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Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Strömungsmaschine. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, insbesondere eine Strömungsmaschine, mit einem entsprechenden Stator. Die elektrische Maschine, insbesondere Strömungsmaschine, kann beispielsweise in einem Brennstoffzellensystem als Luftverdichter eingesetzt werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stators sowie eine Verwendung eines Isolationspapiers in einem Stator.
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Stand der Technik
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Brennstoffzellensysteme benötigen Sauerstoff, der in einer Brennstoffzelle des Systems mit einem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, zu Wasser bzw. Wasserdampf reagiert. Auf diese Weise wird durch elektrochemische Wandlung eine elektrische Leistung erzeugt, die als Antriebsenergie, beispielsweise zum Antrieb eines Fahrzeugs, genutzt werden kann. Als Sauerstoffquelle dient üblicherweise Umgebungsluft, die der Brennstoffzelle mittels eines Luftverdichtungssystems zugeführt wird. Denn der Prozess in den Brennstoffzellen erfordert einen bestimmten Luftmassenstrom und ein bestimmtes Druckniveau. In diesen Luftverdichtungssystemen gelangen hochdrehende Strömungsmaschinen zum Einsatz, die mit Hilfe eines Elektromotors angetrieben werden, der einen Stator umfasst.
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Aus der
DE 10 2018 219 846 A1 geht beispielhaft ein Elektromotor mit einem Stator hervor, der einen Statorkern und um diesen gelegte, Spulen ausbildende Leiterelemente umfasst. Um zu verhindern, dass es zu einem Kurzschluss zwischen dem Statorkern und den Leiterelementen kommt, sind Isoliermittel vorgesehen, die zwischen dem Statorkern und den Leiterelementen angeordnet werden. Als Isoliermittel dienen gefaltete Papierelemente. Diese können eine Harzbeschichtung aufweisen, um die Wärmeabfuhr des Elektromotors zu verbessern. Gleichzeitig wird das Isoliermittel über die Harzbeschichtung in Position gehalten.
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Isoliermittel der vorstehend genannten Art weisen den Nachteil auf, dass durch lokal hohe Feldstärken im Bereich des Statorkerns Teilentladungen entstehen können. Dies gilt es zu verhindern. Mit dieser Aufgabe ist die vorliegende Erfindung befasst.
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Zur Lösung der Aufgabe werden der Stator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Zudem werden eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator sowie eine Verwendung für ein Isolationspapier angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Der für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Strömungsmaschine, vorgeschlagene Stator umfasst einen Statorkern mit mehreren spaltförmigen Aufnahmen für Windungen von Statorspulen, wobei in den Aufnahmen Isoliermittel in Form beschichteter Isolationspapiere angeordnet sind. Erfindungsgemäß weisen die Isolationspapiere jeweils ein- oder beidseitig eine Beschichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material auf.
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Die Beschichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material bewirkt, dass die Feldstärke der beschichteten Oberfläche auf dem gleichen Potential wie der Statorkern liegt, so dass es nicht zu einer unerwünschten Entladung kommt. Die Beschichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material kann hierzu ein- oder beidseitig auf den Isolationspapieren aufgebracht sein.
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Sofern die Beschichtung lediglich einseitig aufgebracht ist, weisen die Isolationspapiere bevorzugt zumindest auf der dem Statorkern zugewandten Seite eine Beschichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material auf. Das heißt, dass zumindest jeweils die Seite beschichtet ist, die in Kontakt mit dem Statorkern gelangt. Dadurch ist sichergestellt, dass es im Kontaktbereich nicht zu einer unerwünschten Entladung kommt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material eine Folie, die aufgerollt und/oder aufgeklebt ist. Die Verwendung einer Folie erleichtert die Herstellung der Beschichtung, insbesondere einer Beschichtung mit einer gleichmäßigen Dicke. Zudem können mit Hilfe der Folie in einfacher Weise Oberflächenbereiche ausgespart werden, so dass diese unbeschichtet bleiben. Beispielsweise kann in Oberflächenbereichen, die nicht in Kontakt mit dem Statorkern gelangen, auf eine Beschichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material verzichtet werden. Hierbei kann es sich insbesondere um solche Oberflächenbereiche handeln, die in axialer Richtung den Statorkern überragen.
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Bevorzugt kleiden die Isolationspapiere die Aufnahmen des Statorkerns vollständig aus. Durch die Isolationspapiere ist somit sichergestellt, dass keine Windung einer Statorspule in Kontakt mit dem Statorkern gelangt. Die Isolationspapiere liegen dabei bevorzugt vollflächig an den die Aufnahmen begrenzenden Oberflächen des Statorkerns an, so dass sie jeweils über ihre Beschichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material in Kontakt mit dem Statorkern stehen.
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Ferner bevorzugt sind die Aufnahmen des Statorkerns im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet. Ferner bevorzugt sind alle Aufnahmen gleich ausgebildet. Demzufolge können auch die hierin eingesetzten Isolationspapiere alle gleich ausgebildet sein. Dies vereinfacht die Herstellung der Isolationspapiere.
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Des Weiteren bevorzugt weisen die Aufnahmen an einem inneren Umfang des Statorkerns jeweils eine Öffnung auf. Innerhalb der Aufnahmen wird die Öffnung bevorzugt von dem jeweiligen Isolationspapier oder einem weiteren Isolationspapier abgedeckt, so dass die Aufnahmen jeweils umlaufend mit Isolationspapier ausgekleidet sind. Mehrere Papiere können dabei auch überlappend angeordnet sein.
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Die darüber hinaus vorgeschlagene elektrische Maschine, insbesondere Strömungsmaschine, zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen erfindungsgemäßen Stator sowie einen mit dem Stator zusammenwirkenden Rotor aufweist. Die Vorteile der Erfindung kommen auch hier zum Tragen. Sofern es sich bei der elektrischen Machine um eine Strömungsmaschine handelt, kann diese insbesondere in einem Brennstoffzellensystem als Luftverdichter zur Anwendung gelangen.
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Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Strömungsmaschine, vorgeschlagen. Bei dem Verfahren werden in spaltförmige Aufnahmen eines Statorkerns Isoliermittel eingesetzt, wobei als Isoliermittel Isolationspapiere verwendet werden, die zuvor ein- oder beidseitig mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet werden. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens kann demnach insbesondere ein erfindungsgemäßer Stator hergestellt werden.
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Vorteilhafterweise wird zum Beschichten eine Folie aus einem elektrisch leitfähigen Material verwendet, die auf das Isolationspapier aufgerollt und/oder aufgeklebt wird. Die Verwendung einer Folie vereinfacht das Beschichten der Isolationspapiere, so dass die Herstellungskosten geringgehalten werden. Ferner stellt die Verwendung einer Folie die Ausbildung einer gleichmäßigen Beschichtung bzw. einer gleichmäßigen Beschichtungsdicke sicher. Durch Aufrollen und/oder Aufkleben kann ein vollflächiger Kontakt der Beschichtung mit dem Isolationspapier hergestellt werden, so dass eine gute Haftung gewährleistet ist.
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Darüber hinaus wird die Verwendung eines ein- oder beidseitig mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichteten Isolationspapiers als Isoliermittel zwischen einer Spulenwindung und einem Statorkern eines Stators vorgeschlagen. Die Verwendung des mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichteten Isolationspapiers als Isolationsmittel verhindert den Aufbau von großen lokalen Feldstärken, so dass es nicht zu einer unerwünschten Entladung kommt. Dies gilt insbesondere bei inhomogener Anlage des Isolationspapiers am Statorkern.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf einen Statorkern eines erfindungsgemäßen Stators und
- 2 einen schematischen Querschnitt durch ein Isolationspapier des Statorkerns der 1.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der 1 ist beispielhaft eine Draufsicht auf einen Statorkern 2 eines erfindungsgemäßen Stators 1 zu entnehmen. Der Statorkern 2 weist eine Vielzahl an spaltförmigen Aufnahmen 3 auf, die um eine Längsachse 10 herum in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Die Aufnahmen 3 dienen der Aufnahme von Spulenwindungen (nicht dargestellt) zur Ausbildung der Statorspulen (nicht dargestellt). Um die Spulenwindungen vom Statorkern 2 des Stators 1 elektrisch zu isolieren, sind in den Aufnahmen 3 Isolationspapiere 4 als Isoliermittel eingesetzt. Diese kleiden die Aufnahmen 3 vollständig aus und erstrecken sich zudem über Öffnungen 8 der Aufnahmen 3 hinweg, die an einem inneren Umfang 7 des Statorkerns 2 ausgebildet sind.
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Die in den Aufnahmen 3 eingesetzten Isolationspapiere 4 sind zumindest einseitig mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet. Das heißt, dass zumindest einseitig eine Beschichtung 5 aus einem elektrisch leitfähigen Material aufgebracht ist. Wie beispielhaft in der 2 dargestellt, ist die Beschichtung 5 auf einer Seite 6 angeordnet, die nach außen weist bzw. dem Statorkern 2 zugewandt ist, wenn das Isolationspapier 4 in die Aufnahme 3 eingesetzt wird. Bei der Beschichtung 5 kann es sich insbesondere um eine aufgerollte und/oder aufgeklebte Folie handeln. Die andere, nach innen gewandte Seite 9 kann unbeschichtet bleiben, da diese nicht in Kontakt mit dem Statorkern 2 gelangt. Denn Aufgabe der Beschichtung 5 ist es, die in Kontakt mit dem Statorkern 2 stehende Oberfläche des Isolationspapiers 4 auf das gleiche Potential zu bringen, um auf diese Weise eine unerwünschte elektrische Entladung zu vermeiden.
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Wie beispielshaft in der 2 dargestellt, kann das Isolationspapier 4 derart gerollt und/oder gefaltet werden, so dass ein sich in Längsrichtung erstreckender Stoßbereich gebildet wird. Dabei wird vorzugsweise die Breite des Isolationspapiers 4 geringfügig größer als der Umfang der Aufnahme 3 gewählt, so dass nach dem Einsetzen in die Aufnahme 3 die Längskanten des Isolationspapiers 4 einander überlappen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018219846 A1 [0003]
