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WO2022109647A1 - Maschinenbauteil für eine elektrische maschine - Google Patents

Maschinenbauteil für eine elektrische maschine Download PDF

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WO2022109647A1
WO2022109647A1 PCT/AT2021/060450 AT2021060450W WO2022109647A1 WO 2022109647 A1 WO2022109647 A1 WO 2022109647A1 AT 2021060450 W AT2021060450 W AT 2021060450W WO 2022109647 A1 WO2022109647 A1 WO 2022109647A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrical conductors
insulating elements
grooves
additional insulating
electrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/AT2021/060450
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas EILENBERGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Miba Emobility GmbH
Original Assignee
Miba Emobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Miba Emobility GmbH filed Critical Miba Emobility GmbH
Priority to DE112021006174.7T priority Critical patent/DE112021006174A5/de
Publication of WO2022109647A1 publication Critical patent/WO2022109647A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
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    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/10—Applying solid insulation to windings, stators or rotors, e.g. applying insulating tapes
    • H02K15/105—Applying solid insulation to windings, stators or rotors, e.g. applying insulating tapes to the windings
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    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/38—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation around winding heads, equalising connectors, or connections thereto

Definitions

  • the invention relates to a machine component for an electrical machine, comprising a component body in which slots are formed, electrical conductors being arranged in the slots, which protrude from the slots at axial ends of the slots and are arranged crossing one another in at least one protruding area , and wherein the electrical conductors are electrically isolated from one another in the area outside the grooves with additional insulating elements.
  • the invention further relates to an electrical machine comprising a stator and a rotor.
  • the invention relates to a method for producing a machine component for an electrical machine by providing a component body in which grooves are formed, electrical conductors being arranged in the grooves in such a way that they protrude from the grooves at axial ends of the grooves, and in are arranged crossing one another in at least one protruding area, and the electrical conductors are electrically insulated from one another in the area outside the grooves with additional insulating elements.
  • a rotary electric machine containing an armature with an annular armature core, in which grooves are arranged on the circumference; and an armature winding attached to the armature core, the armature winding including a plurality of winding skörpem, each formed by winding a conductor wire having an insulating coating is formed, and insulating members, which is different from the insulating coating.
  • EP 1 401 085 A2 describes an electric motor, comprising: a stator core with slots; coils arranged along the slots of the stator core to form coil edges projecting from the ends of the stator core; and insulating sheets for insulating proximal portions of the coil edges, each of the insulating sheets having a wrapping portion for folding over one or more coils of the same phase and inserting portions inserted into a slot or slots of the stator core.
  • the invention is based on the object of improving a component having an electrical winding.
  • the object of the invention is achieved in that the additional insulating elements are arranged exclusively between the electrical conductors.
  • the object of the invention is achieved with the electrical machine mentioned at the outset, which includes the machine component according to the invention.
  • the invention is achieved with the method mentioned at the outset, according to which it is provided that the additional insulating elements are arranged exclusively between the electrical conductors.
  • the advantage here is that, despite the use of additional electrical insulation, the machine component can be kept compact, since the additional insulating elements are only used where this is advantageous for improving voltage and partial discharge resistance.
  • the additional insulating elements are therefore no longer arranged around the entire circumference of the electrical conductors.
  • an improvement in the mechanical strength of the end winding of the mechanical engineering part can also be achieved.
  • a cost reduction can be achieved due to the lower material consumption.
  • the copper fill factor can also be increased by reducing the insulation material.
  • the additional insulating elements are designed in the form of strips. It is thus possible to arrange the insulating elements exclusively along the electrical conductors.
  • the additional insulating elements are arranged adhering to the surfaces of electrical conductors, since the surface area can be reduced due to the reduced risk of the additional insulating elements slipping.
  • a further reduction in the space requirement can be achieved in that the number of additional insulating elements corresponds at most to half the number of electrical conductors.
  • the additional insulating elements have a maximum layer thickness of 400 ⁇ m.
  • the electrical conductors are designed as shaped rods with an at least approximately square cross section.
  • the additional insulating elements are preferably arranged between electrical conductors lying one above the other and/or next to one another.
  • Fig. 1 shows a machine component with a part of electrical conductors in an oblique view
  • FIG. 2 shows the machine compartment according to FIG. 1 in side view
  • FIG. 4 shows a section of an embodiment variant of a machine component in the area of the end winding.
  • the electrical machine is in particular a motor, but can also be designed differently, such as example as a generator.
  • the machine component 1 can in particular be a stator or a rotor of the electric machine, it being possible for the machine component 1 to form both the stator and the rotor of an electric machine.
  • machine component 1 is designed as a stator of the electrical Ma machine.
  • the following statements must therefore be adapted accordingly, if the machine component 1 is designed as a rotor. Since this adaptation, such as the arrangement of grooves, is known to a person skilled in the art, it is not specifically pointed out below. These adaptations should therefore be read along.
  • the machine component 1 has a component body 2 .
  • the component body 2 is in particular a laminated core, but can also be designed differently.
  • the component body 2 has the shape of a hollow cylinder.
  • ne are distributed next to each other in a circumferential direction 3 grooves 4 are formed. Beginning at an inner surface 5, the grooves 4 extend radially outward. The grooves 4 extend through the entire component body 2 in the direction of a central longitudinal axis 6 (rotational axis).
  • Electrical conductors 7 are arranged in the grooves 4, in particular plugged in. Only one electrical conductor 7 can be arranged per slot 4 . Preferably, however, there are several electrical conductors 7 per slot 4, which can also be seen in FIG. However, it should be pointed out that, for better understanding, only some of the electrical conductors 7 are shown in FIG. 1 as an example.
  • the component body 2 has a first end face 8 and a second end face 9 opposite this in the direction of the longitudinal center axis 6 .
  • the electrical conductors 7 have conductor ends 10 with which they protrude from the grooves 7 at the axial end of the grooves 7, which are each formed in the end faces 8, 9.
  • the Leinicden 10 of the same phases are brought together. This can be done, for example, by further bending the conductor ends 10 so that the conductor ends 10 extend from one slot 7 to another slot 7 (phase-dependent), as shown in FIG.
  • the conductor ends 10 it is also possible for the conductor ends 10 to have end regions 11 at which two conductor ends 10 abut one another depending on the phase in order to be electrically conductively connected to one another in these end regions 11, in particular with a material bond, as shown in FIG Section of an embodiment of the machine component 1 shows.
  • the conductor ends 10 are reversed in and against the circumferential direction 3 bow.
  • the specific design of the winding is dependent on the desired winding scheme, which can vary depending on the design of the machine component 1.
  • Such winding schemes are known from the prior art, so that they will not be discussed further in order to avoid repetition. Reference is therefore made to the relevant prior art.
  • the conductor ends 10 By bending the conductor ends 10, the conductor ends 10 cross over (as can be seen from Figs. 1 to 4), which means there is a risk of mutual contact.
  • the electrical conductors 7, which are already provided with electrical insulation on the outside, are provided with additional insulating elements 12 in the region of the conductor ends, as can best be seen in FIGS. 3 and 4.
  • these additional insulating elements 12 also referred to as phase insulation or winding head insulation
  • at least the radially outermost surfaces 13 of the radially outermost layer 14 and the radially innermost surfaces of the radially innermost bearings of the electrical conductors 7 are free of the additional electrical insulating elements 12.
  • the additional insulating element 12 can be arranged between two electrical conductors 7 lying one above the other in the radial direction (as shown in Figs. 3 and 4) and/or between electrical conductors 7 which lie directly next to one another in a layer of electrical conductors 7 of the same radial height , be provided.
  • the additional insulating elements 12 are therefore provided in the so-called end winding between electrical conductors 7 of different phases.
  • electrical insulating elements for example made of paper, are usually also provided in the grooves 7 . It can be seen that the additional electrical insulating elements 12 form part of the electrical insulating elements in the grooves 7 . However, the additional electrical insulating elements 12 are preferably provided in addition to the existing or used electrical insulation of the electrical conductors 7 in the groove area.
  • the additional insulating elements 12 can extend over at least approximately the entire area of the electrical conductors 7 bent obliquely with respect to the circumferential direction 3, with this area preferably covering the entire area of overlap of each other crossing conductor ends 10 of the electrical conductors 7 covers.
  • the additional insulating elements 12 can also be limited to the crossing regions of the electrical conductors 7 crossing one another, or they can extend beyond the conductor ends 10 into the slots 7 and form part of the slot insulation there. However, the latter is not the preferred variant if a smaller layer thickness of insulating material is sufficient for the slot insulation than in the area of the conductor ends 10.
  • the layer thickness of the additional insulating elements 12 can in particular be a maximum of 400 mhi, in particular between 80 mhi and 300 mhi.
  • the additional insulating elements 12 consist of any suitable material.
  • they can be made of a polyamide, a polyimide, PEEK, PPS, PPSU, PESU, PAI, PEI, PTFE, mica, or a material combination of similar electrically insulating materials.
  • the additional insulating elements 12 preferably have an adhesive layer, so that they can be arranged on the surface of the electrical conductors 7 in an adhesive manner.
  • the additional insulating elements 12 are designed in the form of strips, for example made from an adhesive tape.
  • the number of additional insulating elements 12 corresponds to a maximum of half the number of electrical conductors 7 .
  • the number of additional insulating elements 12 can be between N/2 and N/9, where N is the total number of electrical conductor ends 10 that protrude from the grooves 4.
  • the respective radially outer surfaces of the radially inner layer of electrical conductors 7 of crossing electrical conductors 7 are provided with the additional insulating elements 12 .
  • the radially inner surfaces of the respective radially outer layer of electrical conductors 7 can be provided with the additional insulating elements 12 .
  • both the radially outer surface of the inner layer of electrical's conductors 7 and the radially inner surfaces of the radially outer layer of electrical Leitem 7 are provided with the additional insulating elements 12.
  • the electrical conductors 7 are designed as shaped rods with an at least approximately square cross section (as so-called hairpins). However, the electrical conductor's 7 can also have a round cross-section.
  • the additional electrical insulating elements 12 are preferably no wider than the electrical conductors 7 at the surface on which the electrical insulating elements 12 are arranged, as can be seen from FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation of the electrical conductors 7 at the surface on which the electrical insulating elements 12 are arranged.
  • the electrical insulating elements 12 are preferably embodied as strips which are arranged inclined between the conductors in the circumferential direction. The angle of inclination depends on the electrical conductors 7. If these are arranged to run in the direction of the longitudinal center axis 6, the strip-shaped additional insulating elements 12 also run in this direction (ie at an angle of 90 ° to the circumferential direction). If the electrical conductors 7 are inclined in relation to the circumferential direction 3, the additional insulating elements 12 also follow this inclination. In general, it can therefore be said that the electrical insulating elements are preferably arranged following the course of the electrical conductors 7 in the conductor ends 10 .
  • the invention provides in particular that the phase insulation is preferably implemented on one side and separately for each electrical conductor 7 by means of a strip.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Maschinenbauteil (1) für eine elektrische Maschine umfassend einen Bauteilkörper (2), in dem Nuten (4) ausgebildet sind, wobei in den Nuten (4) elektrische Leiter (7) angeordnet sind, die an axialen Enden der Nuten (4) aus dem Nuten (4) herausragen, und in zumindest einem herausragenden Bereich einander kreuzend angeordnet sind, und wobei die elektrischen Leiter (7) im Bereich außerhalb der Nuten mit zusätzlichen Isolierelementen (12) elektrisch gegeneinander isoliert sind, wobei die zusätzlichen Isolierelemente (12) ausschließlich zwischen den elektrischen Leitern (7) angeordnet sind.

Description

MASCHINENBAUTEIL FÜR EINE ELEKTRISCHE MASCHINE
Die Erfindung betrifft ein Maschinenbauteil für eine elektrische Maschine umfassend einen Bauteilkörper, in dem Nuten ausgebildet sind, wobei in den Nuten elektrische Leiter angeord net sind, die an axialen Enden der Nuten aus den Nuten herausragen, und in zumindest einem herausragenden Bereich einander kreuzend angeordnet sind, und wobei die elektrischen Leiter im Bereich außerhalb der Nuten mit zusätzlichen Isolierelementen elektrisch gegeneinander isoliert sind.
Weiter betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine umfassend einen Stator und einen Ro tor.
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Maschinenbauteils für eine elektrische Maschine durch Bereitstellen eines Bauteilkörpers, in dem Nuten ausgebildet wer den, wobei in den Nuten elektrische Leiter so angeordnet werden, dass sie an axialen Enden der Nuten aus den Nuten herausragen, und in zumindest einem herausragenden Bereich einan der kreuzend angeordnet werden, und wobei die elektrischen Leiter im Bereich außerhalb der Nuten mit zusätzlichen Isolierelementen elektrisch gegeneinander isoliert werden.
Damit in einem Stator oder einem Rotor einer elektrischen Maschine die Spannungs- und Tei- lentladefestigkeit zwischen zwei sich kreuzenden Formstäben einer Steckwicklung unter schiedlicher Phase im Wickelkopf erfüllt werden kann, ist eine entsprechende Isolierung vor zusehen. Da diese Isolierstärke in der Nut oft nicht erforderlich ist und jene Isolierstärke den Kupferfüllfaktor wesentlich negativ beeinflusst, ist es von Vorteil in der Nut in Abhängigkeit der maximal auftretenden Spannungsdifferenzen zwischen zwei benachbarten Leitern eine ge ringere Isolations stärke umzusetzen. Außerhalb der Nut werden zu Erhöhung der Isolierstärke auf den Wicklungen zusätzliche Isolierelemente angebracht.
Eine derartige Ausführung beschreibt beispielsweise die DE11 2013 004258 T5. Aus dieser Druckschrift ist eine umlaufende elektrische Maschine bekannt, enthaltend einen Anker mit einem ringförmigen Ankerkem, in welchem Nuten am Umfang angeordnet sind; und eine An kerwicklung, welche an dem Ankerkern befestigt ist, wobei die Ankerwicklung eine Vielzahl von Wicklung skörpem enthält, welche jeweils durch Wickeln eines Leiterdrahts, welcher mit einem Isolierüberzug überzogen ist, gebildet sind, und Isolierelemente, welche von dem Iso lierüberzug verschieden ist.
Die EP 1 401 085 A2 beschreibt einen Elektromotor, umfassend: einen Statorkem mit Schlit zen; Spulen, die entlang der Schlitze des Statorkems angeordnet sind, um Spulenkanten zu bilden, die von den Enden des Statorkems vorstehen; und Isolierfolien zum Isolieren von pro ximalen Abschnitten der Spulenkanten, wobei jede der Isolierfolien einen Umhüllungsab schnitt zum Umfalten einer oder mehrerer Spulen derselben Phase aufweist und Einfügungs abschnitte, die in einen Schlitz oder Schlitze des Statorkems eingeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Gmnde, ein eine elektrische Wicklung aufweisendes Bau teil zu verbessern.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Maschinenbauteil dadurch ge löst, dass die zusätzlichen Isolierelemente ausschließlich zwischen den elektrischen Leitern angeordnet sind.
Zudem wird die Aufgabe der Erfindung mit der eingangs genannten elektrischen Maschine gelöst, die das erfindungsgemäße Maschinenbauteil umfasst.
Weiter wird die Erfindung mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, nach dem vorgese hen ist, dass die zusätzlichen Isolierelemente ausschließlich zwischen den elektrischen Leitern angeordnet werden.
Von Vorteil ist dabei, dass trotz des Einsatzes einer zusätzlichen elektrischen Isolation das Maschinenbauteil kompakt gehalten werden kann, da die zusätzlichen Isolierelemente nur dort zum Einsatz kommen, wo dies zur Verbesserung von Spannungs- und Teilentladefestig- keiten von Vorteil ist. Im Vergleich zum voranstehend genannten Stand der Technik werden die zusätzlichen Isolierelemente also nicht mehr vollumfänglich um die elektrischen Leiter angeordnet. Neben der elektrischen Wirksamkeit der zusätzlichen Isolierelemente kann damit auch eine Verbessemng der mechanischen Festigkeit des Wickelkopfes des Maschinenbau teils erreicht werden. Zudem ist mit der Anordnung der zusätzlichen Isolierelemente aus schließlich zwischen den elektrischen Leitern aufgrund des geringeren Materialverbrauchs eine Kostenreduktion erzielbar. Durch die Reduktion des Isolationsmaterials kann darüber hinaus der Kupferfüllfaktor erhöht werden. Zudem kann mit der Anordnung der zusätzlichen elektrischen Isolierelemente ausschließlich zwischen den elektrischen Leitern eine verbesserte Kühlung des Wickelkopfs erreicht werden, da das Kühlmittel die elektrischen Leiter in dem Wickelkopf besser umspülen kann, insbesondere auch zwischen die elektrischen Leiter ein strömen bzw. eindringen kann.
Zur weiteren Verbesserung des reduzierten Bauraumbedarfs kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die zusätzlichen Isolierelemente streifenförmig ausgebildet sind. Es ist damit möglich, die Isolierelemente ausschließlich ent lang der elektrischen Leiter anzuordnen.
Von Vorteil ist gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung auch, wenn die zu sätzlichen Isolierelemente auf Oberflächen von elektrischen Leitern anhaftend angeordnet sind, da damit aufgrund der verringerten Gefahr des Verrutschens der zusätzlichen Isolierele mente deren Flächenausdehnung reduziert werden kann.
Eine weitere Reduktion des Bauraumbedarfs kann nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung dadurch erreicht werden, dass die Anzahl an zusätzlichen Isolierelementen ma ximal der Hälfte der Anzahl an elektrischen Leitern entspricht.
Ebenfalls zur Bauraumreduzierung kann gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung vor gesehen sein, dass die zusätzlichen Isolierelemente eine Schichtdicke von maximal 400 pm aufweisen.
Zur einfacheren Anordnung der zusätzlichen Isolierelemente kann nach einer weiteren Aus führungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die elektrischen Leiter als Formstäbe mit zumindest annähernd viereckigen Querschnitt ausgebildet sind.
Bevorzugt ist nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass zwi schen jeweils zwei elektrischen Leitern nur ein zusätzliches Isolierelement angeordnet ist. Es weist also nicht jeder elektrischen Leiter im Kreuzungsbereich ein zusätzliches Isolierelement auf, sondern können die zusätzlichen Isolierelemente auf nur einer von zwei übereinander lie genden Lagen der elektrischen Leiter angeordnet werden. Es ist damit auch eine Vereinfa chung der Montage des Wickelkopfs erreichbar, da ein größerer Anteil an elektrischen Leitern nicht mit den zusätzlichen Isolierelementen ausgerüstet wird, womit Bearbeitungszeit einge spart werden kann. Bevorzugt sind die zusätzlichen Isolierelemente gemäß einer Ausführungsvariante der Erfin dung zwischen übereinander und/oder nebeneinander hegenden elektrischen Leitern angeord net.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 ein Maschinenbauteil mit einem Teil von elektrischen Leitern in einer Schrägan sicht;
Fig. 2 das Maschinenabteil nach Fig. 1 in Seitenansicht;
Fig. 3 einen Ausschnitt des Maschinenbauteils in Bereich des Wickelkopfs;
Fig. 4 einen Ausschnitt einer Ausführungsvariante eines Maschinenbauteils in Bereich des Wickelkopfs.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein Maschinenbauteil 1 für eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine ist insbesondere ein Motor, kann aber auch anders ausgeführt sein, wie beispiels weise als Generator. Das Maschinenbauteil 1 kann insbesondere ein Stator oder ein Rotor der elektrischen Maschine sein, wobei sowohl der Stator als auch der Rotor einer elektrischen Maschine durch das Maschinenbauteil 1 gebildet sein können.
Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Maschinenbauteil 1 ist als Stator der elektrischen Ma schine ausgebildet. Die nachfolgenden Ausführungen sind daher entsprechend zu adaptieren, falls das Maschinenbauteil 1 als Rotor ausgeführt ist. Da diese Adaptierung, wie beispiels weise die Anordnung von Nuten, dem Fachmann bekannt ist, wird im Folgenden nicht extra darauf hingewiesen. Diese Adaptierungen sind daher mitzulesen.
Das Maschinenbauteil 1 weist einen Bauteilkörper 2 auf. Der Bauteilkörper 2 ist insbesondere ein Blechpaket, kann aber auch anders ausgebildet sein. Der Bauteilkörper 2 weist in der dar gestellten Ausführungsvariante die Form eines Hohlzylinders auf. Im Bauteilkörper 2 sind ne beneinander in einer Umfangsrichtung 3 verteilt Nuten 4 ausgebildet. Beginnend an einer in neren Oberfläche 5 erstrecken sich die Nuten 4 radial nach außen. In Richtung einer Längs mittelachse 6 (Rotationsachse) erstrecken sich die Nuten 4 durch den gesamten Bauteilkörper 2.
In den Nuten 4 sind elektrische Leiter 7 angeordnet, insbesondere eingesteckt. Pro Nut 4 kann nur ein elektrischer Leiter 7 angeordnet sind. Vorzugsweise sind jedoch pro Nut 4 mehrere elektrische Leiter 7 vorhanden, die dies auch aus Fig. 1 erkennbar ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis in Fig. 1 nur ein Teil der elektrischen Leiter 7 exemplarisch dargestellt ist.
Der Bauteilkörper 2 weist eine erste Stirnfläche 8 und ein dieser in Richtung der Längsmittel achse 6 gegenüberliegende zweite Stirnfläche 9 auf.
Die elektrischen Leiter 7 weisen Leiterenden 10 auf, mit denen sie an axialen Ende der Nuten 7, die jeweils in den Stirnflächen 8, 9 ausgebildet sind, aus den Nuten 7 herausragen. Die Lei terenden 10 von gleichen Phasen werden dabei zusammengeführt. Dies kann beispielsweise durch so weiters Umbiegen der Leiterenden 10 erfolgen, dass sich die Leiterenden 10 von ei ner Nut 7 bis in eine andere Nut 7 (phasenabhängig) erstrecken, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Es ist aber auch möglich, dass die Leiterenden 10 Endbereiche 11 aufweisen, an denen zwei Leiterenden 10 entsprechen phasenabhängig aneinander anliegen um in diesen Endberei chen 11 elektrisch leitend miteinander verbunden zu werden, insbesondere stoffschlüssig, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, die einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante des Maschi nenbauteils 1 zeigt.
Zur Ausbildung einer kompakten Wicklung/ Anordnung der elektrischen Leiter 7 (d.h. eines kompakten Wickelkopfs) sind die Leiterenden 10 in und gegen die Umfangsrichtung 3 umge- bogen. Die konkrete Ausführung der Wicklung ist dabei abhängig vom gewünschten Wickel schema, das je nach Ausführung des Maschinenbauteils 1 unterschiedlich sein kann. Derartige Wickelschemata sind aus dem Stand der Technik bekannt, sodass darauf zur Vermeidung von Wiederholungen nicht weiter darauf eingegangen wird. Es sei daher auf den einschlägigen Stand der Technik dazu verwiesen.
Durch das Umbiegen der Leiterenden 10 überkreuzen sich die Leiterenden 10 (wie dies aus den Lig. 1 bis 4 erkennbar ist), womit die Gefahr der gegenseitigen Berührung besteht. Um dies zu verhindern, sind die an sich außen bereits mit einer elektrischen Isolation versehenen elektrischen Leiter 7 in Bereich der Leiterenden mit zusätzlichen Isolierelementen 12 verse hen, wie dies am besten aus den Lig. 3 und 4 zu ersehen ist. Anders als im Stand der Technik sind diese zusätzlichen Isolierelemente 12 (auch als Phasenisolierung oder Wickelkopfisolie rung bezeichenbar) aber nicht hülsenförmig ausgebildet bzw. angeordnet, sondern sind diese ausschließlich zwischen den elektrischen Leitern 7 angeordnet. Mit anderen Worten ausge drückt sind zumindest die radial äußersten Oberflächen 13 der radial äußersten Lage 14 und die radial innersten Oberflächen der radial innersten Lager der der elektrischen Leiter 7 frei von den zusätzlichen elektrischen Isolierelementen 12.
Die Anordnung der zusätzlichen Isolierelement 12 kann zwischen zwei in radialer Richtung übereinander liegender elektrischer Leiter 7 (wie in den Lig. 3 und 4 dargestellt) und/oder zwischen elektrischen Leitern 7, die in einer Lage von elektrischen Leitern 7 gleicher radialer Höhe unmittelbar nebeneinander liegen, vorgesehen sein. Die zusätzlichen Isolierelemente 12 sind also im so genannten Wickelkopf zwischen elektrischen Leitern 7 unterschiedlicher Phase vorgesehen.
Es sei in diesem Zusammenhang daraufhingewiesen, dass üblicherweise auch in den Nuten 7 elektrische Isolierelemente vorgesehen werden, beispielsweise aus Papier. Es kann dabei vor gesehen werden, dass die zusätzlichen elektrischen Isolierelemente 12 einen Teil der elektri schen Isolierelemente in den Nuten 7 bilden. Vorzugsweise sind die zusätzlichen elektrischen Isolierelemente 12 aber zusätzlich zu der vorhandenen bzw. verwendeten elektrischen Isola tion der elektrischen Leiter 7 im Nutbereich vorgesehen.
Die zusätzlichen Isolierelemente 12 können sich über zumindest annähernd den gesamten Be reich der in Bezug auf die Umfangsrichtung 3 schräg umgebogenen elektrischen Leiter 7 er strecken, wobei dieser Bereich bevorzugt den gesamten Überdeckungsbereich der einander kreuzenden Leiterenden 10 der elektrischen Leiter 7 abdeckt. Die zusätzlichen Isolierelemente 12 können aber auch auf die Kreuzungsbereiche der einander kreuzenden elektrischen Leiter 7 beschränkt sein, oder sie können sich über die Leiterenden 10 hinaus bis in die Nuten 7 hin ein erstrecken und dort einen Teil der Nutenisolation bilden. Letzteres ist aber dann nicht die bevorzugte Ausführungsvariante, wenn für die Nutenisolation eine geringere Schichtdicke an Isoliermaterial ausreichend ist als im Bereich der Leiterenden 10.
Die Schichtdicke der zusätzlichen Isolierelemente 12 kann insbesondere maximal 400 mhi, insbesondere zwischen 80 mhi und 300 mhi, betragen.
Die zusätzlichen Isolierelemente 12 prinzipiell aus jedem geeigneten Material bestehen. Bei spielsweise können sie aus einem Polyamid, eine Polyimid, PEEK, PPS, PPSU, PESU, PAI, PEI, PTFE, Mica, oder einer Materialkombinationen ähnlichen elektrische isolierenden Werk stoffen sein.
Vorzugsweise weisen die zusätzlichen Isolierelemente 12 eine Klebeschicht auf, sodass sie auf der Oberfläche der elektrischen Leiter 7 anhaftend angeordnet werden können.
In der bevorzugten Ausführungsvariante sind die zusätzlichen Isolierelemente 12 streifenför mig ausgebildet, beispielsweise aus einem Klebeband hergestellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Anzahl an zusätz lichen Isolierelementen 12 maximal der Hälfte der Anzahl an elektrischen Leitern 7 ent spricht. Insbesondere kann die Anzahl an zusätzlichen Isolierelementen 12 zwischen N/2 und N/9 betragen, wobei N die Gesamtanzahl an elektrischen Leiterenden 10 ist, die aus den Nu ten 4 herausragen.
Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass von einander überkreuzenden elektrischen Leitern 7 die jeweils radial äußeren Oberflächen der radial weiter innen liegenden Lage an elektrischen Leitern 7 mit den zusätzlichen Isolierelementen 12 versehen werden. Es ist aber auch möglich, dass die radial innen liegenden Oberflächen der jeweils radial äußeren Lage an elektrischen Leitern 7 mit den zusätzlichen Isolierelementen 12 versehen werden.
Es ist auch möglich, dass sowohl die radial äußeren Oberfläche der inneren Lage an elektri schen Leitern 7 und die radial inneren Oberflächen der radial äußeren Lage an elektrischen Leitem 7 mit den zusätzlichen Isolierelementen 12 versehen werden. In der bevorzugten Aus- führungsvariante des Maschinenbauteils ist jedoch vorgesehen, dass zwischen jeweils zwei elektrischen Leitern 7 nur jeweils ein zusätzliches Isolierelement 12 angeordnet ist.
In der bevorzugten Ausführungsvariante sind die elektrischen Leiter 7 als Formstäbe mit zu mindest annähernd viereckigen Querschnitt ausgebildet (als sogenannte Hairpins). Die elektri schen Leiter 7 können aber auch einen runden Querschnitt aufweisen.
Die zusätzlichen elektrischen Isolierelemente 12 sind vorzugsweise nicht breiter als die elektrischen Leiter 7 an der Oberfläche, an der die elektrischen Isolierelemente 12 angeordnet werden, wie dies aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist.
Weiter sind die elektrischen Isolierelemente 12 vorzugsweise als Streifen ausgeführt, die ge gen die Umfangsrichtung geneigt zwischen den Leitern angeordnet sind. Der Neigungswinkel richtet sich dabei nach den elektrischen Leitern 7. Sind diese in Richtung der Längsmittel achse 6 verlaufend angeordnet, verlaufen auch die streifenförmigen zusätzlichen Isolierele- mente 12 in dieser Richtung (also in einem Winkel von 90 0 zur Umfangsrichtung). Sind die elektrischen Leiter 7 gegen die in der Umfangsrichtung 3 geneigt, folgen die zusätzlichen Iso lierelemente 12 auch dieser Neigung. Generell kann also gesagt werden, dass vorzugsweise die elektrischen Isolierelement dem Verlauf der elektrischen Leiter 7 in den Leiterenden 10 folgend angeordnet werden.
In der bevorzugten Ausführungsvariante sieht die Erfindung insbesondere vor, dass die Pha senisolation bevorzugt jeweils einseitig und für jeden elektrischen Leiter 7 separat mittels ei nes Streifen realisiert wird.
Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarian- ten untereinander möglich sind.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus das Maschinenbauteil nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt ist. Bezugszeichenaufstellung
Maschinenbauteil Bauteilkörper U mfang srichtung Nut
Oberfläche
Längsmittelachse
Leiter
Stirnfläche
Stirnfläche
Leiterende
Endbereich
Isolierelement
Oberfläche
Lage

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Maschinenbauteil (1) für eine elektrische Maschine umfassend einen Bauteilkör per (2), in dem Nuten (4) ausgebildet sind, wobei in den Nuten (4) elektrische Leiter (7) ange ordnet sind, die an axialen Enden der Nuten (4) aus dem Nuten (4) herausragen, und in zu mindest einem herausragenden Bereich einander kreuzend angeordnet sind, und wobei die elektrischen Leiter (7) im Bereich außerhalb der Nuten mit zusätzlichen Isolierelementen (12) elektrisch gegeneinander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Isolie relemente (12) ausschließlich zwischen den elektrischen Leitern (7) angeordnet sind.
2. Maschinenbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätz lichen Isolierelemente (12) streifenförmig ausgebildet sind.
3. Maschinenbauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Isolierelemente (12) auf Oberflächen von elektrischen Leitern (7) anhaftend an geordnet sind.
4. Maschinenbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an zusätzlichen Isolierelementen (12) maximal der Hälfte der Anzahl an elektrischen Leitern (7) entspricht.
5. Maschinenbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Isolierelemente (12) eine Schichtdicke von maximal 400 pm aufweisen.
6. Maschinenbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (7) als Lormstäbe mit zumindest annähernd viereckigen Quer schnitt ausgebildet sind.
7. Maschinenbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei elektrischen Leitern (7) nur ein zusätzliches Isolierelement (12) angeordnet ist.
8. Maschinenbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Isolierelemente (12) zwischen übereinander und/oder nebeneinander lie genden elektrischen Leitern (7) angeordnet sind.
9. Elektrische Maschine umfassend einen Stator und einen Rotor, dadurch gekenn zeichnet, dass der Stator und/oder der Rotor als Maschinenbauteil (1) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Maschinenbauteils (1) für eine elektrische Ma schine durch Bereitstellen eines Bauteilkörpers (2), in dem Nuten (4) ausgebildet werden, wo bei in den Nuten (4) elektrische Leiter (7) so angeordnet werden, dass sie an axialen Enden der Nuten (4) aus den Nuten (4) herausragen, und in zumindest einem herausragenden Be reich einander kreuzend angeordnet werden, und wobei die elektrischen Leiter (7) im Bereich außerhalb der Nuten (4) mit zusätzlichen Isolierelementen (12) elektrisch gegeneinander iso liert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Isolierelemente (12) ausschließ lich zwischen den elektrischen Leitern (7) angeordnet werden.
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