DE102012206039A1

DE102012206039A1 - Elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102012206039A1
Application number: DE201210206039
Authority: DE
Inventors: Bernhard Huebner; Juergen BERNDL
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-10-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1), umfassend einen Stator mit zumindest einer Statornut, eine aus in Wicklungsrichtung (3) gewickelten Draht (4) bestehende Spule (2), wobei die Spule (2) in die Statornut eingelegt ist, und zumindest einen rohrförmigen, die Spule (2) abschnittsweise umschließenden Isolator (5), wobei der Isolator (5) einteilig ausgebildet ist und lediglich eine, sich in Wicklungsrichtung (3) erstreckende Naht (6) aufweist, und wobei der Isolator (5) aus einem instabilen Material besteht und die Spule (2) nicht trägt.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, und ein Verfahren zur Herstellung der elektrischen Maschine.
Unter ”elektrischer Maschine” sind sowohl Elektromotoren als auch Generatoren zu verstehen. Üblicherweise weisen elektrische Maschinen einen Rotor und einen Stator auf. In Nuten des Stators sind Spulen zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes eingelegt. Die Isolation zwischen Stator und Spule ist meist zweiteilig ausgeführt. Die Montage erfolgt in den folgenden Schritten: Zunächst wird eine Nutisolation in eine Statornut eingelegt. Daraufhin wird die Spule in den Stator mit Isolation eingebracht. Im dritten Schritt wird eine deckende Isolation auf die Spule aufgebracht. Die die Spule umgebende Isolation ist dabei zweiteilig ausgebildet.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung der elektrischen Maschine anzugeben, die eine kostengünstige und einfach zu montierende Isolation zwischen Spule und Statur aufweisen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine elektrische Maschine umfassend einen Stator mit zumindest einer Statornut und einer in die Statornut eingelegten Spule. Die Spule ist aus in Wicklungsrichtung gewickeltem Draht hergestellt. Die Wicklungsrichtung ist diejenige Richtung entlang der der Draht zur Ausbildung der Spule gewickelt wird. So kann die Wicklungsrichtung auch als Umfangsrichtung der Spule bezeichnet werden. Die elektrische Maschine umfasst des Weiteren einen rohrförmigen, die Spule abschnittsweise umschließenden Isolator. Der Isolator ist einteilig ausgebildet und am entsprechenden Abschnitt um die Spule herumgelegt. Durch das Herumlegen des Isolators um die Spule entsteht der rohrförmige Isolator mit nur einer Naht. Diese Naht erstreckt sich entlang der Wicklungsrichtung. Der Begriff ”Naht” ist hier breit zu verstehen und umfasst beispielsweise auch eine nicht stoffschlüssig verbundene Überlappung des Isolators. Der Isolator besteht aus einem instabilen Material und trägt nicht zur Stabilisierung der Spule bei. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Isolators werden Arbeitsschritte eingespart und die Anzahl der Einzelbauteile verringert sich, da der Isolator einteilig ausgebildet ist.
In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass der Isolator aus einem Isolationspapier oder einer Isolationsfolie besteht. Das Isolationspapier wird auch als ”Nomex” (Markenzeichen von DuPont) bezeichnet. Vorteil dieses instabilen Materials ist, dass die fertig isolierte Spule noch verpresst bzw. verdichtet werden kann. Dabei ist es möglich, durch den Isolator hindurch die Presskraft auf die Drahtwicklungen aufzubringen. Erst nachdem die Spule vollständig fertig gestellt ist, wird sie in den Stator eingesetzt.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass auf einer Spule zwei der Isolatoren sitzen. Die Spule ist entlang der Wicklungsrichtung in vier Abschnitte unterteilt. An einem ersten Isolationsabschnitt sitzt der erste Isolator. Daraufhin folgt ein erster Umkehrabschnitt, der nicht isoliert ist. Nach dem ersten Umkehrabschnitt folgt ein zweiter Isolationsabschnitt mit einem zweiten Isolator. Nach dem zweiten Isolator folgt wiederum ein nicht isolierter Umkehrabschnitt und daraufhin wieder der erste Isolator. Die beiden Isolatoren verlaufen insbesondere gerade, also ohne Knick und/oder parallel zueinander. Vorteilhafterweise ist die Spule an den Umkehrabschnitten nicht isoliert und kann somit ohne Weiteres auch nach dem Wickeln an den Umkehrabschnitten noch umgeformt werden.
Des Weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass in den Stator zumindest zwei Spulen eingesetzt werden. Da erfindungsgemäß die einzelnen Spulen vor dem Einsetzen in den Isolator mit den Isolatoren versehen werden, ist es ohne Weiteres möglich, dass die beiden Spulen überlappend in den Stator eingesetzt werden. Somit ist insbesondere auch ein einteiliger Stator verwendbar.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (i) Bereitstellen eines papier- oder folienartigen Isolationsmaterials. Das einzelne Isolationsmaterial kann auch als Isolationspapierbogen bezeichnet werden. (ii) Wickeln eines Drahtes in einer Wicklungsrichtung zur Ausbildung einer Spule, wobei auf oder in dem Isolationsmaterial gewickelt wird. Insbesondere ist es möglich, das Isolationsmaterial vorzuformen, so dass in dem vorgeformten Isolationsmaterial gewickelt werden kann. (iii) Schließen des Isolationsmaterials zu einem rohrförmigen, die Spule abschnittsweise umschließenden Isolator, wobei der Isolator einteilig ausgebildet ist und lediglich eine, sich in Wicklungsrichtung erstreckende Naht aufweist. (iv) Einsetzen der Spule samt Isolator in eine Statornut eines Stators nach dem Schließen des Isolationsmaterials. Der Isolator umschließt die Spule ”abschnittsweise”. Dies bedeutet, dass die Spule entlang ihrer Wicklungsrichtung in verschiedene Abschnitte unterteilt ist und zumindest einer der Abschnitte von einem Isolator umschlossen wird. Am isolierten Abschnitt umschließt der Isolator die Spule vollumfänglich.
Die im Rahmen der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine vorgestellten vorteilhaften Ausgestaltungen und Unteransprüche finden entsprechende vorteilhafte Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Spule auf oder in zwei der Isolationsmaterialien gewickelt wird, und nach dem Schließen der beiden Isolationsmaterialien zwei voneinander beabstandete Isolationsabschnitte der Spule von jeweils einem Isolator umschlossen sind.
Des Weiteren wird bevorzugt die Wicklung der Spule vor dem Einsetzen in den Statur verdichtet. Da ein instabiles Material zur Isolation gewählt wird, kann auch an den Isolationsabschnitten verdichtet werden, indem die Spule samt Isolator gepresst wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
1 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 den Schnitt A-A aus 1, und
3a–3c das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Im Folgenden wird anhand der 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 1 erläutert. Die 3a bis 3c zeigen das entsprechende Herstellungsverfahren für die elektrische Maschine 1.
1 zeigt einen kleinen Ausschnitt der elektrischen Maschine 1. Dargestellt ist eine Spule 2 mit zwei darauf angeordneten, rohrförmigen Isolatoren 5. Mit A-A in 1 ist ein Schnitt gekennzeichnet. Das Schnittbild zeigt 2. Die Spule 2 ist gebildet durch eine Wicklung eines Drahtes 4 entlang einer Wicklungsrichtung 3. Die Spule 2 ist unterteilt in zwei parallele Isolationsabschnitte 8 und zwei Umkehrabschnitte 7. Die beiden Umkehrabschnitte 7 sind bogenförmig ausgebildet. An den beiden Isolationsabschnitten 8 erstrecken sich die Drähte 4 der Spule 2 parallel und gerade.
An den Isolationsabschnitten 8 befindet sich jeweils ein rohrförmig ausgebildeter Isolator 5. Die Form des Isolators 5 ist insbesondere in der Schnittdarstellung gemäß 2 zu sehen. Der Isolator 5 besteht aus einem Isolationspapier, wobei ein Bogen des Isolationspapiers um jeweils einen Isolationsabschnitt gewickelt ist, so dass ein einstückiger rohrförmiger Isolator 5 entsteht. Der Isolator 5 überlappt an einer sich in Wicklungsrichtung 3 erstreckenden Naht 6. Die Naht 6 ist hier eine einfache Überlappung, die nicht zwangsläufig formschlüssig verschlossen werden muss.
Anhand der 3a bis 3c wird die Herstellung der Spule 2 samt Isolator 5 beschrieben. Zunächst wird gemäß 3a ein Isolationsmaterial 9, ausgebildet als Isolationspapier, in entsprechender Weise vorgeformt oder in eine entsprechende Nut einer Wickelmaschine eingelegt. Das Isolationsmaterial 9 zur Ausbildung des Isolators 5 ist dabei einstückig. In einen durch das Isolationsmaterial 9 gebildeten Hohlraum wird der Draht 4 der Spule 2 eingelegt bzw. eingewickelt. Nach dem Fertigwickeln der Spule 2 wird das Isolationsmaterial 9 gemäß 3c umgeschlagen, so dass die Naht 6 mit einer Überlappung entsteht.
Die 3a bis 3c zeigen nur eines der Isolationsmaterialien 9 und nur einen Isolator 5. Tatsächlich wird jedoch in zwei Isolationsmaterialien 9 gleichzeitig gewickelt, so dass letztendlich die Spule 2 mit den zwei Isolatoren 5, wie in 1 dargestellt, entsteht.
Die fertiggestellte Spule gemäß 3c wird in den Stator eingesetzt. Vor dem Einsetzen in den Stator ist es möglich, die Wicklung der Spule 2 noch zu komprimieren, indem Druck von außen aufgebracht wird. Dieses Komprimieren kann sowohl an den Umkehrabschnitten 7 als auch den Isolationsabschnitten 8 noch nach dem Aufbringen des Isolators 5 vollzogen werden.
Die Isolierungen 5 sind flexibel und instabil, so dass ein Verdichten der Wicklung 2 nach dem Aufbringen der Isolierungen 5 auch an den Isolationsabschnitten 8 möglich ist. Des Weiteren ist die Spule 2 an den beiden Umkehrabschnitten 7 von allen Seiten frei zugänglich. So können die Umkehrabschnitte 7 nach den räumlichen Anforderungen geformt und anschließend verdichtet werden.
Bezugszeichenliste

1: Elektrische Maschine
2: Spule
3: Wicklungsrichtung
4: Draht
5: Isolator
6: Naht, Überlappung
7: Umkehrabschnitt
8: Isolationsabschnitt
9: Isolationsmaterial, Isolationspapierbogen

Claims

Elektrische Maschine (1), umfassend: – einen Stator mit zumindest einer Statornut, – eine aus in Wicklungsrichtung (3) gewickelten Draht (4) bestehende Spule (2), wobei die Spule (2) in die Statornut eingelegt ist, und – zumindest einen rohrförmigen, die Spule (2) abschnittsweise umschließenden Isolator (5), – wobei der Isolator (5) einteilig ausgebildet ist und lediglich eine, sich in Wicklungsrichtung (3) erstreckende Naht (6) aufweist, und – wobei der Isolator (5) aus einem instabilen Material besteht und die Spule (2) nicht trägt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (5) aus einem Isolationspapier oder einer Isolationsfolie besteht.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Isolatoren (5) auf der Spule (2), wobei zwischen den beiden Isolatoren (5) jeweils ein Umkehrabschnitt (7) der Spule (2) liegt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Isolatoren (5) gerade verlaufen und/oder parallel zueinander ausgerichtet sind.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest zwei in den Stator eingesetzte Spulen (2), wobei die beiden Spulen (2) in Blickrichtung senkrecht zur Wicklungsrichtung (3) teilweise überlappt angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine (1) umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines papier- oder folienartigen Isolationsmaterials (9), – Wickeln eines Drahtes (4) in einer Wicklungsrichtung (3) zu einer Spule (2) auf oder in dem Isolationsmaterial (9), – Schließen des Isolationsmaterials (9) zu einem rohrförmigen, die Spule (2) abschnittsweise umschließenden Isolator (5), wobei der Isolator (5) einteilig ausgebildet ist und lediglich eine, sich in Wicklungsrichtung (3) erstreckende Naht (6) aufweist, und – Einsetzen der Spule (2) samt Isolator (5) in eine Statornut eines Stators nach dem Schließen des Isolationsmaterials (9).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2) auf oder in zwei der Isolationsmaterialen (9) gewickelt wird, und nach dem Schließen der beiden Isolationsmaterialen (9) zwei voneinander beabstandete Isolationsabschnitte (8) der Spule (2) von jeweils einem Isolator (5) umschlossen sind.
Verfahren nach einem der Anspruche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2) vor dem Einsetzen in den Stator verdichtet wird.