WO2022156851A1 - Segmented stator, method for producing a bath impregnated, segmented stator, and electric machine - Google Patents

Segmented stator, method for producing a bath impregnated, segmented stator, and electric machine Download PDF

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WO2022156851A1
WO2022156851A1 PCT/DE2022/100005 DE2022100005W WO2022156851A1 WO 2022156851 A1 WO2022156851 A1 WO 2022156851A1 DE 2022100005 W DE2022100005 W DE 2022100005W WO 2022156851 A1 WO2022156851 A1 WO 2022156851A1
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stator
segmented
segmented stator
segment
winding
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PCT/DE2022/100005
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Inventor
Stefanie ZELLER
Wolfgang Hill
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12Impregnating, heating or drying of windings, stators, rotors or machines
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
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    • H02K1/146Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148Sectional cores
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K3/46Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles

Definitions

  • Segmented stator method for manufacturing a dip-impregnated segmented stator and electrical machine
  • the present invention relates to a segmented stator for an electrical machine with an annular stator body, which is formed from a plurality of annular segment-like stator segments, wherein a stator segment has at least one stator tooth which protrudes radially inwards and is formed in one piece with the stator segment and around which a stator winding is wrapped , and the stator body is at least partially surrounded by insulation.
  • the invention also relates to a method for producing a dip-impregnated segmented stator and an electrical machine.
  • Segmented stators are basically already known from the prior art.
  • DE19857954A1 describes such an electrical machine with a segmented stator, which has a plurality of stator segments overmoulded with plastic casings. These are arranged in a ring shape and are fastened to one another in the circumferential direction by way of tooth-tooth gap connections.
  • a stator for an electrical machine is known from DE102008023923A1, which is composed of individual stator segments that are encapsulated with an insulating layer. Similar electrical machines are also described, for example, in EP1499000A1 and DE102008033601 A1.
  • stator segments assembled to form a stator ring each have a stator tooth which carries a coil wound from a winding wire, with the winding wire having two open wire ends. In the case of segmented stators, these winding wires of the coils are connected to one another.
  • dip impregnation for example, the entire stator is immersed or flooded and saturated in a flowable impregnation medium, such as resin. The resin is then cured by supplying energy. This can be done, for example, by energizing the stator coils, which heat up and thus cause the resin to gel.
  • dip impregnation also enables the stator laminations to be fixed and the stator body and stator winding to be coated in a single process step.
  • the dip impregnation also has the effect that the stator forms an overall system that is both electrically insulated and protected against abrasion.
  • flooding is a procedural modification of dip impregnation.
  • a stator is first positioned in an empty impregnation basin, into which the free-flowing impregnation medium is subsequently let.
  • the stator can be flooded with impregnating resin in a stator support (housing part), with the housing part serving as a container for the resin.
  • a stator support housing part
  • flooding is essentially equivalent to dip impregnation.
  • the insulation system has a weak point at the junction of the segments, to which either clearances and creepage distances must be maintained (with the disadvantage of higher copper losses) or which are covered with insulating foils (with the disadvantage of high cost).
  • the object of the invention is to provide a segmented stator for an electrical machine in which the risk of resin drops and resin runs being formed is reduced. It is also the object of the invention to implement reliable insulation with the highest slot filling factors at the lowest cost. It is also the object of the invention to implement an improved method for producing a dip-impregnated segmented stator. Finally, it is also the object of the invention to provide an electrical machine with an optimized stator.
  • a segmented stator for an electrical machine with an annular stator body which is formed from a plurality of annular segment-like stator segments, wherein a stator segment has at least one stator tooth which protrudes radially inwards and is formed in one piece with the stator segment and around which a stator winding is wrapped and the stator body is surrounded at least in sections by insulation, the insulation having an axial end face which in the yoke area has a gradient running from a radially outer edge to a radially inner edge or a gradient running from the tangential center of the stator segment to the tangential edge of the stator segments or a combination of both gradients.
  • the impregnating resin that has accumulated in the volume axially in front of the stator yoke flows off in a targeted manner in the area at the bottom of the slot where the joint forms the weak point of the core insulation.
  • the flowing resin forms a safe layer of resin at the weak point over the course of the draining period and thus securely secures the insulation system.
  • This geometric adaptation of the insulation of a stator segment is intended to enable the impregnation material to flow off more easily and safely, on the one hand to avoid or at least reduce the formation of resin residues in the yoke area and, on the other hand, to use the impregnation material during the impregnation process specifically to protect the weak point of the insulation system by means of an even insulation layer guarantee.
  • the insulation can be formed from any electrically insulating material, such as plastic, paper and/or ceramic.
  • the insulation can preferably be in the form of a plastic encapsulation of the stator body.
  • the stator segment can be inserted into an injection molding tool, for example, in order to be subsequently encapsulated in plastic, so that the plastic encapsulation is integrally and/or positively formed on the stator segment.
  • an insulation as a separate component, in particular made of plastic, paper and/or ceramics, and then to connect it to the stator body in particular with a material and/or form fit.
  • the insulation could consist of a composite material made of plastic, paper and/or ceramic. In this context, it is particularly preferred if the insulation is formed from a layered material comprising plastic, paper and/or ceramic.
  • the gradient is configured in such a way that a free-flowing, electrically insulating resin flows over the end face following the course of the gradient under the effect of gravity when the segmented stator is moved in the axial direction from an impregnation bath filled with the resin or the resin is discharged in the axial direction after flooding.
  • the segmented stator according to the invention is configured in particular for use in an electrical machine.
  • the electrical machine is used to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and it generally comprises a stationary part, referred to as the stator, stator or armature, and a part, referred to as the rotor or runner, which is arranged such that it can move, in particular rotate, relative to the stationary part.
  • the electrical machine is dimensioned in such a way that vehicle speeds of more than 50 km/h, preferably more than 80 km/h and in particular more than 100 km/h can be achieved.
  • the electric motor particularly preferably has an output of more than 30 kW, preferably more than 50 kW and in particular more than 70 kW.
  • the electrical machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, very particularly preferably greater than 12,500 rpm.
  • motor vehicles are land vehicles that are moved by machine power without being tied to railroad tracks.
  • a motor vehicle can be selected, for example, from the group of passenger cars (cars), trucks (lorries), mopeds, light motor vehicles, motorcycles, buses (COM) or tractors.
  • the segmented stator is preferably intended for use in a radial flow machine.
  • the stator of a radial flow machine is usually constructed cylindrically and generally consists of electrical laminations that are electrically insulated from one another and are constructed in layers and packaged to form laminated cores. This structure keeps the eddy currents in the stator caused by the stator field low.
  • a segmented stator body is characterized in that it is made up of individual stator segment parts.
  • the stator body can be made up of individual stator teeth or stator tooth groups, with each individual stator tooth or each individual stator tooth group being formed from a large number of stacked, laminated electrical laminations, with each of the electrical laminations being designed as a stator segment sheet metal part.
  • a laminated core or stator segment laminated part is understood to be a plurality of laminated individual laminations, which are generally produced from electrical sheet metal and are stacked and packaged one on top of the other to form a stack, the so-called laminated core. The individual laminations can then remain held together in the laminated core by gluing, welding or wedging or screwing or the like.
  • Stator teeth are components of the stator body which are designed as circumferentially spaced, tooth-like radially inwardly or outwardly directed parts of the stator body and between their free ends and a rotor body an air gap for the magnetic field is formed.
  • the stator can be arranged in a motor housing.
  • the motor housing encloses the electric machine.
  • a motor housing can also accommodate the control and power electronics.
  • the motor housing can also be part of a cooling system for the electric machine and can be designed in such a way that cooling fluid can be supplied to the electric machine via the motor housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the housing surfaces.
  • the motor housing protects the electrical machine and any electronics that may be present from external influences.
  • a motor housing can be formed in particular from a metallic material.
  • the motor housing can be formed from a cast metal material, such as gray cast iron or cast steel. In principle, it is also conceivable to form the motor housing entirely or partially from a plastic.
  • a winding board extends in the axial direction, through which the ends of the stator winding are guided on the stator body, thereby providing a certain guidance and defined position for the ends of the stator winding. Furthermore, the winding board can also form a flow barrier or flow-guiding element for the flowable impregnation medium.
  • the winding board has a feed-through opening for feeding through the ends of the stator winding, with a shoulder extending in the axial direction from the direction of the axial end face into the through-opening being arranged in the area of the feed-through opening, whereby a kind of dam is formed, which can prevent impregnating medium from flowing out through the lead-through opening.
  • the winding wire of the stator winding it is particularly preferable for the winding wire of the stator winding to have a circular cross section.
  • the invention can also be further developed in such a way that the axial end face of the insulation has a gradient running to a first peripheral edge and/or a second peripheral edge or a gradient running from the tangential center of the stator segment to the tangential edges of the stator segment or a combination of both gradients has, so that outflow of the impregnating medium can be further improved.
  • the gap at the point of abutment of the stator segments is essentially completely filled with the electrically insulating resin.
  • the object of the invention is also achieved by a method for producing a dip-impregnated segmented stator according to one of claims 1-8, comprising the following steps:
  • a dip impregnation process is used, and the resin flow is designed in such a way that a larger volume of impregnation resin runs over the gap in the insulation system at the point of contact between two adjacent stator segments.
  • a kind of varnish effect ensures that this weak point in the insulation system is covered with insulation.
  • an electrical machine in particular for a hybrid or fully electric drive train of a motor vehicle, comprising a segmented stator according to one of Claims 1-8.
  • Figure 1 shows a segmented stator in a perspective view
  • FIG. 2 shows a stator segment of a segmented stator in a perspective view
  • FIG. 3 shows a detailed view of two adjacent stator segments in a perspective view.
  • FIG. 1 shows a segmented stator 1 for an electrical machine with an annular stator body 3, which is formed from a plurality of stator segments 4 in the shape of annular segments.
  • the directional information used is indicated by the arrows denoting the axial direction 21 , the radial direction 22 and the circumferential direction 23 . This is explained in more detail below with reference to the detailed view of FIG.
  • FIG. 2 shows a stator segment 4 with a stator tooth core which protrudes radially inwards and is formed in one piece with the stator segment 4, which has insulation 7 and has a stator winding 6 wrapped around it.
  • the stator tooth core is therefore covered by the stator winding 6 in the illustration in FIG. 2 and is only visible in the yoke area.
  • the stator winding 6 is wound around the stator tooth core in the axial direction 21 and the circumferential direction 23 .
  • the stator tooth core of the stator segment 4 is surrounded at least in sections by a plastic extrusion coating 7 on its tangentially and axially outer circumference.
  • the insulation 7 embodied as a plastic extrusion coating has an axial end face 8 which has a gradient 19 running from a radially outer edge 9 to a radially inner edge 10 .
  • the slope 19 is configured such that a flowable electrically insulating resin flows by gravity over the face 8 following the slope of the slope when the segmented stator 1 is moved axially from an impregnation bath filled with the resin. This is indicated by the dashed arrow numbered 19 implied.
  • the end face 8 also has a slope in the circumferential direction 23 , which slopes down from the tangential center of the stator segment to the edges 17 and 18 .
  • a winding board 12 extends in the axial direction 21, through which the ends 11 of the stator winding 6 on the stator body 3 are guided.
  • the winding board 12 has a feed-through opening 13 for feeding through the ends 11 of the stator winding 6 .
  • a gradient 19 is therefore provided on the plastic extrusion coating 7 of a stator segment 4 in the radially outer yoke area, whereby a free-flowing resin flows radially inward to the winding board 12 when the segmented stator 1 is moved out of a corresponding impregnation bath in the axial direction or the resin in the axial direction direction is released.
  • the winding boards 12 have the task of supporting the winding head during the winding process and at the same time preventing the resin from flowing further and thereby guiding it to the gap 15 .
  • the winding boards 12 of two circumferentially adjacent stator segments 4 are configured such that a gap is formed between the winding boards 12 that runs radially in the end face and then in the groove bottom in the axial direction.
  • the axial end face 8 of the plastic encapsulation 7 also has a slope 20 running to a first peripheral edge 17 and/or a second peripheral edge 18 .
  • the direction of the gradient is indicated by the dashed arrow with the reference number 20 .
  • the gradient 20 is also configured so that a flowable electrically insulating resin flows by gravity following the gradient of the gradient over the face 8 to the gap 15 when the segmented stator 1 is moved axially from an impregnation bath filled with the resin or the resin is drained after flooding becomes.
  • a further advantage of this design is that the gap at the point of contact between the adjacent stator segments 4 is closed by the resin flowing out, which avoids the need to maintain air and creepage distances from the coil to the iron core in the middle of the slot base in tight installation spaces.

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Abstract

The invention relates to a segmented stator (1) for an electric machine having an annular stator body (3) which is formed from a plurality of ring-segment-type stator segments (4), wherein a stator segment (4) has at least one stator tooth which protrudes radially inward or outward and is integrally formed with the stator segment (4) and around which is wound a stator winding (6), and the stator body (3) is enclosed, at least in portions, by an insulation (7), the insulation (7) having an axial end face (8) which has a slope (19) that extends from a radial outer edge (9) to a radial inner edge (10) or a slope that extends from the tangential stator segment centre to the tangential edges (17, 18) of the stator segment, or a combination of both slopes.

Description

Segmentierter Stator, Verfahren zur Herstellung eines tauchimpräqnierten segmentierten Stators sowie elektrische Maschine Segmented stator, method for manufacturing a dip-impregnated segmented stator and electrical machine
Die vorliegende Erfindung betrifft einen segmentierten Stator für eine elektrische Maschine mit einem kreisringförmigen Statorkörper, welcher aus einer Mehrzahl von kreisringsegmentartigen Statorsegmenten gebildet ist, wobei ein Statorsegment wenigstens einen radial nach Innen abstehenden und mit dem Statorsegment einstückig ausgebildeten Statorzahn aufweist, welcher von einer Statorwicklung umschlungen ist, und der Statorkörper zumindest abschnittsweise von einer Isolierung umschlossen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines tauchimprägnierten segmentierten Stators sowie eine elektrische Maschine. The present invention relates to a segmented stator for an electrical machine with an annular stator body, which is formed from a plurality of annular segment-like stator segments, wherein a stator segment has at least one stator tooth which protrudes radially inwards and is formed in one piece with the stator segment and around which a stator winding is wrapped , and the stator body is at least partially surrounded by insulation. The invention also relates to a method for producing a dip-impregnated segmented stator and an electrical machine.
Segmentierte Statoren sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich vorbekannt. Die DE19857954A1 beschreibt eine derartige elektrische Maschine mit einem segmentierten Stator, der mehrere mit Kunststoffummantelungen umspritzte Statorsegmente aufweist. Diese sind ringförmig angeordnet und an in Umfangsrichtung einander zugewandten Fügeflächen über Zahn-Zahnlücken- Verbindungen aneinander befestigt. Aus der DE102008023923A1 ist ein Stator für eine elektrische Maschine bekannt, der sich aus einzelnen Statorsegmenten zusammensetzt, die mit einer Isolierschicht umgossen sind. Ähnliche elektrische Maschinen werden beispielsweise auch in der EP1499000A1 und DE102008033601 A1 beschrieben. Segmented stators are basically already known from the prior art. DE19857954A1 describes such an electrical machine with a segmented stator, which has a plurality of stator segments overmoulded with plastic casings. These are arranged in a ring shape and are fastened to one another in the circumferential direction by way of tooth-tooth gap connections. A stator for an electrical machine is known from DE102008023923A1, which is composed of individual stator segments that are encapsulated with an insulating layer. Similar electrical machines are also described, for example, in EP1499000A1 and DE102008033601 A1.
Die zu einem Statorring zusammengesetzten Statorsegmente, weisen jeweils einen Statorzahn auf, der eine aus einem Wicklungsdraht gewickelte Spule trägt, wobei der Wicklungsdraht zwei offene Drahtenden aufweist. Diese Wicklungsdrähte der Spulen werden bei segmentierten Statoren miteinander verschaltet. The stator segments assembled to form a stator ring each have a stator tooth which carries a coil wound from a winding wire, with the winding wire having two open wire ends. In the case of segmented stators, these winding wires of the coils are connected to one another.
Zur Isolierung des Stators ist es bekannt, den Stator vollständig oder abschnittsweise zu imprägnieren. Hierzu sind verschiedene Imprägnierungsverfahren aus dem Stand der Technik vorbekannt. Beim Tauchimprägnieren beispielsweise wird der gesamte Stator in ein fließfähiges Imprägniermedium, wie Harz, eingetaucht oder geflutet und durchtränkt. Anschließend wird das Harz durch Energiezufuhr ausgehärtet. Dies kann beispielsweise durch Bestromung der Statorspulen erfolgen, welche sich erwärmen und so ein Gelieren des Harzes bewirken. Die Tauchimprägnierung ermöglicht insbesondere auch eine Fixierung der Statorbleche sowie eine Beschichtung von Statorkörper und Statorwicklung in einem einzigen Prozessschritt. Durch die Tauchimprägnierung wird ferner bewirkt, dass der Stator ein in sich sowohl elektrisch isoliertes als auch gegen Abrasion geschütztes Gesamtsystem bildet. To insulate the stator, it is known to impregnate the stator completely or in sections. For this purpose, various impregnation methods are already known from the prior art. In the case of dip impregnation, for example, the entire stator is immersed or flooded and saturated in a flowable impregnation medium, such as resin. The resin is then cured by supplying energy. This can be done, for example, by energizing the stator coils, which heat up and thus cause the resin to gel. In particular, dip impregnation also enables the stator laminations to be fixed and the stator body and stator winding to be coated in a single process step. The dip impregnation also has the effect that the stator forms an overall system that is both electrically insulated and protected against abrasion.
Ein derartiges Tauchimprägnierungsverfahren aus dem Stand der Technik ist beispielsweise in der EP2887507A1 beschrieben. Nach dem Aushärten des Imprägniermediums wird dann der isolierte Stator in dem Motorgehäuse fixiert, beispielsweise mittels einer Presspassung. Such a dip impregnation process from the prior art is described, for example, in EP2887507A1. After the impregnation medium has hardened, the insulated stator is then fixed in the motor housing, for example by means of a press fit.
Eine verfahrenstechnische Abwandlung der Tauchimprägnierung ist das Fluten. Hierbei wird ein Stator zunächst in einem leeren Imprägnierungsbecken positioniert, in welches nachfolgend das fließfähige Imprägniermedium eingelassen wird. Der Stator kann hierzu nach der Montage in einen Statorträger (Gehäuseteil) mit Imprägnierharz geflutet werden, wobei das Gehäuseteil als Gefäß für das Harz dient. Das Fluten ist vom Ablauf und den Imprägnierergebnissen im Wesentlichen äquivalent zur Tauchimprägnierung. Flooding is a procedural modification of dip impregnation. Here, a stator is first positioned in an empty impregnation basin, into which the free-flowing impregnation medium is subsequently let. For this purpose, after assembly, the stator can be flooded with impregnating resin in a stator support (housing part), with the housing part serving as a container for the resin. In terms of the process and the impregnation results, flooding is essentially equivalent to dip impregnation.
Bei den eingangs geschilderten Imprägnierungsverfahren ist es jedoch möglich, dass sich bei einem nicht hinreichenden Abfluss von Imprägnierharz aus dem Stator, Harztropfen und Harzläufer am Stator bilden, die dann beim Verbau oder Einbau des Stators stören und bspw. zu Schiefstellungen führen. However, with the impregnation methods described above, it is possible that if the impregnating resin does not drain sufficiently from the stator, resin droplets and resin runs may form on the stator, which then interfere with the assembly or installation of the stator and lead to misalignments, for example.
Zusätzlich zu den oben geschilderten Problematiken, weist durch die Segmentierung das Isoliersystem eine Schwachstelle an der Stossstelle der Segmente auf, zu der entweder Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden müssen (mit dem Nachteil höherer Kupferverluste) oder die aufwendig mit Isolierfolien abgedeckt werden (mit dem Nachteil hoher Kosten). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen segmentierten Stator für eine elektrische Maschine bereitzustellen, bei dem die Gefahr der Ausbildung von Harztropfen und Harzläufern verringert ist. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung eine sichere Isolierung bei höchsten Nutfüllfaktoren mit geringsten Kosten zu realisieren. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines tauchimprägnierten segmentierten Stators zu realisieren. Schließlich ist es auch die Aufgabe der Erfindung eine elektrische Maschine mit einem optimierten Stator bereitzustellen. In addition to the problems described above, due to the segmentation, the insulation system has a weak point at the junction of the segments, to which either clearances and creepage distances must be maintained (with the disadvantage of higher copper losses) or which are covered with insulating foils (with the disadvantage of high cost). The object of the invention is to provide a segmented stator for an electrical machine in which the risk of resin drops and resin runs being formed is reduced. It is also the object of the invention to implement reliable insulation with the highest slot filling factors at the lowest cost. It is also the object of the invention to implement an improved method for producing a dip-impregnated segmented stator. Finally, it is also the object of the invention to provide an electrical machine with an optimized stator.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen segmentierten Stator für eine elektrische Maschine mit einem kreisringförmigen Statorkörper, welcher aus einer Mehrzahl von kreisringsegmentartigen Statorsegmenten gebildet ist, wobei ein Statorsegment wenigstens einen radial nach Innen abstehenden und mit dem Statorsegment einstückig ausgebildeten Statorzahn aufweist, welcher von einer Statorwicklung umschlungen ist, und der Statorkörper zumindest abschnittsweise von einer Isolierung umschlossen ist, wobei die Isolierung eine axiale Stirnfläche aufweist, welche im Jochbereich ein von einem radial äußeren Rand zu einem radial inneren Rand verlaufendes Gefälle oder ein von der tangentialen Statorsegmentmitte zum tangentialen Rand der Statorsegmente verlaufendes Gefälle oder eine Kombination aus beiden Gefällen aufweist. This object is achieved by a segmented stator for an electrical machine with an annular stator body, which is formed from a plurality of annular segment-like stator segments, wherein a stator segment has at least one stator tooth which protrudes radially inwards and is formed in one piece with the stator segment and around which a stator winding is wrapped and the stator body is surrounded at least in sections by insulation, the insulation having an axial end face which in the yoke area has a gradient running from a radially outer edge to a radially inner edge or a gradient running from the tangential center of the stator segment to the tangential edge of the stator segments or a combination of both gradients.
Durch das Gefälle der Isolieroberfläche fließt das im Volumen axial vor dem Statorjoch angesammelte Imprägnierharz gezielt in dem Bereich am Nutboden ab an der die Stoßstelle die Schwachstelle der Kernisolierung bildet. Das abfließende Harz bildet über die Abflussdauer eine sichere Harzschicht an der Schwachstelle und sichert damit das Isoliersystem sicher ab. Due to the slope of the insulating surface, the impregnating resin that has accumulated in the volume axially in front of the stator yoke flows off in a targeted manner in the area at the bottom of the slot where the joint forms the weak point of the core insulation. The flowing resin forms a safe layer of resin at the weak point over the course of the draining period and thus securely secures the insulation system.
Durch diese geometrische Anpassung der Isolierung eines Statorsegments soll ein vereinfachtes und sicheres Abfließen des Imprägniermaterials ermöglicht werden, um zum einen die Ausbildung von Harzresten im Jochbereich zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren und zum anderen Imprägniermaterial beim Imprägnierprozess gezielt zur Absicherung der Isoliersystemschwachstelle mittels einer gleichmäßige Isolationsschicht zu gewährleisten. Die Isolierung kann aus jedem elektrisch isolierend wirkenden Material geformt sein, wie beispielsweise Kunststoff, Papier und/oder Keramik. This geometric adaptation of the insulation of a stator segment is intended to enable the impregnation material to flow off more easily and safely, on the one hand to avoid or at least reduce the formation of resin residues in the yoke area and, on the other hand, to use the impregnation material during the impregnation process specifically to protect the weak point of the insulation system by means of an even insulation layer guarantee. The insulation can be formed from any electrically insulating material, such as plastic, paper and/or ceramic.
Bevorzugt kann die Isolierung als eine Kunststoffumspritzung des Statorkörpers ausgebildet sein. Hier kann das Statorsegment beispielsweise in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt werden, um nachfolgend von einem Kunststoff umspritzt zu werden, so dass die Kunststoffumspritzung stoffschlüssig und/oder formschlüssig an dem Statorsegment angeformt ist. The insulation can preferably be in the form of a plastic encapsulation of the stator body. Here, the stator segment can be inserted into an injection molding tool, for example, in order to be subsequently encapsulated in plastic, so that the plastic encapsulation is integrally and/or positively formed on the stator segment.
Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, eine Isolierung als separates Bauteil, insbesondere aus Kunststoff, Papier und/oder Keramik auszuformen und mit dem Statorkörper nachfolgend insbesondere zu Stoff- und/oder formschlüssig zu verbinden. In principle, it is of course also conceivable to form an insulation as a separate component, in particular made of plastic, paper and/or ceramics, and then to connect it to the stator body in particular with a material and/or form fit.
Es wäre auch denkbar, dass die Isolierung aus einem Kompositmaterial gebildet aus Kunststoff, Papier und/oder Keramik besteht. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Isolierung aus einem Schichtwerkstoff umfassend Kunststoff, Papier und/oder Keramik gebildet ist. It would also be conceivable for the insulation to consist of a composite material made of plastic, paper and/or ceramic. In this context, it is particularly preferred if the insulation is formed from a layered material comprising plastic, paper and/or ceramic.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gefälle so konfiguriert ist, dass ein fließfähiges elektrisch isolierendes Harz schwerkraftbewirkt dem Gefälleverlauf folgend über die Stirnfläche fließt, wenn der segmentierte Stator in Axialrichtung aus einem mit dem Harz gefüllten Imprägnierbad bewegt wird oder das Harz nach dem Fluten in Axialrichtung abgelassen wird. In a preferred embodiment variant of the invention, it can be provided that the gradient is configured in such a way that a free-flowing, electrically insulating resin flows over the end face following the course of the gradient under the effect of gravity when the segmented stator is moved in the axial direction from an impregnation bath filled with the resin or the resin is discharged in the axial direction after flooding.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben. First, the individual elements of the claimed subject matter of the invention are explained in the order in which they are mentioned in the set of claims, and particularly preferred configurations of the subject matter of the invention are described below.
Der erfindungsgemäße segmentierte Stator ist insbesondere für eine Verwendung in einer elektrischen Maschine konfiguriert. Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil. The segmented stator according to the invention is configured in particular for use in an electrical machine. The electrical machine is used to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and it generally comprises a stationary part, referred to as the stator, stator or armature, and a part, referred to as the rotor or runner, which is arranged such that it can move, in particular rotate, relative to the stationary part.
Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt. In particular, the electrical machine is dimensioned in such a way that vehicle speeds of more than 50 km/h, preferably more than 80 km/h and in particular more than 100 km/h can be achieved. The electric motor particularly preferably has an output of more than 30 kW, preferably more than 50 kW and in particular more than 70 kW. Furthermore, it is preferred that the electrical machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, very particularly preferably greater than 12,500 rpm.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen. For the purposes of this application, motor vehicles are land vehicles that are moved by machine power without being tied to railroad tracks. A motor vehicle can be selected, for example, from the group of passenger cars (cars), trucks (lorries), mopeds, light motor vehicles, motorcycles, buses (COM) or tractors.
Bevorzugt ist der segmentierte Stator für die Verwendung in einer Radialflussmaschine vorgesehen. Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut und besteht in der Regel aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Durch diesen Aufbau werden die durch das Statorfeld verursachten Wirbelströme im Stator geringgehalten. The segmented stator is preferably intended for use in a radial flow machine. The stator of a radial flow machine is usually constructed cylindrically and generally consists of electrical laminations that are electrically insulated from one another and are constructed in layers and packaged to form laminated cores. This structure keeps the eddy currents in the stator caused by the stator field low.
Ein segmentiert aufgebauter Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass er aus einzelnen Statorsegmentteilen aufgebaut ist. Der Statorkörper kann dabei aus einzelnen Statorzähnen oder Statorzahngruppen aufgebaut sein, wobei jeder einzelne Statorzahn oder jede einzelne Statorzahngruppe aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet sein kann, wobei jedes der Elektrobleche als Statorsegmentblechteil ausgebildet ist. Als Blechpaket bzw. Statorsegmentblechteil werden eine Mehrzahl von in der Regel aus Elektroblech hergestellten laminierten Einzelblechen verstanden, die übereinander zu einem Stapel, dem sog. Blechpaket geschichtet und paketiert sind. Die Einzelbleche können dann in dem Blechpaket durch Verklebung, Verschweißung oder Verkeilen oder Verschraubung oder dergleichen zusammengehalten bleiben. A segmented stator body is characterized in that it is made up of individual stator segment parts. The stator body can be made up of individual stator teeth or stator tooth groups, with each individual stator tooth or each individual stator tooth group being formed from a large number of stacked, laminated electrical laminations, with each of the electrical laminations being designed as a stator segment sheet metal part. A laminated core or stator segment laminated part is understood to be a plurality of laminated individual laminations, which are generally produced from electrical sheet metal and are stacked and packaged one on top of the other to form a stack, the so-called laminated core. The individual laminations can then remain held together in the laminated core by gluing, welding or wedging or screwing or the like.
Als Statorzähne werden Bestanteile des Statorkörpers bezeichnet, die als umfänglich beabstandete, zahnartig radial nach innen oder außen gerichtete Teile des Statorkörpers ausgebildet sind und zwischen deren freien Enden und einem Rotorkörper ein Luftspalt für das Magnetfeld gebildet ist. Stator teeth are components of the stator body which are designed as circumferentially spaced, tooth-like radially inwardly or outwardly directed parts of the stator body and between their free ends and a rotor body an air gap for the magnetic field is formed.
Der Stator kann insbesondere in einem Motorgehäuse angeordnet werden. Das Motorgehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt werden und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen. Ein Motorgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Motorgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden. In particular, the stator can be arranged in a motor housing. The motor housing encloses the electric machine. A motor housing can also accommodate the control and power electronics. The motor housing can also be part of a cooling system for the electric machine and can be designed in such a way that cooling fluid can be supplied to the electric machine via the motor housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the housing surfaces. In addition, the motor housing protects the electrical machine and any electronics that may be present from external influences. A motor housing can be formed in particular from a metallic material. Advantageously, the motor housing can be formed from a cast metal material, such as gray cast iron or cast steel. In principle, it is also conceivable to form the motor housing entirely or partially from a plastic.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich in axialer Richtung ein Wickelboard erstreckt, durch welchen die Enden der Statorwicklung an dem Statorkörper geführt sind, wodurch eine gewisse Führung und definierte Lage für die Enden der Statorwicklung bereitgestellt werden. Ferner kann der Wickelboard auch eine Fließbamere oder Flussleitelement für das fließfähige Imprägniermedium ausbilden. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Wickelboard eine Durchführungsöffnung zur Durchführung der Enden der Statorwicklung aufweist, wobei im Bereich der Durchführungsöffnung ein sich in axialer Richtung aus Richtung der axialen Stirnfläche in die Durchgriffsöffnung hineinerstreckender Absatz angeordnet ist, wodurch eine Art Damm ausgebildet wird, welcher ein Abfließen von Imprägniermedium durch die Durchführungsöffnung verhindern kann. According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that a winding board extends in the axial direction, through which the ends of the stator winding are guided on the stator body, thereby providing a certain guidance and defined position for the ends of the stator winding. Furthermore, the winding board can also form a flow barrier or flow-guiding element for the flowable impregnation medium. According to a further preferred development of the invention, it can also be provided that the winding board has a feed-through opening for feeding through the ends of the stator winding, with a shoulder extending in the axial direction from the direction of the axial end face into the through-opening being arranged in the area of the feed-through opening, whereby a kind of dam is formed, which can prevent impregnating medium from flowing out through the lead-through opening.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Wickelboards zweier in Umfangsrichtung benachbarter Statorsegmente so konfiguriert sind, dass zwischen den Wickelboards eine Lücke axial oberhalb eines in axialer Richtung verlaufenden Spalts (= Isoliersystemschwachstelle) ausgebildet ist, wodurch das Abfließen des Imprägniermediums weiter optimiert werden kann. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Lücke eine umfängliche Öffnungsweite zwischen dem 1-2,7 fachen des Drahtdurchmessers aufweist. Besonders zu bevorzugen ist es in diesem Zusammenhang, dass der Wicklungsdraht der Statorwicklung einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the winding boards of two stator segments that are adjacent in the circumferential direction are configured in such a way that a gap is formed between the winding boards axially above a gap running in the axial direction (= insulation system weak point), whereby the outflow of the impregnation medium can be further optimized. According to a further particularly preferred embodiment of the invention, provision can be made for the gap to have a circumferential opening width of between 1 and 2.7 times the wire diameter. In this context, it is particularly preferable for the winding wire of the stator winding to have a circular cross section.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die axiale Stirnfläche der Isolierung ein zu einem ersten umfänglichen Rand und/oder zweiten umfänglichen Rand verlaufendes Gefälle oder ein von der tangentialen Statorsegmentmitte zu den tangentialen Rändern des Statorsegments verlaufendes Gefälle oder eine Kombination aus beiden Gefällen aufweist, so dass ein Abfließen des Imprägniermediums weiter verbessert werden kann. Furthermore, the invention can also be further developed in such a way that the axial end face of the insulation has a gradient running to a first peripheral edge and/or a second peripheral edge or a gradient running from the tangential center of the stator segment to the tangential edges of the stator segment or a combination of both gradients has, so that outflow of the impregnating medium can be further improved.
Zur Bereitstellung einer optimierten Isolierung kann ferner vorgesehen sein, dass der Spalt an der Stoßstelle der Statorsegmente im Wesentlichen vollständig mit dem elektrisch isolierenden Harz gefüllt ist. Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines tauchimprägnierten segmentierten Stators nach einem der Ansprüche 1 -8, umfassend die folgenden Schritte: In order to provide optimized insulation, it can also be provided that the gap at the point of abutment of the stator segments is essentially completely filled with the electrically insulating resin. The object of the invention is also achieved by a method for producing a dip-impregnated segmented stator according to one of claims 1-8, comprising the following steps:
Zusammenbau eines segmentierten Stators nach einem der Ansprüche 1-8, Tauchimprägnieren des segmentierten Stators, umfassend die Schritte o Eintauchen oder Fluten des segmentierten Stators in dessen Axialrichtung in ein mit einem fließfähigen Imprägniermedium, insbesondere einem Harz befülltes Imprägnierbad, o Herausnahmen des segmentierten Stators oder Ablassen des Harzes in dessen Axialrichtung aus dem Imprägnierbad, o Abtropfen des Imprägniermediums aus dem segmentierten Stator und o Wärmaushärten des Imprägniermediums. Assembly of a segmented stator according to one of Claims 1-8, dip impregnation of the segmented stator, comprising the steps of o immersing or flooding the segmented stator in its axial direction in an impregnation bath filled with a flowable impregnating medium, in particular a resin, o removing the segmented stator or draining it of the resin in its axial direction from the impregnation bath, o dripping off the impregnation medium from the segmented stator, and o thermosetting the impregnation medium.
Erfindungsgemäß wird somit ein Tauchimprägnierverfahren eingesetzt und dabei der Harzablauf derart gestaltet, dass das ein größeres Imprägnierharzvolumen über den Spalt des Isoliersystems an der Stoßstelle zweier benachbarter Statorsegmente abläuft. Durch eine Art Lackiereffekt wird eine sichere Isolationsabdeckung dieser Schwachstelle des Isolationsystems gewährleistet. According to the invention, a dip impregnation process is used, and the resin flow is designed in such a way that a larger volume of impregnation resin runs over the gap in the insulation system at the point of contact between two adjacent stator segments. A kind of varnish effect ensures that this weak point in the insulation system is covered with insulation.
Die Aufgabe der Erfindung wird schließlich auch gelöst durch eine elektrische Maschine, insbesondere für einen hybriden oder vollelektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen segmentierten Stator nach einem der Ansprüche 1-8. Finally, the object of the invention is also achieved by an electrical machine, in particular for a hybrid or fully electric drive train of a motor vehicle, comprising a segmented stator according to one of Claims 1-8.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to figures without restricting the general inventive idea. Show it:
Figur 1 einen segmentierten Stator in einer perspektivischen Ansicht, Figure 1 shows a segmented stator in a perspective view,
Figur 2 ein Statorsegment eines segmentierten Stators in einer perspektivischen Ansicht, und FIG. 2 shows a stator segment of a segmented stator in a perspective view, and
Figur 3 eine Detailansicht zweier benachbarter Statorsegmente in einer perspektivischen Ansicht. FIG. 3 shows a detailed view of two adjacent stator segments in a perspective view.
Die Figur 1 zeigt einen segmentierten Stator 1 für eine elektrische Maschine mit einem kreisringförmigen Statorkörper 3, welcher aus einer Mehrzahl von kreisringsegmentartigen Statorsegmenten 4 gebildet ist. Die verwendeten Richtungsangaben sind mit den die Axialrichtung 21 , die Radialrichtung 22 sowie die Umfangsrichtung 23 bezeichneten Pfeilen angedeutet. Dies wird nachfolgend näher anhand der Detailansicht der Figur 2 erläutert. FIG. 1 shows a segmented stator 1 for an electrical machine with an annular stator body 3, which is formed from a plurality of stator segments 4 in the shape of annular segments. The directional information used is indicated by the arrows denoting the axial direction 21 , the radial direction 22 and the circumferential direction 23 . This is explained in more detail below with reference to the detailed view of FIG.
Figur 2 zeigt ein Statorsegment 4 mit einem radial nach Innen abstehenden und mit dem Statorsegment 4 einstückig ausgebildeten Statorzahnkern, welcher eine Isolierung 7 aufweist und von einer Statorwicklung 6 umschlungen ist. Daher ist der Statorzahnkern in der Darstellung der Figur 2 von der Statorwicklung 6 überdeckt und nur im Jochbereich sichtbar. Die Statorwicklung 6 ist in Axialrichtung 21 und Umfangsrichtung 23 um den Statorzahnkern herumgewickelt. FIG. 2 shows a stator segment 4 with a stator tooth core which protrudes radially inwards and is formed in one piece with the stator segment 4, which has insulation 7 and has a stator winding 6 wrapped around it. The stator tooth core is therefore covered by the stator winding 6 in the illustration in FIG. 2 and is only visible in the yoke area. The stator winding 6 is wound around the stator tooth core in the axial direction 21 and the circumferential direction 23 .
Der Statorzahnkern des Statorsegments 4 ist an seinem tangential und axial äußeren Umfang zumindest abschnittsweise von einer Kunststoffumpritzung 7 umschlossen. Die als Kunststoffumspritzung ausgebildete Isolierung 7 weist eine axiale Stirnfläche 8 auf, welche ein von einem radial äußeren Rand 9 zu einem radial inneren Rand 10 verlaufendes Gefälle 19 aufweist. Das Gefälle 19 ist so konfiguriert, dass ein fließfähiges elektrisch isolierendes Harz schwerkraftbewirkt dem Gefälleverlauf folgend über die Stirnfläche 8 fließt, wenn der segmentierte Stator 1 in Axialrichtung aus einem mit dem Harz gefüllten Imprägnierbad bewegt wird. Dies ist durch den mit dem Bezugszeichen 19 versehenen gestrichelten Pfeil angedeutet. Weiter weist die Stirnfläche 8 auch ein Gefälle in Umfangsrichtung 23 auf, das von der tangentialen Statorsegmentmitte aus zu den Rändern 17 und 18 abfällt. The stator tooth core of the stator segment 4 is surrounded at least in sections by a plastic extrusion coating 7 on its tangentially and axially outer circumference. The insulation 7 embodied as a plastic extrusion coating has an axial end face 8 which has a gradient 19 running from a radially outer edge 9 to a radially inner edge 10 . The slope 19 is configured such that a flowable electrically insulating resin flows by gravity over the face 8 following the slope of the slope when the segmented stator 1 is moved axially from an impregnation bath filled with the resin. This is indicated by the dashed arrow numbered 19 implied. Furthermore, the end face 8 also has a slope in the circumferential direction 23 , which slopes down from the tangential center of the stator segment to the edges 17 and 18 .
Aus der Figur 2 ist ferner ersichtlich, dass sich in axialer Richtung 21 ein Wickelboard 12 erstreckt, durch welchen die Enden 11 der Statorwicklung 6 an dem Statorkörper 3 geführt sind. Das Wickelboard 12 besitzt eine Durchführungsöffnung 13 zur Durchführung der Enden 11 der Statorwicklung 6. Im Bereich der Durchführungsöffnung 13 ist ein sich in axialer Richtung aus Richtung der axialen Stirnfläche 8 in die Durchgriffsöffnung 13 hineinerstreckender Absatz 14 angeordnet. It can also be seen from FIG. 2 that a winding board 12 extends in the axial direction 21, through which the ends 11 of the stator winding 6 on the stator body 3 are guided. The winding board 12 has a feed-through opening 13 for feeding through the ends 11 of the stator winding 6 .
An der Kunststoffumspritzung 7 eines Statorsegments 4 ist also im radial außenliegenden Jochbereich ein Gefälle 19 vorgesehen, wodurch ein fließfähiges Harz nach radial innen bis zu dem Wickelboard 12 fließt, wenn der segmentierte Stator 1 aus einem entsprechenden Imprägnierbad in Axialrichtung herausbewegt wird oder das Harz in axialer Richtung abgelassen wird. Die Wickelboards 12 haben die Aufgabe, den Wickelkopf beim Wickelprozess abzustützen und gleichzeitig das Harz vor dem Weiterfließen zu hindern und es hierdurch zur Lücke 15 zu leiten. A gradient 19 is therefore provided on the plastic extrusion coating 7 of a stator segment 4 in the radially outer yoke area, whereby a free-flowing resin flows radially inward to the winding board 12 when the segmented stator 1 is moved out of a corresponding impregnation bath in the axial direction or the resin in the axial direction direction is released. The winding boards 12 have the task of supporting the winding head during the winding process and at the same time preventing the resin from flowing further and thereby guiding it to the gap 15 .
Wie in der Figur 3 dargestellt, sind die Wickelboards 12 zweier in Umfangsrichtung benachbarter Statorsegmente 4 so konfiguriert, dass zwischen den Wickelboards 12 ein in der Stirnseite radial und anschließen im Nutboden in axialer Richtung verlaufender Spalt ausgebildet ist. Die axiale Stirnfläche 8 der Kunststoffumspritzung 7 weist ferner ein zu einem ersten umfänglichen Rand 17 und/oder zweiten umfänglichen Rand 18 verlaufendes Gefälle 20 auf. Die Gefällerichtung ist durch den gestrichelten Pfeil mit dem Bezugszeichen 20 angedeutet. Das Gefälle 20 ist ebenfalls so konfiguriert, dass ein fließfähiges elektrisch isolierendes Harz schwerkraftbewirkt dem Gefälleverlauf folgend über die Stirnfläche 8 zur Lücke 15 fließt, wenn der segmentierte Stator 1 in Axialrichtung aus einem mit dem Harz gefüllten Imprägnierbad bewegt wird oder das Harz nach dem Fluten abgelassen wird. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass der Spalt an der Stoßstelle der benachbarten Statorsegmente 4 durch das abfließende Harz verschlossen wird, womit in engen Bauräumen die Notwendigkeit zur Einhaltung von Luft- und Kriechstrecken von Spule zu Eisenkern im Bereich der Nutbodenmitte vermieden wird. As shown in FIG. 3, the winding boards 12 of two circumferentially adjacent stator segments 4 are configured such that a gap is formed between the winding boards 12 that runs radially in the end face and then in the groove bottom in the axial direction. The axial end face 8 of the plastic encapsulation 7 also has a slope 20 running to a first peripheral edge 17 and/or a second peripheral edge 18 . The direction of the gradient is indicated by the dashed arrow with the reference number 20 . The gradient 20 is also configured so that a flowable electrically insulating resin flows by gravity following the gradient of the gradient over the face 8 to the gap 15 when the segmented stator 1 is moved axially from an impregnation bath filled with the resin or the resin is drained after flooding becomes. A further advantage of this design is that the gap at the point of contact between the adjacent stator segments 4 is closed by the resin flowing out, which avoids the need to maintain air and creepage distances from the coil to the iron core in the middle of the slot base in tight installation spaces.
Zur Herstellung eines tauchimprägnierten segmentierten Stators 1 , wie er in den Figuren 1-2 gezeigt ist, kann wie folgt vorgegangen werden: o Zusammenbau eines segmentierten Stators (1), o Tauchimprägnieren des segmentierten Stators (1 ), umfassend die Schritte The following procedure can be used to produce a dip-impregnated segmented stator 1, as shown in FIGS. 1-2: o assembly of a segmented stator (1), o dip-impregnation of the segmented stator (1), comprising the steps
Eintauchen oder Fluten des segmentierten Stators (1) in dessen Axialrichtung in ein mit einem fließfähigen Imprägniermedium, insbesondere einem Harz befülltes Imprägnierbad, Immersing or flooding the segmented stator (1) in its axial direction in an impregnation bath filled with a free-flowing impregnation medium, in particular a resin,
Herausnahmen des segmentierten Stators (1 ) in dessen Axialrichtung aus dem Imprägnierbad oder Ablassen des Isolierharzes in axialer Richtung, removing the segmented stator (1) in its axial direction from the impregnation bath or draining the insulating resin in the axial direction,
Abtropfen des Imprägniermediums aus dem segmentierten Stator (1) und Wärmaushärten des Imprägniermediums. Draining the impregnating medium from the segmented stator (1) and thermosetting the impregnating medium.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen. Bezuqszeichenliste The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be considered as limiting but as illustrative. The following patent claims are to be understood in such a way that a mentioned feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' feature, this designation serves to distinguish between two features of the same type, without specifying a ranking. Reference character list
I Stator I stator
3 Statorkörper 3 stator body
4 Statorsegment 4 stator segment
6 Statorwicklung 6 stator winding
7 Isolierung 7 insulation
8 Stirnfläche 8 face
9 Rand 9 edge
10 Rand 10 edge
I I Enden II ends
12 Wickelboard 12 winding board
13 Durchführungsöffnung 13 grommet opening
14 Absatz 14 paragraph
15 Lücke 15 gap
16 Öffnungsweite 16 opening width
17 Rand 17 edge
18 Rand 18 fringe
19 Gefälle 19 drops
20 Gefälle 20 drops
21 Axialrichtung 21 axial direction
22 Radialrichtung 22 radial direction
23 Umfangsrichtung 23 circumferential direction

Claims

Ansprüche Segmentierter Stator (1 ) für eine elektrische Maschine mit einem kreisringförmigen Statorkörper (3), welcher aus einer Mehrzahl von kreisringsegmentartigen Statorsegmenten (4) gebildet ist, wobei ein Statorsegment (4) wenigstens einen radial nach Innen oder Außen abstehenden und mit dem Statorsegment (4) einstückig ausgebildeten Statorzahn aufweist, welcher von einer Statorwicklung (6) umschlungen ist, und der Statorkörper (3) zumindest abschnittsweise von einer Isolierung (7) umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung (7) eine axiale Stirnfläche (8) aufweist, welche ein von einem radial äußeren Rand (9) zu einem radial inneren Rand (10) verlaufendes Gefälle (19) oder ein von der tangentialen Statorsegmentmitte zu den tangentialen Rändern (17, 18) des Statorsegments verlaufendes Gefälle oder eine Kombination aus beiden Gefällen aufweist. Segmentierter Stator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich in axialer Richtung ein Wickelboard (12) erstreckt, durch welchen die Enden (11 ) der Statorwicklung (6) an dem Statorkörper Claims Segmented stator (1) for an electrical machine with an annular stator body (3), which is formed from a plurality of annular segment-like stator segments (4), wherein a stator segment (4) has at least one radially inwardly or outwardly projecting and connected to the stator segment ( 4) has a one-piece stator tooth around which a stator winding (6) is wrapped, and the stator body (3) is surrounded at least in sections by insulation (7), characterized in that the insulation (7) has an axial end face (8). which has a gradient (19) running from a radially outer edge (9) to a radially inner edge (10) or a gradient running from the tangential center of the stator segment to the tangential edges (17, 18) of the stator segment, or a combination of both gradients . Segmented stator (1) according to claim 1, characterized in that a winding board (12) extends in the axial direction, through which the ends (11) of the stator winding (6) on the stator body
(3) geführt sind. Segmentierter Stator (1 ), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelboard (12) eine Durchführungsöffnung (13) zur Durchführung der Enden (11 ) der Statorwicklung (6) aufweist, wobei im Bereich der Durchführungsöffnung (13) ein sich in axialer Richtung aus Richtung der axialen Stirnfläche (8) in die Durchgriffsöffnung (13) hineinerstreckender Absatz (14) angeordnet ist. (3) are guided. Segmented stator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the winding board (12) has a feed-through opening (13) for leading through the ends (11) of the stator winding (6), wherein in the area of the feed-through opening (13) a A shoulder (14) extending in the axial direction from the direction of the axial end face (8) into the passage opening (13) is arranged.
4. Segmentierter Stator (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelboards (12) zweier in Umfangsrichtung benachbarter Statorsegmente (4) so konfiguriert sind, dass zwischen den Wickelboards (12) eine in axialer Richtung verlaufende Lücke (15) ausgebildet ist. 4. Segmented stator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the winding boards (12) of two stator segments (4) that are adjacent in the circumferential direction are configured in such a way that there is a gap (15 ) is trained.
5. Segmentierter Stator (1 ), nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lücke (15) eine umfängliche Öffnungsweite (16) zwischen dem 1-2,7 fachen des Drahtdurchmessers aufweist. 5. Segmented stator (1) according to claim 4, characterized in that the gap (15) has a circumferential opening width (16) between 1-2.7 times the wire diameter.
6. Segmentierter Stator (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lücke (15) axial oberhalb eines in axialer Richtung verlaufenden Spalts an der Stoßstelle zwischen benachbarten Statorsegmenten (4) angeordnet ist und vom ablaufenden Imprägniermedium eine Isolierschicht über und/oder im Spalt ausgebildet ist. 6. Segmented stator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the gap (15) is arranged axially above a gap running in the axial direction at the joint between adjacent stator segments (4) and an insulating layer over and from the running impregnation medium / or is formed in the gap.
7. Segmentierter Stator (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefälle (19,20) so konfiguriert ist, dass ein fließfähiges elektrisch isolierendes Harz schwerkraftbewirkt dem Gefälleverlauf folgend über die Stirnfläche (8) zur Lücke (15) fließt, wenn der segmentierte Stator (1 ) in Axialrichtung aus einem mit dem Harz gefüllten Imprägnierbad bewegt wird. - 15 - Segmentierter Stator (1 ), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt an der Stoßstelle zwischen benachbarten Statorsegmenten (4) im Wesentlichen vollständig mit dem elektrisch isolierenden Harz gefüllt ist. Verfahren zur Herstellung eines tauchimprägnierten segmentierten Stators (1 ), nach einem der vorherigen Ansprüche 1 -8, umfassend die folgenden Schritte: o Zusammenbau eines segmentierten Stators (1 ) nach einem der Ansprüche 1 -8, o Tauchimprägnieren des segmentierten Stators (1 ), umfassend die Schritte 7. Segmented stator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the gradient (19,20) is configured in such a way that a flowable, electrically insulating resin causes gravity to follow the gradient over the end face (8) to the gap (15) flows when the segmented stator (1) is moved in the axial direction from an impregnation bath filled with the resin. - 15 - Segmented stator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the gap at the joint between adjacent stator segments (4) is substantially completely filled with the electrically insulating resin. A method for producing a dip-impregnated segmented stator (1) according to any one of the preceding claims 1-8, comprising the following steps: o assembling a segmented stator (1) according to any one of claims 1-8, o dip-impregnating the segmented stator (1), comprehensive the steps
Eintauchen oder Fluten des segmentierten Stators (1 ) in dessen Axialrichtung in ein mit einem fließfähigen Imprägniermedium, insbesondere einem Harz befülltes Imprägnierbad, Immersing or flooding the segmented stator (1) in its axial direction in an impregnation bath filled with a free-flowing impregnation medium, in particular a resin,
Ablassen des Imprägniermediums oder Herausnehmen des segmentierten Stators (1 ) in dessen Axialrichtung aus dem Imprägnierbad, Draining the impregnation medium or removing the segmented stator (1) in its axial direction from the impregnation bath,
Abtropfen des Imprägniermediums aus dem segmentierten Stator (1 ) und Draining of the impregnation medium from the segmented stator (1) and
Wärmaushärten des Imprägniermediums. Elektrische Maschine, insbesondere für einen hybriden oder vollelektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen segmentierten Stator nach einem der Ansprüche 1 -8. heat curing of the impregnation medium. Electrical machine, in particular for a hybrid or all-electric drive train of a motor vehicle, comprising a segmented stator according to one of Claims 1-8.
PCT/DE2022/100005 2021-01-25 2022-01-10 Segmented stator, method for producing a bath impregnated, segmented stator, and electric machine WO2022156851A1 (en)

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