WO2021165519A1 - Winding a production method for same - Google Patents

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WO2021165519A1
WO2021165519A1 PCT/EP2021/054249 EP2021054249W WO2021165519A1 WO 2021165519 A1 WO2021165519 A1 WO 2021165519A1 EP 2021054249 W EP2021054249 W EP 2021054249W WO 2021165519 A1 WO2021165519 A1 WO 2021165519A1
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Steffen Riepert
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Elringklinger Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a winding of an electric motor and a manufacturing method for such a winding.
  • Conventional hairpin windings consist of a solid profile wire made of copper with a rectangular cross-sectional profile, which is inserted into the slots of the stator in the form of individual hairpins or as a correspondingly ordered package of numerous aligned hairpins.
  • a winding on a stator of an electric motor is primarily discussed, since a winding on a stator is in principle larger than a winding of a rotor and therefore negative effects also occur here to a greater extent.
  • the present invention has the object of creating a more efficient manufacturing method and also an improved hairpin winding.
  • a device therefore provides as a solution to the above-mentioned object that a hairpin winding that can be inserted into a grooved laminated core, in particular a stator, has an insulation that is implemented as a one-piece injection-molded part made of plastic, the injection-molded part in all areas the hairpins, which are arranged for insertion ben in corresponding grooves of the stator, except for their end areas with contact feet and the hairpins are connected to a component in the area of a winding head by the injection molded part. All areas of the essentially U-shaped hairpins are insulated by plastic except for the contact feet from their end areas and are connected to one another in the area of a winding head to form a component. This means that the hairpins themselves have an electrically insulating impregnation through the plastic, and the slots in the stator no longer have any insulation otherwise usually formed by paper sleeves.
  • grooves are formed on a winding head enclosed with plastic. These grooves are used in an installed position of the end winding as a means for forming a cooling device.
  • interconnected grooves are formed as cooling channels and ra dial closed grooves for the subsequent reception of you lines.
  • An essential finding of the present invention is that the winding heads were recognized as thermal hotspots in an electric motor, even with hairpin windings. Cooling of a winding head that has hitherto been used at least for hairpin windings and which has so far only been based on convection and / or heat radiation leads to a large spread between peak and continuous power of the electric motor due to the electrical losses that occur here. Active cooling, now also provided in the area of the winding head, by means of channels, on the other hand, reduces this spread between peak and continuous power and, with a compact design, also reduces the losses in the winding head. This embodiment of the invention thus only represents an extension of what is generally already existing cooling circuit, which now means a little additional effort be over the area of the Nu th of the stator.
  • hairpins which are fixed in an arrangement for introduction into the stator, are overmolded in an injection molding tool to form a so-called "stator crown" with an insulating plastic so that this stator crown is an overall component in the stator one can be pushed, as has so far only been carried out according to the prior art with a correspondingly arranged package of hairpins, which consists of numerous aligned but loosely held individual hairpins
  • a correspondingly arranged package of hairpins which consists of numerous aligned but loosely held individual hairpins
  • each prong or foot of the stator crown has a locking lug for automatic fixation and / or a wave or fir tree profile for positioning on the stator package
  • the locking lug formed by the plastic of the encapsulation is provided Prechende latching of the prongs emerging freely from the grooves of the stator is used, so that no modifications within the grooves of the stator are required here.
  • latches provided on plastic encapsulation of the hairpins are formed in an installation position for latching on the overmolded end winding opposite the end of the slots of the stator.
  • the following known work steps follow, in which the protruding ends of the HairPins free of any electrical insulation are brought into a predetermined position by targeted twisting and welded in pairs at their ends, as known from the prior art .
  • the described locking lugs on the prongs act in these steps through the automatic fixation of the Unlocked stator crown effectively counteracts any displacement with respect to the stator or within the slots of the stator.
  • the end winding of the stator crown advantageously has cooling channels which are provided with two delimiting O-ring grooves.
  • O-rings fixedly inserted in the O-ring grooves seal the end winding in use or in an installation position of the stator with the end windings from a motor housing.
  • At least one cooling channel is provided between the O-ring seals, which is designed as a spiral or helix between the O-ring seals.
  • This cooling duct is connected to a motor cooling system in order to remove the electrical losses in the form of heat in a later installation position of the stator.
  • a stator prepared in the manner described above by interlocking insertion of a stator crown with interconnected contact feet is finally inserted into an injection molding tool and an area of the interconnected contact feet is used to form a second winding head with a Plastic encapsulated, with the stator itself then also being coated with an electrically insulating plastic layer.
  • this overmolding also takes place with the formation of grooves for seals and recesses for cooling channels, as described above for the formation of the “stator crown”.
  • a hairpin winding closed in a stator now has two end windings each of which has a cooling system for discharging electrical losses.
  • the invention has been shown above based only on U-shaped curved hairpins in a stator. In principle, however, the invention can be adapted to all conceivable pin windings, that is to say in particular I-pins. Likewise, in addition to stator windings and rotor windings, adapting the invention can be designed accordingly, since grooved laminated cores are used here as well.
  • FIG. 1 a three-dimensional view of a stator crown formed by injection molding with an arrangement of individual hairpins fixed therein;
  • FIG. 2 a three-dimensional view of an embodiment of a stator manufactured using a stator crown from FIG. 1;
  • FIG. 3 a section through the embodiment of the completed stator from FIG. 2, indicating an internal structure with interconnection in the area of the end windings and
  • FIG. 1 shows a three-dimensional view of a stator crown 1 formed by injection molding with a plastic with an arrangement of individual hairpins 2 fixed therein Inserted into grooves 4 of the stator 3 here only one Blechpa ket comprehensive fixed aligned.
  • This arrangement of hairpins 2 was provided with insulation made of plastic 5 in an injection molding process.
  • the individual hairpins 2 are known to be U-shaped and are insulated with the plastic up to free end regions 6 with contact feet 7, the hairpins 2 being connected in one piece to the stator crown 1 via a winding head 8 enclosed by the plastic 5 .
  • This stator crown 1 is then inserted into a stator 3 in the direction of the arrow P in FIG. 1 in such a way that the slots 4 of the stator 3 are filled and the end winding 8 is flush with the stator 3.
  • the stator crown 1 has in the area of the winding head 8 enclosed by the plastic 5 not only the electrical connections 9 of the winding from the individual hairpins 2 yet to be finished, but also different types of grooves 10, in a later installation position as a means for Formation of a cooling device are formed.
  • radially closed grooves are also provided, which have already been provided with seals 11 in the illustration in FIG intended.
  • FIG. 2 shows a three-dimensional view of an embodiment of a stator 3 with completed winding using the stator crown 1 from FIG. This winding lies inside the stator 3 shown, which forms a hollow cylinder with a closed outer jacket for the latest on acquisition of a rotor.
  • FIG. 3 is a section through the embodiment of the completed stator from FIG. 2 along a central axis, indicating an internal structure with interconnection of the hairpins 2.
  • FIGS. 4 a and 4 b show, in enlarged sections A and B of FIG.
  • FIG. 4 a shows a spring-elastic locking lug 13 which, when the stator crown 1 reaches an end position, automatically engages in recesses 14 of the stator 3 when it is pushed into the grooves 4 of the stator 3.
  • no recesses 14 are required in the area of the stator 3.
  • the locking lugs 13 are arranged on the free end regions 6 near the contact feet 7 so that the locking lug 13 engages behind the stator 3 with reaching an end position of the stator crown 1 and only protrudes minimally from the grooves 4 of the stator 3.

Abstract

The invention relates to a winding of an electric motor. According to the invention, in order to create a more efficient production method and an improved hairpin winding, all hairpins (2) of the hairpin winding to be produced are fixed in an arrangement for subsequent introduction into grooves (4) of a laminated core of a stator (3), and this arrangement of hairpins (2) is provided with an insulation made of a plastic (5) in an injection moulding method, wherein the individual hairpins (2) are connected as one piece up to their free end regions with contact feet (7) via a winding head (8, 12) surrounded by the plastic (5) to form a crown-shaped component (1). In a further development of the invention, the winding head (8, 12) forms part of a cooling system of the winding head (8, 12).

Description

Wicklung und Herstellungsverfahren dafür Winding and manufacturing process therefor
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wicklung eines Elekt romotors und ein Herstellungsverfahren für eine derartige Wicklung. The present invention relates to a winding of an electric motor and a manufacturing method for such a winding.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass eine Wicklung ei nes Elektromotors in ein Blechpaket eingebracht wird, das zu deren Aufnahme Nuten aufweist. Weiterhin ist bekannt, dass bei der Wicklung von Statoren für Elektromotoren ein möglichst ho her Kupfer-Füllfaktor in Nuten des Stators dadurch realisiert wird, dass sog. Haarnadel- bzw. Hairpin-Wicklungen oder der gleichen an der Stelle herkömmlicher Wickeltechnologien unter Verwendung von einstückigem Runddraht eingesetzt werden. Hair pin-Wicklungen, hier als Synonym für alle aus Teilstücken zu sammengesetzte Wicklung verwendet, werden unter Verwendung von Flachdraht statt Runddraht hergestellt und erreichen einen Füllfaktor von ca. 60%. Herkömmliche Hairpin-Wicklungen beste hen dabei aus einem massiven Profildraht aus Kupfer mit recht eckigen Querschnittsprofil, die in Form einzelner Hairpins o- der als entsprechend geordnetes Paket zahlreicher ausgerichte ter Hairpins in die Nuten des Stators eingelegt wird. Nachfol gend wird primär auf die Herstellung eine Wicklung an einem Stator eines Elektromotors eingegangen, da eine Wicklung an einem Stator prinzipiell größer als eine Wicklung eines Rotors ist und damit auch negative Effekt hier verstärkt auftreten. It is known from the prior art that a winding of an electric motor is introduced into a laminated core which has grooves for receiving it. It is also known that when winding stators for electric motors, the highest possible copper fill factor in the stator slots is achieved by using so-called hairpin or hairpin windings instead of conventional winding technologies using one-piece round wire can be used. Hair pin windings, used here as a synonym for all windings composed of sections, are made using flat wire instead of round wire and achieve a fill factor of approx. 60%. Conventional hairpin windings consist of a solid profile wire made of copper with a rectangular cross-sectional profile, which is inserted into the slots of the stator in the form of individual hairpins or as a correspondingly ordered package of numerous aligned hairpins. In the following, the production of a winding on a stator of an electric motor is primarily discussed, since a winding on a stator is in principle larger than a winding of a rotor and therefore negative effects also occur here to a greater extent.
Bei der Herstellung einer Hairpin-Wicklung ergeben sich aus einem sehr aufwändigen Isolationsprozess besondere Nachteile, die aus hohen Prozesszeiten, Fertigungs- und Maschinenaufwand sowie auch zusätzlichen Materialkosten herrühren: Erst muss eine Nutisolation gefaltet und in die jeweiligen Nuten einge schossen werden, siehe z.B. US 2017/0302143 Al. Daran schließt sich nach einem vorbestimmten Anordnen der Hairpins, einem Einschieben dieser Anordnung in die Nuten des Stators hinein, ein Einschieben von so genannten Deckschiebern zum Abschließen der Nuten, ein in Schaltposition Biegen der Hairpin-Enden und dem Verschalten der einzelnen Hairpins zu einer Wicklung gemäß eines Zonenplans ein sehr Zeit-intensiver Imprägnier-Prozess an mit den Teilschritten In the manufacture of a hairpin winding, a very complex insulation process results in particular disadvantages, which result from long process times, manufacturing and machine costs as well as additional material costs: first you have to a slot insulation can be folded and shot into the respective slots, see e.g. US 2017/0302143 Al. This is followed by a predetermined arrangement of the hairpins, an insertion of this arrangement into the slots of the stator, an insertion of so-called cover slides to close the slots, a bending of the hairpin ends in the switching position and the interconnection of the individual hairpins to form a winding of a zone plan, a very time-intensive impregnation process with the sub-steps
- Aufheizen des Stators; - heating of the stator;
- Einbringen einer Imprägniermasse durch Tränken, Tauchen, Träufeln oder ähnliche Verfahren zum Einbringen einer Impräg niermasse zumindest im Bereich der Nuten des Stators; - Introducing an impregnation compound by soaking, dipping, trickling or similar methods for introducing an impregnation compound at least in the area of the slots of the stator;
- Angelieren der Imprägniermasse und/oder Abtropfen überschüs siger Imprägniermasse und schließlich - The impregnation compound gels and / or excess impregnation compound drips off and finally
- Ausbacken der Imprägniermasse, wobei die genannten Teilschritte unter vergleichsweise schlechter Prozessüberwachung stattfinden. Es ist nach dem Stand der Technik jedoch erforderlich, dass ein Stator impräg niert wird, um eine Festigkeit und Positionierung der Wicklung in den Nuten des Stators bei verbesserter thermischer Anbin dung an den Stator und zugleich elektrischer Isolation gegen über dem metallischen Stator zu gewährleisten. - Baking the impregnation compound, the sub-steps mentioned taking place under comparatively poor process monitoring. According to the prior art, however, it is necessary that a stator is impregnated in order to ensure strength and positioning of the winding in the slots of the stator with improved thermal connection to the stator and, at the same time, electrical insulation from the metallic stator.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein effizienteres Herstellungsverfahren und auch eine verbesserte Hairpin-Wick- lung zu schaffen. The present invention has the object of creating a more efficient manufacturing method and also an improved hairpin winding.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von An spruch 1 gelöst. Demnach werden in einem erfindungsgemäßen Verfahren alle Hairpins einer jeweils herzustellenden Hairpin- Wicklung in einer Anordnung zum nachfolgenden Einbringen in Nuten des Blechpakets des Stators fixiert und in dieser Anord nung in einem Spritzgieß-Verfahren mit einer Isolierung aus einem Kunststoff versehen, durch die die einzelnen Hairpins bis zu ihren freien Endbereichen mit Kontaktfüßen hin über ei nen durch den Kunststoff umschlossenen Wickelkopf einstückig miteinander zu einem kronenartigen Bauteil verbunden werden. Gegenüber einem vorstehend beschriebenen Imprägnierungsverfah ren weist ein Spritzguss-Verfahren eine optimierte Prozess überwachung auf und ist in der Herstellung zudem deutlich schneller als jede bekannte Imprägnierung der Hairpins, die nach dem Stand der Technik noch durch eine vorab separat zu fertigende Isolierung in den Nuten des Stators zu ergänzen ist. According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1. Accordingly, in a method according to the invention, all hairpins of a hairpin winding to be produced in each case are fixed in an arrangement for subsequent introduction into slots of the laminated core of the stator and in this arrangement in an injection molding process with insulation provided with a plastic, through which the individual hairpins are integrally connected to their free end areas with contact feet via a winding head enclosed by the plastic to form a crown-like component. Compared to the impregnation method described above, an injection molding method has an optimized process monitoring and is also significantly faster to manufacture than any known impregnation of the hairpins, which according to the prior art still requires insulation in the slots of the stator that has to be separately produced beforehand is to be supplemented.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung sieht als Lösung der vorste hend genannten Aufgabe daher vor, dass eine in ein genutetes Blechpaket insbesondere eines Stators einsetzbare Hairpin- Wicklung eine Isolierung aufweist, die als einstückiges Spritzguss-Teil aus einem Kunststoff realisiert ist, wobei das Spritzguss-Teil alle Bereiche der Hairpins, die zum Einschie ben in entsprechende Nuten des Stators angeordnet sind, bis auf deren Endbereiche mit Kontaktfüßen umschließt und die Hairpins im Bereich eines Wickelkopfes durch das Spritzguss- Teil zu einem Bauteil verbunden sind. Alle Bereiche der im We sentlichen U-förmig geformten Hairpins sind bis auf Kontakt füße ab deren Endbereiche isolierend von Kunststoff umschlos sen und im Bereich eines Wickelkopfes zu einem Bauteil mitei nander verbunden. Damit weisen die Hairpins selber durch den Kunststoff eine elektrisch isolierende Imprägnierung und auch die Nuten des Stators keine sonst i.d.R. durch Papierhülsen gebildete Isolierung mehr auf. A device according to the invention therefore provides as a solution to the above-mentioned object that a hairpin winding that can be inserted into a grooved laminated core, in particular a stator, has an insulation that is implemented as a one-piece injection-molded part made of plastic, the injection-molded part in all areas the hairpins, which are arranged for insertion ben in corresponding grooves of the stator, except for their end areas with contact feet and the hairpins are connected to a component in the area of a winding head by the injection molded part. All areas of the essentially U-shaped hairpins are insulated by plastic except for the contact feet from their end areas and are connected to one another in the area of a winding head to form a component. This means that the hairpins themselves have an electrically insulating impregnation through the plastic, and the slots in the stator no longer have any insulation otherwise usually formed by paper sleeves.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Demnach werden nach dem Einschieben der mit Kunststoff umspritzten Hairpins in die entsprechenden Nu ten des Stators die Kontaktfüße der Hairpins zur Bildung einer Verschaltung als vorbestimmte Wicklung gebogen und ver schweißt. Nachfolgend wird ein Bereich um die elektrisch ver bundenen Kontaktfüße mit dem Stator in ein Spritzgieß-Werkzeug eingelegt und zur Ausbildung eines weiteren Wicklungs- bzw. Wickelkopfes mit einer Isolierung aus einem Kunststoff um spritzt. Advantageous further developments of the invention are the subject of the dependent claims. Accordingly, after the plastic-coated hairpins have been inserted into the corresponding grooves of the stator, the contact feet of the hairpins are used to form a Interconnection bent as a predetermined winding and welded ver. Subsequently, an area around the electrically connected contact feet with the stator is inserted into an injection molding tool and injected with an insulation made of a plastic to form a further winding or winding head.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden in dem Schritt eines Spritzgieß-Verfahrens an einem mit Kunststoff umschlossenen Wickelkopf Nuten angeformt. Diese Nu ten werden in einer Einbaulage des Wickelkopfs als Mittel zur Bildung einer Kühleinrichtung verwendet. Damit sind in einer Ausführungsform der Erfindung im Bereich des umspritzen Wi ckelkopfes miteinander verbundene Nuten als Kühlkanäle und ra dial geschlossene Nuten zur nachfolgenden Aufnahme von Dich tungen ausgebildet. So sind an einer Hairpin-Wicklung in der Spritzguss-Isolierung des jeweiligen Wickelkopfes Mittel für eine aktive Kühlung des elektrisch isolierend umspritzen Wi ckelkopfes während des normalen Betriebs zum Abführen elektri scher Verlustleistung vorgesehen, wie es am Stator selber be reits nach dem Stand der Technik realisiert ist. Dabei liegt eine wesentliche Erkenntnis der vorliegenden Erfindung darin, dass die Wickelköpfe auch bei Hairpin-Wicklungen als thermi sche Hotspots in einem Elektro-Motor erkannt wurden. Eine zu mindest für Hairpin-Wicklungen bislang genutzte Kühlung eines Wickelkopfes, die bislang nur auf Konvektion und/oder Wärmeab- strahlung beruhte, führt aufgrund der hier auftretenden elektrischen Verluste zu einer großen Spreizung zwischen Peak- und Dauerleistung des Elektromotors. Eine nun durch Kanäle auch im Bereich des Wickelkopfs vorgesehene aktive Kühlung verringert hingegen diese Spreizung zwischen Peak- und Dauer leistung und reduziert bei einer kompakten Bauweise zudem die Verluste im Wickelkopf. Damit stellte diese Ausführungsform der Erfindung lediglich eine Erweiterung eines i.d.R. bereits vorhandenen Kühlkreises dar, der nun über den Bereich der Nu ten des Stators hinaus einen geringen zusätzlichen Aufwand be deutet. In a particularly advantageous embodiment of the invention, in the step of an injection molding process, grooves are formed on a winding head enclosed with plastic. These grooves are used in an installed position of the end winding as a means for forming a cooling device. Thus, in one embodiment of the invention in the area of the encapsulated winding head interconnected grooves are formed as cooling channels and ra dial closed grooves for the subsequent reception of you lines. For example, on a hairpin winding in the injection-molded insulation of the respective winding head, means are provided for active cooling of the electrically insulating overmolded winding head during normal operation to dissipate electrical power loss, as already implemented on the stator itself according to the state of the art is. An essential finding of the present invention is that the winding heads were recognized as thermal hotspots in an electric motor, even with hairpin windings. Cooling of a winding head that has hitherto been used at least for hairpin windings and which has so far only been based on convection and / or heat radiation leads to a large spread between peak and continuous power of the electric motor due to the electrical losses that occur here. Active cooling, now also provided in the area of the winding head, by means of channels, on the other hand, reduces this spread between peak and continuous power and, with a compact design, also reduces the losses in the winding head. This embodiment of the invention thus only represents an extension of what is generally already existing cooling circuit, which now means a little additional effort be over the area of the Nu th of the stator.
In einer Weiterbildung eines Herstellungsverfahrens werden Hairpins, die in einer Anordnung zum Einbringen in den Stator fixiert sind, in einem Spritzgießwerkzeug zu einer sog. „Sta tor-Krone" mit einem isolierenden Kunststoff so umspritzt, dass diese Stator-Krone als Gesamtbauteil in den Stator ein schiebbar ist, wie dies nach dem Stand der Technik bislang nur mit einem entsprechend geordneten Paket Hairpins durchgeführt wird, das aus zahlreichen ausgerichteten, aber lose gehaltenen einzelnen Hairpins besteht. Vorteilhafterweise sind die Hair pins gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach dem isolie renden Umspritzen so vorbereite, dass jeder Zinken bzw. Fuß der Stator-Krone eine Rastnase zur selbsttätigen Fixierung und/oder ein Wellen- oder Tannenbaum-Profil zur Positionierung an dem Stator-Paket aufweist. Im Stator sind entsprechende Hinterschnitte in den metallischen Stator-Nuten für die aus dem Kunststoff der Umspritzung gebildeten Rastnase vorgesehen. Alternativ wird eine entsprechende Verrastung der aus den Nu ten des Stators frei austretenden Zinken genutzt, so dass hier keine Modifikationen innerhalb der Nuten des Stators erforder lich sind. Dementsprechend sind an Kunststoff-Umspritzungen der Hairpins vorgesehene Verrastungen in einer Einbaulage zum Verrasten an dem umspritzten Wickelkopf gegenüberliegenden En den der Nuten des Stators ausgebildet. Es schließen sich bei einer derartigen Anordnung nachfolgend bekannt Arbeitsschritte an, in denen die überstehenden, von jeder elektrischen Isola tion freie Enden der HairPins durch gezielte Verdrillung in eine vorgegebene Position gebracht und an ihren Enden jeweils paarweise verschweißt werden, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Die beschriebenen Rastnasen an den Zinken wirken in diesen Schritten durch die selbsttätige Fixierung der noch nicht verschlossenen Stator-Krone jeder Verschiebung gegenüber dem Stator bzw. innerhalb der Nuten des Stators wirksam entge gen. In a further development of a manufacturing method, hairpins, which are fixed in an arrangement for introduction into the stator, are overmolded in an injection molding tool to form a so-called "stator crown" with an insulating plastic so that this stator crown is an overall component in the stator one can be pushed, as has so far only been carried out according to the prior art with a correspondingly arranged package of hairpins, which consists of numerous aligned but loosely held individual hairpins Prepare that each prong or foot of the stator crown has a locking lug for automatic fixation and / or a wave or fir tree profile for positioning on the stator package The locking lug formed by the plastic of the encapsulation is provided Prechende latching of the prongs emerging freely from the grooves of the stator is used, so that no modifications within the grooves of the stator are required here. Accordingly, latches provided on plastic encapsulation of the hairpins are formed in an installation position for latching on the overmolded end winding opposite the end of the slots of the stator. In such an arrangement, the following known work steps follow, in which the protruding ends of the HairPins free of any electrical insulation are brought into a predetermined position by targeted twisting and welded in pairs at their ends, as known from the prior art . The described locking lugs on the prongs act in these steps through the automatic fixation of the Unlocked stator crown effectively counteracts any displacement with respect to the stator or within the slots of the stator.
Vorteilhafterweise weist der Wickelkopf der Stator-Krone Kühl kanäle auf, die mit zwei begrenzenden O-Ring Nuten versehen sind. In den O-Ring-Nuten fixiert eingesetzte O-Ringe dichten den Wickelkopf im Einsatz bzw. in einer Einbaulage des Stators mit den Wickelköpfen zu einem Motorgehäuse hin ab. The end winding of the stator crown advantageously has cooling channels which are provided with two delimiting O-ring grooves. O-rings fixedly inserted in the O-ring grooves seal the end winding in use or in an installation position of the stator with the end windings from a motor housing.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen den 0- Ring-Dichtungen mindestens ein Kühlkanal vorgesehen, der zwi schen den O-Ring-Dichtungen spiralförmig verlaufend bzw. als Wendel ausgebildet ist. Dieser Kühlkanal ist zum Abtransport der elektrischen Verluste in Form von Wärme in einer späteren Einbaulage des Stators an eine Motorkühlung angeschlossen. According to an advantageous development, at least one cooling channel is provided between the O-ring seals, which is designed as a spiral or helix between the O-ring seals. This cooling duct is connected to a motor cooling system in order to remove the electrical losses in the form of heat in a later installation position of the stator.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfin dung wird ein in der vorstehend beschriebenen Weise durch ver- rastendes Einschieben einer Stator-Krone vorbereiteter Stator mit verschalteten Kontaktfüßen abschließend in ein Spritzgieß werkzeug eingelegt und ein Bereich der verschalteten Kontakt füße wird zur Ausbildung eines zweiten Wickelkopfes mit einem Kunststoff umspritzt, wobei auch der Stator selber dann mit einer elektrisch isolierenden KunststoffSchicht überzogen ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung findet diese Umspritzung auch unter Bildung von Nuten für Dichtungen sowie Aussparungen für Kühlkanäle statt, wie vor stehend zu der Bildung der „Stator-Krone" beschrieben. Damit weist eine in einem Stator geschlossene Hairpin-Wicklung nun zwei Wickelköpfe auf, die jeweils über eine Kühlung zum Abfüh ren elektrischer Verluste verfügen. Die Erfindung ist vorstehend ausgehend nur auf U-förmig gebo gene Hairpins in einem Stator dargestellt worden. Prinzipiell ist die Erfindung aber für alle denkbaren Pin-Wicklungen an passbar, also insbesondere I-Pins. Ebenso können neben Stator- auch Rotor-Wicklungen unter Anpassung der Erfindung entspre chend ausgebildet sein, da auch hier genutete Blechpakete ver wendet werden. According to a particularly advantageous development of the inven tion, a stator prepared in the manner described above by interlocking insertion of a stator crown with interconnected contact feet is finally inserted into an injection molding tool and an area of the interconnected contact feet is used to form a second winding head with a Plastic encapsulated, with the stator itself then also being coated with an electrically insulating plastic layer. In a particularly preferred embodiment of the invention, this overmolding also takes place with the formation of grooves for seals and recesses for cooling channels, as described above for the formation of the “stator crown”. A hairpin winding closed in a stator now has two end windings each of which has a cooling system for discharging electrical losses. The invention has been shown above based only on U-shaped curved hairpins in a stator. In principle, however, the invention can be adapted to all conceivable pin windings, that is to say in particular I-pins. Likewise, in addition to stator windings and rotor windings, adapting the invention can be designed accordingly, since grooved laminated cores are used here as well.
Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsge mäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf ein Ausführungs beispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Further features and advantages of embodiments according to the invention are explained in more detail below with reference to an embodiment example with reference to the drawing. Show in it:
Figur 1: eine dreidimensionale Ansicht einer durch Umspritzen gebildeten Stator-Krone mit einer darin fixierten An ordnung aus einzelnen Hairpins; FIG. 1: a three-dimensional view of a stator crown formed by injection molding with an arrangement of individual hairpins fixed therein;
Figur 2: eine dreidimensionale Ansicht einer Ausführungsform eines unter Verwendung einer Stator-Krone von Figur 1 fertiggestellten Stators; FIG. 2: a three-dimensional view of an embodiment of a stator manufactured using a stator crown from FIG. 1;
Figur 3: ein Schnitt durch die Ausführungsform des fertigge stellten Stators von Figur 2 unter Andeutung eines inneren Aufbaus mit Verschaltung im Bereich der bei den Wickelköpfe und FIG. 3: a section through the embodiment of the completed stator from FIG. 2, indicating an internal structure with interconnection in the area of the end windings and
Figuren 4a und 4b: Figures 4a and 4b:
Ausschnittsvergrößerungen A und B von Figur 3. Enlargements of detail A and B from FIG. 3.
Über die verschiedenen Abbildungen und Ausführungsbeispiele hinweg werden für gleiche Elemente oder Verfahrensschritte stets die gleichen Bezugszeichen verwendet. Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer durch Um spritzen mit einem Kunststoff gebildeten Stator-Krone 1 mit einer darin fixierten Anordnung aus einzelnen Hairpins 2. Alle Hairpins 2 der in einem hier nicht dargestellten Stator 3 her zustellenden Hairpin-Wicklung sind in dieser Anordnung zum nachfolgenden Einschieben in Nuten 4 des hier nur ein Blechpa ket umfassenden Stators 3 ausgerichtet fixiert. Diese Anord nung von Hairpins 2 wurde in einem Spritzgieß-Verfahren mit einer Isolierung aus Kunststoff 5 versehen. Die einzelnen Hairpins 2 sind bekannterweise U-förmig ausgebildet und hier bis zu freien Endbereichen 6 mit Kontaktfüßen 7 hin mit dem Kunststoff isoliert, wobei die Hairpins 2 über einen durch den Kunststoff 5 umschlossenen Wickelkopf 8 einstückig zu der Sta tor-Krone 1 verbunden worden sind. Diese Stator-Krone 1 wird dann in Richtung des Pfeils P von Figur 1 in einen Stator 3 so eingesetzt, dass die Nuten 4 des Stators 3 gefüllt sind und der Wickelkopf 8 mit dem Stator 3 abschließt. The same reference symbols are always used for the same elements or method steps across the various figures and exemplary embodiments. FIG. 1 shows a three-dimensional view of a stator crown 1 formed by injection molding with a plastic with an arrangement of individual hairpins 2 fixed therein Inserted into grooves 4 of the stator 3 here only one Blechpa ket comprehensive fixed aligned. This arrangement of hairpins 2 was provided with insulation made of plastic 5 in an injection molding process. The individual hairpins 2 are known to be U-shaped and are insulated with the plastic up to free end regions 6 with contact feet 7, the hairpins 2 being connected in one piece to the stator crown 1 via a winding head 8 enclosed by the plastic 5 . This stator crown 1 is then inserted into a stator 3 in the direction of the arrow P in FIG. 1 in such a way that the slots 4 of the stator 3 are filled and the end winding 8 is flush with the stator 3.
Die Stator-Krone 1 weist im Bereich des durch den Kunststoff 5 umschlossenen Wickelkopfs 8 nicht nur die elektrischen An schlüsse 9 der aus den einzelnen Hairpins 2 noch fertigzustel lenden Wicklung auf, sondern auch unterschiedliche Arten von Nuten 10, in einer späteren Einbaulage als Mittel zur Bildung einer Kühleinrichtung ausgebildet sind. Dazu sind auch radial geschlossene Nuten vorgesehen, die in der Abbildung von Figur 1 bereits mit Dichtungen 11 versehen worden, im Bereich des umspritzen Wickelkopfes 8 sind damit miteinander in Form einer Wendel verbundene Nuten 10 als Kühlkanäle und radial geschlos sene Nuten zur Aufnahme von Dichtungen 11 vorgesehen. The stator crown 1 has in the area of the winding head 8 enclosed by the plastic 5 not only the electrical connections 9 of the winding from the individual hairpins 2 yet to be finished, but also different types of grooves 10, in a later installation position as a means for Formation of a cooling device are formed. For this purpose, radially closed grooves are also provided, which have already been provided with seals 11 in the illustration in FIG intended.
Figur 2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer Ausführungs form eines unter Verwendung der Stator-Krone 1 von Figur 1 Stator 3 mit fertiggestellter Wicklung. Diese Wicklung liegt im Inneren des dargestellten Stator 3, der zur spätestens Auf nahme eines Rotors einen Hohlzylinder mit einem geschlossenen Außenmantel bildet. FIG. 2 shows a three-dimensional view of an embodiment of a stator 3 with completed winding using the stator crown 1 from FIG. This winding lies inside the stator 3 shown, which forms a hollow cylinder with a closed outer jacket for the latest on acquisition of a rotor.
Figur 3 ist ein Schnitt durch die Ausführungsform des fertig gestellten Stators von Figur 2 entlang einer Mittelachse unter Andeutung eines inneren Aufbaus mit Verschaltung der Hairpins 2. Nach dem Einschieben des kronenartigen Bauteils 1 von Figur 1 in entsprechende Nuten 4 des Stators 3 sind die Kontaktfüße 7 zur Bildung einer entsprechenden Verschaltung der darin ent haltenen Hairpins 2 gebogen und verschweißt wurden. Um ein Verschieben der Stator-Krone 1 bei diesen Vorgängen zu verhin dern, sind Verrastungen aus dem Kunststoff 5 nahe des freien Endbereichs 6 der Hairpins 2 vorgesehen, die nachfolgend noch anhand von Ausschnittsvergrößerungen der Figuren 4a und 4b be schrieben werden. FIG. 3 is a section through the embodiment of the completed stator from FIG. 2 along a central axis, indicating an internal structure with interconnection of the hairpins 2. After the crown-like component 1 from FIG to form a corresponding interconnection of the hairpins 2 contained therein were bent and welded. In order to prevent displacement of the stator crown 1 during these processes, latches made of the plastic 5 are provided near the free end region 6 of the hairpins 2, which are described below with the aid of enlarged sections of FIGS. 4a and 4b.
An die Fertigstellung der Wicklung im Stator 3 wurde ein Be reich um die nun elektrisch verbundenen Kontaktfüße 7 mit ei nem angrenzenden Teil des Stators 3 in ein Spritzgieß-Werkzeug eingelegt und zur Ausbildung eines weiteren Wickelkopfes 12 mit einer ergänzenden Isolierung aus dem Kunststoff 5 um spritzt. Auch in diesem Wickelkopf 12 sind wieder Nuten 10 zur Ausbildung von Kanälen einer Kühlung in einem Einsatz vorgese hen, die ihrerseits über Dichtungen 11 gegenüber einem nicht weiter dargestellten zylindrischen Außengehäuse abdichten. At the completion of the winding in the stator 3 a loading was rich around the now electrically connected contact feet 7 with egg nem adjacent part of the stator 3 in an injection molding tool and injected to form another end winding 12 with a supplementary insulation from the plastic 5 to . Also in this end winding 12 grooves 10 are again vorgese hen to form channels of cooling in an insert, which in turn seal via seals 11 with respect to a cylindrical outer housing, not shown.
Die Abbildungen der Figuren 4a und 4b stellen in Ausschnitts vergrößerungen A und B von Figur 3 zwei Bauformen von Verras tungen dar, die bei der Herstellung einer Stator-Krone 1 auch aus dem Kunststoff 5 gebildet werden. Figur 4a zeigt eine fe derelastische Rastnase 13, die mit Erreichen einer Endstellung der Stator-Krone 1 beim Einschieben in die Nuten 4 des Stators 3 selbsttätig in Ausnehmungen 14 des Stators 3 eingreifen. Im Gegensatz dazu sind in dem Ausführungsbeispiel von Figur 4b keine Ausnehmungen 14 im Bereich des Stators 3 erforderlich. Die Rastnasen 13 sind an die freien Endbereiche 6 nahe der Kontaktfüße 7 so angeordnet, dass die Rastnase 13 mit Errei chen einer Endstellung der Stator-Krone 1 den Stator 3 hinter greifen und dabei lediglich minimal aus den Nuten 4 des Sta tors 3 heraus vorstehen. The illustrations in FIGS. 4 a and 4 b show, in enlarged sections A and B of FIG. FIG. 4 a shows a spring-elastic locking lug 13 which, when the stator crown 1 reaches an end position, automatically engages in recesses 14 of the stator 3 when it is pushed into the grooves 4 of the stator 3. In contrast to this, in the exemplary embodiment of FIG. 4b, no recesses 14 are required in the area of the stator 3. The locking lugs 13 are arranged on the free end regions 6 near the contact feet 7 so that the locking lug 13 engages behind the stator 3 with reaching an end position of the stator crown 1 and only protrudes minimally from the grooves 4 of the stator 3.
Durch die vorstehend beschriebene Technologie ist es vorteil hafter Weise möglich, zahlreiche Zeit- und Material-aufwändige Schritte zur vorbereitenden Isolation von HairPins gegenüber den Nuten des Stators durch das Einsetzen einer Stator-Krone als halbfertigen Wicklung zu ersetzen. Neben einer elektri schen Isolierung werden zudem vorteilhafte neue Mittel zur Verbesserung einer Kühlung der Wickelköpfe als weiterer rele vanter Teile der Wicklung des Stators im Einsatz bereitge stellt. With the technology described above, it is advantageously possible to replace numerous time-consuming and material-consuming steps for the preparatory isolation of HairPins from the slots of the stator by inserting a stator crown as a half-finished winding. In addition to electrical insulation, advantageous new means for improving cooling of the end windings are also provided as further relevant parts of the stator winding in use.
Bezugszeichenliste Stator-Krone / kronenartiges Bauteil Hairpin Stator bzw. Stator-Blechpaket eines Elektromotors Nut des Blechpakets des Stators 3 Kunststoff als elektrische Isolierung freier Endbereich der Hairpins 2 Kontaktfuß umspritzter Wickelkopf, durch den Kunststoff 5 umschlossen elektrischer Anschluss der Wicklung des Stators 3 0 Nut für Kühlkreis in der Umspritzung des Wickelkopfes 8 1 Nut mit Dichtung 2 Wickelkopf 3 federelastische Rastnase 4 Ausnehmung im Bereich einer Nut 4 des Stators 3 LIST OF REFERENCE NUMERALS stator crown / crown-like component hairpin stator or stator laminated core of an electric motor slot of the laminated core of the stator 3 plastic as electrical insulation free end area of the hairpins 2 contact foot encapsulated winding head, enclosed by the plastic 5 electrical connection of the winding of the stator 3 0 slot for Cooling circuit in the extrusion coating of the end winding 8 1 groove with seal 2 end winding 3 resilient locking lug 4 recess in the area of a groove 4 of the stator 3
P Einführrichtung beim Einschieben des kronenartiges Bau teils 1 in den Stator 3 P direction of insertion when inserting the crown-like component 1 into the stator 3

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Herstellung einer Hairpin-Wicklung eines Elektromotors, bei der Hairpins (2) in vorbestimmter Weise zum gemeinsamen Einschieben in Nuten (4) eines Blechpakets angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass alle Hairpins (2) der herzustellenden Hairpin-Wicklung in einer Anordnung zum nachfolgenden Einbringen in Nuten (4) des Blechpakets eines Stators (3) fixiert werden, und diese Anordnung von Hairpins (2) in einem Spritzgieß-Ver- fahren mit einer Isolierung aus einem Kunststoff versehen wird, wobei die einzelnen Hairpins (2) bis zu ihren freien Endberei chen (6) mit Kontaktfüßen (7) hin über einen durch den Kunststoff umschlossenen Wickelkopf (8) einstückig zu ei nem kronenartigen Bauteil (1) verbunden werden. 1. A method for producing a hairpin winding of an electric motor, in which hairpins (2) are arranged in a predetermined manner for joint insertion into grooves (4) of a laminated core, characterized in that all hairpins (2) of the hairpin winding to be produced are in one Arrangement for the subsequent introduction into grooves (4) of the laminated core of a stator (3) are fixed, and this arrangement of hairpins (2) is provided with a plastic insulation in an injection molding process, the individual hairpins (2) up to their free end areas (6) with contact feet (7) are connected in one piece to a crown-like component (1) via a winding head (8) enclosed by the plastic.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass nach dem Einschieben des kronenartigen Bauteil (1) in entsprechende Nuten (4) des Stators (3) die Kontaktfüße (7) zur Bildung einer Verschaltung gebo gen und verschweißt werden und ein Bereich um die elektrisch verbundenen Kontaktfüße (7) mit dem Stator (3) in ein Spritzgieß-Werkzeug eingelegt und zur Ausbildung eines weiteren Wickelkopfes (12) mit einer Isolierung aus einem Kunststoff umspritzt werden. 2. The method according to the preceding claim, characterized in that after the insertion of the crown-like component (1) into corresponding grooves (4) of the stator (3), the contact feet (7) are bent and welded to form an interconnection and an area placed around the electrically connected contact feet (7) with the stator (3) in an injection molding tool and encapsulated with a plastic insulation to form a further end winding (12).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt eines Spritz- gieß-Verfahrens an einem mit Kunststoff umschlossenen Wi ckelkopf (8, 12) Nuten (10) angeformt werden. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the step of an injection molding process grooves (10) are formed on a winding head (8, 12) enclosed with plastic.
4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Nuten (10) in einer Einbaulage des Stators (3) als Mittel zur Bildung einer Kühleinrichtung an dem Wickelkopf (8, 12) verwendet werden. 4. The method according to the preceding claim, characterized in that the grooves (10) are used in an installation position of the stator (3) as a means for forming a cooling device on the end winding (8, 12).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Wickelkopf (8, 12) radial geschlossene Nuten (10) zur nachfolgenden Anord nung von Dichtungen (11) verwendet werden. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that on a winding head (8, 12) radially closed grooves (10) for the subsequent arrangement of seals (11) are used.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch verrastendes Ein schieben einer Stator-Krone (1) vorbereiteter Stator (3) mit verschalteten Kontaktfüßen (7) abschließend in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt wird, wobei ein Bereich der verschalteten Kontaktfüße (7) zur Ausbildung eines zwei ten Wickelkopfes (12) mit einem Kunststoff (5) umspritzt wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a stator (3) with interconnected contact feet (7), which has been prepared by locking a stator crown (1), is finally inserted into an injection molding tool, a region of the interconnected contact feet ( 7) is encapsulated with a plastic (5) to form a two-th winding head (12).
7. Hairpin-Wicklung eines Elektromotors, die nach einem der vorstehenden Ansprüche hergestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet ist, dass die in Nuten (4) eines Blechpakets eines Stators (3) ein- setzbare Hairpin-Wicklung eine Isolierung aufweist, die als einstückiges Spritzguss-Teil aus einem Kunststoff re alisiert ist, wobei das Spritzguss-Teil alle Bereiche der Hairpins (2), die zum Einschieben in die Nuten (4) des Stators (3) angeord net sind, bis auf deren Endbereiche (6) mit Kontaktfüßen (7) umschließt und die Hairpins (2) im Bereich eines Wickelkopfes (8) durch das das Spritzguss-Teil zu einem Bauteil verbunden sind. 7. Hairpin winding of an electric motor which has been produced according to one of the preceding claims, characterized in that the hairpin winding which can be used in grooves (4) of a laminated core of a stator (3) has an insulation which is made as a one-piece injection molding -Part is made of a plastic, the injection-molded part all areas of the hairpins (2) that are arranged for insertion into the grooves (4) of the stator (3), with the exception of their end areas (6) with contact feet ( 7) and the hairpins (2) in the area of a winding head (8) through which the injection-molded part are connected to form a component.
8. Hairpin-Wicklung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des umspritzen Wickelkopfes (8, 12) miteinander verbundene Nuten (10) als Kühlkanäle und radial geschlossene Nuten zur Aufnahme von Dichtungen (11) ausgebildet sind. 8. Hairpin winding according to the preceding claim, characterized in that in the region of the overmolded winding head (8, 12) interconnected grooves (10) are designed as cooling channels and radially closed grooves for receiving seals (11).
9. Hairpin-Wicklung nach einem der beiden vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an Kunststoff- Um spritzungen der Hairpins (2) Rastnasen (13) vorgesehen sind, die in einer Einbaulage zum Verrasten in Ausnehmun gen (14) der Nuten (4) des Stators (3) oder an einem dem umspritzten Wickelkopf (8) gegenüberliegenden Enden der Nuten (4) des Stators (3) ausgebildet sind. 9. Hairpin winding according to one of the two preceding claims, characterized in that on plastic injections of the hairpins (2) locking lugs (13) are provided, which in an installed position for locking in recesses (14) of the grooves (4 ) of the stator (3) or on one of the ends of the grooves (4) of the stator (3) opposite the overmolded winding head (8).
10. Hairpin-Wicklung nach einem der drei vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wickelkopf (8, 12) Kühlkanäle in der Form von Nuten (10) aufweist, die mit zwei begrenzenden Nuten versehen sind, die zur Auf nahme von Dichtungen ausgebildet sind, so dass diese Dichtungen insbesondere in Form von in Nuten fixierend eingesetzte O-Ringe, den Wickelkopf (8, 12) in einer Ein baulage des Stators (3) zu einem Motorgehäuse hin abdich ten. 10. Hairpin winding according to one of the three preceding claims, characterized in that a winding head (8, 12) has cooling channels in the form of grooves (10) which are provided with two delimiting grooves which are designed to receive seals are, so that these seals, in particular in the form of O-rings inserted into grooves, seal the end winding (8, 12) in an installation position of the stator (3) from a motor housing.
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