WO2022033627A1 - Spulenbauteil mit verschlusselement ohne direkten kontakt mit träger; sowie elektrische maschine - Google Patents

Spulenbauteil mit verschlusselement ohne direkten kontakt mit träger; sowie elektrische maschine Download PDF

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WO2022033627A1
WO2022033627A1 PCT/DE2021/100631 DE2021100631W WO2022033627A1 WO 2022033627 A1 WO2022033627 A1 WO 2022033627A1 DE 2021100631 W DE2021100631 W DE 2021100631W WO 2022033627 A1 WO2022033627 A1 WO 2022033627A1
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WO
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carrier
closure element
sections
coil component
coil
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Application number
PCT/DE2021/100631
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French (fr)
Inventor
Martin Chambrion
Michael Marsetz
Johannes DOLLANSKY
Cédric BLAES
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H02K3/345—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H02K3/487—Slot-closing devices

Definitions

  • the invention relates to a coil component, which is implemented either as a stator or a rotor, for an electrical machine, with a carrier and a coil winding accommodated at least in sections in the carrier, the carrier having an annular region with a plurality of grooves distributed in a circumferential direction and several winding sections of the coil winding are embedded in each slot, with an insulation layer between the carrier and the winding sections also being arranged in at least one slot, which insulation layer protrudes towards a radial opening of the at least one slot with two extension sections beyond the winding sections. Furthermore, the invention relates to an electrical machine with such a coil component.
  • CN 209 51 67 75 U and CN 207 92 63 08 U disclose components with insulating layers between the winding sections and the carrier.
  • this is achieved in that in the at least one groove equipped with the insulating layer, towards the radial opening, a closure element is accommodated in a form-fitting manner in the carrier, with the two extension sections being designed and arranged in such a way that the closure element can be separated from the carrier is spaced (held/supported).
  • the closure element provides a slot closure wedge that creates the greatest possible creepage distance between the winding sections and the carrier.
  • the coil component is designed for higher voltages. Due to the direct arrangement of the insulation layer between the receiving point of the carrier and the closure element, unintentional abrasion of material on the closure element is also avoided during assembly. The result is that the closure element is accommodated in the carrier in the correct position both during assembly and during the entire operation.
  • the carrier is provided with a receiving contour on each peripheral side of the at least one groove and the closure element is pushed with its respective peripheral flank region into the receiving contours with one of the two extension sections being interposed (and consequently in the radial direction and in the peripheral direction positively supported).
  • the closure element is accommodated in the carrier as stably as possible, while at the same time the assembly can be implemented with significantly less wear.
  • the at least one slot has a coil receiving space accommodating the winding sections, the slot having a width of Coil receiving space does not fall below over their entire radial extent.
  • the coil component is also cleverly prepared for a radial winding method, which means that the assembly work can be reduced.
  • closure element is made of a softer material than the carrier.
  • carrier it is also possible to design the carrier to be softer than the closure element, at least in the area of the receiving contours. The provision of the insulation layer between the closure element and the carrier always ensures that the closure element is assembled with as little damage as possible.
  • the closure element is provided with a chamfer towards one axial end. As a result, the closure element can be pushed into the groove in the axial direction without damaging the insulation layer or the carrier.
  • the phase preferably runs completely around a front edge in the circumferential direction of the closure element.
  • the two extension sections protrude beyond the closure element on a radial side facing away from the winding sections. This further improves the insulating effect of the insulating layer.
  • the invention also relates to an electric machine for a motor vehicle drive, with a stator and a rotor that can rotate relative to the stator, the stator or the rotor being designed as a coil component according to at least one of the previously described embodiments.
  • a coil component preferably designed as a stator, which is equipped with a wound coil arrangement (coil winding), slot insulation (insulation paper/insulation layer) and a slot wedge (closure element).
  • the slot wedge is decoupled / separated from the base body of the stator / laminated core of the stator (carrier) by means of the slot insulation. Consequently, a slot lock wedge concept without (direct) contact with a Stator laminated core (carrier) implemented.
  • the slot insulation prevents the formation of abrasion particles while the slot wedge is being pushed in/threaded.
  • the slot insulation is preferably not preformed/prepunched in a contact area with the slot wedge. This means that the slot insulation does not assume the form of a receiving contour/guiding contour until the slot wedge is threaded in. A chamfer at one end of the slot wedge is provided to keep the threading forces low.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional illustration of an electrical machine, shown in simplified form, having a coil component according to the invention, designed as a stator, according to a preferred exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a perspective view of a closure element used in FIG. 1 within a groove of a carrier
  • FIG. 3 shows a detailed representation of a cross-sectional area of the coil component to illustrate a plurality of grooves spaced apart from one another in the circumferential direction and the closure elements accommodated therein,
  • FIG. 4 shows a detailed view of one of the grooves shown in FIG. 3 in the area of a closure element
  • FIG. 5 shows a detailed view of the groove already shown in FIG. 4 prior to assembly of the closure element.
  • FIG. 1 shows a basic structure of an electrical machine 2 with a coil component 1 according to the invention.
  • the electric machine 2 is preferably used as a drive machine of a hybrid or purely electric motor vehicle.
  • the electrical machine 2 has a stator 19 and a rotor 20 which is arranged in a rotatable manner relative to the stator 19 and is illustrated in a greatly simplified manner for the sake of clarity.
  • the stator 19 is realized directly by the coil component 1 according to the invention.
  • the rotor 20 is also designed as the coil component 1 as an alternative to this.
  • the coil component 1 has a plurality of grooves 6 distributed in the circumferential direction.
  • the grooves 6 run in the radial direction and in this embodiment are open radially inwards/towards a radial inner side 21 of the coil component 1 (through opening 9).
  • the grooves 6 are also alternatively open radially outwards/towards a radial outer side 22 of the coil component 1 .
  • the grooves 6 are made in an annular area 5 of a carrier 3 of the coil component 1 .
  • the carrier 3 is formed by a laminated core.
  • the carrier 3 thus has a plurality of sheet metal segments stacked one on top of the other in the axial direction, which together form the carrier 3 .
  • the grooves 6 run in the axial direction over the entire length of the carrier 3 and thus penetrate each sheet metal segment.
  • the grooves 6 are preferably formed as punched or cut recesses.
  • the coil component 1 has a coil winding 4, which can be seen in the cross section according to FIG. 1 with regard to several winding sections 7 in the individual slots 6. As can also be clearly seen in FIG.
  • each winding section 7 is designed so wide that it approximately occupies the width of the slot 6 measured in the circumferential direction.
  • the winding sections 7 are arranged in a row in the radial direction. In this embodiment 6, for example, six winding sections 7 are arranged one above the other.
  • the winding sections 7 are accommodated in a so-called coil accommodation space 18 of the respective slot 6 . That coil receiving space 18 has a constant width over its radial extension (extension in the circumferential direction). In particular, it can also be seen that the groove 6 does not fall below the width of the coil receiving space 18 over its entire radial extent.
  • the winding sections 7 are consequently preferably wound radially.
  • An insulation layer 8 is inserted between the winding sections 7 in the respective slot 6 in order to decouple the coil winding 4 / the winding sections 7 from the carrier 3 .
  • This insulating layer 8 is implemented, for example, as what is known as insulating paper.
  • the insulating paper is in turn a material that consists of cellulose, polymers or mixtures of both materials in the usual way, in the form of a laminate.
  • the insulation layer 8 has an essentially U-shaped profile and is in contact with an inside of the slot 6 .
  • the insulation layer 8 is consequently inserted between the inside of the slot 6 and the group of winding sections 7 in order to decouple the winding sections 7 from the carrier 3 in the radial direction and in the circumferential direction.
  • the insulation layer 8 is therefore in contact with the carrier 3 on two opposite circumferential sides 13a, 13b of the groove 6 in the circumferential direction Contact with the carrier 3.
  • the insulation layer 8 also extends along the entire axial length of the carrier 3.
  • the slot 6 is provided with receiving contours 14a, 14b on a radial inside of the winding sections 7 and at a distance from the winding sections 7 (/a radially innermost winding section 7).
  • a first receiving contour 14a is introduced to the first peripheral side 13a; a second receiving contour 14b is introduced on a second peripheral side 13b opposite the first peripheral side 13a.
  • the receiving contours 14a, 14b are essentially mirror-symmetrical and are used to receive a closure element 11 in a form-fitting manner.
  • the insulation layer 8 protrudes in a targeted manner in the radial direction inwards beyond the winding sections 7 in such a way that two extension sections 10a, 10b lying opposite one another in the circumferential direction protrude beyond the winding sections 7 radially inwards.
  • a first extension section 10a is therefore formed towards the first peripheral side 13a and a second extension section 10b is formed towards the second peripheral side 13b.
  • the insulation layer 8 Before the closure element 11 is pushed in, the insulation layer 8 has the extent shown in FIG. It can be seen that the extension sections 10a, 10b protrude radially beyond the receiving contours 14a, 14b and also extend further to a side of the receiving contours 14a, 14b that is radially remote from the winding sections 7. Since the groove 6 does not fall below the width of the coil receiving space 18 over its entire radial extension, the extension sections 10a, 10b extend straight in the radial direction beyond the receiving contours 14a, 14b.
  • FIGS. It can be seen that two flank regions 15a, 15b of the closure element 11 lying opposite one another in the circumferential direction are positively supported in the receiving contour 14a, 14b with the insulation layer 8/the respective extension section 10a, 10b being interposed.
  • the insulating layer 8 rests in the circumferential direction on the base of the receiving contours 14a, 14b.
  • the first extension section 10a is therefore arranged in the circumferential direction between the first receiving contour 14a and the first flank region 15a, while the second extension section 10b is arranged in the circumferential direction between the second receiving contour 14b and the second flank region 15b.
  • the receiving contours 14a, 14b extend in the circumferential direction into the carrier 3 to such an extent that the closure element 11 is thus reliably received in the radial direction in a form-fitting manner in the carrier 3 in the fully assembled state of the coil component 1 .
  • the closure element 11 is essentially I-shaped over its entire axial length.
  • the closure element 11 is tapered essentially in the shape of a wedge/cone towards its peripheral flank regions 15a, 15b.
  • the closure element 11 is consequently implemented as a groove closure wedge and is pushed axially into the groove 6 during assembly in such a way that its two opposing flank regions 15a, 15b are each pushed into one of the two receiving contours 14a, 14b.
  • a chamfer 17 is provided on an axial end 16 of the closure element 11 for easier assembly of the closure element 11 .
  • This front-side bevel 17 runs completely around the circumference of the closure element 11 .
  • the chamfer 17 automatically serves to fold over the extension sections 10a, 10b into the respective receiving contour 14a, 14b.
  • an embodiment of a stator 19 with a winding (coil winding 4), an insulating paper and a slot sealing wedge (closing element 11) with which the wear of the slot sealing wedge is eliminated is implemented.
  • the slot sealing wedges are separated from the stator stack (carrier 3) by the insulating paper.
  • Figures 1 to 5 show the principle of the invention.
  • the insulating paper "envelops" the slot seal wedges and prevents the formation of tear-off particles when the slot seal wedges are inserted.
  • the insulating paper does not necessarily have to be pre-embossed in the area of contact with the slot sealing wedge (Fig. 5). This means that the insulating paper only assumes the shape of the guide track (receiving contour 14a, 14b) after the slot sealing wedge has been inserted. Such is the execution of the paper is very advantageous because the geometry is simple and not very sensitive to tolerances.
  • There is a chamfer 17 at the end 16 of the slot locking wedge so that the threading force remains low.
  • Axis of rotation a first peripheral side b second peripheral side a first receiving contour b second receiving contour a first flank area b second flank area

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spulenbauteil (1) für eine elektrische Maschine (2), mit einem Träger (3) und einer zumindest abschnittsweise in dem Träger (3) aufgenommenen Spulenwicklung (4), wobei der Träger (3) einen Ringbereich (5) mit mehreren in einer Umfangsrichtung verteilt angeordneten Nuten (6) aufweist und in jeder Nut (6) mehrere Wicklungsabschnitte (7) der Spulenwicklung (4) aufgenommen sind, und wobei ferner in zumindest einer Nut (6) eine Isolationsschicht (8) zwischen dem Träger (3) und den Wicklungsabschnitten (7) angeordnet ist, welche Isolationsschicht (8) zu einer radialen Öffnung (9) der zumindest einen Nut (6) hin mit zwei Verlängerungsabschnitten (10a, 10b) über die Wicklungsabschnitte (7) hinweg übersteht, wobei in der zumindest einen mit der Isolationsschicht (8) ausgestatteten Nut (6), zu der radialen Öffnung (9) hin, ein Verschlusselement (11 ) in dem Träger (3) aufgenommen ist, und wobei die beiden Verlängerungsabschnitte (10a, 10b) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass das Verschlusselement (11 ) durch die Verlängerungsabschnitte (10a, 10b) von dem Träger (3) beabstandet ist. Zudem betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine (2) mit diesem Spulenbauteil (1).

Description

Spulenbauteil mit Verschlusselement ohne direkten Kontakt mit Träger; sowie elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft ein Spulenbauteil, das entweder als ein Stator oder ein Rotor umgesetzt ist, für eine elektrische Maschine, mit einem Träger und einer zumindest abschnittsweise in dem Träger aufgenommenen Spulenwicklung, wobei der Träger einen Ringbereich mit mehreren in einer Umfangsrichtung verteilt angeordneten Nuten aufweist und in jeder Nut mehrere Wicklungsabschnitte der Spulenwicklung eingebettet sind, wobei ferner in zumindest einer Nut eine Isolationsschicht zwischen dem Träger und den Wicklungsabschnitten angeordnet ist, welche Isolationsschicht zu einer radialen Öffnung der zumindest einen Nut hin mit zwei Verlängerungsabschnitten über die Wicklungsabschnitte hinweg übersteht. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem solchen Spulenbauteil.
Gattungsgemäße Bauteile, wie sie als Rotoren oder Statoren eingesetzt sind, sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. In diesem Zusammenhang offenbaren beispielsweise die CN 209 51 67 75 U sowie die CN 207 92 63 08 U Bauteile mit Isolationsschichten zwischen Wicklungsabschnitten und Träger.
Prinzipiell besteht die Anforderung, eine verlässliche Isolierung der Spulenwicklung gegenüber dem Träger umzusetzen, um die Funktionsweise der elektrischen Maschine nicht nachteilig zu beeinflussen. Bei bekannten Spulenbauteilen hat es sich jedoch herausgestellt, dass es bei höher anliegenden Spannungen aufgrund zwischen den Wicklungsabschnitten und dem Träger stattfindender unerwünschter Kriecheffekte zu Fehlfunktionen kommen kann. Dies wird insbesondere dadurch verursacht, dass die bisher vorhandenen Kriechwege für höhere Spannungen zu kurz sind. Des Weiteren hat es sich herausgestellt, dass in bekannten Ausführungen verwendete Isolierungen der Wicklungsabschnitte sowohl während der Montage als auch im Betrieb einem gewissen Materialabrieb unterliegen. Dies kann gar dazu führen, dass die Isolierung nicht mehr mit der beabsichtigten Isolationswirkung ausgestattet ist. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spulenbauteil zur Verfügung zu stellen, dessen Komponenten selbst bei einem Betrieb mit höheren Leistungspara- metern möglichst verlässlich voneinander entkoppelt / isoliert sind.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der zumindest einen mit der Isolationsschicht ausgestatteten Nut, zu der radialen Öffnung hin, ein Verschlusselement in dem Träger formschlüssig aufgenommen ist, wobei die beiden Verlängerungsabschnitte derart ausgebildet und angeordnet sind, dass das Verschlusselement durch die Verlängerungsabschnitte von dem Träger beabstandet (gehalten / abgestützt) ist.
Durch das Verschlusselement wird ein Nutverschlusskeil zur Verfügung gestellt, der einen möglichst großen Kriechweg zwischen den Wicklungsabschnitten und dem Träger erzeugt. Dadurch ist das Spulenbauteil für höhere Spannungen ausgelegt. Durch die unmittelbare Anordnung der Isolationsschicht zwischen der Aufnahmestelle des Trägers und dem Verschlusselement wird bei der Montage zudem ein unbeabsichtigter Materialabrieb am Verschlusselement vermieden. Eine positionsgetreue Aufnahme des Verschlusselementes in dem Träger sowohl während der Montage als auch während des gesamten Betriebs ist die Folge.
Weitergehende Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
Demnach ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Träger zu je einer Umfangsseite der zumindest einen Nut mit einer Aufnahmekontur versehen ist und das Verschlusselement mit seinem jeweiligen umfangsseitigen Flankenbereich unter Zwischenlage eines der beiden Verlängerungsabschnitte in die Aufnahmekonturen eingeschoben (und folglich in radialer Richtung und in Umfangsrichtung formschlüssig abgestützt) ist.
Dadurch ist das Verschlusselement möglichst stabil in dem Träger aufgenommen, wobei zugleich die Montage deutlich verschleißärmer umgesetzt werden kann.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine Nut einen die Wicklungsabschnitte aufnehmenden Spulenaufnahmeraum aufweist, wobei die Nut eine Breite des Spulenaufnahmeraums über ihre gesamte radiale Erstreckung hinweg nicht unterschreitet. Dadurch ist das Spulenbauteil auch für eine radiale Wickelmethode geschickt vorbereitet, wodurch der Montageaufwand reduziert werden kann.
Als zweckmäßig hat es sich auch herausgestellt, wenn das Verschlusselement aus einem weicheren Material als der Träger ausgebildet ist. Alternativ hierzu ist es auch möglich, den Träger zumindest im Bereich der Aufnahmekonturen weicher auszubilden als das Verschlusselement. Dabei ist durch das Vorsehen der Isolationsschicht zwischen dem Verschlusselement und dem Träger stets gewährleistet, dass eine Montage des Verschlusselementes möglichst beschädigungsfrei stattfindet.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das Verschlusselement zu einem axialen Ende hin mit einer Fase versehen ist. Dadurch kann das Verschlusselement in axialer Richtung möglichst ohne Beschädigung der Isolationsschicht bzw. des Trägers in die Nut eingeschoben werden. Die Phase läuft vorzugsweise an einer stirnseitigen Kante in Umfangsrichtung des Verschlusselementes vollständig um.
Zudem ist es zweckdienlich, wenn die beiden Verlängerungsabschnitte zu einer den Wicklungsabschnitten abgewandten radialen Seite über das Verschlusselement hinweg überstehen. Dadurch wird die Isolationswirkung der Isolationsschicht weiter verbessert.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine für einen Kraftfahrzeugantrieb, mit einem Stator sowie einem relativ zu dem Stator verdrehbaren Rotor, wobei der Stator oder der Rotor als ein erfindungsgemäßes Spulenbauteil nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen ausgebildet ist.
Mit anderen Worten ausgedrückt, ist somit ein vorzugsweise als Stator ausgebildetes Spulenbauteil vorgesehen, das mit einer gewickelten Spulenanordnung (Spulenwicklung), einer Nutisolierung (Isolationspapier / Isolationsschicht) und einem Nutkeil (Verschlusselement) ausgestattet ist. Der Nutkeil ist mittels der Nutisolierung von dem Grundkörper des Stators / Blechpaket des Stators (Träger) entkoppelt / separiert. Folglich ist ein Nutverschlusskeilkonzept ohne (direkten) Kontakt mit einem Statorblechpaket (Träger) umgesetzt. Die Nutisolierung verhindert ein Bilden von Abriebpartikeln während des Einschieben / Einfädeln des Nutkeils. Die Nutisolierung ist vorzugsweise in einem Kontaktbereich mit dem Nutkeil nicht vorgeformt / vorgestanzt. Dies bedeutet, dass die Nutisolierung eine Form einer Aufnahmekontur / Führungskontur so lange nicht annimmt bis dass der Nutkeil eingefädelt wird. Eine Fase an einem Ende des Nutkeils ist vorgesehen, um die Einfädelkräfte gering zu halten.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer vereinfacht dargestellten elektrischen Maschine aufweisend ein erfindungsgemäßes, als Stator ausgebildetes Spulenbauteil nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines in Fig. 1 innerhalb einer Nut eines Trägers eingesetzten Verschlusselementes,
Fig. 3 eine Detaildarstellung eines Querschnittsbereiches des Spulenbauteils zur Veranschaulichung mehrerer in Umfangsrichtung zueinander beabstandeter Nuten und der darin aufgenommenen Verschlusselemente,
Fig. 4 eine Detaildarstellung einer der in Fig. 3 dargestellten Nuten im Bereich eines Verschlusselementes, sowie
Fig. 5 eine Detaildarstellung der mit Fig. 4 bereits dargestellten Nut vor der Montage des Verschlusselementes.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Mit Fig. 1 ist zunächst ein prinzipieller Aufbau einer elektrischen Maschine 2 mit einem erfindungsgemäßen Spulenbauteil 1 dargestellt. Die elektrische Maschine 2 ist bevorzugt als eine Antriebsmaschine eines hybriden oder rein elektrischen Kraftfahrzeuges eingesetzt.
Die elektrische Maschine 2 weist einen Stator 19 sowie einen relativ zu dem Stator 19 verdrehbar angeordneten, der Übersichtlichkeit halber stark vereinfacht dargestellten Rotor 20 auf. In dieser Ausführung ist der Stator 19 unmittelbar durch das erfindungsgemäße Spulenbauteil 1 realisiert. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass in weiteren Ausführungen alternativ hierzu auch der Rotor 20 als das Spulenbauteil 1 ausgebildet ist.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgend verwendeten Richtungsangaben axial / axiale Richtung, radial / radiale Richtung und Umfangsrichtung in Bezug auf eine Drehachse 12 des Rotors 20 zu sehen sind. Eine axiale Richtung entspricht somit einer Richtung entlang der in Fig. 1 in die Bildebene hinein verlaufenden Drehachse 12, eine radiale Richtung einer Richtung senkrecht zur Drehachse 12 und eine Umfangsrichtung einer Richtung entlang einer koaxial zur Drehachse 12 verlaufenden Kreislinie.
Das Spulenbauteil 1 weist, wie in Fig. 1 zu erkennen, mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Nuten 6 auf. Die Nuten 6 verlaufen in radialer Richtung und sind in dieser Ausführung radial nach innen / zu einer radialen Innenseite 21 des Spulenbauteils 1 hin geöffnet (durch Öffnung 9). In weiteren Ausführungen sind die Nuten 6 auch alternativ radial nach außen / zu einer radialen Außenseite 22 des Spulenbauteils 1 hin geöffnet.
Die Nuten 6 sind in einem Ringbereich 5 eines Trägers 3 des Spulenbauteils 1 eingebracht. Der Träger 3 ist durch ein Blechpaket gebildet. Der Träger 3 weist somit mehrere in axialer Richtung übereinander gestapelte Blechsegmente auf, die gemeinsam den Träger 3 ausbilden. Die Nuten 6 verlaufen in axialer Richtung über die gesamte Länge des Trägers 3 und durchdringen somit jedes Blechsegment. Die Nuten 6 sind vorzugsweise als gestanzte oder geschnittene Ausnehmungen gebildet. Neben dem Träger 3 weist das Spulenbauteil 1 eine Spulenwicklung 4 auf, die in dem Querschnitt nach Fig. 1 hinsichtlich mehrerer Wicklungsabschnitte 7 in den einzelnen Nuten 6 zu erkennen ist. Wie des Weiteren auch in Fig. 3 gut zu erkennen, ist in diesem Ausführungsbeispiel jeder Wicklungsabschnitt 7 gar so breit ausgebildet, dass er annähernd die in Umfangsrichtung gemessene Breite der Nut 6 einnimmt. Die Wicklungsabschnitte 7 sind in radialer Richtung aneinandergereiht angeordnet. In dieser Ausführung 6 sind exemplarisch sechs Wicklungsabschnitte 7 übereinander angeordnet. Die Wicklungsabschnitte 7 sind in einem sogenannten Spulenaufnahmeraum 18 der jeweiligen Nut 6 aufgenommen. Jener Spulenaufnahmeraum 18 weist über seine radiale Erstreckung hinweg eine gleichbleibende Breite (Erstreckung in Umfangsrichtung) auf. Insbesondere ist auch erkennbar, dass die Nut 6 über ihre gesamte radiale Erstreckung hinweg die Breite des Spulenaufnahmeraums 18 nicht unterschreitet. Die Wicklungsabschnitte 7 sind folglich bevorzugt radial gewickelt.
Zur Entkoppelung der Spulenwicklung 4 / der Wicklungsabschnitte 7 von dem Träger 3 ist zwischen den Wicklungsabschnitten 7 in der jeweiligen Nut 6 eine Isolationsschicht 8 eingesetzt. Diese Isolationsschicht 8 ist bspw. als ein so genanntes Isolationspapier umgesetzt. Das Isolationspapier ist wiederum ein Material, das auf übliche Weise aus Zellulose, Polymeren oder Gemischen beider Materialien, in Form von Laminat, besteht.
Die Isolationsschicht 8 weist im Querschnitt betrachtet einen im Wesentlichen U-förmigen Verlauf auf und liegt an einer Innenseite der Nut 6 an. Die Isolationsschicht 8 ist folglich im fertig montierten Zustand zwischen der Innenseite der Nut 6 und der Gruppe an Wicklungsabschnitten 7 eingelegt, um die Wicklungsabschnitte 7 in radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung von dem Träger 3 zu entkoppeln.
Die Isolationsschicht 8 ist demnach zu zwei in Umfangsrichtung einander entgegengesetzten Umfangsseiten 13a, 13b der Nut 6 in Anlage mit dem Träger 3. Auch zu einer der Öffnung 9 der Nut 6 radial gegenüberliegenden Seite, hier der radialen Außenseite 22, hin ist die Isolationsschicht 8 in Anlage mit dem Träger 3. Die Isolationsschicht 8 erstreckt sich weiterhin entlang der gesamten axialen Länge des Trägers 3. Wie schließlich mit den Fign. 4 und 5 zu erkennen, ist die Nut 6 zu einer radialen Innenseite der Wicklungsabschnitte 7 sowie beabstandet zu den Wicklungsabschnitten 7 (/eines radial innersten Wicklungsabschnittes 7) mit Aufnahmekonturen 14a, 14b versehen. Eine erste Aufnahmekontur 14a ist zu der ersten Umfangsseite 13a eingebracht; eine zweite Aufnahmekontur 14b ist zu einer, der ersten Umfangsseite 13a gegenüberliegenden, zweiten Umfangsseite 13b eingebracht. Die Aufnahmekonturen 14a, 14b sind im Wesentlichen spiegelsymmetrisch realisiert und dienen zur formschlüssigen Aufnahme eines Verschlusselementes 11 .
Auch ist mit den Fign. 3 und 4 zu erkennen, dass die Isolationsschicht 8 gezielt so in radialer Richtung nach innen über die Wicklungsabschnitte 7 hinaus ragt, dass zwei in Umfangsrichtung gegenüberliegende Verlängerungsabschnitte 10a, 10b die Wicklungsabschnitte 7 nach radial innen überragen. Ein erster Verlängerungsabschnitt 10a ist demnach zur ersten Umfangsseite 13a hin gebildet und ein zweiter Verlängerungsabschnitt 10b zu der zweiten Umfangsseite 13b hin gebildet.
Vor einem Einschieben des Verschlusselementes 11 weist die Isolationsschicht 8 die in Figur 5 dargestellte Erstreckung auf. Es ist zu erkennen, dass die Verlängerungsabschnitten 10a, 10b die Aufnahmekonturen 14a, 14b radial überragen und sich auch zu einer den Wicklungsabschnitten 7 radial abgewandten Seite der Aufnahmekonturen 14a, 14b weiter erstrecken. Da die Nut 6 über ihre gesamte radiale Erstreckung hinweg die Breite des Spulenaufnahmeraums 18 nicht unterschreitet, erstrecken sich die Verlängerungsabschnitte 10a, 10b gerade in radialer Richtung über die Aufnahmekonturen 14a, 14b hinweg.
Mit den Fig. 4 ist schließlich das erfindungsgemäß angeordnete Verschlusselement 11 innerhalb der von der Isolationsschicht 8 bedeckten Aufnahmekonturen 14a, 14b formschlüssig aufgenommen. Es ist zu erkennen, dass zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Flankenbereiche 15a, 15b des Verschlusselementes 11 unter Zwischenlage der Isolationsschicht 8 / des jeweiligen Verlängerungsabschnittes 10a, 10b formschlüssig in der Aufnahmekontur 14a, 14b abstützen. Die Isolationsschicht 8 liegt dabei in Umfangsrichtung an dem Grund der Aufnahmekonturen 14a, 14b an. Der erste Verlängerungsabschnitt 10a ist demnach in Umfangsrichtung zwischen der ersten Aufnahmekontur 14a und dem ersten Flankenbereich 15a angeordnet, während der zweite Verlängerungsabschnitt 10b in Umfangsrichtung zwischen der zweiten Aufnahmekontur 14b und dem zweiten Flankenbereich 15b angeordnet ist. Die Aufnahmekonturen 14a, 14b erstrecken sich soweit in Umfangsrichtung in den Träger 3 hinein, dass das Verschlusselement 11 somit im fertig montierten Zustand des Spulenbauteils 1 verlässlich in radialer Richtung formschlüssig in dem Träger 3 aufgenommen ist.
Das Verschlusselement 11 ist, wie weiterhin in Figur 2 zu erkennen, über seine gesamte axiale Länge hinweg im Wesentlichen I-förmig realisiert. Zu seinen umfangsseitigen Flankenbereichen 15a ,15b ist das Verschlusselement 11 im Wesentlichen keil- / konusförmig zugespitzt. Das Verschlusselement 11 ist folglich als Nutverschlusskeil umgesetzt und wird bei der Montage derart axial in die Nut 6 eingeschoben, dass seine zwei gegenüberliegenden Flankenbereiche 15a, 15b jeweils in eine der beiden Aufnahmekonturen 14a, 14b eingeschoben werden.
Des Weiteren ist zur einfacheren Montage des Verschlusselementes 11 an einem axialen Ende 16 des Verschlusselementes 11 eine Fase 17 vorgesehen. Diese stirnsei- tige Fase 17 läuft entlang eines Umfangs des Verschlusselementes 11 vollständig um. Die Fase 17 dient bei einem axialen Einschieben des Verschlusselementes 11 automatisch zum Umlegen der Verlängerungsabschnitte 10a, 10b in die jeweilige Aufnahmekontur 14a, 14b hinein.
Mit anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß eine Ausführung eines Stators 19 mit einer Wicklung (Spulenwicklung 4), einem Isolationspapier und einem Nutverschlusskeil (Verschlusselement 11 ), mit deren der Verschleiß des Nutverschlusskeils beseitigt ist, umgesetzt. Die Nutverschlußkeile sind über das Isolationspapier vom Statorstack (Träger 3) getrennt.
Die Figuren 1 bis 5 zeigen das Prinzip der Erfindung. Das Isolationspapier "hüllt" die Nutverschlusskeile ein und verhindert die Bildung von Abreispartikeln während des Einfädeln der Nutverschlusskeile. Das Isolationspapier braucht im Bereich des Kontakts mit dem Nutverschlusskeil nicht unbedingt vorgeprägt sein (Fig. 5). Dies bedeutet, dass das Isolationspapier erst nach dem Einfädeln des Nutverschlusskeils die Form der Führungsbahn (Aufnahmekontur 14a, 14b) annimmt. So ist die Ausführung des Papiers sehr vorteilhaft, weil die Geometrie einfach und wenig toleranzempfindlich ist. Eine Fase 17 am Ende 16 des Nutverschlusskeils ist vorhanden, damit die Einfädelkraft gering bleibt.
Bezuqszeichenhste
Spulenbauteil elektrische Maschine
Träger
Spulenwicklung
Ringbereich
Nut
Wicklungsabschnitt
Isolationsschicht
Öffnung a erster Verlängerungsabschnitt b zweiter Verlängerungsabschnitt
Verschlusselement
Drehachse a erste Umfangsseite b zweite Umfangsseite a erste Aufnahmekontur b zweite Aufnahmekontur a erster Flankenbereich b zweiter Flankenbereich
Ende
Fase
Spulenaufnahmeraum
Stator
Rotor
Innenseite
Außenseite

Claims

Patentansprüche Spulenbauteil (1 ) für eine elektrische Maschine (2), mit einem Träger (3) und einer zumindest abschnittsweise in dem Träger (3) aufgenommenen Spulenwicklung (4), wobei der Träger (3) einen Ringbereich (5) mit mehreren in einer Umfangsrichtung verteilt angeordneten Nuten (6) aufweist und in jeder Nut (6) mehrere Wicklungsabschnitte (7) der Spulenwicklung (4) aufgenommen sind, und wobei ferner in zumindest einer Nut (6) eine Isolationsschicht (8) zwischen dem Träger (3) und den Wicklungsabschnitten (7) angeordnet ist, welche Isolationsschicht (8) zu einer radialen Öffnung (9) der zumindest einen Nut (6) hin mit zwei Verlängerungsabschnitten (10a, 10b) über die Wicklungsabschnitte (7) hinweg übersteht, dadurch gekennzeichnet, dass in der zumindest einen mit der Isolationsschicht (8) ausgestatteten Nut (6), zu der radialen Öffnung (9) hin, ein Verschlusselement (11 ) in dem Träger (3) formschlüssig aufgenommen ist, wobei die beiden Verlängerungsabschnitte (10a, 10b) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass das Verschlusselement (11 ) durch die Verlängerungsabschnitte (10a, 10b) von dem Träger (3) beabstandet ist. Spulenbauteil (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3) zu je einer Umfangsseite (13a, 13b) der zumindest einen Nut (6) mit einer Aufnahmekontur (14a, 14b) versehen ist und das Verschlusselement (11 ) mit seinem jeweiligen umfangsseitigen Flankenbereich (15a, 15b) unter Zwischenlage eines der beiden Verlängerungsabschnitte (10a, 10b) in die Aufnahmekonturen (14a, 14b) eingeschoben ist. Spulenbauteil (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Nut (6) einen die Wicklungsabschnitte (7) aufnehmenden Spulenaufnahmeraum (18) aufweist, wobei die Nut (6) eine Breite des Spulenaufnahmeraums (18) über ihre gesamte radiale Erstreckung hinweg nicht unterschreitet. Spulenbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (11 ) aus einem weicheren Material (vorzugsweise Kunststoff) als der Träger (3) ausgebildet ist. Spulenbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (11 ) zu einem axialen Ende (16) hin mit einer Fase (17) versehen ist. Spulenbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verlängerungsabschnitte (10a, 10b) zu einer den Wicklungsabschnitten (7) abgewandten radialen Seite über das Verschlusselement (11 ) hinweg überstehen. Elektrische Maschine (2) für einen Kraftfahrzeugantrieb, mit einem Stator (19) sowie einem relativ zu dem Stator (19) verdrehbaren Rotor (20), wobei der Stator (19) oder der Rotor (20) als ein Spulenbauteil (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
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