DE102023201278A1 - Stator for an electrical machine, electrical machine and manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Stators. Bei einer solchen elektrischen Maschine kann es sich um eine Radialflussmaschine mit verteilter Wicklung handeln. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Stators.The invention relates to a stator for an electrical machine and to a method for producing a stator. Such an electrical machine can be a radial flux machine with distributed winding. The invention also relates to an electrical machine with such a stator and to a method for producing a stator.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Stators. Bei einer solchen elektrischen Maschine kann es sich um eine Radialflussmaschine mit verteilter Wicklung handeln. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Stators.The invention relates to a stator for an electrical machine and to a method for producing a stator. Such an electrical machine can be a radial flux machine with distributed winding. The invention also relates to an electrical machine with such a stator and to a method for producing a stator.
Stand der TechnikState of the art
Im Dokument
Ferner wird in der Veröffentlichung
Die
Darstellung der ErfindungDescription of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stator bereitzustellen, der bei kostengünstiger Bauweise eine verbesserte Funktionalität, Insbesondere eine höhere Leistungsdichte und eine Verbesserung des Wirkungsgrades, aufweist. Ferner besteht die Anforderung nach einer elektrischen Maschine sowie einem entsprechenden Verfahren zum Herstellen eines Stators.The invention is based on the object of providing a stator which has improved functionality, in particular a higher power density and an improvement in efficiency, while being of cost-effective construction. Furthermore, there is a requirement for an electrical machine and a corresponding method for producing a stator.
Anspruch 1 stellt einen Stator für eine elektrische Maschine bereit, wobei der Stator umfasst: einen mehrere Zähne aufweisenden Zahnstern, wobei zwischen den Zähnen Statornuten vorgesehen sind, einen Jochring (insbesondere aus weichmagnetischem Material), der den Zahnstern zumindest abschnittsweise umgibt, wobei ferner ein Isolationskörper vorgesehen ist, der im Bereich der Statornuten angebracht ist und eine Wicklung relativ vom Zahnstern trennt. In den Statornuten ist bevorzugt jeweils eine Wicklung aufgenommen. Der Isolationskörper erstreckt sich über eine Stirnseite der Zähne hinaus, bevorzugt über Stirnseiten der Zähne hinaus. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass sich der Isolationskörper über beide Stirnseiten der Zähne erstreckt.Claim 1 provides a stator for an electrical machine, the stator comprising: a toothed star having a plurality of teeth, stator slots being provided between the teeth, a yoke ring (in particular made of soft magnetic material) which surrounds the toothed star at least in sections, an insulating body being provided which is mounted in the region of the stator slots and separates a winding relatively from the toothed star. Preferably, one winding is accommodated in each of the stator slots. The insulating body extends beyond one end face of the teeth, preferably beyond the end faces of the teeth. According to a preferred embodiment, the insulating body extends over both end faces of the teeth.
Der erfindungsgemäße Stator hat den Vorteil, dass dieser mit einem vergleichsweise kostengünstigen Isolationskörper versehen ist. Das Einlegen von Nutisolationspapier entfällt.The stator according to the invention has the advantage that it is provided with a comparatively inexpensive insulating body. The insertion of slot insulation paper is not necessary.
Der nicht-leitfähige, elektrisch isolierende Werkstoff des Isolationskörpers ermöglicht zusätzlich die Ausbildung eines Stators mit direkter Wicklungskühlung durch Flutung des Stators mit Öl oder einem anderem elektrisch nicht leitfähigem Kühlmedium, um eine kompakte und leichte, kostengünstige elektrische Maschine mit hoher Leistungsdichte und hohem Wirkungsgrad auszubilden. Ferner kann eine Kapselung des mit Kühlmittel durchfluteten Stators erreicht werden, ohne dafür ein Spaltrohr in den Luftspalt der Maschine einbringen zu müssen. Dieses Spaltrohr würde andernfalls den magnetischen Luftspalt des Motors vergrößern und hätte bei einer solchen elektrischen Maschine eine geringere Leistungsdichte zur Folge.The non-conductive, electrically insulating material of the insulation body also enables the formation of a stator with direct winding cooling by flooding the stator with oil or another electrically non-conductive cooling medium in order to form a compact and lightweight, cost-effective electrical machine with high power density and high efficiency. Furthermore, the stator flooded with coolant can be encapsulated without having to insert a gap tube into the air gap of the machine. This gap tube would otherwise increase the magnetic air gap of the motor and would result in a lower power density in such an electrical machine.
Wie zuvor beschrieben erstreckt sich der Isolationskörper über eine Stirnseite der Zähne (bevorzugt die Stirnseiten) hinaus. Auf diese Weise kann der jenseits der Stirnseite liegende Bereich des Stators relativ zum Rotor abgedichtet werden. Dabei ist es bevorzugt, dass der Isolationskörper einstückig ausgebildet ist.As previously described, the insulating body extends beyond one end face of the teeth (preferably the end faces). In this way, the area of the stator beyond the end face can be sealed relative to the rotor. It is preferred that the insulating body is formed in one piece.
Gemäß einer Ausführungsform hat der Isolationskörper zumindest abschnittsweise jenseits der Stirnseite der Zähne eine zylinderförmige oder im Wesentlichen zylinderförmige Gestalt. Gemäß einer Modifikation kann jedoch auch in einem Bereich jenseits der Stirnseite der Zähne eine Stufe ausgebildet sein, um beispielsweise Verschaltungsringe aufzunehmen.According to one embodiment, the insulating body has at least partially beyond the Front side of the teeth has a cylindrical or substantially cylindrical shape. According to a modification, however, a step can also be formed in an area beyond the front side of the teeth in order to accommodate, for example, interconnection rings.
Die Erfindung zielt insbesondere auf einen Stator für eine rotierende elektrische Maschine im Innenläufer-Radialfluss-Design ab, kann jedoch auch auf alle Arten von elektrischen Maschinen übertragen werden, rotatorisch sowie translatorisch. Elektrische Maschinen können dabei sowohl motorisch als auch generatorisch eingesetzt werden.The invention is particularly aimed at a stator for a rotating electrical machine in an internal rotor radial flux design, but can also be transferred to all types of electrical machines, both rotary and translatory. Electrical machines can be used both as motors and generators.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Isolationsabschnittkörper mittels Vergießens oder Umspritzens des Zahnsterns ausgebildet. Hierdurch lassen sich verschiedene Bereiche des Isolationskörpers einstückig ausbilden und dabei die Dichtheit und/oder Isolationswirkung garantieren.According to one embodiment, the insulation section body is formed by casting or overmolding the toothed star. This allows different areas of the insulation body to be formed in one piece, thereby guaranteeing the tightness and/or insulation effect.
Ferner kann der Stator ausgebildet sein, ein flüssiges Kühlmedium durch die Statornuten zu führen. Mit einer direkten Wicklungskühlung durch Flutung des Stators mit Öl oder einem anderem elektrisch nicht leitfähigem Kühlmedium ist es möglich die Wicklung der elektrischen Maschine effizienter zu kühlen und höher auszunutzen um somit eine kompakte und leichte, kostengünstige elektrische Maschine mit hoher Leistungsdichte und hohem Wirkungsgrad auszubilden.Furthermore, the stator can be designed to guide a liquid cooling medium through the stator slots. With direct winding cooling by flooding the stator with oil or another electrically non-conductive cooling medium, it is possible to cool the winding of the electrical machine more efficiently and to make greater use of it in order to form a compact and lightweight, cost-effective electrical machine with high power density and high efficiency.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Stator ein Nutisolationsverschlusselement, das an zumindest einer Statornut derart angebracht ist, dass ein offener Bereich der Statornut verschlossen ist. Insbesondere wird das Nutisolationsverschlusselement an einer radial äußeren Seite der Statornut angebracht. Durch Anbringen des Nutisolationsverschlusselements in einer Statornut wird dieses fixiert und damit sichergestellt, dass die Nutisolationsverschlusselemente die Statornut verschließen. According to a further embodiment, the stator comprises a slot insulation closure element which is attached to at least one stator slot such that an open region of the stator slot is closed. In particular, the slot insulation closure element is attached to a radially outer side of the stator slot. By attaching the slot insulation closure element in a stator slot, it is fixed and thus it is ensured that the slot insulation closure elements close the stator slot.
Um das Nutisolationsverschlusselement sicher in der Statornut zu fixieren, kann das Nutisolationsverschlusselement eine oder mehrere Rastelemente aufweisen, die in entsprechende Aussparungen eindringen oder einschnappen.In order to securely fix the slot insulation closure element in the stator slot, the slot insulation closure element can have one or more locking elements that penetrate or snap into corresponding recesses.
Es ist bevorzugt, dass der Zahnstern und/oder der Jochring in Umfangsrichtung mehrere Segmente aufweist. Somit kann der Zahnstern und/oder der Jochring bei der Montage segmentweise zusammengesetzt werden.It is preferred that the toothed star and/or the yoke ring has several segments in the circumferential direction. The toothed star and/or the yoke ring can thus be assembled segment by segment during assembly.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Isolationsabschnittkörper im Bereich eines Nutgrunds abschnittsweise eine größere Dicke auf, sodass eine oder mehrere kanalartige Strukturen ausgebildet werden.According to a further embodiment, the insulation section body has a greater thickness in sections in the region of a groove base, so that one or more channel-like structures are formed.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Isolationsabschnittkörper im Bereich eines Nutgrunds flach ausgebildet und damit an die Form der Wicklung angepasst sein.According to another embodiment, the insulation section body can be flat in the region of a slot base and thus adapted to the shape of the winding.
Ferner wird erfindungsgemäß eine elektrische Maschine bereitgestellt, die einen Stator nach einem der vorangegangen Aspekte aufweist. Der Stator kann in einem Gehäuse der elektrischen Maschine aufgenommen sein.Furthermore, according to the invention, an electrical machine is provided which has a stator according to one of the preceding aspects. The stator can be accommodated in a housing of the electrical machine.
Dabei ist es bevorzugt, dass ferner ein Rotor vorgesehen ist, der bevorzugt als Innenläufer ausgebildet ist. Eine solche elektrische Maschine kann sowohl motorisch als auch generatorisch eingesetzt werden.It is preferred that a rotor is also provided, which is preferably designed as an internal rotor. Such an electrical machine can be used both as a motor and as a generator.
Die elektrische Maschine kann einen ersten Dichtring aufweisen, der an einem Deckel des Gehäuses angeordnet ist, und/oder einen zweiten Dichtring, der am Gehäuse angeordnet ist, wobei der Isolationskörper mit dem ersten und/oder zweiten Dichtring in Kontakt ist. Somit wird ein Abschnitt im Bereich des Stators gegenüber einem Abschnitt im Bereich des Rotors durch den Isolationskörper getrennt, und eine Kühlflüssigkeit kann durch den Stator geleitet werden, ohne die Funktion des Rotors zu beeinträchtigen.The electric machine can have a first sealing ring arranged on a cover of the housing and/or a second sealing ring arranged on the housing, wherein the insulating body is in contact with the first and/or second sealing ring. Thus, a section in the region of the stator is separated from a section in the region of the rotor by the insulating body, and a cooling liquid can be passed through the stator without impairing the function of the rotor.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Stators (oder einer elektrischen Maschine) bereitgestellt, welches Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines mehrere Zähne aufweisenden Zahnsterns (insbesondere aus weichmagnetischem Material, wie gestapeltem Elektroblech oder Soft-Magnetic Composites/Metallpulver), wobei zwischen den Zähnen Statornuten vorgesehen sind, Ausbilden eines Isolationskörpers im Bereich der Statornuten und an einer Stirnseite des Stators, bevorzugt an Stirnseiten des Stators, Einlegen einer Wicklung in die mit einem Isolationskörper versehenen Statornuten, insbesondere Verschluss der Nuten mitsamt Wicklung durch Nutisolationsverschlusselemente, und Anbringen eines Jochrings (insbesondere aus weichmagnetischem Material) am Zahnstern derart, dass der den Zahnstern zumindest abschnittsweise umgibt.According to a further aspect of the invention, a method for producing a stator (or an electrical machine) is provided, which method comprises the following steps: providing a toothed star having a plurality of teeth (in particular made of soft magnetic material, such as stacked electrical sheet or soft magnetic composites/metal powder), with stator slots being provided between the teeth, forming an insulating body in the region of the stator slots and on an end face of the stator, preferably on end faces of the stator, inserting a winding into the stator slots provided with an insulating body, in particular closing the slots together with the winding using slot insulation closure elements, and attaching a yoke ring (in particular made of soft magnetic material) to the toothed star in such a way that it surrounds the toothed star at least in sections.
Das Verfahren hat unter anderem den Vorteil, dass der Zugang beim Einlegen der Wicklung in eine Statornut durch den Zugang von radial Außen vergleichsweise gut zugänglich ist, das Verfahren somit besser automatisiert werden kann und kostengünstiger ist. Bezüglich weiterer Vorteile wird auf die Erläuterungen zum Stator oder zur elektrischen Maschine verwiesen.One of the advantages of the method is that the access when inserting the winding into a stator slot is relatively easy due to the access from the outside, meaning that the method can be better automated and is more cost-effective. For further advantages, please refer to the explanations on the stator or the electrical machine.
Bevorzugt erstreckt sich der Isolationskörper über eine Stirnseite der Zähne hinaus.Preferably, the insulating body extends beyond one end face of the teeth.
Es ist bevorzugt, dass mit dem Verfahren ein Stator oder eine elektrische Maschine gemäß einem der zuvor genannten Aspekte hergestellt wird. Auf diese Weise kann der jenseits der Stirnseite liegende Bereich des Stators relativ zum Rotor abgedichtet werden. Dabei ist es bevorzugt, dass der Isolationskörper einstückig ausgebildet ist.It is preferred that the method is used to produce a stator or an electrical machine according to one of the aforementioned aspects. In this way, the region of the stator located beyond the front side can be sealed relative to the rotor. It is preferred that the insulating body is formed in one piece.
Gemäß einer Ausführungsform hat der Isolationskörper zumindest abschnittsweise jenseits der Stirnseite der Zähne eine zylinderförmige oder im Wesentlichen zylinderförmige Gestalt. Gemäß einer Modifikation kann jedoch auch in einem Bereich jenseits der Stirnseite der Zähne eine Stufe ausgebildet sein, um beispielsweise Verschaltungsringe aufzunehmen.According to one embodiment, the insulating body has a cylindrical or substantially cylindrical shape at least in sections beyond the front side of the teeth. According to a modification, however, a step can also be formed in an area beyond the front side of the teeth in order to accommodate, for example, interconnection rings.
Das Ausbilden des Isolationskörpers kann mittels Vergießens oder Umspritzens des Zahnsterns durchgeführt werden. Somit ist es möglich, den Isolationskörper einstückig auszubilden. Hierzu wird ein nicht-leitfähiger, elektrisch isolierender Werkstoff verwendet, der zusätzlich die Ausbildung eines Stators mit direkter Wicklungskühlung ermöglicht.The insulation body can be formed by casting or overmolding the toothed star. This makes it possible to form the insulation body in one piece. A non-conductive, electrically insulating material is used for this, which also enables the formation of a stator with direct winding cooling.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.
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1 zeigt einen Zahnstern eines Stators in einer Ausführung ohne Steg zwischen den Zähnen und einem Isolationskörper mit zylinderartiger Fortführung des Isolationskörpers im Bereich der Wickelköpfe. -
2a zeigt eine Schnittansicht des Zahnsterns gemäß1 , wobei der Isolationskörper am zum Luftspalt zwischen Stator und Rotor weisenden Nutgrund einen Kanal aufweist, wobei ferner eine Stufe in radialer Richtung sowohl am Zahn als auch im Isolationsköper zu erkennen ist. -
2b ist eine Modifikation des in2a dargestellten Zahnsterns, wobei der Isolationskörper am Nutgrund ohne Kanal ausgebildet ist. -
3 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Zahnsterns, wobei der Zahnstern mit einem Steg ausgebildet ist und ein Isolationskörper am Nutgrund einen Kanal aufweist. -
4a veranschaulicht einen Zahnstern gemäß einer dritten Ausführungsform mit einem Doppel-Steg. -
4b ist eine Schnittansicht eines Abschnitts des Zahnsterns gemäß4a . -
5a zeigt den Zahnstern gemäß4a mit dem Isolationskörper, mit einer eingebrachten Wicklung und mit einem elektrisch isolierenden Nutisolationsverschlusselements zum Verschließen der Nut. -
5b ist eine weitere Ansicht der in5a dargestellten Ausführungsform mit aufgesetztem Jochring. -
6a zeigt eine vierte Ausführungsform eines Nutisolationsverschlusselements mit Rastnasen, die in einen jeweiligen Hinterschnitt an einem Zahn eingreifen. -
6b ist eine Detailansicht des in6a dargestellten Nutisolationsverschlusselements mit Rastnasen. -
7 zeigt eine elektrische Maschine in Radialfluss-Innenläuferbauart mit gegen einen Rotor gekapseltem Stator. -
8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Maschine in Radialfluss-Innenläuferbauart, wobei der Isolationskörper in einem Bereich jenseits der Stirnseite der Zähne eine Stufe aufweist.
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1 shows a toothed star of a stator in a design without a web between the teeth and an insulating body with a cylindrical continuation of the insulating body in the area of the winding heads. -
2a shows a sectional view of the tooth star according to1 , wherein the insulating body has a channel at the bottom of the groove facing the air gap between the stator and the rotor, wherein furthermore a step in the radial direction can be seen both on the tooth and in the insulating body. -
2b is a modification of the2a shown tooth star, whereby the insulating body at the bottom of the groove is formed without a channel. -
3 shows a sectional view of a second embodiment of a toothed star, wherein the toothed star is formed with a web and an insulating body has a channel at the groove base. -
4a illustrates a tooth star according to a third embodiment with a double bar. -
4b is a sectional view of a portion of the toothed star according to4a . -
5a shows the tooth star according to4a with the insulating body, with an inserted winding and with an electrically insulating slot insulation closure element for closing the slot. -
5b is another view of the5a illustrated embodiment with attached yoke ring. -
6a shows a fourth embodiment of a slot insulation closure element with locking lugs which engage in a respective undercut on a tooth. -
6b is a detailed view of the6a shown slot insulation closure element with locking lugs. -
7 shows an electrical machine in radial flux internal rotor design with a stator encapsulated against a rotor. -
8 shows a further embodiment of an electrical machine in radial flux internal rotor design, wherein the insulating body has a step in a region beyond the front side of the teeth.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Anhand der beigefügten Figuren sollen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung anschaulich beschrieben werden. Bestimmte Modifikationen der nachfolgend erläuterten Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, um weitere Varianten auszubilden.Exemplary embodiments of the invention will be described clearly with reference to the accompanying figures. Certain modifications of the embodiments explained below can be combined with one another to form further variants.
In dem in
Die Zähne 10 des Zahnsterns 1 sind gemäß der ersten Ausführungsform getrennt zueinander vorgesehen (ohne Steg) und weisen an ihren Flanken (der zur Statornut weisenden Seite) einen Isolationskörper 15 auf. Der Isolationskörper 15 erstreckt sich entlang des jeweiligen Zahns 10 bis zum Nutgrund und stellt eine elektrische Isolation einer in die Statornut einzubringenden Wicklung relativ zum Zahnstern 1 bereit. Ferner wird ein innerer Bereich zum Rotor hin von der jeweiligen Statornut mit dem Isolationskörper 15 abgedichtet, sodass eine Kühlflüssigkeit zwar in axialer Richtung durch die Statornut strömen kann, nicht aber radial in Richtung des Rotors aus dem Stator entweicht.According to the first embodiment, the teeth 10 of the tooth star 1 are provided separately from one another (without a web) and have an insulating body 15 on their flanks (the side facing the stator slot). The insulating body 15 extends along the respective tooth 10 to the slot base and provides electrical insulation of a winding to be introduced into the stator slot relative to the tooth star 1. Furthermore, an inner area towards the rotor of the respective stator slot is sealed with the insulating body 15, so that a cooling liquid can flow through the stator slot in the axial direction, but does not escape radially from the stator in the direction of the rotor.
Der Isolationskörper 15 erstreckt sich ferner in axialer Richtung über eine Stirnseite der Zähne 10 des Zahnsterns 1 hinaus, um auch in diesem Bereich eine fluiddichte Abdichtung bereitzustellen. Hierbei erstreckt sich der Isolationskörper 15 in im Wesentlichen axialer Richtung. Der Isolationskörper 15 erstreckt sich jenseits der Stirnseite der Zähne in einer zylinderförmigen oder im Wesentlichen zylinderförmigen Gestalt.The insulating body 15 also extends in the axial direction beyond a front side of the teeth 10 of the toothed star 1 in order to provide a fluid-tight seal in this area as well. The insulating body 15 extends in a substantially axial direction. The insulating body 15 extends beyond the front side of the teeth in a cylindrical or substantially cylindrical shape.
Gemäß einer Modifikation kann jedoch auch in einem Bereich außerhalb der Stirnseite der Zähne 10 des Zahnsterns 1 eine Stufe ausgebildet sein, um beispielsweise Verschaltungsringe aufzunehmen (siehe nachfolgend beschriebene Ausführungsform in
Der Isolationskörper 15 wird bei der Herstellung entlang der axialen Länge der Zähne 10 mittels Vergießens oder Umspritzens des Zahnsterns 1 ausgebildet und ist somit an und um die Zähne 10 angebracht. Auf diese Weise haftet der Isolationskörper 15 flächig an den Zähnen 10 an und stellt eine durchgehende Isolationsschicht bereit sowie eine Abdichtung gegen die Kühlflüssigkeit zwischen den angrenzenden Körpern.During manufacture, the insulating body 15 is formed along the axial length of the teeth 10 by casting or overmolding the tooth star 1 and is thus attached to and around the teeth 10. In this way, the insulating body 15 adheres flatly to the teeth 10 and provides a continuous insulating layer as well as a seal against the cooling liquid between the adjacent bodies.
Die kanalartige Ausgestaltung des Abschnitts des Isolationskörpers 15 im Bereich des Nutgrunds kann durch in der Spritzgussmaschine beziehungsweise im Werkzeug vorhandene Einsätze erreicht werden, entlang derer ein flüssiger Kunststoff einströmt. Nach zumindest teilweisem Aushärten des Kunststoffs und somit Ausbildung des Isolationskörpers 15 werden die Einsätze entfernt oder das Werkzeug der Spritzgussmaschine öffnet sich.The channel-like design of the section of the insulating body 15 in the area of the groove base can be achieved by inserts present in the injection molding machine or in the tool, along which a liquid plastic flows in. After the plastic has at least partially hardened and the insulating body 15 has thus been formed, the inserts are removed or the tool of the injection molding machine opens.
Ähnlich wie in der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform sind in den Statornuten Abschnitte eines Isolationskörpers 15a an den Zähnen 10a vorgesehen. Dies kann mittels Vergießens oder Umspritzens des Zahnsterns 1a erfolgen. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist der Isolationskörper 15a ähnlich demjenigen ausgebildet, der in
Der Isolationskörper 15a erstreckt sich, ähnlich wie der Isolationskörper der ersten Ausführungsform, ferner in axialer Richtung über eine Stirnseite der Zähne 10a des Zahnsterns 1a hinaus, um auch in diesem Bereich eine fluiddichte Abdichtung bereitzustellen.The insulating body 15a, similar to the insulating body of the first embodiment, also extends in the axial direction beyond a front side of the teeth 10a of the toothed star 1a in order to provide a fluid-tight seal in this area as well.
Bezüglich weiterer Komponenten des Zahnsterns 1a der zweiten Ausführungsform wird auf die Erläuterungen zur ersten Ausführungsform verwiesen.With regard to further components of the toothed star 1a of the second embodiment, reference is made to the explanations for the first embodiment.
Der Zahnstern 1b gemäß der dritten Ausführungsform ist, wie noch deutlicher in der Schnittansicht gemäß
Somit kann durch eine Kühlung des Bereiches zum Rotor hin eine bessere Kühlung des Rotors und somit eine höhere Leistungsfähigkeit der E-Maschine erreicht werden.Thus, by cooling the area towards the rotor, better cooling of the rotor and thus higher performance of the electric machine can be achieved.
In den Statornuten des Zahnsterns 1b gemäß der dritten Ausführungsform sind Abschnitte eines Isolationskörpers 15b vorgesehen (an den Innenseiten der Zähne durch Vergießen oder Umspritzen angebracht), die die Zähne 10b relativ zur jeweils in die Statornut einzubringenden Wicklung isolieren. Ähnlich wie bereits im Rahmen der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben dient der Isolationskörper 15b der elektrischen Isolation. Ferner kann ein innerer Bereich der jeweiligen Statornut abgedichtet werden, sodass eine Kühlflüssigkeit durch die Statornut strömen kann.In the stator slots of the toothed star 1b according to the third embodiment, sections of an insulating body 15b are provided (attached to the inner sides of the teeth by casting or overmolding), which insulate the teeth 10b relative to the winding to be introduced into the stator slot. Similar to what has already been described in the context of the first and second embodiments, the insulating body 15b serves for electrical insulation. Furthermore, an inner region of the respective stator slot can be sealed so that a cooling liquid can flow through the stator slot.
Der Isolationskörper 15b erstreckt sich ferner in axialer Richtung über eine Stirnseite der Zähne 10b des Zahnsterns 1b hinaus, um auch in diesem Bereich eine fluiddichte Abdichtung bereitzustellen. Allerdings kann in einem Bereich jenseits der Stirnseite der Zähne 10b auch eine Stufe oder andersartige Struktur ausgebildet sein, um beispielsweise Verschaltungsringe aufzunehmen.The insulating body 15b also extends in the axial direction beyond a front side of the teeth 10b of the toothed star 1b in order to provide a fluid-tight seal in this area as well. However, a step or other type of structure can also be formed in an area beyond the front side of the teeth 10b in order to accommodate, for example, interconnection rings.
Die Abschnitte des Isolationskörpers 15b sind im Bereich der Zähne 10b im Wesentlichen ähnlich wie diejenigen der Modifikation der ersten Ausführungsform im Bereich des Nutgrunds flach ausgebildet.The sections of the insulating body 15b are formed flat in the region of the teeth 10b essentially similar to those of the modification of the first embodiment in the region of the groove base.
In
Die Stege 32c weisen jeweils ein Rastelement 32c-1 auf, die beim Anbringen des Nutisolationsverschlusselements 30c in der Statornut in eine entsprechende Aussparung im oder eine Stufe am Isolationskörper 15c eindringt oder dort aufliegt, und somit die Nutisolationsverschlusselemente 30c mit der darunter befindlichen Wicklung 50c für die weitere Montage fixiert, sowie sicherstellt, dass die Nutisolationsverschlusselemente 30c die Statornut verschließen.The webs 32c each have a locking element 32c-1 which, when the slot insulation closure element 30c is attached in the stator slot, penetrates into or rests on a corresponding recess in or a step on the insulation body 15c, and thus fixes the slot insulation closure elements 30c with the winding 50c located underneath for further assembly, and ensures that the slot insulation closure elements 30c close the stator slot.
Die elektrische Maschine 100 umfasst ein Gehäuse 101, welches den Stator 150 sowie einen Rotor 160 aufnimmt und mit einem Deckel bzw. durch das Lagerschild 102 verschlossen ist. Der Stator umfasst den Zahnstern 1, der die Wicklungen 50 aufnimmt, sowie den Jochring 40. Ferner ist der Isolationskörper 15 vorgesehen, der sich beidseitig über eine Stirnseite der Zähne hinaus erstreckt und mit einem ersten Dichtring 103a, der am Lagerschild 102 angeordnet ist, und mit einem zweiten Dichtring 103b, der am Gehäuse 101 angeordnet ist, in Kontakt steht. Somit wird ein Abschnitt im Bereich des Stators 150 gegenüber einem Abschnitt im Bereich des Rotors 160 durch den Isolationskörper getrennt.The electrical machine 100 comprises a housing 101, which accommodates the stator 150 and a rotor 160 and is closed with a cover or by the bearing plate 102. The stator comprises the toothed star 1, which accommodates the windings 50, and the yoke ring 40. Furthermore, the insulation An insulation body 15 is provided which extends beyond one end face of the teeth on both sides and is in contact with a first sealing ring 103a which is arranged on the bearing plate 102 and with a second sealing ring 103b which is arranged on the housing 101. Thus, a section in the area of the stator 150 is separated from a section in the area of the rotor 160 by the insulation body.
Das Gehäuse 101 bzw. das oder die Lagerschilde weisen einen Einlass 110 sowie einen Auslass 111 für eine Kühlflüssigkeit auf, welche Kühlflüssigkeit durch den Bereich zwischen den Zähnen des Zahnsterns 1 und somit „direkt“ entlang der Wicklung strömt. Durch die Anordnung des Isolationskörpers 15 wird sichergestellt, dass die Kühlflüssigkeit nicht in den Bereich des Rotors 160 gelangt.The housing 101 or the bearing shield(s) have an inlet 110 and an outlet 111 for a cooling liquid, which cooling liquid flows through the area between the teeth of the toothed star 1 and thus "directly" along the winding. The arrangement of the insulating body 15 ensures that the cooling liquid does not reach the area of the rotor 160.
Wicklungen 50d erstrecken sich jenseits des Zahnsterns 1d und des den Zahnsterns 1d umgebenden Jochrings 40d. Durch die Stufe des Isolationskörpers 15d wird zusätzlicher Bauraum zur Verfügung gestellt, um Verschaltungsringe 170d aufnehmen zu können.Windings 50d extend beyond the toothed star 1d and the yoke ring 40d surrounding the toothed star 1d. The step of the insulating body 15d provides additional installation space to accommodate interconnection rings 170d.
Die Reihenfolge zur Montage des Stators kann bei Einsatz eines Zahnsternsegmente aufweisenden Zahnsterns folgendermaßen ablaufen:
- Zunächst wird der Zahnstern bereitgestellt, wobei je nach Ausführungsform die Zähne einzeln oder segmentweise zusammengefügt werden. Nachfolgend wird der Isolationskörper insbesondere mittels Vergießens oder mittels Umspritzens um den Zahnstern angebracht, insbesondere durch ein Kunststoff-Spritzgussverfahren.
- First, the toothed star is prepared, whereby, depending on the design, the teeth are joined together individually or in segments. The insulation body is then attached around the toothed star, in particular by means of casting or by overmolding, in particular by means of a plastic injection molding process.
Nach Aushärten des Isolationskörpers werden die Wicklungen/ Spulen in die Statornuten eingesetzt und dann die Nutisolationsverschlusselemente im Öffnungsbereich der Statornuten angebracht. In einem weiteren Fertigungsschritt wird ein Jochring, der beispielsweise mehrere Segmente aufweist, um den Zahnstern angeordnet.After the insulation body has hardened, the windings/coils are inserted into the stator slots and then the slot insulation closure elements are attached in the opening area of the stator slots. In a further production step, a yoke ring, which has several segments, for example, is arranged around the toothed star.
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- DE 10253235 A1 [0004]DE 10253235 A1 [0004]
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