische Maschine (1 ), aufweisend:
einen Rotor (3);
einen den Rotor (3) umgebenden Stator (5) mit mehreren Statorwicklungen (15) aus elektrischen Leitern;
ein den Stator (5) umgebendes zylindrisches Gehäuse (7);
zwei Wickelköpfe (17) ;
wobei jeder der Wickelköpfe (17) in einem ringförmigen Verguss (19) aus einem elektrisch isolierenden Material aufgenommen ist, in den axiale Endbereiche der Statorwicklungen (15) an Stirnenden des Stators (5) vergossen sind,;
wobei der Verguss (19) der Wickelköpfe (17) eine Stirnseitenoberfläche und eine dem Rotor (3) zugewandte Manteloberfläche aufweist;
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verguss (19) der Wickelköpfe (17) jeweils an einem Übergang zwischen der Stirnseitenoberfläche und der Manteloberfläche eine Verrundung (31 ) aufweist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , wobei die Verrundung (31 ) einen Krümmungsradius (R) aufweist, der größer ist als eine Querschnittsbreite (d) der Leiter der Statorwicklungen (15).
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verrundung (31 ) einen Krümmungsradius (R) aufweist, der größer ist als 10% der Dicke (D) des Vergusses (19) in Radialrichtung.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die
Verrundung (31 ) konvex ist.
5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Verguss (19) aus einem aushärtbaren Kunststoff besteht.
6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die
Statorwicklungen (15) zwischen zwei gegenüberliegenden Stirnenden (6) des Stators (5) entlang des Stators (5) in einer Längsrichtung verlaufen und an den Stirnenden (6) des Stators (5) im Bereich eines der Wickelköpfe (17) quer zur Längsrichtung umgelenkt sind.
7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die
elektrische Maschine (1 ) als Asynchronmotor ausgebildet ist.
PCT/EP2014/073103 2013-11-13 2014-10-28 Elektrische maschine mit vergossenem wickelkopf WO2015071091A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013223059.1 2013-11-13
DE201310223059 DE102013223059A1 (de) 2013-11-13 2013-11-13 Elektrische Maschine mit vergossenem Wickelkopf

Publications (2)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017208564A1 (de) * 2017-05-19 2018-11-22 Mahle International Gmbh Elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug
DE102017208556A1 (de) 2017-05-19 2018-11-22 Mahle International Gmbh Elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug
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DE102017208550A1 (de) 2017-05-19 2018-11-22 Mahle International Gmbh Elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug
DE102017208546A1 (de) 2017-05-19 2018-11-22 Mahle International Gmbh Elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug
DE102021126497A1 (de) 2021-10-13 2023-04-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Anordnung für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, Verfahren sowie Kraftfahrzeug

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009055325A1 (de) 2009-12-28 2011-06-30 Robert Bosch GmbH, 70469 Elektrische Maschine mit einer mehrphasigen Wicklung und Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen Wicklung für einen Lamellenkörper einer elektrischen Maschine

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3792299A (en) * 1972-05-17 1974-02-12 Skf Ind Trading & Dev Stator for electric motors
JPS59169339A (ja) * 1983-03-15 1984-09-25 Toshiba Corp インバ−タ駆動回転電機
DE102006029803A1 (de) * 2006-06-27 2008-01-03 Salwit Agrarenergie Gmbh Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine sowie elektrische Maschine, hergestellt nach diesem Verfahren

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009055325A1 (de) 2009-12-28 2011-06-30 Robert Bosch GmbH, 70469 Elektrische Maschine mit einer mehrphasigen Wicklung und Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen Wicklung für einen Lamellenkörper einer elektrischen Maschine

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