DE102005030872A1

DE102005030872A1 - Isoliermaskenanordnung, Anker und elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102005030872A1
Application number: DE102005030872A
Authority: DE
Inventors: Achim Neubauer; Werner Herm; Pascal Chaumet; Dirk Altmeyer; Helmut Huber; Axel Diederichs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2007-01-11
Also published as: CN101213721A; US20080203845A1; KR20080035558A; EP1902506A1; WO2007003453A1; BRPI0612882A2

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Isoliermaskenanordnung zur elektrischen Isolierung einer elektrischen Wicklung gegenüber einem Eisenpaket (13) einer elektrischen Maschine (20), wobei wenigstens ein Maskenelement (11, 12) auf dem Eisenpaket (13) angeordnet ist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass das Eisenpaket (13) in seiner axialen Erstreckung (15) in seinen wicklungsführenden Nuten (24) durchgehend von einem oder mehreren Maskenelementen (11, 12) abgedeckt ist. Es wird ferner ein Anker sowie eine elektrische Maschine vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Isoliermaskenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einem Anker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13 und einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
Anker von elektrischen Maschinen, insbesondere Elektrokleinmotoren, die in Flüssigkeiten betrieben werden, erzeugen durch ihre Drehung hydraulische Verluste, die überproportional zur Drehzahl ansteigen. Normale Anker mit Eisenpaket, Welle, Nutisolation, Kommutator und Wicklung erzeugen hohe hydraulische Verluste, da vor allem die Nutöffnungen wie Schaufeln wirken und starke Verwirbelungen erzeugen. Die übliche Lösung zur Verminderung der hydraulischen Verluste besteht darin, den Anker außenumfänglich vollständig zu umspritzen. Die dann zylindrische Mantelfläche erzeugt deutlich kleinere Verwirbelungen und damit weniger hydraulische Verluste bei der Drehung des Ankers.
Die Isolation zwischen der Wicklung, insbesondere der üblichen Lackisolation ihrer Kupferdrähte, und dem Eisenpaket mit Welle er schwert jedoch häufig eine fertigungstechnisch sichere Umspritzung sowie die sichere Funktion des Ankers. Eine übliche Nutisolation mit gesintertem polymerem Pulver hat zwar den Vorteil, sehr stabil gegen Temperatureinflüsse und mechanische Belastungen zu sein und ermöglicht eine nachträgliche Vollumspritzung des Ankers, um einen verwirbelungsarmen Außenumfang zu schaffen. Nachteilig sind jedoch hohe Kosten für solche Fertigungsanlagen vor allem bei der Fertigung von kleinen Stückzahlen elektrischer Maschinen, Schwierigkeiten und hoher Aufwand in der Großserienproduktion zur Erreichung einer geometrisch präzisen Isolierung, eine mögliche Verschmutzung von Lagerstellen, Pumpenteil-Aufnahmeflächen oder Außenflächen zur Abdichtung bei der Vollumspritzung durch das polymerisierte Pulver sowie daraus resultierende Zusatz- und Nacharbeitskosten.
Bekannt ist auch eine Nutisolation mit Isoliermasken, die auf die Ankerwelle geschoben werden und die Innengeometrie der Lamellen des Eisenpakets in den Nuten und die Ankerwelle im Bereich der Wickelköpfe abdeckt. Die Isoliermasken sind üblicherweise sternförmig ausgebildet. Bei der Verwendung von Isoliermasken ist eine Vollumspritzung wegen der Gefahr eines Windungsschlusses, d.h. von elektrischen Kurzschlüssen zwischen dem Wickeldraht der Wicklungen und dem Eisenpaket bzw. der Welle, jedoch nicht praktikabel. Wegen der notwendigen Spritzdrücke wird die Lackisolation der Wickeldrähte beim Umspritzen leicht beschädigt und kann in Kontakt mit dem Eisenpaket geraten. Vor allem ist die Vollumspritzung eines Ankers mit Isoliermasken in Großserien mit den notwendigen kleinen Taktzeiten und damit einher gehenden hohen Spritzdrücken nicht prozesssicher darstellbar oder nicht rentabel wegen der hohen Fehlerkosten.

Vorteile der Erfindung

Es wird eine Isoliermaskenanordnung zur elektrischen Isolierung einer elektrischen Wicklung gegenüber einem Eisenpaket und/oder einer Welle einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, bei der das Eisenpaket in seiner axialen Erstreckung in seinen wicklungsführenden Nuten durchgehend von einem oder mehreren Maskenelementen abgedeckt ist. Ein übliches axiales Montagespiel, das aus üblichen notwendigen Längentoleranzen des Eisenpakets folgt, ist dabei konstruktiv berücksichtigt. Dadurch, dass die Abdeckung durchgehend auf der ganzen axialen Erstreckung erfolgt, gibt es keine Bereiche, in denen Wickeldrähte der Wicklungen direkt auf dem Eisenpaket oder der Welle aufliegen, sondern ausschließlich auf den elektrisch isolierenden Maskenelementen. Daher kann selbst bei den üblichen hohen Spritzdrücken bei der Vollumspritzung des Ankers kein Windungsschluss entstehen.

Die Sicherstellung der Kurzschlussfreiheit zwischen Eisenpaket und/oder Welle und dem als Kupferlackdraht ausgebildeten Wickeldraht erfordert nur einfache Prozesse – es muss nur die Isoliermaskenanordnung angebracht werden – und geringe Investitionskosten. Eine nachträgliche Anker-Vollumspritzung ist in Großserien auch bei geringen Taktzeiten und hohen Spritzdrücken prozesssicher möglich.

In einer ersten günstigen Ausgestaltung überlappen ein erstes Maskenelement und ein zweites Maskenelement, die jeweils von einer ersten und zweiten Stirnseite der elektrischen Maschine in das Eisenpaket eingeschoben sind, innerhalb der axialen Erstreckung des Eisenpakets an ihrem den Stirnseiten abgewandten freien Enden in einem Überlappungsbereich. Dadurch wird sichergestellt, dass kein Spalt am Stoß entsteht, in den Wickeldrähte beim Spritzen der Vollumspritzung gegen das Eisenpaket im Spalt gepresst und eine elektrische Isolierung der Wickeldrähte beschädigt wird. Es können auch mehr als zwei Maskenelemente eingesetzt werden, die miteinander überlappend angeordnet sind.

Bevorzugt kann der Überlappungsbereich mittig in der axialen Erstreckung angeordnet sein. Dies ist besonders für große Ankerlängen bzw. Eisenpaketlängen günstig.

Alternativ kann der Überlappungsbereich außermittig in der axialen Erstreckung und in einer von einer Anspritzseite zum Anspritzen eines Spritzmaterials zum außerumfänglichen Vollumspritzen des Eisenpakets abgewandten Richtung angeordnet sein.

In einer günstigen Ausgestaltung kann eines der Maskenelemente an seinem freien Ende einen Absatz aufweisen, der vom freien Ende des anderen Maskenelements hintergreifbar ist.

In einer günstigen Ausgestaltung können die Maskenelemente identisch ausgebildet sein, wobei ihre freien Enden wechselseitig schräg Richtung Innendurchmesser und/oder Außendurchmesser auslaufen. Dadurch können die Maskenelemente preiswerter hergestellt werden und verwechslungssicher eingesetzt werden.

In einer weiteren günstigen Ausgestaltung können die Maskenelemente an ihren freien Enden statt mit einem Rampenprofil in Achsrichtung durch ein Kronenprofil mit Schrägen zur Überlappung senkrecht zur Achsrichtung ausgebildet sein.

Vorteilhaft können die Maskenelemente miteinander verrastbar sein. Dadurch kann ein Auseinanderrutschen der Maskenelemente in Richtung Ankerachse beim Spritzen vermieden werden.

In einer alternativen günstigen Ausgestaltung durchgreift das Maskenelement die axiale Erstreckung des Eisenpakets und greift im Bereich einer der Stirnseiten in ein dort stirnseitig angeordnetes elektrisch isolierendes Abschlusselement ein. Diese Ausgestaltung ist besonders bei relativ kurzer axialer Erstreckung des Eisenpakets günstig sowie bei Isolieranordnungen, bei denen Maskenelementen mit ausreichend dicker Wandstärke eingesetzt werden können.

In einer günstigen Ausgestaltung kann das elektrisch isolierende Abschlusselement als Isolierstern ausgebildet sein.

Das elektrisch isolierende Abschlusselement kann auch durch einen gesinterten polymeren Pulverbelag und/oder Isolierpapier gebildet sein.

In einer günstigen Ausgestaltung kann das wenigstens eine Maskenelement als sternförmiger Isolierstern ausgebildet sein.

Vorteilhaft kann zum Vermeiden eines Auseinaderrutschens in Richtung Ankerachse das wenigstens eine Maskenelement in einer Presspassung auf dem Eisenpaket angeordnet sein.

Es werden auch eine elektrische Maschine sowie ein Anker mit einer Isoliermaskenanordnung vorgeschlagen, bei der wicklungsführende Nuten in ihrer axialen Erstreckung vollständig von einem oder mehre ren Maskenelementen abgedeckt sind. Bevorzugt ist die elektrische Maschine eine Kraftstoffpumpe. Für diesen Fall ist es zweckmäßig, den Werkstoff für die Maskenelemente kraftstoffbeständig zu wählen. Ebenso ist es günstig, die Wanddicke der Maskenelemente so dünn wie möglich zu wählen, so dass sie für die Großserie prozesstechnisch realisierbar ist und noch möglichst hohe Kupferfüllfaktoren beim Wickeln ermöglicht, um einen hohen Wirkungsgrad der elektrischen Maschine zu ermöglichen. Vorteilhaft können für die Vollumspritzung Heißkanal- oder Kaltkanalspritzverfahren eingesetzt werden, wobei ein direktes Anspritzen oder auch ein Anspritzen mit Abfall bzw. Spritzkanal möglich ist. Es kann prozesssicher ein vollumspritzter Anker mit einem verwirbelungsarmen Außenumfang gefertigt werden.

Die Erfindung verhindert günstigerweise auch beim Auftreten sehr hoher Spritzdrücke bei der Vollumspritzung und ungünstigen Toleranzlagen der Maskenelemente, Isoliersterne sowie des Eisenpakets den Kontakt zwischen Wickeldrähten und Eisenpaket bzw. Welle. Mehrkosten gegenüber gewöhnlichen Isoliermasken für die Großserienproduktion sind allenfalls sehr gering. Weiterhin lassen sich derartige Maskenelemente problemlos abfalllos und/oder im Direktanspritzverfahren umspritzen, da der Spritzdruck beim Spritzen nicht reduziert werden muss, um eine Beschädigung der Lackisolation der Wickeldrähte zu vermeiden.

Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Im Folgenden zeigen:
1 einen Schnitt durch eine bevorzugte elektrische Maschine mit einer bevorzugten Isoliermaskenanordnung;
2 ein Detail eines Überlappungsbereichs zweier Maskenelemente einer bevorzugten Isoliermaskenanordnung aus 1; und
3 einen Schnitt durch das Eisenpaket aus 1.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt einen Schnitt durch eine bevorzugte Isoliermaskenanordnung 10 zur elektrischen Isolierung von Wickeldrähten einer elektrischen Wicklung gegenüber einem Eisenpaket 13 eines Ankers 25 einer elektrischen Maschine 20 mit einer Welle 22. In Nuten des aus Blechlamellen gebildeten Eisenpakets 13 sind Maskenelemente 11, 12 eingelegt, welche mit ihren freien Enden 15, 16 in einem Überlappungsbereich 14 überlappen. 2 zeigt im Schnitt den Überlappungsbereich 14 der freien Enden 15, 16 der Maskenelemente 11, 12 im Detail. Der Überlappungsbereich 14 ist mittig in einer axialen Erstreckung 21 des Eisenpakets 13 angeordnet und weist ein Rampenprofil in Achsrichtung 23 auf.
Die Maskenelemente 11, 12 decken das Eisenpaket 13 in seiner axialen Erstreckung 21 in seinen wicklungsführenden Nuten durchgehend ab. Dabei ist das erste Maskenelement 11 von einer ersten Stirnseite 18 und das zweite Maskenelement 12 von einer zweiten Stirnseite 19 des Eisenpakets 13 in dieses eingeschoben. Das zweite Maskenelement 12 weist auf der ganzen Nutinnengeometrie an seinem freien Ende 16 einen Absatz 17 so auf, dass das erste Maskenelement 11 immer unter dem zweiten Maskenelement 12 liegt und somit abgedeckt wird. Das zweite Maskenelement 12 ist auf derjenigen Ankerseite montiert, welche eine Anspritzseite 26 mit Anspritzpunkten bildet (3), in die in einem Anker-Vollumspritzungswerkzeug Kunststoff eingespritzt wird. Der Kunststoff fließt dann zunächst auf dem zweiten Maskenelement 12 und dann erst auf das erste Maskenelement 11. Da ein Montagespielbereich im Überlappungsbereich 14 liegt, dringt dort kaum Kunststoff ein, und es können keine größeren Kunststoffmengen zwischen der Nutinnengeometrie und dem ersten Maskenelement 11 fließen. Das erste Maskenelement 11 bleibt unbeschädigt, und übliche Kupferlackdrähte einer Wicklung des Ankers 25 werden durch die Spritzkräfte stets auf eine elektrisch isolierende Fläche der Maskenelemente 11, 12 gedrückt und nicht auf das bloße Eisenpaket 13.
In 3 ist zu erkennen, dass ein erstes Maskenelement 11 und ein zweites Maskenelement 12, die jeweils von einer ersten und zweiten Stirnseite 18, 19 der elektrischen Maschine 20 in das Eisenpaket 13 eingeschoben sind, innerhalb der axialen Erstreckung 21 des Eisenpakets 13 an ihrem den Stirnseiten 18, 19 abgewandten freien En den 15, 16 in einem Überlappungsbereich 14 überlappen. Die Anspritzseite 26 liegt links vorne in der Figur.

Claims

Isoliermaskenanordnung zur elektrischen Isolierung einer elektrischen Wicklung gegenüber einem Eisenpaket (13) einer elektrischen Maschine (20), wobei wenigstens ein Maskenelement (11, 12) auf das Eisenpaket (13) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisenpaket (13) in seiner axialen Erstreckung (15) in seinen wicklungsführenden Nuten (24) durchgehend von einem oder mehreren Maskenelementen (11, 12) abgedeckt ist.
Isoliermaskenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Maskenelement (11) und ein zweites Maskenelement (12), die jeweils von einer ersten und zweiten Stirnseite (18, 19) der elektrischen Maschine (20) in das Eisenpaket (13) eingeschoben sind, innerhalb der axialen Erstreckung (21) des Eisenpakets (13) an ihrem den Stirnseiten (18, 19) abgewandten freien Enden (15, 16) in einem Überlappungsbereich (14) überlappen.
Isoliermaskenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlappungsbereich (14) mittig in der axialen Erstreckung (21) angeordnet ist.
Isoliermaskenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlappungsbereich (14) außermittig in der axialen Erstreckung (21) und in einer von einer Anspritzsei te (26) zum Anspritzen eines Spritzmaterials zum außerumfänglichen Vollumspritzen des Eisenpakets (13) abgewandten Richtung angeordnet ist.
Isoliermaskenanordnung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Maskenelemente (12) an seinem freien Ende (16) einen Absatz (17) aufweist, der vom freien Ende (15) des anderen Maskenelements (11) hintergreifbar ist.
Isoliermaskenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskenelemente (11, 12) identisch ausgebildet sind, wobei ihre freien Enden (15, 16) wechselseitig schräg Richtung Innendurchmesser und/oder Außendurchmesser auslaufen.
Isoliermaskenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskenelemente (11, 12) miteinander verrastbar sind.
Isoliermaskenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskenelement (11, 12) die axiale Erstreckung des Eisenpakets (13) durchgreift und im Bereich einer der Stirnseiten (18, 19) in ein elektrisch isolierendes Abschlusselement eingreift.
Isoliermaskenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Abschlusselement als Isolierstern ausgebildet ist.
Isoliermaskenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Abschlusselement durch einen gesinterten polymeren Pulverbelag und/oder durch Isolierpapier gebildet ist.
Isoliermaskenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Maskenelement (11, 12) als sternförmiger Isolierstern ausgebildet ist.
Isoliermaskenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Maskenelement (11, 12) in einer Presspassung auf dem Eisenpaket (13) angeordnet ist.
Anker einer elektrischen Maschine mit einer Isoliermaskenanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wicklungsführende Nuten (24) in ihrer axialen Erstreckung (21) vollständig von einem oder mehreren Maskenelementen (11, 12) abgedeckt sind.
Elektrische Maschine mit einer Isoliermaskenanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass wicklungsführende Nuten (24) in ihrer axialen Erstreckung (21) vollständig von einem oder mehreren Maskenelementen (11, 12) abgedeckt sind.