WO2024028111A1 - Electrical machine - Google Patents

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WO2024028111A1
WO2024028111A1 PCT/EP2023/070023 EP2023070023W WO2024028111A1 WO 2024028111 A1 WO2024028111 A1 WO 2024028111A1 EP 2023070023 W EP2023070023 W EP 2023070023W WO 2024028111 A1 WO2024028111 A1 WO 2024028111A1
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WO
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stator
hairpin wires
electrical machine
winding
hairpin
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PCT/EP2023/070023
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Inventor
Matthias Kohlhauser
Birgit Lipp
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Magna powertrain gmbh & co kg
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    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine with a stator and a rotor, the stator having winding grooves for receiving hairpin wires.
  • the invention also relates to a method for producing an electrical machine.
  • stator is treated with a resin or the like in addition to fixing the winding in the winding slots as well as the winding heads on the stator.
  • resin or potting material is required to wet the entire stator.
  • stator must also be covered accordingly in certain areas, such as the stator inner diameter, in order to avoid excess material, for example in the air gap to the rotor.
  • the traditionally used waterproofing method is dipping. It is generally used for electric motors, generators and in the manufacture of transformers.
  • the parts are immersed in immersion tanks filled with a suitable waterproofing resin. After a certain period of immersion, the parts are placed in an oven to dry. This makes the wire winding and the core a solid and mechanically stable unit.
  • the impregnation is applied by preheating the components to process viscous impregnants.
  • the viscosity of resin and other sealing products can be reduced with preheated components, allowing for greater penetration. Little or no process monitoring is achieved.
  • the component With vertical dipping, the component is preheated and then completely immersed in the resin; the component is lowered at a certain angle and then follows the rest of the process until the resin or paint is sealed.
  • a mold or base is prepared and holds a preheated component. After the casting material has been poured into the component, the mold is pressed; It is also possible to set the mold first and then inject the potting material from below using a vacuum. This process ensures high quality of the end product and very good heat dissipation from the engine. Due to its complexity, this process has low productivity.
  • An electrical machine with a rotor and stator is known from US 2015076954 A1.
  • the stator includes an annular core, a plurality of stator wedges and a plurality of wedge holding structures.
  • the core includes a plurality of arcuately spaced teeth.
  • An overmolding essentially covers the entire core.
  • the overmolding comprises a synthetic resin material and most preferably comprises polyethylene.
  • the insulation is also permissible for the insulation to be provided additionally or exclusively by one or more discrete insulating structures (e.g., non-conductive tabs or coatings) and/or by at least partially coating the core with an electrically conductive layer.
  • the overmolding defines the wire routing structure and the stator mounting structure.
  • the walls are not concentric or the guidance is achieved via hooks and portals instead of the walls.
  • the overmolding of active parts of the electric machine is currently an effective means of meeting different requirements in electric traction drives.
  • Examples of known designs include the overmolded rotor, whereby the overmolding serves to position and fix the magnets and the electrical sheets to one another.
  • the task is solved with an electric machine with oil cooling with a rotor and a stator, the stator being made up of stator laminations have radially extending winding grooves, the winding grooves being at least partially filled with hairpin wires, devices being provided in the winding grooves and/or on the hairpin wires which, alone or in combination, allow the hairpin wires to be fixed in intended positions and so on Define cooling channels.
  • cooling channels are created that enable targeted cooling of the windings using oil in the stator.
  • the solution according to the invention provides freedom of design with regard to the arrangement of the cooling channels, namely inside, outside and between the hairpin wires in the winding groove.
  • the insulation of the winding slots includes retaining lugs as a system for winding wire, which are made with the same plastic from a further injection molding process. This makes it easy to manufacture these systems for the winding wire.
  • Inserts for retaining lugs can also be molded around as a system for a winding wire.
  • the retaining lugs not only serve as stops, but also as radial boundaries of cooling channels in the winding slots.
  • an excess in the thickness of the hairpin wires serves as a device so that they are pressed into the winding grooves. The compression takes place in the winding grooves that are sprayed with the insulation.
  • hairpin wires serve as a device, which have a wave shape in their longitudinal extent, which leads to contacts with the winding groove, more precisely the insulation of the winding groove.
  • a clamping device with an insert serves as a device. This makes it possible to form cooling channels that are predefined by the insert.
  • the insert also serves as a bearing against which the hairpin wires are clamped.
  • a casing or coating serves as a device, which can be connected to the plastic of the encapsulation by applying heat.
  • the device is an uncured encapsulation of the stator, into which the hairpin wires are inserted and inserted. Only then does the plastic with the positioned hairpin wires harden.
  • the task is also solved with a method for producing an electrical machine with the steps:
  • the task is also solved with a method for producing an electrical machine with the steps:
  • Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3 show sections through a stator with winding slots
  • Fig. 4 and Fig. 5 show enlargements of the winding slots
  • Fig. 6 shows an alternative embodiment
  • Fig. 7 and Fig. 8 show a further embodiment
  • Fig. 9, Fig. 10 show a further embodiment.
  • stator 1 to 3 show sections through an exemplary stator 2 of an electrical machine 1 with a rotor 3.
  • the stator 2 has stator laminations 10 in which winding grooves 4 are formed.
  • the winding grooves only extend up to a part of the radius r of the stator laminations 10.
  • a seal 8 to the rotor 3 is shown along the inner radius n of the stator 2. It is a plastic layer that is injected over the stator sheets. At the same time, winding grooves 4 are provided with insulation 9, which lines the winding grooves 4 with a plastic material. Both plastic layers merge into one another in the area of the seal 8 opposite the rotor 3.
  • this seal 8 of the stator space to the rotating rotor 3 is required.
  • FIG. 4 shows an enlarged version of a winding groove 4 with retaining lugs 6.
  • the retaining lugs serve to guide winding wire 5, which is introduced into the winding groove 4 in the form of hairpin structures.
  • the retaining lugs 6 also simultaneously define cooling channels 7 in the winding groove 4.
  • a series of cooling channels 7 is designed close to the seal 8.
  • two sets of cooling channels are produced by retaining lugs 6 keeping the two end regions of the winding slots 4 free.
  • a set of cooling channels 7 is produced in the middle of the winding slots 4 by providing retaining lugs 6 at a total of four positions of the winding slot 4.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment in which the retaining lugs 6 are replaced by inserts 6a.
  • the inserts 6a are introduced into the winding grooves 4 during the injection molding process of the insulation 9.
  • the exemplary stator 2 is directly overmolded and, in combination with the overmolded winding grooves 4, forms the supporting structure of the seal. This means that the sealing surface or wall thickness to the dry rotor space can be made as thin-walled as possible in order to keep the increase in the air gap as small as possible. In addition, the insulation paper is no longer required due to the encapsulation of the winding slots 4.
  • the cooling channels 7 are formed by specifically positioning the windings or hairpin wires 5 in the winding grooves 4.
  • Figure 6 shows an alternative solution.
  • the winding slots 4 are provided with insulation 9.
  • retaining lugs 6 are dispensed with in this version.
  • the hairpin wires 5 have an excess size compared to the gap width of the winding groove 4.
  • the hairpin wires 5 are pressed into the gap of the winding groove 4 and held by this clamping.
  • the hairpin wires 5 can then represent cooling channels 7 at different positions in the winding slots 4.
  • a further embodiment is shown in Figures 7 and 8.
  • the hairpin wires 5 are also clamped in this embodiment, but not by excess dimensions, but by a geometric shape. Especially in the sectional view of the long electrical machine, as shown in Figure 8, it can be seen that the hairpin wires 5 have a wave shape 5a.
  • the waveform 5a extends along the entire stator 2 of the electrical machine 1.
  • the hairpin wires 5 have contact with the insulation 9 of the winding slots 4 via the waveform 5a.
  • Several contact points along the longitudinal extent L of the winding slots 4 allow the hairpin wires 5 to be fixed.
  • the method for producing the electrical machine 1 has the following steps:
  • stator sheets 10
  • FIG. 9 Another embodiment is shown in Figures 9 and 10.
  • the hairpin wires 5 are insulated in the winding slots
  • Inserts 21 and clamping elements 20, for example corrugated springs, are used to hold the hairpin wires 5, which prevent the hairpin wires 5 from slipping.
  • the hairpin wires are connected via the clamping elements 20
  • the hairpin wires 5 pressed onto the inserts 21 and fixed in the winding groove 4.
  • an embodiment is also conceivable in which the hairpin wires 5 are inserted into a stator 2, the insulation 9 and seals of which have not yet hardened after the encapsulation. Only after the hairpin wires 5 have been inserted is the stator 2 cured with its encapsulation or casting.
  • stator sheets 10
  • the manufacturing process follows the steps:
  • stator sheets 10

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

The invention relates to an electrical machine (1) with oil cooling comprising a rotor (3) and a stator (2), wherein the stator (2) is formed from stator laminations (10) having radially running wining grooves (4), wherein the winding grooves are at least partially filled with hairpin wires (5), wherein devices are provided in the winding grooves and/or on the hairpin wires (5) which, alone or in combination, allow for a securing of the hairpin wires (5) in provided positions and thereby define cooling channels (7).

Description

Elektrische Maschine Electric machine
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator Wickelnuten für die Aufnahme von Haarnadel-Drähten aufweist.The invention relates to an electrical machine with a stator and a rotor, the stator having winding grooves for receiving hairpin wires.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine. The invention also relates to a method for producing an electrical machine.
Stand der Technik State of the art
Elektrische Antriebe für Fahrzeuge gewinnen an Bedeutung. Electric drives for vehicles are becoming increasingly important.
Aktuell werden Statoren von elektrischen Maschinen mit Haarnadel-Wicklung vor dem eigentlichen Einbringen der Drähte imprägniert oder mit Kunststoff vergossen. Das heißt, dass der gewickelte Stator zusätzlich zur Fixierung der Wicklung in den Wickelnuten als auch der Wickelköpfe am Stator mit einem Harz oder Ähnlichem behandelt wird. Es ist eine entsprechende Menge an Harz oder Verguss- Material erforderlich, um den gesamten Stator zu benetzen. Currently, stators of electrical machines with hairpin windings are impregnated or cast with plastic before the wires are actually inserted. This means that the wound stator is treated with a resin or the like in addition to fixing the winding in the winding slots as well as the winding heads on the stator. An appropriate amount of resin or potting material is required to wet the entire stator.
Der Stator muss auch an bestimmten Bereichen wie beispielsweise dem Stator- Innendurchmesser entsprechend abgedeckt werden, um überschüssig anhaftendes Material z.B. im Luftspalt zum Rotor zu vermeiden. The stator must also be covered accordingly in certain areas, such as the stator inner diameter, in order to avoid excess material, for example in the air gap to the rotor.
Dabei haben Anwendungen mit in Wickelnuten des Stators integrierten Kühlkanälen den Nachteil, dass durch diese Verguss-Prozesse die Kanäle verstopft werden können und sich dadurch die Kühlleistung verschlechtert. Applications with cooling channels integrated into the winding grooves of the stator have the disadvantage that the channels can become clogged as a result of these casting processes, thereby deteriorating the cooling performance.
Das traditionell verwendete Imprägnierverfahren ist das Tauchen. Es wird im Allgemeinen für Elektromotoren, Generatoren und bei der Herstellung von Transformatoren verwendet. Bei diesem Verfahren werden die Teile in Tauchbecken getaucht, die mit einem geeigneten Imprägnierharz gefüllt sind. Nach einer bestimmten Zeit des Eintauchens werden die Teile zum Trocknen in einen Ofen gelegt. Dadurch werden die Drahtwicklung und der Kem zu einer festen und mechanisch stabilen Einheit. The traditionally used waterproofing method is dipping. It is generally used for electric motors, generators and in the manufacture of transformers. In this process, the parts are immersed in immersion tanks filled with a suitable waterproofing resin. After a certain period of immersion, the parts are placed in an oven to dry. This makes the wire winding and the core a solid and mechanically stable unit.
Gemeinsam ist diesen Verfahren ein relativ hoher Harzverbrauch und die Notwendigkeit der anschließenden Reinigung der Bauteile. Außerdem müssen die mit mehreren hundert Litern Epoxid- oder Polyesterharz gefüllten Tauchtanks regelmäßig geleert und gereinigt werden. Diese Verfahren sind nicht mit den aktuellen Anforderungen an eine nachhaltige und "grüne" Produktionsumgebung vereinbar und verursachen zudem hohe Betriebskosten. What these processes have in common is a relatively high resin consumption and the need for subsequent cleaning of the components. In addition, the diving tanks filled with several hundred liters of epoxy or polyester resin must be emptied and cleaned regularly. These processes are not compatible with the current requirements for a sustainable and "green" production environment and also cause high operating costs.
Beim heißen Eintauchen wird die Imprägnierung durch Vorwärmen der Bauteile aufgebracht, um viskose Imprägniermittel zu verarbeiten. Die Viskosität von Harz und anderen Dichtungsprodukten kann bei vorgewärmten Bauteilen verringert werden, was eine höhere Penetration ermöglicht. Es wird eine geringe oder keine Prozessüberwachung erreicht. With hot dipping, the impregnation is applied by preheating the components to process viscous impregnants. The viscosity of resin and other sealing products can be reduced with preheated components, allowing for greater penetration. Little or no process monitoring is achieved.
Beim Vertikalen Eintauchen wird das Bauteil vorgewärmt und dann vollständig in das Harz getaucht; das Bauteil wird in einem bestimmten Winkel abgelassen und folgt dann dem restlichen Prozess, bis das Harz oder der Lack versiegelt ist. With vertical dipping, the component is preheated and then completely immersed in the resin; the component is lowered at a certain angle and then follows the rest of the process until the resin or paint is sealed.
Beim Stator-Vollverguss wird eine Form oder Basis vorbereitet und nimmt ein vorgewärmtes Bauteil auf. Nach dem Eingießen des Vergussmaterials in das Bauteil wird die Form gepresst; es ist auch möglich, die Form zuerst zu setzen und dann das Vergussmaterial von unten mit Hilfe eines Vakuums zu injizieren. Dieses Verfahren gewährleistet eine hohe Qualität des Endprodukts und eine sehr gute Wärmeableitung des Motors. Aufgrund seiner Komplexität hat dieses Verfahren eine geringe Produktivität. Aus der US 2015076954 A1 ist eine elektrische Maschine mit Rotor und Stator bekannt. Der Stator umfasst einen ringförmigen Kem, mehrere Statorkeile und mehrere Keilhaltestrukturen. During full stator casting, a mold or base is prepared and holds a preheated component. After the casting material has been poured into the component, the mold is pressed; It is also possible to set the mold first and then inject the potting material from below using a vacuum. This process ensures high quality of the end product and very good heat dissipation from the engine. Due to its complexity, this process has low productivity. An electrical machine with a rotor and stator is known from US 2015076954 A1. The stator includes an annular core, a plurality of stator wedges and a plurality of wedge holding structures.
Der Kem umfasst eine Vielzahl von bogenförmig beabstandeten Zähnen. Eine Umspritzung bedeckt im Wesentlichen den gesamten Kem. Die Umspritzung umfasst ein Kunstharzmaterial und umfasst am bevorzugtesten Polyethylen. The core includes a plurality of arcuately spaced teeth. An overmolding essentially covers the entire core. The overmolding comprises a synthetic resin material and most preferably comprises polyethylene.
Gemäß einigen Aspekten der Offenbarung ist es auch zulässig, dass die Isolierung zusätzlich oder ausschließlich durch eine oder mehrere diskrete isolierende Strukturen (z. B. nichtleitende Zungen oder Überzüge) und/oder durch zumindest teilweises Beschichten des Kems mit einer elektrisch leitenden Schicht bereitgestellt wird. Die Umspritzung definiert die Drahtführungsstruktur und die Statorbefestigungsstruktur. Die Wände sind nicht konzentrisch oder die Führung wird über Haken und Portale statt über die Wände erreicht. According to some aspects of the disclosure, it is also permissible for the insulation to be provided additionally or exclusively by one or more discrete insulating structures (e.g., non-conductive tabs or coatings) and/or by at least partially coating the core with an electrically conductive layer. The overmolding defines the wire routing structure and the stator mounting structure. The walls are not concentric or the guidance is achieved via hooks and portals instead of the walls.
Das Umspritzen von Aktivteilen der elektrischen Maschine ist gegenwärtig ein probates Mittel, um unterschiedlichen Anforderungen im elektrischen Traktionsantrieb zu begegnen. Beispielhafte bekannte Ausführungen sind das der umspritzte Rotor, wobei die Umspritzung zur Positionierung und Fixierung der Magnete als auch der Elektrobleche zueinander dient. The overmolding of active parts of the electric machine is currently an effective means of meeting different requirements in electric traction drives. Examples of known designs include the overmolded rotor, whereby the overmolding serves to position and fix the magnets and the electrical sheets to one another.
Zur Fixierung der Wicklungsdrähte in einem Stator werden die unterschiedlichsten Imprägnierungs- bzw. Fixierungsmethoden verwendet. A wide variety of impregnation and fixation methods are used to fix the winding wires in a stator.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Befestigung Haarnadel-Drähte in den Wicklungsnuten des Stators vorzuschlagen, um Imprägnationsmaterial einzusparen und den Fixierungsprozess zu optimieren. It is the object of the invention to propose an improved fastening of hairpin wires in the winding slots of the stator in order to save impregnation material and optimize the fixation process.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Die Aufgabe wird gelöst mit einer elektrischen Maschine mit Ölkühlung mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Stator aus Statorblechen aufgebaut ist, die radial verlaufende Wicklungsnuten aufweisen, wobei die Wicklungsnuten mit Haarnadel-Drähten wenigstens teilweise gefüllt sind, wobei in den Wicklungsnuten und/oder an den Haarnadel-Drähten Vorrichtungen vorgesehen sind, die allein oder im Zusammenspiel einen Festlegung der Haarnadel-Drähte in vorgesehen Positionen erlauben und so Kühlkanäle definieren. The task is solved with an electric machine with oil cooling with a rotor and a stator, the stator being made up of stator laminations have radially extending winding grooves, the winding grooves being at least partially filled with hairpin wires, devices being provided in the winding grooves and/or on the hairpin wires which, alone or in combination, allow the hairpin wires to be fixed in intended positions and so on Define cooling channels.
Durch Anwendung eines Spritzgussprozesses können bei der Ausführung eines direkt umspritzten Stators dünne Wandstärken erzielt werden. Dadurch ist es möglich, den Luftspalt zwischen Rotor und Stator möglichst klein auszuführen, um Leistungseinbußen zu vermeiden. By using an injection molding process, thin wall thicknesses can be achieved when designing a directly overmolded stator. This makes it possible to make the air gap between the rotor and stator as small as possible in order to avoid loss of performance.
Durch das gezielte Einbringen der Haarnadel-Drähte werden Kühlkanäle gestaltet, die eine gezielte Kühlung der Wicklungen durch Öl im Stator ermöglichen. By specifically inserting the hairpin wires, cooling channels are created that enable targeted cooling of the windings using oil in the stator.
Durch die Positionierungen und das Fügen der Haarnadel-Drähte sind diese bereits am Stator fixiert, so dass der Stator einfacher zu handhaben ist. By positioning and joining the hairpin wires, they are already fixed to the stator, making the stator easier to handle.
Die erfindungsgemäße Lösung ergibt eine Gestaltungsfreiheit bezüglich der Anordnung der Kühlkanäle nämlich innen, außen und zwischen den Haarnadel-Drähten in der Wicklungsnut. The solution according to the invention provides freedom of design with regard to the arrangement of the cooling channels, namely inside, outside and between the hairpin wires in the winding groove.
Die Isolation der Wicklungsnuten umfasst Haltenasen als Anlage für Wicklungsdraht, die mit demselben Kunststoff aus einem weitergehenden Spritzgussprozess hergestellt sind. Dadurch erreicht man eine einfache Herstellung dieser Anlagen für den Wicklungsdraht. The insulation of the winding slots includes retaining lugs as a system for winding wire, which are made with the same plastic from a further injection molding process. This makes it easy to manufacture these systems for the winding wire.
Es können auch Einleger für Haltenasen als Anlage für einen Wicklungsdraht umspritzt sein. Inserts for retaining lugs can also be molded around as a system for a winding wire.
Die Haltenasen dienen nicht nur als Anschläge, sondern auch als radiale Begrenzung von Kühlkanälen in den Wicklungsnuten. Als Vorrichtung dient alternativ ein Übermaß in der Dicke der Haarnadel-Drähte, so dass sie in den Wicklungsnuten verpresst sind. Die Verpressung erfolgt in den mit der Isolation ausgespritzten Wicklungsnuten. The retaining lugs not only serve as stops, but also as radial boundaries of cooling channels in the winding slots. Alternatively, an excess in the thickness of the hairpin wires serves as a device so that they are pressed into the winding grooves. The compression takes place in the winding grooves that are sprayed with the insulation.
Als Vorrichtung dienen alternativ Haarnadel-Drähte, die eine Wellenform in ihrer Längserstreckung aufweisen, die zu Kontakten mit der Wicklungsnut, genauer der Isolation der Wicklungsnut führt. Alternatively, hairpin wires serve as a device, which have a wave shape in their longitudinal extent, which leads to contacts with the winding groove, more precisely the insulation of the winding groove.
Als Vorrichtung dient alternativ eine Klemmeinrichtung mit einem Einlegeteil. Dadurch lassen sich Kühlkanäle ausbilden, die durch das Einlegeteil vordefiniert sind. Das Einlegeteil dient aber auch als Lager, gegen das die Haarnadel-Drähte verspannt werden. Alternatively, a clamping device with an insert serves as a device. This makes it possible to form cooling channels that are predefined by the insert. The insert also serves as a bearing against which the hairpin wires are clamped.
Als Vorrichtung dient alternativ eine Ummantelung oder Beschichtung, die mit dem Kunststoff der Umspritzung durch einen Wärmeeintrag verbindbar ist. Alternatively, a casing or coating serves as a device, which can be connected to the plastic of the encapsulation by applying heat.
Als Vorrichtung dient in einer Ausführungsform eine nicht ausgehärtete Umspritzung des Stators, in die die Haarnadel-Drähte eingebracht, eingesteckt werden. Erst danach härtet der Kunststoff mit den positionierten Haarnadel-Drähten aus.In one embodiment, the device is an uncured encapsulation of the stator, into which the hairpin wires are inserted and inserted. Only then does the plastic with the positioned hairpin wires harden.
Die Aufgabe wird auch gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine mit den Schritten: The task is also solved with a method for producing an electrical machine with the steps:
- Herstellen und Schichten von Statorblechen, - Manufacture and layering of stator sheets,
- Einbringen des Blechpakets aus Statorblechen in eine Spritzgussform, - Introducing the laminated core of stator sheets into an injection mold,
- Herstellen von Isolation in den Wicklungsnuten, - Creating insulation in the winding slots,
- gleichzeitiges Herstellen der Abdichtung, - simultaneous creation of the seal,
- Einbringen der Haarnadel-Drähte, wobei die Haarnadel-Drähte gleichzeitig verspannt oder verklemmt werden. - Insertion of the hairpin wires, whereby the hairpin wires are tensioned or clamped at the same time.
Die Aufgabe wird auch gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine mit den Schritten: The task is also solved with a method for producing an electrical machine with the steps:
- Herstellen und Schichten von Statorblechen, - Manufacture and layering of stator sheets,
- Einbringen des Blechpakets aus Statorblechen in eine Spritzgussform, - Einbringen von ummantelten Haarnadel-Drähte in die Wicklungsnuten, - Introducing the laminated core of stator sheets into an injection mold, - Insertion of coated hairpin wires into the winding slots,
- anschließendes Herstellen von Isolation in den Wicklungsnuten unter Verbindung der Kunststoffe von Umspritzung und Ummantelung, - subsequent production of insulation in the winding slots by connecting the plastics of the overmolding and sheathing,
- gleichzeitiges Herstellen der Abdichtung.
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- simultaneous creation of the seal.
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Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 3 zeigen Schnitte durch einen Stator mit Wicklungsnuten, Fig. 4 und Fig. 5 zeigen Vergrößerungen der Wicklungsnuten, Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform, Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3 show sections through a stator with winding slots, Fig. 4 and Fig. 5 show enlargements of the winding slots, Fig. 6 shows an alternative embodiment,
Fig. 7 und Fig. 8 zeigen eine weitere Ausführungsform, Fig. 9, Fig. 10 zeigen eine weitere Ausführungsform. Fig. 7 and Fig. 8 show a further embodiment, Fig. 9, Fig. 10 show a further embodiment.
In den Figuren 1 bis 3 sind Schnitte durch einen beispielhaften Stator 2 einer elektrischen Maschine 1 mit einem Rotor 3. Der Stator 2 weist Statorbleche 10 auf, in denen Wickelnuten 4 ausgebildet sind. In diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Wickelnuten nur bis zu einem Teil des Radius r der Statorbleche 10. 1 to 3 show sections through an exemplary stator 2 of an electrical machine 1 with a rotor 3. The stator 2 has stator laminations 10 in which winding grooves 4 are formed. In this exemplary embodiment, the winding grooves only extend up to a part of the radius r of the stator laminations 10.
Entlang des Innenradius n des Stators 2 ist eine Abdichtung 8 zum Rotor 3 dargestellt. Es handelt sich um eine Kunststoffschicht, die über den Statorblechen eingespritzt wird. Gleichzeitig werden Wickelnuten 4 mit einer Isolation 9 versehen, die die Wickelnuten 4 mit einem Kunststoffmaterial ausgekleidet. Beide Kunststoffschichten gehen im Bereich der Abdichtung 8 gegenüber dem Rotor 3 ineinander über. A seal 8 to the rotor 3 is shown along the inner radius n of the stator 2. It is a plastic layer that is injected over the stator sheets. At the same time, winding grooves 4 are provided with insulation 9, which lines the winding grooves 4 with a plastic material. Both plastic layers merge into one another in the area of the seal 8 opposite the rotor 3.
Um den Stator zu dichten, ist diese Abdichtung 8 des Stator-Raums zum rotierenden Rotor 3 erforderlich. In order to seal the stator, this seal 8 of the stator space to the rotating rotor 3 is required.
Im radialen Verlauf der Wickelnuten 4 sind Halte-bzw. Positioniernasen 6 eingebracht. Die Haltenasen 6 werden dabei im Spritzgussprozess gleichzeitig mit der Isolation 9 hergestellt. Figur 4 zeigt in Vergrößerung eine Ausführungsform einer Wickelnut 4 mit Haltenasen 6. Die Haltenasen dienen zur Führung von Wicklungsdraht 5, der in Form von Haarnadelstrukturen in die Wickelnut 4 eingebracht wird. Die Haltenasen 6 definieren aber auch gleichzeitig Kühlkanäle 7 in der Wicklungsnut 4. In Figur 1 ist eine Reihe von Kühlkanälen 7 nahe an der Abdichtung 8 ausgestaltet. In Figur 2 werden zwei Sätze von Kühlkanälen hergestellt, indem Haltenasen 6 die beiden Endbereiche der Wicklungsnuten 4 freihalten. In Figur 3 ist ein Satz von Kühlkanälen 7 in der Mitte der Wicklungsnuten 4 hergestellt, indem insgesamt an vier Positionen der Wicklungsnut 4 Haltenasen 6 vorgesehen sind. In the radial course of the winding grooves 4 there are holding or. Positioning lugs 6 introduced. The retaining lugs 6 are produced in the injection molding process at the same time as the insulation 9. Figure 4 shows an enlarged version of a winding groove 4 with retaining lugs 6. The retaining lugs serve to guide winding wire 5, which is introduced into the winding groove 4 in the form of hairpin structures. The retaining lugs 6 also simultaneously define cooling channels 7 in the winding groove 4. In Figure 1, a series of cooling channels 7 is designed close to the seal 8. In Figure 2, two sets of cooling channels are produced by retaining lugs 6 keeping the two end regions of the winding slots 4 free. In Figure 3, a set of cooling channels 7 is produced in the middle of the winding slots 4 by providing retaining lugs 6 at a total of four positions of the winding slot 4.
In der Figur 5 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, in der die Haltenasen 6 durch Einleger 6a ersetzt sind. Die Einleger 6a werden im Spritzprozess der Isolation 9 in die Wicklungsnuten 4 eingebracht. 5 shows an alternative embodiment in which the retaining lugs 6 are replaced by inserts 6a. The inserts 6a are introduced into the winding grooves 4 during the injection molding process of the insulation 9.
Der beispielhafte Stator 2 wird direkt umspritzt und bildet in Kombination mit den auch umspritzten Wicklungsnuten 4 die tragende Struktur der Abdichtung. Somit kann die Dichtfläche bzw. Wandstärke zum trockenen Rotor-Raum möglichst dünnwandig ausgeführt werden, um die Luftspaltvergrößerung möglichst klein zu halten. Zusätzlich entfällt durch die Umspritzung der Wicklungsnuten 4 das Isolationspapier. The exemplary stator 2 is directly overmolded and, in combination with the overmolded winding grooves 4, forms the supporting structure of the seal. This means that the sealing surface or wall thickness to the dry rotor space can be made as thin-walled as possible in order to keep the increase in the air gap as small as possible. In addition, the insulation paper is no longer required due to the encapsulation of the winding slots 4.
Durch gezielte Positionierung der Wicklungen bzw. Haarnadel-Drähte 5 in den Wicklungsnuten 4 werden die Kühlkanäle 7 ausgebildet. The cooling channels 7 are formed by specifically positioning the windings or hairpin wires 5 in the winding grooves 4.
Die Figur 6 zeigt eine alternative Lösung. Wiederum werden die Wicklungsnuten 4 mit einer Isolation 9 versehen. Allerdings wird in dieser Ausführung auf Haltenasen 6 verzichtet. Die Haarnadel-Drähte 5 weisen ein Übermaß gegenüber der Spaltbreiten der Wicklungsnut 4 auf. Die Haarnadel-Drähte 5 werden in den Spalt der Wicklungsnut 4 eingepresst und durch diese Klemmung gehalten. Die Haarnadel- Drähte 5 können dann Kühlkanäle 7 an unterschiedlichen Positionen in den Wicklungsnuten 4 darstellen. In den Figuren 7 und 8 wird eine weitere Ausführungsform dargestellt. Die Haarnadel-Drähte 5 werden auch in dieser Ausführungsform verklemmt, allerdings nicht durch ein Übermaß, sondern durch eine geometrische Ausformung. Vor allem in dem Schnittbild längst elektrischen Maschine, wie in Figur 8 dargestellt, ist zu sehen, dass die Haarnadel-Drähte 5 eine Wellenform 5a aufweisen. Die Wellenform 5a erstreckt sich entlang des gesamten Stators 2 der elektrischen Maschine 1 . Über die Wellenform 5a haben die Haarnadel-Drähte 5 Kontakt mit der Isolation 9 der Wicklungsnuten 4. Mehrere Kontaktpunkte entlang der Längserstreckung L der Wicklungsnuten 4 erlauben eine Fixierung der Haarnadel-Drähte 5. Figure 6 shows an alternative solution. Again, the winding slots 4 are provided with insulation 9. However, retaining lugs 6 are dispensed with in this version. The hairpin wires 5 have an excess size compared to the gap width of the winding groove 4. The hairpin wires 5 are pressed into the gap of the winding groove 4 and held by this clamping. The hairpin wires 5 can then represent cooling channels 7 at different positions in the winding slots 4. A further embodiment is shown in Figures 7 and 8. The hairpin wires 5 are also clamped in this embodiment, but not by excess dimensions, but by a geometric shape. Especially in the sectional view of the long electrical machine, as shown in Figure 8, it can be seen that the hairpin wires 5 have a wave shape 5a. The waveform 5a extends along the entire stator 2 of the electrical machine 1. The hairpin wires 5 have contact with the insulation 9 of the winding slots 4 via the waveform 5a. Several contact points along the longitudinal extent L of the winding slots 4 allow the hairpin wires 5 to be fixed.
Für die Umsetzung sind auch andere geometrische Formen denkbar, die die Haarnadel-Drähte 5 aufweisen. Other geometric shapes that the hairpin wires 5 have are also conceivable for the implementation.
Das Verfahren zur Herstellung der elektrischen Maschine 1 weist dabei folgende Schritte auf: The method for producing the electrical machine 1 has the following steps:
- Herstellen und Schichten von Statorblechen 10, - Manufacture and layering of stator sheets 10,
- Einbringen des Blechpakets aus Statorblechen 10 in eine Spritzgussform,- Introducing the laminated core of stator laminations 10 into an injection mold,
- Herstellen von Isolation 9 in den Wicklungsnuten 4, - producing insulation 9 in the winding slots 4,
- gleichzeitiges Herstellen der Abdichtung 8, - simultaneous production of the seal 8,
- Einbringen der Haarnadel-Drähte 5, wobei die Haarnadel-Drähte 5 gleichzeitig verspannt oder verklemmt werden. - Insertion of the hairpin wires 5, whereby the hairpin wires 5 are tensioned or clamped at the same time.
Eine weitere Ausführungsform ist in den Figuren 9 und 10 dargestellt. In dieser Ausführungsform werden die Haarnadel-Drähte 5 in die isolierten WicklungsnutenAnother embodiment is shown in Figures 9 and 10. In this embodiment, the hairpin wires 5 are insulated in the winding slots
4 eingebracht. Zur Halterung der Haarnadel-Drähte 5 dienen Einlegeteile 21 und Klemmelemente 20 zum Beispiel Wellfedern, die verhindern, dass die Haarnadel- Drähte 5 verrutschen. Über die Klemmelemente 20 werden die Haarnadel-Drähte4 introduced. Inserts 21 and clamping elements 20, for example corrugated springs, are used to hold the hairpin wires 5, which prevent the hairpin wires 5 from slipping. The hairpin wires are connected via the clamping elements 20
5 an die Einlegeteile 21 gepresst und in der Wicklungsnut 4 fixiert. Darüber hinaus ist auch eine Ausführungsform denkbar, bei der die Haarnadel- Drähte 5 in einen Stator 2 eingebracht werden, dessen Isolationen 9 und Abdichtungen nach dem Umspritzen noch nicht ausgehärtet sind. Erst nachdem die Haarnadel-Drähte 5 eingebracht wurden, wird der Stator 2 mit seiner Umspritzung oder seinem Verguss ausgehärtet. 5 pressed onto the inserts 21 and fixed in the winding groove 4. In addition, an embodiment is also conceivable in which the hairpin wires 5 are inserted into a stator 2, the insulation 9 and seals of which have not yet hardened after the encapsulation. Only after the hairpin wires 5 have been inserted is the stator 2 cured with its encapsulation or casting.
Das Verfahren sieht dann folgende Schritte vor: The procedure then provides for the following steps:
- Herstellen und Schichten von Statorblechen 10, - Manufacture and layering of stator sheets 10,
- Einbringen des Blechpakets aus Statorblechen 10 in eine Spritzgussform,- Introducing the laminated core of stator laminations 10 into an injection mold,
- Herstellen von Isolation (9) in den Wicklungsnuten 4, - Producing insulation (9) in the winding slots 4,
- gleichzeitiges Herstellen der Abdichtung 8, - simultaneous production of the seal 8,
- Einbringen der Haarnadel-Drähte 5 in die noch weiche Umspritzung und Isolation 9, - Inserting the hairpin wires 5 into the still soft overmolding and insulation 9,
- anschließendes Aushärten der Umspritzung. - subsequent curing of the overmolding.
Eine ähnliche Lösung ergibt sich unter Verwendung von beschichteten Haarnadel- Drähten 5, die in die Wicklungsnuten 4 eingebracht werden. In diesem Fall muss keine Isolation der Wicklungsnuten 4 vorhanden sein. Beim anschließenden Umspritzen oder Ausgießen des Stators 2 werden die Beschichtungen der Haarnadel- Drähte 5 mit dem Gussmaterial durch Anschmelzen verbunden. A similar solution is obtained using coated hairpin wires 5, which are inserted into the winding slots 4. In this case, there does not have to be any insulation of the winding slots 4. During the subsequent encapsulation or pouring of the stator 2, the coatings of the hairpin wires 5 are connected to the cast material by melting.
Das Verfahren zur Herstellung folgt den Schritten: The manufacturing process follows the steps:
- Herstellen und Schichten von Statorblechen 10, - Manufacture and layering of stator sheets 10,
- Einbringen des Blechpakets aus Statorblechen in eine Spritzgussform,- Introducing the laminated core of stator sheets into an injection mold,
- Einbringen von ummantelten Haarnadel-Drähte 5 in die Wicklungsnuten 4, - anschließendes Herstellen von Isolation 9 in den Wicklungsnuten 4 unter- Inserting coated hairpin wires 5 into the winding slots 4, - Subsequent production of insulation 9 in the winding slots 4
Verbindung der Kunststoffe von Umspritzung und Ummantelung, Connection of the plastics of overmolding and coating,
- gleichzeitiges Herstellen der Abdichtung 8. - Simultaneous creation of the seal 8.
Bezugszeichen Reference symbols
1 Elektrische Maschine 1 Electric Machine
2 Stator 2 stators
3 Rotor 3 rotor
4 Wickelnut 4 winding groove
5 Haarnadel Draht 5 hairpin wire
6 Halte- bzw. Positioniernasen6 holding or positioning lugs
6a Einleger Haltenase 6a Insert retaining nose
7 Kühlkanäle 7 cooling channels
8 Abdichtung zum Rotor 8 Seal to the rotor
9 Isolation 9 isolation
10 Statorbleche 10 stator sheets
15 Wickelkopf 15 winding head
20 Klemmelement 20 clamping element
21 Einlegeteile 21 inserts
R Rotationsachse ra Aussenradius n Innenradius R axis of rotation r a outer radius n inner radius
L Längserstreckung L longitudinal extent

Claims

Ansprüche Expectations
1. Elektrische Maschine (1 ) mit Ölkühlung mit einem Rotor (3) und einem Stator (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) aus Statorblechen (10) aufgebaut ist, die radial verlaufende Wicklungsnuten (4) aufweisen, wobei die Wicklungsnuten mit Haarnadel-Drähten (5) wenigstens teilweise gefüllt sind, wobei in den Wicklungsnuten und/oder an den Haarnadel-Drähten (5) Vorrichtungen vorgesehen sind, die allein oder im Zusammenspiel eine Festlegung der Haarnadel- Drähte (5) in vorgesehen Positionen erlauben und so Kühlkanäle (7) definieren.1. Electric machine (1) with oil cooling with a rotor (3) and a stator (2), characterized in that the stator (2) is constructed from stator laminations (10) which have radially extending winding grooves (4), the Winding grooves are at least partially filled with hairpin wires (5), devices being provided in the winding grooves and/or on the hairpin wires (5), which alone or in combination allow the hairpin wires (5) to be fixed in intended positions and thus define cooling channels (7).
2. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine eingespritzte Isolation (9) der Wicklungsnuten (4) als Vorrichtung Haltenasen (6) zur Anlage für Haarnadel-Drähte (5) aufweist, die mit demselben Kunststoff in einem Spritzgussprozess hergestellt sind. 2. Electrical machine (1) according to claim 1, characterized in that an injected insulation (9) of the winding grooves (4) has holding lugs (6) as a device for contact with hairpin wires (5), which are made with the same plastic in an injection molding process are manufactured.
3. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine eingespritzte Isolation (9) der Wicklungsnuten (4) als Vorrichtung Einleger (6a) für Haltenasen (6) als Anlage für Haarnadel-Drähte (5) aufweist, die in einem Spritzgussprozess mit hergestellt sind. 3. Electrical machine (1) according to claim 1, characterized in that an injected insulation (9) of the winding grooves (4) as a device has inserts (6a) for retaining lugs (6) as a system for hairpin wires (5) which are in are manufactured using an injection molding process.
4. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Vorrichtung ein Übermaß der Haarnadel-Drähte (5) dient, so dass sie in den Wicklungsnuten (4) verpresst sind. 4. Electrical machine (1) according to claim 1, characterized in that an oversize of the hairpin wires (5) serves as the device, so that they are pressed into the winding grooves (4).
5. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Vorrichtung Haarnadel-Drähte (5) eine Wellenform (5a) in der Längserstreckung (L) aufweisen, die zu Kontakten mit der Wicklungsnut (4) führt. 5. Electrical machine (1) according to claim 1, characterized in that as a device hairpin wires (5) have a wave shape (5a) in the longitudinal extent (L), which leads to contacts with the winding groove (4).
6. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Vorrichtung eine Klemmeinrichtung (20) mit einem Einlegeteil (21) dient. 6. Electrical machine (1) according to claim 1, characterized in that a clamping device (20) with an insert part (21) serves as the device.
7. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Vorrichtung eine Ummantelung oder Beschichtung der Haarnadel-Drähte (5) dient, die mit dem Kunststoff der Umspritzung verbindbar ist. 7. Electrical machine (1) according to claim 1, characterized in that the device is a sheathing or coating of the hairpin wires (5), which can be connected to the plastic of the encapsulation.
8. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Vorrichtung einen nichtausgehärtete Umspritzung des Stators (2) dient, in die die Haarnadel-Drähte (5) eingebracht wird. 8. Electrical machine (1) according to claim 1, characterized in that the device used is an uncured encapsulation of the stator (2), into which the hairpin wires (5) are inserted.
9. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 6 mit den Schritten: 9. A method for producing an electrical machine (1) according to one of claims 4 to 6 with the steps:
- Herstellen und Schichten von Statorblechen (10), - Manufacture and layering of stator sheets (10),
- Einbringen des Blechpakets aus Statorblechen (10) in eine Spritzgussform,- Introducing the laminated core of stator sheets (10) into an injection mold,
- Herstellen von Isolation (9) in den Wicklungsnuten (4), - Producing insulation (9) in the winding slots (4),
- gleichzeitiges Herstellen der Abdichtung (8) - simultaneous creation of the seal (8)
- Einbringen der Haarnadel-Drähte (5), wobei die Haarnadel-Drähte (5) gleichzeitig verspannt oder verklemmt werden. - Inserting the hairpin wires (5), whereby the hairpin wires (5) are tensioned or clamped at the same time.
10. Verfahren zur Herstellung einer Elektrischen Maschine (1 ) nach Anspruch 8 mit den Schritten: 10. A method for producing an electrical machine (1) according to claim 8 with the steps:
- Herstellen und Schichten von Statorblechen (10), - Manufacture and layering of stator sheets (10),
- Einbringen des Blechpakets aus Statorblechen (10) in eine Spritzgussform,- Introducing the laminated core of stator sheets (10) into an injection mold,
- Herstellen von Isolation (9) in den Wicklungsnuten (4), - Producing insulation (9) in the winding slots (4),
- gleichzeitiges Herstellen der Abdichtung (8), - Einbringen der Haarnadel-Drähte (5) in die noch weiche Umspritzung und- simultaneous creation of the seal (8), - Insert the hairpin wires (5) into the still soft encapsulation and
Isolation (9), Isolation (9),
- anschließendes Aushärten der Umspritzung. - subsequent curing of the overmolding.
11 . Verfahren zur Herstellung einer Elektrischen Maschine (1 ) nach Anspruch 7 mit den Schritten: - Herstellen und Schichten von Statorblechen (10), 11. Method for producing an electrical machine (1) according to claim 7 with the steps: - producing and layering stator sheets (10),
- Einbringen des Blechpakets aus Statorblechen (10) in eine Spritzgussform,- Introducing the laminated core of stator sheets (10) into an injection mold,
- Einbringen von ummantelten Haarnadel-Drähten (5) in die Wicklungsnuten,- Inserting coated hairpin wires (5) into the winding slots,
- anschließendes Herstellen von Isolation (9) in den Wicklungsnuten (4) unter Verbindung der Kunststoffe von Umspritzung und Ummantelung, - gleichzeitiges Herstellen der Abdichtung (8). - Subsequent production of insulation (9) in the winding grooves (4) by connecting the plastics of the overmolding and sheathing, - Simultaneous production of the seal (8).
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