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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Isoliereinheit für eine elektrische Maschine mit einer Wicklung aus mehrere Formstäben, die zumindest zwei in Umfangsrichtung beabstandete Nuten durchlaufen und auf einer Seite der elektrischen Maschine Kontaktstellen aufweisen, welche zur Bildung der Wicklung miteinander verbunden werden. Derartige Wicklungen werden auch als Hair-Pin-Wicklung oder Wellenwicklung bezeichnet, wobei im Folgenden nur die Bezeichnung Hair-Pin beziehungsweise Hair-Pin-Wicklung verwendet wird, wobei hiermit im Sinne der Anmeldung auch Wellenwicklungen und dergleichen umfasst sind.
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Im Stand der Technik ist bekannt bei Wicklungen von elektrischen Maschinen, insbesondere des Stators, nicht isolierte Bereiche mit einer isolierenden Vergussmasse abzudecken. Für Hair-Pin-Wicklungen ist bekannt, am Wickelkopf die nicht isolierten Hair-Pin-Enden, welche zur Bildung der Spulen miteinander verbunden sind, nach dem Verbinden durch eine Vergussmasse gegeneinander und gegen die Umgebung zu isolieren. Die Vergussmasse wird hierbei entweder als Beschichtung auf die einzelnen Hair-Pin-Enden aufgebracht oder der Wickelkopf als Ganzes zu einem Block vergossen. Probleme des Standes der Technik liegen in der Aufbringung und Verarbeitung der Vergussmasse, insbesondere hinsichtlich der aufzubringenden Menge und Problematik, dass eine ausreichende Abdeckung erfolgt und gleichzeitig vermieden werden muss Vergussmasse auf nicht zu beschichtende Teile der elektrischen Maschine zu bringen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Isolierung der Hair-Pin-Enden, die einfach und schnell herzustellen ist sowie eine sichere Isolierung der Hair-Pin-Enden darstellt.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Isoliereinheit und einer elektrischen Maschine sowie einem Verfahren zu deren Herstellung gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist eine Isoliereinheit für eine elektrische Maschine mit Hair-Pin-Wicklung, wobei die Hair-Pin-Wicklung eine Mehrzahl von Anschluss-Pins für die elektrische Verbindung mit einer Verschaltung sowie eine Vielzahl von verschweißten Hair-Pin-Enden aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grundkörper vorgesehen ist, welcher einen isolierenden Werkstoff aufweist und sich zumindest über einen Teil des Umfangs der Hair-Pin-Wicklung erstreckt, dass der Grundkörper an der Unterseite einen Aufnahmebereich umfasst, welcher der Hair-Pin-Wicklung zugewandt ist und Öffnungen für die Aufnahme der Hair-Pin-Enden aufweist, wobei zumindest in Umfangsrichtung Trennwände zwischen den Öffnungen vorgesehen sind, und dass die Öffnungen und/oder Trennwände Befestigungsmittel zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit den Hair-Pin-Enden aufweisen.
Eine Hair-Pin-Wicklung wird aus mehreren Hair-Pins beziehungsweise Formstäben gebildet, die an ihren Enden am Wickelkopf Kontaktstellen aufweisen. An den Kontaktstellen werden jeweils paarweise miteinander elektrisch leitend verbunden um aus den Hair-Pins die Spulen der Hair-Pin-Wicklung herzustellen. Die paarweise miteinander verbundenen Kontaktstellen werden als Hair-Pin-Enden bezeichnet und die jeweiligen einzelnen Kontaktstellen am Start und Ende der jeweiligen Spulen werden als Anschluss-Pins bezeichnet. Die Anschluss-Pins werden mit einer Verschaltung elektrisch leitend verbunden, um die mit der Leistungselektronik zu Steuerung der elektrischen Maschine zu verbinden.
Durch die Verwendung einer Isoliereinheit als eigenständiges Bauteil kann bereits die Verwendung einer fließfähigen Vergussmasse vermieden werden und die Positionierung sowie die Handhabung werden deutlich vereinfacht. Die Isoliereinheit weist hierbei einen Grundkörper der einen elektrisch isolierenden Werkstoff umfasst. Als Werkstoff wird bevorzugt Kunststoff verwendet, wobei auch Ausführungsformen mit Kautschuk beziehungsweise andere elastischen Materialien oder auch keramische Materialien möglich sind. Der Grundkörper kann einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein und erstreckt sich zumindest über einen Teil des Umfangs. Bauartbedingt können insbesondere im Bereich der Anschluss-Pins die Abstände zwischen den Anschluss-Pins und Hair-Pin-Enden geringer sein oder auch an anderen Stellen des Umfangs der Abstand von Hair-Pin-Enden zu anderen elektrisch leitfähigen Bauteilen gering sein, weshalb vor allem in diesen Bereichen eine Isolierung notwendig ist. Abhängig von der Konstruktion der elektrischen Maschine sind daher Ausführungsformen möglich, bei denen es ausreichend ist, dass durch die Isoliereinheit nur ein Teil des Umfangs der Hair-Pin-Wicklung abgedeckt wird. Bevorzugte Ausführungsformen weisen allerdings einen Grundkörper auf der den kompletten Umfang der Hair-Pin-Wicklung beziehungsweise der Hair-Pin-Enden abdeckt.
Da die Hair-Pin-Enden in radialer Richtung, aufgrund der direkt benachbarten Lagen der Wicklung, einen geringeren Abstand aufweisen als in Umfangsrichtung, aufgrund der Stege zwischen den Nuten, ist insbesondere eine Isolierung in radialer Richtung erforderlich. Der Grundkörper weist an der den Hair-Pin-Enden zugewandten Unterseite einen Aufnahmebereich auf der mehrere Öffnungen beziehungsweise Trennwände aufweist. Ausführungsformen weisen hierbei bevorzugt in Umfangsrichtung, also in tangentialer Richtung zwischen den Lagen, verlaufende Trennwände auf. Alternativ oder zusätzlich sind auch Trennwände in radialer Richtung möglich wodurch sich Öffnungen für die jeweiligen Hair-Pin-Enden ergeben, was die Isolierung verbessert und eine genauere Positionierung erlaubt.
Um die Isoliereinheit an der Hair-Pin-Wicklung zu befestigen, weisen die Öffnungen beziehungsweise Trennwände Befestigungsmittel auf. Durch die Befestigungsmittel wird bei der Montage eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung hergestellt, womit die Isoliereinheit verlier sicher mit der Hair-Pin-Wicklung verbunden wird.
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Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Isoliereinheit sind dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper Aussparungen für den Durchtritt der Anschluss-Pins der Hair-Pin-Wicklung aufweist. Um die Kontaktierung der Anschluss-Pins durch eine separat ausgebildete Verschaltung zu ermöglichen können am Grundkörper der Isoliereinheit auch Aussparungen, wie Durchbrüche oder Nuten an äußeren / inneren Umfangsflächen, für die Anschluss-Pins vorgesehen sein. Durch diese Aussparungen können entweder gegenüber den weiteren Hair-Pin-Enden längere Anschluss-Pins durchtreten oder entsprechende Kontakte der Verschaltung an die Anschluss-Pins geführt werden.
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Weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Isoliereinheit sind dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper die Verschaltung für die Anschluss-Pins der Hair-Pin-Wicklung umfasst. Um die Teilezahl der elektrischen Maschine zu verringern und einen Anschluss an die Leistungselektronik zu erleichtern, kann die Verschaltung für die Verbindung mit den Anschluss-Pins in den Grundkörper der Isoliereinheit integriert sein. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der dadurch gewährleisteten guten Positionierung der Verschaltung sowie der Möglichkeit die Verschaltung gleichzeitig zu isolieren.
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Erfindungsgemäße Ausführungsformen der Isoliereinheit sind dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel verformbare Bereiche der Öffnungen sind. Um nach der Montage eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung der Isoliereinheit mit den Hair-Pin-Enden zu erreichen sind zumindest Bereiche der Öffnung oder der Trennwände verformbar.
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Isoliereinheit gemäß erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbaren Bereiche durch Verjüngungen gebildet sind, die sich jeweils zumindest über einen Teil der Tiefe der Öffnungen erstrecken und die lichte Weite der Öffnungen auf ein gegenüber den Hair-Pin-Enden kleineres Maß verringern. Die Öffnungen weisen in bevorzugten Ausführungsformen an der Unterseite eine gegenüber den Hair-Pin-Enden größere lichte Weite auf, um die Positionierung und Einführung der Hair-Pin-Enden während der Montage zu vereinfachen. Eine Möglichkeit verformbare Bereich zu bilden ist, in Tiefenrichtung der Öffnungen die lichte Weite auf ein Maß, welches geringer als die Abmessungen der Hair-Pin-Enden ist zu verringern. Dies führt bei der Montage entsprechend zu einer elastischen und gegebenenfalls auch plastischen Verformung dieser Bereiche und eventuell auch abhängig von der Werkstoffkombination und den Montagekräften zu einer Verformung der Hair-Pin-Enden. Die Änderung der lichten Weite kann in Tiefenrichtung kontinuierlich oder auch sprunghaft erfolgen.
Im weiteren Verlauf kann sich die lichte Weite auch wieder vergrößern um Raum für überschüssiges Material oder Eingriffe zwischen Hair-Pin-Ende und Grundkörper zu ermöglichen. Hiermit kann ggf. zusätzlich zu einer kraftschlüssigen auch eine formschlüssige Verbindung erreicht werden.
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Weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Isoliereinheit sind dadurch gekennzeichnet, dass die verformbaren Bereiche durch ein elastisches Material des Grundkörpers gebildet sind, und die Öffnungen durch gegenüber den Hair-Pin-Enden kleinere Perforationen gebildet sind. Die Öffnungen des Grundkörpers können, insbesondere bei elastischen Werkstoffen, wie Elastomeren, geschäumten Materialien, Gummi, Kautschuk und dergleichen, Öffnungen aufweisen, welche gegenüber den Abmessungen der Hair-Pin-Enden kleinere lichte Weite aufweisen. Diese Öffnungen können durch entsprechend vorgesehene Perforationen ausgebildet sein. Beim Aufpressen der Isoliereinheit auf die Hair-Pin-Wicklung werden die Hair-Pin-Enden entsprechend entlang der Perforationen in den Aufnahmebereich des Grundkörpers aufgenommen und durch die elastische Verformung befestigt. Zur leichtern Positionierung können in Ausführungsformen an der Unterseite Einlaufschrägen an den Perforationen vorgesehen sein.
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In weiteren Ausführungsformen ist eine erfindungsgemäße Isoliereinheit dadurch gekennzeichnet, dass die verformbaren Bereiche durch die Öffnungen und/oder Trennwände gebildet sind, wobei diese verformbaren Bereiche aus vorgestrecktem Thermoplast bestehen, welches durch Wärmezufuhr zusammenziehbar ist. Durch die Verwendung eines vorgestreckten Thermoplasts für die Trennwände können die Öffnungen eine gegenüber den Hair-Pin-Enden größer ausgebildet sein und nach dem Aufsetzen der Isoliereinheit auf die Hair-Pin-Wicklung kann durch Wärmezufuhr die lichte Weite der Öffnungen auf ein gegenüber den Hair-Pin-Enden kleineres Maß verringern werden. Ein derartiges Werkstoffkonzept ist für das Gebiet der Schrumpfschläuche, Schrumpfkappen bzw. Schrumpf-Aufteilkappen bekannt.
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Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen einer Isoliereinheit sind dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel durch in den Öffnungen und/oder auf den Trennwänden vorgesehenen Klebstoff gebildet sind. Alternativ oder ergänzend sind Ausführungsformen möglich, bei denen die Öffnungen zumindest teilweise mit Klebstoff befüllt oder die Trennwände zumindest teilweise mit Klebstoff beschichtet sind, wodurch eine Klebverbindung zwischen Grundkörper und Hair-Pin-Enden erzeugt wird. In den Ausführungsformen kann ein beliebiger, für die Materialpaarung geeigneter Klebstoff verwendet werden, wobei bevorzugt Klebstoffe verwendet, deren Aktivierung beziehungsweise Aushärtung gezielt gesteuert werden kann. Beispielsweise Zwei-Komponenten-Klebstoffe die erst unmittelbar vor der Montage eingebracht werden oder der Grundkörper mit der zweiten Komponente erst vor der Montage getränkt wird sowie Klebstoffe der Aushärtung zum Beispiel erst durch Wärmezufuhr vor, während oder nach der Montage aktiviert wird. Unter Klebstoff im Sinne der Anmeldung fallen neben Klebstoffen auch Kunststoffe oder sonstige aushärtbare Werkstoffe.
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Isoliereinheit gemäß weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper an der Oberseite, welche der Hair-Pin-Wicklung abgewandt ist, eine geschlossene Oberfläche aufweist, um ein Durchdringen der Hair-Pin-Enden zu verhindern. Um die vollständige Isolierung der Hair-Pin-Enden sicherzustellen, weist der Grundkörper der Isoliereinheit an der Oberseite eine geschlossene Oberfläche auf.
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Bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Isoliereinheit sind dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper mehrteilig ausgebildet ist, und dass die geschlossene Oberfläche durch eine gegenüber dem Aufnahmebereich härtere Platte gebildet ist. Vor allem bei Grundkörpern, deren Aufnahmebereich aus einem weichen oder elastischem Werkstoff gebildet sind, besteht die Gefahr, dass durch die Montagekräfte die Hair-Pin-Enden durch den Aufnahmebereich des Grundkörpers durchgedrückt werden und aus der Oberfläche des Grundkörpers vorstehen, wodurch nur eine ungenügende Isolierung gegeben wäre. Um dies zu vermeiden kann auf der Oberseite des Grundkörpers daher die geschlossene Oberfläche eine gegenüber dem Aufnahmebereich härteren Werkstoff bestehende Platte umfassen. Beispielsweise kann der Aufnahmebereich aus einem Elastomer gebildet sein und mit einer steifen Platte aus beispielsweise duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff versehen sein, auch ein Aufnahmebereich und Grundkörper aus einem einheitlichen Werkstoff mit unterschiedlicher Dichte, wie in geschäumter und kompakter Form, oder auch Kombinationen unterschiedliche Werkstoffklassen sind möglich, wie Kunststoff für den Aufnahmebereich und Keramik für die Platte. Ein weiterer Vorteil derartiger Ausführungsformen liegt in einer steiferen Isoliereinheit, wodurch die Handhabung vereinfacht wird sowie eine bessere und gleichmäßigere Übertragung der Montagekräfte auf die Umfangsfläche erfolgt.
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Weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Isoliereinheit sind dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen und/oder Trennwände eine gegenüber dem Material des Aufnahmebereichs weichere Beschichtung aufweisen, um eine Beschädigung des Isolierlacks der Hair-Pin-Wicklung während der Montage zu vermeiden. Die Hair-Pins sind aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt und bis auf die Hair-Pin-Enden in der Regel mit einem Isolierlack beschichtet. Um eine Beschädigung des Isolierlacks durch den Grundkörper, insbesondere des Aufnahmebereichs, zu vermeiden, können die Flächen des Grundkörpers, insbesondere des Aufnahmebereichs mit einer gegenüber dem Grundkörper weicheren Material beschichtet sein.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Maschine mit einer Hair-Pin-Wicklung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isoliereinheit gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen ist. Somit weist die elektrische Maschine die zur Isoliereinheit beschriebenen Eigenschaften auf und es ist eine gute Isolierung der Hair-Pin-Enden sowie eine sichere Befestigung der Isoliereinheit auf der Hair-Pin-Wicklung gewährleitstet. Des Weiteren bietet eine derartige, direkte Befestigung der Isoliereinheit auf der Hair-Pin-Wicklung Vorteile hinsichtlich des benötigten Bauraums, was gegebenenfalls kompaktere Bauformen ermöglicht.
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Weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine sind dadurch gekennzeichnet, dass die Isoliereinheit mit der Hair-Pin-Wicklung vernäht ist. Nach den oben beschriebenen Möglichkeiten der Montage der Isoliereinheit auf der Hair-Pin-Wicklung kann zusätzlich die Isoliereinheit mit dem Wicklungskopf vernäht werden. Durch dieses Vernähen, bei der ein Garn durch und/oder über die Oberseite der Isoliereinheit sowie durch einen Freiraum zwischen Hair-Pin-Enden und Stator beziehungsweise Rotor der elektrischen Maschine geführt wird und durch Spannen des Garns die Bauteile zueinander fixiert werden, wird eine zusätzliche Befestigung der Isoliereinheit auf der Hair-Pin-Wicklung sichergestellt. Diese zusätzliche Befestigung ist insbesondere für eine zusätzliche Sicherung über die Laufzeit der elektrischen Maschine sowie für einen eventuell während der Montage auftretenden Zeitraum von der Positionierung der Isoliereinheit bis zur Aushärtung und/oder Verformung der Befestigungsmittel der Isoliereinheit.
Alternativ zum Vernähen besteht auch die Möglichkeit die Isoliereinheit an Bauteilen in der Umgebung abzustützen. Hierbei wird die Isoliereinheit so ausgeführt, dass sie sich an einer externen Geometrie abstützt und zwischen den Hair-Pin-Enden und dem Gehäusedeckel geklemmt wird. Eine zusätzliche Befestigung kann somit vermieden werden.
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Erfindungsgemäß ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer oben beschriebenen elektrischen Maschine mit einer erfindungsgemäßen Isoliereinheit umfassend ein Bereitstellen der Hair-Pin-Wicklung, ein Positionieren der Isoliereinheit auf der Hair-Pin-Wicklung, wobei die Öffnungen an der Unterseite der Isoliereinheit den Hair-Pin-Enden zugewandt positioniert wird, sowie einem Befestigen der Isoliereinheit auf der Hair-Pin-Wicklung, durch mindestens einen der Schritte
- - Einpressen der Hair-Pin-Enden in die Öffnungen der Isoliereinheit um eine mechanische Klemmverbindung herzustellen;
- - Erwärmen der Isoliereinheit um ein Aufschrumpfen oder Aushärten der Befestigungsmittel zu erreichen;
- - Vernähen der Isoliereinheit mit dem Wickelkopf der Hair-Pin-Wicklung.
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Wie bereits oben zur Isoliereinheit beziehungsweise elektrischen Maschine ausgeführt, wird zunächst die Wicklung bereitgestellt, wobei es sich insbesondere um die Wicklung des Stators einer elektrischen Maschine handelt, wobei ein erfindungsgemäßer Aufbau auch für einen Rotor oder Rotor und Stator einer elektrischen Maschine verwendet werden kann. Auf den Wicklungskopf der Hair-Pin-Wicklung wird die Isoliereinheit positioniert, um eine Ausrichtung der Hair-Pin-Enden zu den Öffnungen beziehungsweise Trennwänden sowie der Anschluss-Pins zu den Aussparungen beziehungsweise der Verschaltung herzustellen. Anschließend wird die Isoliereinheit auf dem Wickelungskopf befestigt, wobei die Befestigung entweder durch Einpressen der Hair-Pin-Enden in die Öffnungen des Grundkörpers, durch Erwärmen der Isoliereinheit, insbesondere des Aufnahmebereichs des Grundkörpers, oder durch ein Vernähen des Isoliereinheit mit dem Wicklungskopf. Es sind auch Kombinationen der Befestigungen möglich. Beispielsweise nach dem Einpressen wird zusätzlich durch Erwärmen ein weiteres Befestigungsmittel aktiviert. Ein Vernähen kann auch in Kombination mit Einpressen und/oder Erwärmen vorgenommen werden, um eine zusätzliche Sicherung zu erreichen sowie gegebenenfalls eine Fixierung der Position der Isoliereinheit zum Wicklungskopf bis zu oder während einer Aushärtung eines weiteren Befestigungsmittels zu gewährleisten.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Gleiche oder ähnliche Bauteile werden mit einheitlichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 stellt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Isoliereinheit dar.
- 2 stellt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Isoliereinheit dar.
- 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators im Bereich des Wicklungskopfes mit einer Isoliereinheit gemäß 2
- 4 zeigt einen Schnitt entlang der Umfangsrichtung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
- 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators im Bereich des Wicklungskopfes mit einer Isoliereinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform.
- 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators im Bereich des Wicklungskopfes mit einer Isoliereinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform.
- 7 zeigt einen Schnitt entlang der Radialrichtung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gemäß 6.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Isoliereinheit (1) in einer perspektivischen Ansicht von unten. Die Isoliereinheit (1) umfasst einen Grundkörper (2) der an seinem Aufnahmebereich an der Unterseite eine Vielzahl von Öffnungen (3) aufweist. Die Öffnungen (3) sind in mehreren der Anzahl der Lagen der Wicklung der elektrischen Maschine entsprechenden konzentrischen Ringen nebeneinander angeordnet, um jeweils ein in 1 nicht dargestelltes Hair-Pin-Ende (5) aufzunehmen. Die gezeigte Ausführung ist in Form eines Kreisrings ausgeführt, der sich um 360° erstreckt. Alternativ sind auch Ausführungen als vollflächige Scheibe möglich, beispielsweise für Rotorwicklungen oder falls eine gleichzeitige Abdeckung des Innenbereichs vorgesehen sein soll. Ebenso sind entsprechend Kreis- oder Ringsegmente, die sich nur über einen Teil des Umfangs erstrecken, möglich, wobei in diesen Fällen gegebenenfalls Teile der Hair-Pin-Enden nicht isoliert werden oder mehrere über den Umfang verteilte Isoliereinheiten verwendet werden. Geteilte Ausführungen können insbesondere für elektrische Maschinen mit großen Durchmessern vorteilhaft sein.
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In 2 ist ein oberer Bereich eines Stators mit Wicklungskopf (4) gezeigt. Der Wicklungskopf ist hierbei der einer Hair-Pin-Wicklung, bei der eine Vielzahl von Formstäben mit ihren Kontaktstellen entsprechend paarweise angeordnet und elektrisch leitend miteinander verbunden werden, wodurch sich die Hair-Pin-Enden (5) ausbilden. Durch die Verbindungen an den Hair-Pin-Enden (5) entstehen aus den Formstäben die Spulen der Hair-Pin-Wicklung, welche jeweils an den Spulenenden einzelnen Anschluss-Pins (6) aufweisen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Isoliereinheit (1) nur über den Umfangsbereich der Hair-Pin-Wicklung in dem sich die Anschluss-Pins (6) befinden. Abhängig von der konstruktiven Auslegung der elektrischen Maschine kann eine Isolierung der Hair-Pin-Enden (5) in diesem Bereich ausreichend sein, da im weiteren Umfangsverlauf diese ausreichend voneinander beabstandet sein können. Alternativ könnte der weitere Umfang zum Beispiel mit einer weiteren Isoliereinheit, wie zu 1 erläutert, isoliert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Verschaltung (7) zur Verbindung der Anschluss-Pins (6) mit einer nicht dargestellten Leistungselektronik zur Steuerung der elektrischen Maschine in die Isoliereinheit (1) integriert.
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3 zeigt eine Isoliereinheit (1) gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel. Hierbei sind in der perspektivischen Darstellung im Grundkörper (2) die Aussparungen (8) für die Anschluss-Pins (6) an der Oberseite erkennbar. Durch diese Aussparungen (8) treten die Anschluss-Pins (6) durch den Grundkörper (2) durch und können mit den Verschaltungskontakten (9) elektrisch leitend verbunden werden. Die Verschaltungskontakte (9) verbinden die Anschluss-Pins (6) mit der jeweils entsprechenden Verschaltung (7), wobei diese Verbindung vorzugsweise innerhalb des Grundkörpers (2) verläuft, um eine entsprechende Isolierung zu gewährleisten.
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Die Integration der Verschaltung (7) in die Isoliereinheit (1) bietet den weiteren Vorteil, dass die Teilezahl bei der Montage verringert wird. Als Herstellungsverfahren bietet sich das Umspritzen beziehungsweise Umgießen der Verschaltung (7) mit einem Kunststoff an.
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Die in 4 dargestellte Schnittdarstellung zeigt einen Teilbereich eines Stators mit Wicklungskopf (4), wobei der Grundkörper (2) einer Isoliereinheit (1) auf die Hair-Pin-Enden (5) montiert ist. Hierbei sind die Hair-Pin-Enden (5) in die Öffnungen (3) eingeführt. Die Öffnungen (3) umfassen jeweils einen Bereich einer Verjüngung (10) in dem sich die lichte Weite der Öffnung (3) von der Unterseite in Tiefenrichtung der Öffnung (3) verringert. Der Verjüngung (10) schließt sich ein Bereich mit geringerer lichten Weite (11) an, der eine gegenüber dem Durchmesser der Hair-Pin-Enden (5) kleinere lichte Weite aufweist. Aufgrund der geringeren lichten Weite findet im Bereich der geringeren lichten Weite (11) der Öffnung (3) aufgrund der eingepressten Hair-Pin-Enden (5) eine Verformung statt, welche eine Klemmkraft erzeugt, die den Grundkörper (2) auf den Hair-Pin-Enden (5) fixiert. Die Verformung kann elastisch und/oder plastisch sein. Abhängig von der konstruktiven Ausgestaltung kann auch eine formschlüssige Verbindung in Art einer Hinterschneidung oder Verrastung entstehen beziehungsweise vorgesehen werden. Die Verjüngung (10) kann, wie dargestellt kontinuierlich verlaufen oder sich auch sprunghaft ändern sowie Kombinationen hiervon. Weiter kann sich in Tiefenrichtung nach dem Bereich der geringeren lichten Weite (11) ein weiterer Bereich mit vergrößerter lichten Weite befinden.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Teilbereich eines Stators mit Wicklungskopf (4), wobei der Grundkörper (2') einer Isoliereinheit (1) auf die Hair-Pin-Enden (5) montiert ist und eine Verschaltung (7) vorgesehen ist. In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Grundkörper (2') aus einem elastischen Werkstoff, wie einem Elastomer, Kautschuk und dergleichen oder auch einem geschäumten Kunststoff. Der Grundkörper (2') ist teilweise transparent dargestellt, um die eingebetteten Hair-Pin-Enden (5) zu zeigen. Der Grundkörper (2') weist nicht dargestellte Öffnungen (3) auf, die eine gegenüber den Hair-Pin-Enden (5) geringere lichte Weite aufweisen, insbesondere sind gegebenenfalls kleine Perforationen der Unterseite des Grundkörpers (2') an den entsprechenden Stellen ausreichend, um ein unkontrolliertes Reißen des elastischen Werkstoffs beim Einpressen der Hair-Pin-Enden (5) zu vermeiden. Die Wirkungsweise ist analog zu der zu 4 beschriebenen Wirkung des Bereichs mit geringerer lichten Weite (11), wobei diese Wirkung über die komplette Länge der in den Grundkörper (2') eingepressten Hair-Pin-Enden (5) vorliegt. Aufgrund des elastischen Werkstoff kann gegebenenfalls auf eine Verjüngung (10) analog zu 4 verzichtet werden, wobei eine derartige Verjüngung (10) zumindest in der Oberfläche der Unterseite zur Positionierung vorteilhaft sein kann. Insbesondere bei derartigen Ausführungsformen weisen bevorzugte Ausführungsformen an der Oberseite des Grundkörpers (2') eine gegenüber dem Werkstoff des Aufnahmebereichs für die Hair-Pin-Enden (5) härtere Platte auf, um zu verhindern, dass die Hair-Pin-Enden (5) vollständig durch den Grundkörper (2') durchgedrückt werden. Eine entsprechende härtere Platte kann auch bei allen anderen beschriebenen Ausführungsformen diesen sowie weitere Vorteile aufweisen, wie eine erhöhte Stabilität hinsichtlich der Form und einer besseren Verteilung der Montagekräfte.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in 6 dargestellt. Auch hier ist ein Teilbereich eines Stators mit Wicklungskopf (4) gezeigt, auf dem ein Grundkörper (2") aufgebracht ist. Die Anschluss-Pins (6) werden durch Aussparungen (8") durch den Grundkörper (2") geführt, um mit einer Verschaltung (7) verbunden zu werden. Die Verschaltung (7) kann dabei, wie auch bei den anderen gezeigten Ausführungsbeispielen einteilig oder mehrteilig mit dem Grundkörper (2") ausgebildet sein oder auch als separates Bauteil vorgesehen werden.
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7 zeigt eine Schnittdarstellung eines Teilbereichs des Ausführungsbeispiels gemäß 6. Der Schnitt verläuft in dieser Darstellung in radialer Richtung. Der Teilbereich des Stators mit Wicklungskopf (4) ist wie bei den anderen Ausführungsbeispielen dargestellt, wobei eine Hair-Pin-Wicklung mit drei Lagen vorgesehen ist. Somit ergeben sich drei konzentrische Lagen von Hair-Pin-Enden (5). Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Grundkörper (2") nur konzentrischen Trennwände (12) auf, welche zwischen und benachbart zu den konzentrischen Lagen der Hair-Pin-Enden (5) positioniert werden. Der Grundkörper (2") ist aus einem vorgestreckten Thermoplast hergestellt, welches sich durch Wärmezufuhr wieder zusammenzieht, womit eine Befestigung des Grundköpers (2") auf den Hair-Pin-Enden (5) erfolgt. Der Grundköper (2") ist aus einer entsprechend geformten Folie hergestellt, wobei durch die in axialer Richtung der elektrischen Maschine vorstehenden Trennwände (12) ringförmige Öffnungen (3) für die Aufnahme der Hair-Pin-Enden (5) gebildet sind. Ausführungen mit konzentrischen Trennwänden (12) sind bevorzugt, da bei Hair-Pin-Wicklungen in der Regel hier die für die Isolierung kritische, das heißt geringste, Abstand zwischen den Hair-Pin-Enden (5) vorliegt. Alternativ oder zusätzlich sind allerdings auch Ausführungen mit Trennwänden (12) in radialer Richtung oder Kombinationen hiervon möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Isoliereinheit
- 2, 2', 2"
- Grundkörper
- 3
- Öffnungen
- 4
- Stator mit Wicklungskopf
- 5
- Hair-Pin-Ende
- 6
- Anschluss-Pin
- 7
- Verschaltung
- 8, 8"
- Aussparung
- 9
- Verschaltungskontakt
- 10
- Verjüngung
- 11
- Bereich geringerer lichter Weite
- 12
- Trennwand