WO2016180588A1 - Stator für eine elektrische maschine mit einer gekapselten verschaltungseinrichtung und elektrische maschine mit einem solchen stator - Google Patents

Stator für eine elektrische maschine mit einer gekapselten verschaltungseinrichtung und elektrische maschine mit einem solchen stator Download PDF

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WO2016180588A1
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stator
winding
conductors
receiving space
connecting conductors
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PCT/EP2016/057993
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Alexander Schäflein
Jochen Wittmann
Roland Lindwurm
Sophie SCHEURING
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Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
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Definitions

  • the present invention relates to a stator for an electrical machine with an encapsulated interconnecting device according to the preamble of patent claim 1, as well as to an electrical machine with such a stator according to claim 9.
  • a stator for an electrical machine with an encapsulated interconnecting device is already known from German Utility Model DE 20 2010 014 425 U1.
  • This stator comprises a plurality of coils, the coil ends of which are interconnected by means of the interconnection device with three annular connecting conductors, which have three axially projecting from the stator lobe-shaped phase connection areas for connection to a power source.
  • the connecting conductors are inserted at an annular holding element or carrier element adjacent to the coils, wherein the coil ends are respectively inserted through inlet openings in this holding element and are contacted in the interior thereof with the connecting conductors.
  • a second, likewise annular element is placed to form a Vergusswanne.
  • stator The production of such a stator is comparatively cost-intensive, especially due to a high consumption of potting compound.
  • a stator of the type mentioned is, for example, with the
  • US 2006/0068617 A1 become known.
  • This comprises a stator laminated core which is of annular design around a central axis and has a stator winding which has a plurality of winding ends and has an interconnecting device with a plurality of connecting elements.
  • Conductive conductors which are mutually electrically insulated in a plastic body to form a metal-plastic composite component molded.
  • the connection conductors have a plurality of winding connection regions, which are formed so as to protrude radially from a main body of the connection conductors and are arranged outside the plastic body and to which the winding ends are electrically connected to the connection conductors.
  • the contact areas of the coil ends are exposed in the interior of the electrical machine and there are exposed to external influences such as dirt and moisture unprotected and corrosion.
  • the object of the invention is to provide a stator with an improved and cost-effective interconnection device, in which the winding connection regions can likewise be permanently protected against corrosion from external influences. Furthermore, an electric machine should be provided with such a stator.
  • stator of the type mentioned in which the plastic body or the plastic matrix of the connecting conductor-containing metal-plastic composite part forms a trough-shaped and ring-shaped receiving space in particular, which encloses the winding connection areas of the connecting conductor or surrounds them. That is, the connection conductors are surrounded by a plastic, wherein the winding connection areas of the connection conductors are recessed, so are exposed and the interconnection with the coil ends are accessible. If required, after the interconnection of the winding ends, this receiving space can be filled with a potting compound which then permanently covers the winding connection areas.
  • the annular and trough-shaped receiving space shown in this way can in principle have any desired cross-sectional shape, wherein a cross-sectionally rectangular trough can be produced in the production of a composite part produced as a plastic injection molded part in terms of process engineering without any further considerable outlay.
  • the receiving space of the produced tub body may have a radially inner and a radially outer wall portion, both of which extend circumferentially on the stator and further comprise a bottom portion located between these wall portions.
  • the connecting conductors can thus be embedded in the bottom region, wherein the winding connection regions protrude from the bottom region and are thus arranged in a receiving space, which is delimited by the bottom region and the aforementioned wall regions adjacent to the winding connection regions.
  • a trough height which defines approximately a potting level which can be achieved to a maximum with a potting compound, coincides with the axial direction or axial extent of the stator and the metal-plastic composite part.
  • potting compound a resin, for example an epoxy resin, a silicone, a polyurethane or a combination of the abovementioned or a plastic, whose respective processing is familiar to a person skilled in the field of electrical engineering, can generally be used.
  • the connecting conductors have an essentially annularly extending base body and are arranged on the stator coaxial to the central axis of the electric machine.
  • the connecting conductors can be designed as curved wires or preferably as annularly curved or punched band-shaped conductor elements, in particular with a polygonal cross-section, which can extend on the stator only over a peripheral region or over the entire or almost entire circumference and arranged staggered radially or axially on the stator are.
  • the winding connection regions are formed within the base body of a connection conductor by material deformation, in particular while maintaining a cross-sectional area required for the current-carrying capacity. Since in this case for the formation of the winding connection areas substantially no, in particular radially projecting from the base body areas are required, thus a high utilization of the base material is given.
  • the winding terminal regions In the case of a radially staggered arrangement of the connecting conductors, it is expedient for the winding terminal regions to protrude axially into the receiving space in relation to a radial plane formed jointly by the remaining regions of the connecting conductors.
  • the connecting conductors can also be staggered axially and have as extensions curved in the axial direction as winding connection regions.
  • the winding connection regions can be arranged substantially in a common radial plane, which results in advantages in an automated contacting of the winding ends with the winding connection regions.
  • the height, in particular an axial extent of the potting compound can thereby be kept low.
  • the receiving space can also be provided to form the receiving space segmented by separating webs in the circumferential direction and to form a plurality of chambers with winding connection areas. It can be arranged in a common chamber two or more winding connection areas. Likewise, one chamber can be provided per winding connection region.
  • the separating webs preferably connect a radially inner and a radially outer peripheral region of the receiving space, wherein a separating web height can extend over the entire or only over a part of the pan height. If, during operation of the electrical machine, operational or aging-related cracks, in particular cracks extending to the free surface, occur in the potting compound introduced, then so these can be effectively prevented from propagating in the circumferential direction by the existing partitions.
  • the dividers can be made arbitrarily wide in the circumferential direction and thereby fill the circumferential space between two adjacent winding terminal areas completely or almost completely, which again a considerable saving of potting compound can be achieved.
  • By introducing separating webs it is also possible to produce chambers which are located outside the winding connection regions and which are not filled with potting compound and thus formed without potting compound.
  • connection conductors can have a material connection with these connected phase connection conductors for connecting the stator to an electrical energy source, wherein the phase connection conductors are cast or encapsulated with an end region in the plastic body of the plastic-metal composite part.
  • the phase connection conductors can be completely or partially encapsulated there with the plastic.
  • a potting compound can be introduced into the contact region of the phase connection conductor at the connection conductors, as already explained above at the winding connection regions.
  • This section of the receiving space can also be designed to form at least one or more chambers with the previously explained dividers.
  • phase connection conductors can be materially connected to the connecting conductors, for example by soldering, welding, bonding or also by mutual plastic pressing.
  • these can also be arranged or fixed subsequently to the production of the metal-plastic composite part on the connection conductors, wherein, however, the composite part should be designed as dimensionally stable as possible against any process heat that may be generated.
  • the phase connection conductors can generally also have an insulation layer, in particular a plastic jacket. In this case, this plastic sheath may also be cast or encapsulated in the aforementioned in the plastic body of the plastic-metal composite part.
  • the insulation layer can also be designed as a tube, a woven fabric, a powder coating, paint or the like.
  • the proposed electric machine comprises a rotor and a stator, wherein the stator is designed according to at least one of the feature combinations listed in claims 1 to 8.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal-rotor electrical machine with an interconnection device arranged radially on the inside of the stator in an axial section;
  • Fig. 2 is a perspective fragmentary view of the circuit arrangement shown schematically in Fig. 1 with a metal-plastic composite part and with phase connection conductors.
  • FIG. 1 schematically shows an electric machine 10, more particularly a permanent magnet synchronous machine of internal rotor type, with a rotor 14 rotatable about a rotor shaft 12 with a rotation axis A and with a stator 1 6 surrounding it radially outside.
  • the rotor 14 comprises a cup-shaped rotor carrier 18 on the cylindrical outer peripheral surface of a laminated rotor core sheet 20 is arranged, which carries a plurality of circumferentially spaced-apart permanent magnets 22.
  • the stator 16 comprises an annular stator carrier 24, in the central recess of which an annular stator lamination stack 26 likewise formed from laminations is arranged.
  • the axis of rotation A thus forms at the same time the central axis A of the Stator.
  • the stator support 24 may, for example, constitute an outer or an intermediate housing of the electric machine 10.
  • the laminated stator core 26 is segmented and assembled from a plurality of stator segments that are received and held together by the stator support 24.
  • the laminated stator core 26 may also consist of a stack of annular lamellae in a conventional manner.
  • the laminated stator core 26 forms a voltage applied to the stator 24 annularly closed Statorjoch 30 with radially inwardly facing teeth 32, which are equipped to form the stator winding in a known manner with stator coils 36.
  • the winding ends or coil ends 36a, b of the stator coils 36 are interconnected by means of an interconnection device 38 shown only schematically in FIG. 1 and connected via a power electronics 39a and a control electronics 39b with an electrical energy source 39c, which for driving the electric machine 10 with the winding can apply a variable phase current and amplitude.
  • stator coils 36 are wound before the assembly of the stator 1 6 by means of two, consisting of a heat-resistant plastic insulating or bobbins 40, 42 of a copper wire around the teeth 32 and are secured against slipping.
  • the bobbins 40, 42 each include a front side on the laminated core 26 adjacent base portion 40a; 42a and two of them approximately at right angles and on the stator 1 6 axially projecting leg 40b, c; 42b, c, which limit the winding area in the radial direction.
  • the legs 40b are substantially gap-free at a below explained in more detail ring-shaped metal-plastic composite part 56 and support this so.
  • the metal-plastic composite part 56 is, as shown schematically in Fig.
  • the coils 36 are electrically associated with individual strands, for which purpose the coil ends 36a, b are interconnected by means of the interconnection device 38 via common connection conductors 52a-c in a predetermined manner to winding connection regions 520a-c.
  • the connecting conductors 52a-c are bent from a copper strip material having a substantially rectangular cross-section, are substantially annularly extending base body and are arranged on the stator 16 coaxial with the central axis A.
  • the winding connection regions 520a-c are formed on the base body within the peripheral extent of the connection conductors 52a-c and project axially relative to a radial plane formed by the connection conductors 52a-c, that is to say in particular of their base bodies. It can be seen in the figures that the connecting conductors 52a-c are radially staggered on the stator 1 6, wherein the axially protruding winding connection regions 520a-c are arranged substantially in a common radial plane.
  • the connecting conductors 52a-c are mutually electrically insulated in a plastic body 54 with the formation of the aforementioned metal-plastic composite part 56 cast.
  • the winding connection regions 520a-c are recessed from the plastic body 54 and arranged outside the plastic body 54 in this respect.
  • the metal-plastic composite part 56 is fixed radially inside the coils 36, more precisely on the radially inner legs 40b of the winding body 40.
  • the coil ends 36a, b thus come across a ra- Dial outer wall portion 56 b in a Verschaltungs Siemens or a receiving space 55 of the support member 56 a.
  • the receiving space 55 is trough-shaped on the plastic body 54 and open on one side for interconnection, wherein the winding terminal regions 520a-c are enclosed or enclosed in the receiving space 55 from several sides.
  • the receiving space 55 is bounded by a radially inner wall portion 56c, the radially outer wall portion 56b and by a bottom portion 56a extending therebetween, from which the coil terminal portions 520a-c project axially.
  • the receiving space 55 is segmented by separating webs 56e in the circumferential direction and has a plurality of chambers 55a, wherein a respective chamber 55a is provided per winding connecting region 520a-c.
  • the open area shows in the stator 1 6 facing away from the axial side and is thus freely accessible for the interconnection.
  • entrance recesses 56d To enter the coil ends 36a, b in the receiving space 55 of the metal-plastic composite member 56 are provided on one of the wall portions 56b, c presently in contrast to the schematic representation of Fig. 1 on the inner radial wall portion 56c, entrance recesses 56d. These are formed as trough-shaped or slot-like depressions and with respect to the stator 1 6 starting from the free axial side of the side wall 56b and arranged so that the guided into the insertion slots coil ends 36a, b radially and on a relatively short path through the radial wall portion 56c in the Recording space 55 of the circuit arrangement 38 can be inserted.
  • the recesses 56d are thus spatially assigned to one of the winding connection regions 520a-c on the circumference and can be made somewhat larger in the circumferential direction than corresponds to the mutual distance of two adjacent coil ends 36a, b of each of two directly adjacent coils 36 , As a result, in the position shown, the coil ends 36a, b can be securely inserted into the metal-plastic composite part 56 even with a small production-related positional deviation.
  • the Verschaltungsseinrich shown in FIG. In deviation from that of FIG. 1, the device 38 is basically designed to be arranged on radially outer limbs 40 c of the winding body 40.
  • the Verschaltungsseinnchtung 38 has, as shown schematically in Fig. 1 and in Fig. 2, continue to connect the stator 1 6 to the electrical power source 39c to the connecting conductors 52a-c cohesively connected phase connection conductors 60a-c, which sealed in the receiving space 55 are introduced.
  • the phase connection conductors 60a-c are likewise designed as band conductors with a substantially rectangular cross-section and are arranged together on a peripheral region on the metal-plastic composite part 56 and stand there radially from the metal-plastic composite part 56.
  • the phase connection conductors 60a-c are provided, except for their respective end regions, with a plastic insulation jacket 620a-c and are cast in the plastic body 54 with one end region 610a-c in each case.
  • the insulating jacket 620a-c is cast in, so that corrosion processes can not attack at this position.
  • the receiving space 55 or the individual chambers 55a are at least partially filled with a potting compound 66 for protection against external influences, in particular against corrosion phenomena and likewise to increase the stability of the interconnection means 38.
  • a potted chamber 55a is shown in FIG.
  • a casting compound 66 which is liquid at its processing temperature and which passes into the solid state during curing is used.
  • stator interconnection device instead of the radial staggering of the connecting conductors shown in the figures, these can also be arranged axially staggered to the stator, wherein the other elements, if they are required, are adapted accordingly. Likewise, instead of a radial positioning of the coil to the carrier element of Interconnection this also done in the axial direction. Also, the special design of the electrical machine with respect to the basic design of the stator interconnection device is irrelevant; For example, it may also be an external-type electric machine.

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Abstract

Es wird ein Stator (16) für eine elektrische Maschine (10) mit einer Statorwicklung (36) und mit einer Verschaltungseinrichtung (38) mit Verbindungsleitern (52a-c) beschrieben, welche mit Wicklungsenden (36a, b) elektrisch verschaltet sind. Zur Verschaltung der Wicklungsenden (36a, b) weist der Stator (16) eine Verschaltungseinrichtung (38) mit mehreren Verbindungsleitern (52a-c) auf, welche gegenseitig elektrisch isoliert in einem Kunststoffkörper (54) unter Ausbildung eines Metall-Kunststoff-Verbundteils (56) eingegossen sind und wobei die Verbindungsleiter (52a-c) Wicklungsanschlussbereiche (520a-c) aufweisen, welche außerhalb des Kunststoffkörpers (54) angeordnet sind. Es wird vorgeschlagen, den Kunststoffkörper (54) mit einem wannenförmigen Aufnahmeraum (55) auszubilden, welcher die Wicklungsanschlussbereiche (520a-c) einschließt und wobei der Aufnahmeraum (55) nach der Verschaltung der Wicklungsenden (36a, b) mit einer Vergussmasse (66) ausgefüllt werden kann, welche die Wicklungsanschlussbereiche (520a-c) abdeckt.

Description

Stator für eine elektrische Maschine mit einer gekapselten Verschaltunqseinrichtunq und elektrische Maschine mit einem solchen Stator
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stator für eine elektrische Maschine mit einer gekapselten Verschaltungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , sowie auf eine elektrische Maschine mit einem derartigen Stator gemäß Anspruch 9.
Ein Stator für eine elektrische Maschine mit einer gekapselten Verschaltungseinrichtung ist bereits aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 20 2010 014 425 U1 bekannt. Dieser Stator umfasst eine Mehrzahl von Spulen, deren Spulenenden mittels der Verschaltungseinrichtung mit drei ringförmigen Verbindungsleitern verschaltet sind, welche zum Anschluss an eine Stromquelle drei axial vom Stator abragende lappenförmige Phasenanschlussbereiche aufweisen. Die Verbindungsleiter sind an einem zu den Spulen benachbarten ringförmigen Halteelement bzw. Trägerelement eingelegt, wobei die Spulenenden jeweils durch Eintrittsöffnungen in dieses Haltelement eingeführt und in dessen Innenraum mit den Verbindungsleitern kontaktiert sind. Auf dieses Halteelement wird zur Bildung einer Vergusswanne ein zweites, gleichfalls ringförmiges Element aufgesetzt. In den auf diese Weise geschaffenen ringförmigen Vergussraum wird nach Fertigstellung der Verschaltung eine bei deren Verarbeitungstemperatur flüssige und beim Aushärten in den festen Zustand übergehende Vergussmasse eingebracht, welche die darin angeordneten Elemente zum Schutz vor äußeren Einflüssen, insbesondere dem Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutzpartikeln abdeckt.
Die Fertigung eines solchen Stators ist insbesondere durch einen hohen Verbrauch von Vergussmasse vergleichsweise kostenintensiv.
Ein Stator der eingangs genannten Gattung ist beispielweise mit der
US 2006/0068617 A1 bekannt geworden. Dieser umfasst ein um eine Mittelachse ringförmig ausgebildetes Statorblechpaket mit einer Statorwicklung, welche mehrere Wicklungsenden aufweist und eine Verschaltungseinrichtung mit mehreren Verbin- dungsleitern, welche gegenseitig elektrisch isoliert in einen Kunststoffkörper unter Ausbildung eines Metall-Kunststoffverbundbauteils eingegossen sind. Dabei weisen die Verbindungsleiter mehrere Wicklungsanschlussbereiche auf, welche radial von einem Grundkörper der Verbindungsleiter abstehend ausgebildet und außerhalb des Kunststoffkörpers angeordnet sind und an welchen die Wicklungsenden mit den Verbindungsleitern elektrisch verschaltet sind. Somit liegen die Kontaktbereiche der Wicklungsenden im Innenraum der elektrischen Maschine frei und sind dort gegenüber äußeren Einflüssen, wie Schmutz und Feuchte ungeschützt und korrosionsge- fährdet.
Die Erfindung stellt sich von dem genannten Stand der Technik ausgehend die Aufgabe, einen Stator mit einer verbesserten und kostengünstigen Verschaltungseinrich- tung bereitzustellen, bei welchem die Wicklungsanschlussbereiche gleichfalls dauerhaft gegenüber äußeren Einflüssen korrosionsgeschützt angeordnet werden können. Des Weiteren soll eine elektrische Maschine mit einem derartigen Stator bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch einen Stator für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und im Weiteren durch eine elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Es wird somit ein Stator der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, bei welchem der Kunststoffkörper bzw. die Kunststoffmatrix eines die Verbindungsleiter beinhaltenden Metall-Kunststoff-Verbundteils einen wannenförmigen und insbesondere ringkreisförmigen Aufnahmeraum ausbildet, welcher die Wicklungsanschlussbereiche der Verbindungsleiter einschließt bzw. diese umgibt. Das heißt, die Verbindungsleiter sind von einem Kunststoff umgössen, wobei die Wicklungsanschlussbereiche der Verbindungsleiter ausgespart sind, also frei liegen und der Verschaltung mit den Wicklungsenden zugänglich sind. Dieser Aufnahmeraum kann bei Bedarf nach der Verschaltung der Wicklungsenden mit einer Vergussmasse ausgefüllt werden, welche die Wicklungsanschlussbereiche dann dauerhaft abdeckt. Der auf diese Weise dargestellte ringkreis- und wannenförmige Aufnahmeraum kann grundsätzlich eine beliebige Querschnittsform aufweisen, wobei eine im Querschnitt rechteckförmige Wanne bei der Herstellung eines als Kunststoffspritzgussteils gefertigten Verbundteils verfahrenstechnisch ohne weiteren erheblichen Aufwand herstellbar ist. Allgemein kann der Aufnahmeraum des erzeugten Wannenkörpers einen radial inneren und einen radial äußeren Wandbereich aufweisen, welche sich beide am Stator in Umfangsrichtung erstrecken und weiter einen sich zwischen diesen Wandbereichen befindlichen Bodenbereich umfassen. Die Verbindungsleiter können also in den Bodenbereich eingebettet sein, wobei die Wicklungsanschlussbereiche aus dem Bodenbereich herausstehen und somit in einem Aufnahmeraum angeordnet sind, welcher von dem Bodenbereich und den jeweils seitlich zu den Wicklungsanschlussbereichen benachbarten vorgenannten Wandbereichen begrenzt wird. Eine Wannenhöhe, welche etwa ein mit einer Vergussmasse maximal erreichbares Vergussniveau definiert, fällt mit der Axialrichtung bzw. Axialerstreckung des Stators und des Metall-Kunststoff-Verbundteils zusammen.
Durch die vorgeschlagene Ausbildung des Stators können demzufolge ebenso die Wicklungsanschlussbereiche mit den daran festgelegten Wicklungsenden sicher gegenüber äußeren Einflüssen gekapselt werden, wobei gleichzeitig ein Verbrauch an Vergussmasse vergleichsweise gering ist. Als Vergussmasse kann allgemein vorzugsweise ein Harz, beispielsweise ein Epoxidharz, ein Silikon, ein Polyurethan oder eine Kombination aus den vorgenannten oder ein Kunststoff eingesetzt werden, deren jeweilige Verarbeitung einem zuständigen Fachmann auf dem Gebiet des Elekt- romaschinenbaus geläufig ist.
Mit Vorteil weisen die Verbindungsleiter einen sich im Wesentlichen ringkreisförmig erstreckenden Grundkörper auf und sind am Stator koaxial zur Mittelachse der elektrischen Maschine angeordnet. Die Verbindungsleiter können dazu als gebogene Drähte oder bevorzugt als ringkreisförmig gebogene oder gestanzte bandförmige Leiterelemente insbesondere mit einem eckigen Querschnitt ausgebildet sein, welche sich am Stator lediglich über einen Umfangsbereich oder über den gesamten oder nahezu gesamten Umfang erstrecken können und am Stator radial oder axial gestaffelt angeordnet sind. In einer besonders materialsparenden Ausgestaltung sind die Wicklungsanschlussbereiche innerhalb des Grundkörpers eines Verbindungsleiters durch eine Materialumformung insbesondere unter Beibehaltung einer für die Stromtragfähigkeit erforderlichen Querschnittsfläche ausgebildet. Da hierbei zur Ausbildung der Wicklungsanschlussbereiche im Wesentlichen keine, insbesondere radial vom Grundkörper abstehenden Bereiche erforderlich sind, ist somit eine hohe Ausnutzung des Grundmaterials gegeben.
Im Falle einer radial gestaffelten Anordnung der Verbindungsleiter ist es zweckmäßig, wenn die Wicklungsanschlussbereiche gegenüber einer von den verbleibenden Bereichen der Verbindungsleiter gemeinsam gebildeten Radialebene axial in den Aufnahmeraum hervorstehen. Alternativ können die Verbindungsleiter auch axial gestaffelt sein und als in Axialrichtung gebogene Fortsätze als Wicklungsanschlussbereiche aufweisen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Wicklungsanschlussbereiche im Wesentlichen in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet sein, wodurch sich Vorteile bei einer automatisierten Kontaktierung der Wicklungsenden mit den Wicklungsanschlussbereichen ergeben. Gleichfalls kann dadurch die Höhe, insbesondere also eine axiale Erstreckung der Vergussmasse gering gehalten werden.
Es kann ferner vorgesehen sein, den Aufnahmeraum durch Trennstege in Umfangs- richtung segmentiert auszubilden und mehrere Kammern mit Wicklungsanschlussbereichen auszubilden. Es können dabei zwei oder noch mehrere Wicklungsanschlussbereiche in einer gemeinsamen Kammer angeordnet sein. Ebenso kann pro Wicklungsanschlussbereich jeweils eine Kammer vorgesehen sein. Die Trennstege verbinden bevorzugt einen radial inneren und einen radial äußeren Umfangsbereich des Aufnahmeraums, wobei sich eine Trennsteghöhe über die gesamte oder nur über einen Teil der Wannenhöhe erstrecken kann. Falls in der eingebrachten Vergussmasse beim Betreiben der elektrischen Maschine betriebsbedingt oder alterungsbedingte und insbesondere bis zur freien Oberfläche reichende Risse entstehen, so können diese durch die vorhandenen Trennstege an einer Ausbreitung in der Um- fangsrichtung wirksam gehindert werden. Die Trennstege können in Umfangsrichtung beliebig breit ausgeführt werden und dabei den Umfangsraum zwischen zwei benachbarten Wicklungsanschlussbereichen vollständig oder nahezu vollständig ausfüllen, wodurch nochmals eine erhebliche Einsparung von Vergussmasse erreichbar ist. Durch das Einbringen von Trennstegen können auch außerhalb der Wicklungsanschlussbereiche befindliche Kammern erzeugt werden, welche nicht mit Vergussmasse befüllt und somit vergussmassefrei ausgebildet sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Verbindungsleiter stoffschlüssig mit diesen verbundene Phasenanschlussleiter zur Verbindung des Stators mit einer elektrischen Energiequelle aufweisen, wobei die Phasenanschlussleiter mit einem Endbereich in dem Kunststoffkörper des Kunststoff-Metall-Verbundteils eingegossen bzw. umspritzt sind. Die Phasenanschlussleiter können dort vollständig oder teilweise mit dem Kunststoff umspritzt sein. Im letzteren Fall kann in den Kontaktbereich der Phasenanschlussleiter an den Verbindungsleitern ebenso wie zuvor bereits an den Wicklungsanschlussbereichen erläutert, eine Vergussmasse zur Abdeckung eingebracht sein. Diese Sektion des Aufnahmeraums kann ebenfalls unter Ausbildung von zumindest einer oder mehreren Kammern mit den zuvor erläuterten Trennstegen ausgeführt sein. Die Phasenanschlussleiter können insbesondere stoffschlüssig mit den Verbindungsleitern z.B. durch Löten, Schweißen, Bonden oder auch gegenseitiges plastisches Verpressen verbunden sein. Alternativ zu einem Eingießen der Phasenanschlussleiter können diese auch nachträglich nach der Fertigung des Metall- Kunststoff-Verbundteils an den Verbindungsleitern angeordnet bzw. festgelegt werden, wobei jedoch das Verbundteil gegenüber einer dabei gegebenenfalls anfallenden Prozesswärme möglichst formstabil ausgebildet sein sollte. Im Weiteren können die Phasenanschlussleiter generell auch eine Isolationsschicht, insbesondere eine Kunststoffummantelung aufweisen. Dabei kann dieser Kunststoffmantel in dem vorgenannten ebenso in den Kunststoffkörper des Kunststoff-Metall-Verbundteils eingegossen sein bzw. umspritzt sein. Die Isolationsschicht kann auch als ein Schlauch, ein Gewebe, eine Pulverbeschichtung, Lackierung oder Ähnliches ausgeführt sein. Die vorgeschlagene elektrische Maschine umfasst einen Rotor und einen Stator, bei der Stator zumindest nach einer der in den Ansprüchen 1 bis 8 aufgeführten Merkmalskombinationen ausgeführt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine in Innenläuferbauart mit einer radial innen am Stator angeordneten Verschaltungseinrich- tung in einem Axialschnitt;
Fig. 2 eine perspektivische ausschnittweise Darstellung der in Fig. 1 schematisch gezeigten Verschaltungseinrichtung mit einem Metall-Kunststoff- Verbundteil und mit Phasenanschlussleitern.
Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten oder vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Darstellung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich ihrer Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.
Fig. 1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine 10, genauer eine permanenterregte elektrische Synchronmaschine in Innenläuferbauart, mit einem um eine Rotorwelle 12 mit einer Drehachse A drehbaren Rotor 14 und mit einem diesen radial außen umgebenden Stator 1 6. Der Rotor 14 umfasst einen topfförmigen Rotorträger 18, auf dessen zylindrischen Außenumfangsfläche ein lamelliertes Rotorblechpaket 20 angeordnet ist, welches eine Mehrzahl am Umfang gegenseitig beabstandeter Permanentmagnete 22 trägt.
Der Stator 1 6 umfasst einen ringförmigen Statorträger 24, in dessen Zentralausneh- mung ein ebenfalls aus Blechlamellen gebildetes kreisringförmiges Statorblechpaket 26 angeordnet ist. Die Drehachse A bildet somit zugleich die Mittelachse A des Stators. Der Statorträger 24 kann beispielsweise ein Außen- oder ein Zwischengehäuse der elektrischen Maschine 10 darstellen. Das Statorblechpaket 26 ist segmentiert ausgeführt und aus einer Mehrzahl von Statorsegmenten zusammengefügt, die von dem Statorträger 24 aufgenommen und zusammengehalten werden. Alternativ dazu kann das Statorblechpaket 26 auch in konventioneller Weise aus einer Stapelung von Ringblechlamellen bestehen.
Unabhängig von dem konkreten Aufbau bildet das Statorblechpaket 26 ein an dem Statorträger 24 anliegendes ringförmig geschlossenes Statorjoch 30 mit davon nach radial innen gerichteten Zähnen 32 aus, welche zur Bildung der Statorwicklung in bekannter weise mit Statorspulen 36 bestückt sind. Die Wicklungsenden bzw. Spulenenden 36a, b der Statorspulen 36 sind mittels einer in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Verschaltungseinrichtung 38 verschaltet und über eine Leistungselektronik 39a und eine Ansteuerelektronik 39b mit einer elektrischen Energiequelle 39c verbunden, welche zum Betreiben der elektrischen Maschine 10 die Wicklung mit einem Strom variabler Phase und Amplitude beaufschlagen kann.
Die Statorspulen 36 werden vor der Montage des Stators 1 6 mit Hilfe von jeweils zwei, aus einem wärmebeständigen Kunststoff bestehenden Isolier- bzw. Wickelkörpern 40, 42 aus einem Kupferdraht um die Zähne 32 gewickelt und sind dort gegen Verrutschen gesichert.
Die Wickelkörper 40, 42 umfassen jeweils einen stirnseitig am Blechpaket 26 anliegenden Basisbereich 40a; 42a und zwei davon etwa rechtwinklig und am Stator 1 6 axial abragende Schenkel 40b, c; 42b, c, die den Wickelbereich in radialer Richtung begrenzen. An dem radial inneren Schenkel 40b sind Einlegenuten vorgesehen, in welche die Spulenenden 36a, b eingelegt und in Richtung der Verschaltungseinrichtung 38 ausgerichtet werden. Die Schenkel 40b liegen im Wesentlichen spaltfrei an einem weiter unten noch im Detail erläuterten ringkreisförmigen Metall-Kunststoff- Verbundteil 56 an und stützen dieses damit ab. Das Metall-Kunststoff-Verbundteil 56 ist, wie schematisch in Fig. 1 gezeigt, am Stator 1 6 mittels einer zeichnerisch nicht dargestellten Rastverbindung an den Schenkeln der Wickelkörper oder anderweitig festgelegt. Die Spulen 36 sind elektrisch einzelnen Strängen zugeordnet, wozu die Spulenenden 36a, b mittels der Verschaltungseinrichtung 38 über gemeinsame Verbindungsleiter 52a-c in einer vorbestimmten Weise an Wicklungsanschlussbereichen 520a-c miteinander verschaltet werden.
Die Verbindungsleiter 52a-c sind aus einem Kupfer-Bandmaterial mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt gebogen, weisen sich im Wesentlichen ringkreisförmig erstreckende Grundkörper auf und sind am Stator 16 koaxial zur Mittelachse A angeordnet. Die Wicklungsanschlussbereiche 520a-c sind innerhalb der umfangs- mäßigen Erstreckung der Verbindungsleiter 52a-c am Grundkörper ausgebildet und stehen gegenüber einer von den Verbindungsleitern 52a-c, also insbesondere von deren Grundkörpern gebildeten Radialebene axial hervor. Es ist in den Figuren erkennbar, dass die Verbindungsleiter 52a-c am Stator 1 6 radial gestaffelt sind, wobei die axial hervortretenden Wicklungsanschlussbereiche 520a-c im Wesentlichen in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet sind.
Vorzugsweise werden bei der Verschaltung zur Realisierung einer Dreieckschaltung jeweils zwei benachbarte Spulenenden 36a, b von zwei am Umfang benachbarten Spulen 36 mit einem Wicklungsanschlussbereich 520a-c verbunden. Die Kontaktie- rung der Spulenenden 36a, b mit den Verbindungsleitern 52a-c erfolgt dabei stoffschlüssig, insbesondere durch Löten oder Schweißen.
Zur Anordnung am Stator 1 6 sind die Verbindungsleiter 52a-c gegenseitig elektrisch isoliert in einem Kunststoffkörper 54 unter Ausbildung des bereits erwähnten Metall- Kunststoff-Verbundteils 56 eingegossen. Dabei sind die Wicklungsanschlussbereiche 520a-c von dem Kunststoffkörper 54 ausgespart und diesbezüglich außerhalb des Kunststoffkörpers 54 angeordnet.
Das Metall-Kunststoff-Verbundteil 56 ist gemäß der schematischen Darstellung von Fig. 1 radial innerhalb der Spulen 36, genauer an den radial inneren Schenkeln 40b der Wickelkörper 40 festgelegt. Die Spulenenden 36a, b treten somit über einen ra- dial äußeren Wandbereich 56b in einen Verschaltungsbereich bzw. einen Aufnahmeraum 55 des Trägerelements 56 ein.
Wie auch besonders in Fig. 2 erkennbar, ist der Aufnahmeraum 55 an dem Kunststoffkörper 54 wannenförmig und zur Verschaltung einseitig offen ausgebildet, wobei die Wicklungsanschlussbereiche 520a-c in dem Aufnahmeraum 55 von mehreren Seiten eingeschlossen bzw. umschlossen sind. Der Aufnahmeraum 55 wird von einem radial inneren Wandbereich 56c, dem radial äußeren Wandbereich 56b und von einem sich zwischen diesen erstreckenden Bodenbereich 56a begrenzt, aus welchem die Wicklungsanschlussbereiche 520a-c axial herausstehen.
Ferner ist erkennbar, dass der Aufnahmeraum 55 durch Trennstege 56e in Umfangsrichtung segmentiert ausgebildet ist und mehrere Kammern 55a aufweist, wobei pro Wicklungsanschlussbereich 520a-c jeweils eine Kammer 55a vorgesehen ist. Der offene Bereich zeigt dabei in die dem Stator 1 6 abgewandte Axialseite und ist somit für die Verschaltung frei zugänglich.
Zum Eintritt der Spulenenden 36a, b in den Aufnahmeraum 55 des Metall -Kunststoff- Verbundteils 56 sind an einem der Wandbereiche 56b, c vorliegend im Unterschied zu der schematischen Darstellung von Fig. 1 an dem inneren Radialwandbereich 56c, Eintrittsausnehmungen 56d vorgesehen. Diese sind als muldenförmige bzw. schlitzartige Vertiefungen und bezüglich des Stators 1 6 von der freien Axialseite der Seitenwandung 56b ausgehend ausgebildet und so angeordnet, dass die in den Einlegenuten geführten Spulenenden 36a, b radial und auf einem vergleichsweise kurzen Wege durch den Radialwandbereich 56c in den Aufnahmeraum 55 der Ver- schaltungsanordnung 38 eingelegt werden können. Die Ausnehmungen 56d sind also am Umfang jeweils einem der Wicklungsanschlussbereiche 520a-c räumlich zugeordnet und können bei Bedarf in Umfangsrichtung etwas größer ausgeführt sein als es dem gegenseitigen Abstand von jeweils zwei am Stator 16 benachbarten Spulenenden 36a, b von jeweils zwei unmittelbar benachbarten Spulen 36 entspricht. Dadurch können in der gezeigten Lage die Spulenenden 36a, b auch bei einer geringen fertigungsbedingten Lageabweichung sicher in das Metall-Kunststoff- Verbundteil 56 eingeführt werden. Die mit Fig. 2 dargestellte Verschaltungseinrich- tung 38 ist in Abweichung zu derjenigen von Fig. 1 grundsätzlich zur Anordnung an radial äußeren Schenkeln 40c der Wickelkörper 40 ausgebildet.
Die Verschaltungseinnchtung 38 weist, wie dieses in Fig. 1 schematisch und in Fig. 2 exemplarisch dargestellt ist, weiterhin zum Anschluss des Stators 1 6 an die elektrische Stromquelle 39c mit den Verbindungsleitern 52a-c stoffschlüssig verbundene Phasenanschlussleiter 60a-c auf, welche abgedichtet in den Aufnahmeraum 55 eingeführt sind.
Gemäß der Darstellung von Fig. 2 sind die Phasenanschlussleiter 60a-c ebenfalls als Bandleiter mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt ausgeführt und gemeinsam an einem Umfangsbereich am Metall-Kunststoff-Verbundteil 56 angeordnet und stehen dort radial von dem Metall-Kunststoff-Verbundteil 56 ab. Die Phasenanschlussleiter 60a-c sind bis auf deren jeweiligen Endbereiche mit einem Kunststoff- Isolationsmantel 620a-c versehen und mit jeweils einem Endbereich 610a-c in dem Kunststoffkörper 54 eingegossen. Der Isolationsmantel 620a-c ist dabei mit eingegossen, so dass an dieser Position Korrosionsprozesse nicht angreifen können.
Nach der Verschaltung der Wicklungsenden 36a, b mit den Wicklungsanschlussbereichen 520a-c werden der Aufnahmeraum 55 bzw. die einzelnen Kammern 55a zum Schutz vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor Korrosionserscheinungen und gleichfalls zur Erhöhung der Stabilität der Verschaltungseinnchtung 38 zumindest teilweise mit einer Vergussmasse 66 ausgefüllt. Beispielhaft ist dazu in Fig. 2 eine vergossene Kammer 55a gezeigt. Zum Vergießen findet eine bei deren Verarbeitungstemperatur flüssige und beim Aushärten in den festen Zustand übergehende Vergussmasse 66 Verwendung. Durch das Vergießen werden die Spulenenden 36a, b, die Verbindungsleiter 52a-c und die Phasenanschlussleiter 60a-c zumindest an deren gegenseitigen Kontaktbereichen abgedeckt bzw. gekapselt.
Anstelle der in den Figuren dargestellten radialen Staffelung der Verbindungsleiter können diese auch axial gestaffelt zum Stator angeordnet sein, wobei die weiteren Elemente, sofern diese erforderlich sind, entsprechend anzupassen sind. Ebenso kann anstelle einer radialen Positionierung der Spulen zu dem Trägerelement der Verschaltungseinrichtung diese auch in axialer Richtung erfolgen. Auch ist die spezielle Bauart der elektrischen Maschine hinsichtlich der prinzipiellen Ausführung der Stator- Verschaltungseinrichtung unerheblich; es kann sich also beispielsweise auch um eine elektrische Maschine in Außenläuferbauart handeln.
Bezuqszeichen elektrische Maschine
Rotorwelle
Rotor
Stator
Rotorträger
Rotorblechpaket
Permanentmagnet
Statorträger
Statorblechpaket
Statorjoch
Zahn
Statorspule
a, b Spulenende
Verschaltungseinnchtung
a Leistungselektronik
b Ansteuerelektronik
c Energiequelle
, 42 Wickelkörper
a, 42a [ Basisbereich
b, c Schenkel
b, c Schenkel
a-c Verbindungsleiter
0a-c Wicklungsanschlussbereich
Kunststoffkörper
Aufnahmeraum
a Kammer
Metall-Kunststoff- Verbundteil
a Boden
b, c Seitenwandung
d Eintrittsausnehmung
e Trennsteg 60a-c Phasenanschlussbereich
610a-c Endbereich
620a-c Isolationsmantel
66 Vergussmasse
A Mittelachse

Claims

Patentansprüche
1 . Stator (16) für eine elektrische Maschine (10) umfassend
- ein um eine Mittelachse (A) ringkreisförmig ausgebildetes Statorblechpaket (26) mit einer Statorwicklung (36), welche mehrere Wicklungsenden (36a, b) aufweist,
- eine Verschaltungseinrichtung (38) mit mehreren Verbindungsleitern (52a-c), welche gegenseitig elektrisch isoliert in einem Kunststoffkörper (54) unter Ausbildung eines Metall-Kunststoff-Verbundteils (56) eingegossen sind wobei
- die Verbindungsleiter (52a-c) Wicklungsanschlussbereiche (520a-c) aufweisen, welche außerhalb des Kunststoff körpers (54) angeordnet sind und an welchen die Wicklungsenden (36a, b) zumindest mittelbar mit den Verbindungsleitern (52a-c) elektrisch verschaltet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper (54) einen wannenförmigen Aufnahmeraum (55) ausbildet, welcher die Wicklungsanschlussbereiche (520a-c) einschließt.
2. Stator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (55) mit einer Vergussmasse (66) ausgefüllt ist und die Wicklungsanschlussbereiche (520a-c) abdeckt.
3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleiter (52a-c) einen sich im Wesentlichen ringkreisförmig erstreckenden Grundkörper aufweisen und am Stator (1 6) koaxial zur Mittelachse (A) angeordnet sind.
4. Stator nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsanschlussbereiche (520a-c) innerhalb des Grundkörpers ausgebildet sind.
5. Stator nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleiter (52a-c) radial gestaffelt sind, wobei die Wicklungsanschlussbereiche (520a-c) gegenüber einer von den Verbindungsleitern (52a-c) gebildeten Radialebene axial in den Aufnahmeraum (55) hervorstehen.
6. Stator nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsanschlussbereiche (520a-c) im Wesentlichen in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet sind.
7. Stator nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (55) durch Trennstege (56e) in Umfangsrichtung segmentiert ausgebildet ist und mehrere Kammern (55a) aufweist.
8. Stator nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleiter (52a-c) stoffschlüssig mit diesen verbundene Phasenanschlusslei- ter (60a-c) zur Verbindung des Stators (1 6) mit einer elektrischen Energiequelle (39c) aufweisen, wobei die Phasenanschlussleiter (60a-c) mit einem Endbereich (610a-c) in dem Kunststoffkörper (54) eingegossen sind.
9. Elektrische Maschine (10) mit einem Rotor (14) und mit einem Stator (1 6), dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (16) nach einem der Ansprüche 1 - 8 ausgeführt ist.
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