WO2015104093A2 - Isolierlamelle - Google Patents

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    • H02K2213/09—Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators

Definitions

  • the invention relates to an insulating lamella for a winding of an electric motor.
  • Stator wire windings of electronically commutated EC motors are usually separated or electrically insulated with insulating lamellae of electrically non-conductive plastic from steel teeth of the stator.
  • the said conventional insulating lamellae are generally provided with a groove or rib structure in order to securely hold wire layers of the windings in their position and thus to ensure a defined degree of filling of the winding wire.
  • DE 10 2007 004 562 A1 discloses an insulating lamella for an electric machine armature.
  • the insulating lamella contains ferromagnetic material, whereby a magnetic flux through the insulating lamella is improved.
  • an object of the present invention to make different winding wires used for a winding of an electric motor improved.
  • the object is achieved with an insulating lamella for a winding of an electric motor, which is characterized in that the insulating lamella has a holding element formed from a deformable material, wherein by means of the holding element at least a portion of the winding on the insulating lamella is substantially stationary can be arranged.
  • the insulating blade according to the invention it is considered to be particularly advantageous that it is possible with the insulating blade according to the invention to make different wires with only one Isolierlamellentyp usable.
  • a defined wire position of the winding can be achieved simply and inexpensively, because in the case of different wire diameters, no complicated and unproductive set-up processes are required for providing adapted insulating lamellae.
  • the winding wire creates its groove when automated laying or winding to some extent itself.
  • Embodiments of the insulating lamella are the subject of dependent claims.
  • the holding element is formed from a thermoplastic elastomer having a defined Shore hardness.
  • a further embodiment of the insulating lamella is characterized in that the Shore hardness of the holding element is approximately> 30.
  • specifically dimensioned Shore hardnesses are used for the holding element, which cause particularly favorable performance characteristics of the thermoplastic elastomer.
  • a further embodiment of the insulating lamella is characterized in that a width of the holding element formed in an arrangement direction of the winding corresponds to approximately> half the width of the insulating lamella formed in the arrangement direction of the winding. This results in relatively long groove progressions, which generate high friction, causing the winding wire on the
  • a further embodiment of the insulating lamella is characterized in that a width of the holding element formed in an arrangement direction of the winding corresponds to approximately ⁇ half the width of the insulating lamella formed in the arrangement direction of the winding. This advantageously means that the wire of the winding during the winding process well into the narrow holding element
  • drawing in is meant here that the winding wire during the winding process due to the geometric configuration of the holding element finds a low mechanical resistance and therefore can easily penetrate into the material of the retaining element , This way is due to a deep
  • a layer thickness of the holding element is adapted to a wire thickness of the winding.
  • the layer thickness of the holding element is designed to be rather thin for rather thin types of wire, but rather large for rather thick types of wire. In this way is used within the insulating lamella according to the invention for each individual
  • Wire type supports the best possible fit.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a motor housing with a
  • FIG. 2 is a perspective enlarged detail view of FIG. 1;
  • FIG. 2 is a perspective enlarged detail view of FIG. 1;
  • Fig. 3a shows a first embodiment of the insulating lamella
  • 3b shows another embodiment of the insulating lamella
  • Fig. 4 shows a further embodiment of the insulating lamella in the wound
  • FIG. 1 shows a perspective view of a motor housing 30 of an electronically commutated EC motor, in which a symmetrically formed stator ring with radially arranged teeth 2 (for example steel teeth) for an electrical winding 20 is arranged.
  • a symmetrically formed stator ring with radially arranged teeth 2 for example steel teeth
  • the winding 20 of the stator ring is electrically isolated from the stator ring and positioned in a defined manner.
  • Each insulating lamella 10 encases each tooth 2 in large parts.
  • a rotor (not shown) with magnets disposed thereon is rotatably disposed within the stator ring.
  • FIG. 2 shows an enlarged perspective detailed view of FIG. 1.
  • the aforementioned conventional insulating lamellae 10 for the purpose of secure fixation of the winding 20 have lateral grooves or ribs 3, by means of which the first wire layer of the winding 20 is securely held in a defined position.
  • the disadvantage means that for each individual conventional insulating lamella 10 only a specific wire can be used with a specific wire diameter, wherein the wire diameter is adapted to the groove diameter.
  • a holding element 1 which is formed from a deformable material (eg, a thermoplastic elastomer, TPE). Due to a pressure generated during a (usually automated) winding process on the wire of the winding 20 is the TPE material elastically deformed and formed a groove in the TPE material, which holds the first wire layer of the winding 20 in a defined position or fixed.
  • Fig. 3a shows a first embodiment of the insulating lamella 10 in the form of a Einzel leopardisolation with an additionally molded retaining element 1 in the form of an elastomeric rib or surface, which allows the safe location of any wire diameter.
  • FIG. 3 a shows the upper insulating lamella 10 to be placed on the tooth 2.
  • the holding element 1 is arranged on a bearing surface of the insulating lamella 10, which rests on the tooth 2.
  • Insulating lamella 10 is formed relatively small.
  • a width of the holding element 1 defined in the above sense is approximately less than or equal to a half width of the supporting surface of the insulating lamella 10 defined in the above sense.
  • the holding element 1 is relatively high in relation to an overall height of the insulating lamella 1.
  • FIG. 3b An alternative embodiment of the insulating strip 10 according to the invention is shown in Fig. 3b.
  • the holding element 1 is formed relatively wide and low, which means that a groove formed due to the pressure exerted on the wire groove is relatively long and thus a holding effect of the wire within the holding member 1 due to friction can be very good.
  • This may preferably mean that a width of the holding element 1 defined in the above sense is approximately greater than or equal to a half width of the supporting surface of the insulating lamella 10 defined in the above sense.
  • the holding element 1 is relatively low or flat in relation to an overall height of the insulating lamella 1.
  • thermoplastic elastomers with a Shore hardness of about> 30 or about> 40 for the retaining element 1 have very favorable performance properties.
  • the actual Shore hardness is matched to properties of the winding wire used (eg wire diameter, type of wire, wire material, etc.), so that the wire in the holding element 1 always finds a suitable counterpart that is able to provide sufficient mechanical resistance during winding.
  • a winding structure of the entire winding 20 is arbitrary and it is particularly important that the first wire layer of the winding 20 is arranged substantially stationary within the insulating lamella 10, wherein the result in additional wire layers of the groove structure of the first wire layer itself.
  • a variety of variants and thus manufacturing and storage costs for the insulating lamella can be greatly reduced with the insulating lamella 10 according to the invention, because for the insulating lamella 10 of any wire quality and grade is used. Thus, a danger of confusion with similar dimensions of the insulating lamella is substantially excluded.
  • a production of the insulating lamella 10 according to the invention is preferably carried out by means of a 2K injection process (two-component injection process), wherein two components are processed or manufactured successively in a corresponding tool.
  • a TPE rib or TPE surface is placed or molded onto the plastic part of the insulating lamella 10 by a second injection process.
  • This retaining element 1 generated in this way takes over the wire layer guide instead of the conventional groove structures and allows the winding of any wire diameter.
  • the insulating strip 10 As a result, with the insulating strip 10, a high degree of filling of the winding 20 can be produced and thereby a well dimensionable power factor of the electric motor, wherein the power factor depends strongly on the said degree of filling.
  • the insulating lamella 10 is of course suitable for both stator and rotor windings.
  • the insulating fin 10 is not limited to a specific type of electric motor.
  • the present invention proposes an insulating lamination for a winding of an electric motor, which advantageously makes it possible to use the same type of insulating lamella for different wire diameters.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

Isolierlamelle (10) für eine Wicklung (20) eines Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierlamelle (10) ein aus einem verformbaren Material gebildetes Halteelement (1) aufweist, wobei mittels des Halteelements (1) wenigstens ein Teil der Wicklung (20) auf der Isolierlamelle (10) im Wesentlichen ortsfest anordenbar ist.

Description

Beschreibung Titel
Isolierlamelle
Die Erfindung betrifft eine Isolierlamelle für eine Wicklung eines Elektromotors. Stand der Technik
Stator-Drahtwicklungen von elektronisch kommutierten EC-Motoren werden üblicherweise mit Isolierlamellen aus elektrisch nicht-leitendem Kunststoff von Stahlzähnen des Stators getrennt bzw. elektrisch isoliert. Die genannten herkömmlichen Isolierlamellen werden in der Regel mit einer Rillen- bzw. Rippenstruktur versehen, um Drahtlagen der Wicklungen sicher in ihrer Position zu halten und so einen definierten Füllgrad des Wicklungsdrahtes zu gewährleisten.
Nachteilig ist damit allerdings verbunden, dass pro Isolierlamelle jeweils nur ein bestimmter Drahtdurchmesser verwendbar ist, was dadurch bedingt ist, dass durch den Rillendurchmesser beim Wickeln ein Abstand zum nächsten Draht fix vorgegeben ist.
DE 10 2007 004 562 A1 offenbart eine Isolierlamelle für einen Elektromaschi- nenanker. Die Isolierlamelle enthält ferromagnetisches Material, wodurch ein magnetischer Fluss durch die Isolierlamelle verbessert ist.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unterschiedliche Wicklungsdrähte für eine Wicklung eines Elektromotors verbessert nutzbar zu machen. Die Aufgabe wird gelöst mit einer Isolierlamelle für eine Wicklung eines Elektromotors, die sich dadurch auszeichnet, dass die Isolierlamelle ein aus einem verformbaren Material gebildetes Halteelement aufweist, wobei mittels des Halteelements wenigstens ein Teil der Wicklung auf der Isolierlamelle im Wesentlichen ortsfest anordenbar ist.
Als besonders vorteilhaft wird dabei angesehen, dass es mit der erfindungsgemäßen Isolierlamelle möglich ist, verschiedene Drähte mit nur einem Isolierlamellentyp verwendbar zu machen. Mittels des Halteelements ist eine definierte Drahtlage der Wicklung einfach und kostengünstig erreichbar, weil im Falle von unterschiedlichen Drahtdurchmessern keinerlei aufwendige und unproduktive Rüstvorgänge zum Bereitstellen von angepassten Isolierlamellen erforderlich sind. Der Wicklungsdraht schafft sich seine Rille beim automatisierten Legen bzw. Wickeln gewissermaßen selbst.
Ausführungsformen der Isolierlamelle sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Isolierlamelle zeichnet sich dadurch aus, dass das Halteelement aus einem thermoplastischen Elastomer mit einer definierten Shore-Härte gebildet ist. Auf diese Art und Weise kann mit einer geeigneten
Wahl der Shore-Härte für das Halteelement die verwendete Drahtart an das jeweilige Halteelement angepasst werden. Daraus resultieren sehr effiziente und ökonomische Wicklungsvorgänge, wobei ein gut definierter Füllgrad der Motorwicklung einfach erreicht werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der Isolierlamelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die Shore-Härte des Halteelements ca. > 30 beträgt. Damit werden für das Halteelement spezifisch dimensionierte Shore-Härten verwendet, die besonders günstige Gebrauchseigenschaften des thermoplastischen Elastomers bewirken.
Eine weitere Ausführungsform der Isolierlamelle ist dadurch gekennzeichnet, dass eine in einer Anordnungsrichtung der Wicklung ausgebildete Breite des Halteelements ca. > einer halben in der Anordnungsrichtung der Wicklung ausgebildeten Breite der Isolierlamelle entspricht. Dies resultiert in relativ langen Rillen- Verläufen, die eine hohe Reibung erzeugen, wodurch der Wicklungsdraht auf der
Isolierlamelle gut liegen bleibt. Eine weitere Ausführungsform der Isolierlamelle ist dadurch gekennzeichnet, dass eine in einer Anordnungsrichtung der Wicklung ausgebildete Breite des Halteelements ca. < einer halben in der Anordnungsrichtung der Wicklung ausgebildeten Breite der Isolierlamelle entspricht. Vorteilhaft bedeutet dies, dass sich der Draht der Wicklung beim Wicklungsprozess gut in das schmale Halteelement
„hineinziehen" kann, wodurch ein guter Sitz des Wicklungsdrahts unterstützt ist. Unter„hineinziehen" wird hier verstanden, dass der Wicklungsdraht beim Wicklungsprozess aufgrund der geometrischen Ausgestaltung des Halteelements einen geringen mechanischen Widerstand vorfindet und daher leicht in das Materi- al des Halteelements eindringen kann. Auf diese Weise ist aufgrund eines tiefen
Eindringens des Wicklungsdrahts in das Halteelement ein guter, sicherer und dauerhafter Sitz des Wicklungsdrahts im Halteelement unterstützt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Isolierlamelle ist vorgesehen, dass eine Schichtdicke des Halteelements an eine Drahtstärke der Wicklung ange- passt ist. Auf diese Weise ist unterstützt, dass für das Halteelement je nach verwendeter Drahtsorte optimierte Gebrauchseigenschaften bereitgestellt werden. Dabei wird für eher dünne Drahtsorten die Schichtdicke des Halteelements gering ausgelegt, für eher stärkere Drahtsorten hingegen groß. Auf diese Weise ist innerhalb der erfindungsgemäßen Isolierlamelle für jede einzelne verwendete
Drahtsorte der bestmögliche Sitz unterstützt.
Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren. Die Figuren sind vor allem dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen. Gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In den Figuren zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Motorgehäuses mit einer
Statorwicklung gemäß Stand der Technik; Fig. 2 eine perspektivische vergrößerte Detailansicht von Fig. 1 ;
Fig. 3a eine erste Ausführungsform der Isolierlamelle;
Fig. 3b eine weitere Ausführungsform der Isolierlamelle; und
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Isolierlamelle im gewickelten
Zustand.
Beschreibung von Ausführungsformen
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Motorgehäuse 30 eines elektronisch kommutierten EC-Motors, in welchem ein symmetrisch ausgebildeter Statorkranz mit radial angeordneten Zähnen 2 (z.B. Stahlzähnen) für eine elektrische Wicklung 20 angeordnet ist. Man erkennt, dass mittels Isolierlamellen 10 die Wicklung 20 des Statorkranzes elektrisch vom Statorkranz isoliert und definiert positioniert ist. Jede Isolierlamelle 10 ummantelt dabei jeden Zahn 2 zu großen Teilen. Ein Rotor (nicht dargestellt) mit darauf angeordneten Magneten ist innerhalb des Statorkranzes drehbar angeordnet.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte perspektivische Detailansicht von Fig. 1 . Es ist erkennbar, dass die genannten herkömmlichen Isolierlamellen 10 zum Zwecke einer sicheren Fixierung der Wicklung 20 seitliche Rillen bzw. Rippen 3 aufweisen, mithilfe derer die erste Drahtlage der Wicklung 20 sicher in einer definierten Position gehalten wird. Nachteilig bedeutet dies jedoch, dass für jede einzelne herkömmliche Isolierlamelle 10 nur ein spezifischer Draht mit einem spezifischen Drahtdurchmesser verwendet werden kann, wobei der Drahtdurchmesser an den Rillendurchmesser anzupassen ist.
Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, auf einer Oberseite bzw. einer Auflagefläche der Isolierlamelle 10 auf dem Zahn 2 ein Halteelement 1 anzuordnen, welches aus einem verformbaren Material (z.B. ein thermoplastisches Elastomer, TPE) gebildet ist. Aufgrund eines während eines (üblicherweise automatisierten) Wicklungsprozesses erzeugten Drucks auf den Draht der Wicklung 20 wird das TPE-Material elastisch verformt und eine Rille im TPE-Material gebildet, die die erste Drahtlage der Wicklung 20 in einer definierten Position hält bzw. fixiert. Fig. 3a zeigt eine erste Ausführungsform der Isolierlamelle 10 in Form einer Einzelzahnisolation mit einem zusätzlich angespritzten Halteelement 1 in Form einer Elastomerrippe bzw. -fläche, die die sichere Lage eines beliebigen Drahtdurchmessers ermöglicht. In der vorgesehenen Anbringlage am Zahn 2 (nicht dargestellt in Fig. 3a) wird jeweils eine Isolierlamelle 10 von oben und von unten auf den Zahn 2 gesteckt. Fig. 3a zeigt die auf den Zahn 2 zu steckende obere Isolierlamelle 10.
Man erkennt, dass das Halteelement 1 auf einer Auflagefläche der Isolierlamelle 10, die am Zahn 2 aufliegt, angeordnet ist. Dabei ist eine Breite des Halteelements 1 , auf der die Wicklung (nicht dargestellt in Fig. 3a) bezogen auf das Motorgehäuse 30 bzw. den Rotor (nicht dargestellt in Fig. 3a) tangential aufgelegt wird (siehe Fig. 4), in Relation zu einer Breite der genannten Auflagefläche der
Isolierlamelle 10 relativ gering ausgebildet.
Dies kann vorzugsweise bedeuten, dass eine im obigen Sinn definierte Breite des Halteelements 1 ungefähr kleiner oder gleich einer im obigen Sinn definier- ten halben Breite der Auflagefläche der Isolierlamelle 10 ist. Zudem ist das Halteelement 1 in Relation zu einer Gesamthöhe der Isolierlamelle 1 relativ hoch.
Eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Isolierlamelle 10 ist in Fig. 3b dargestellt. Erkennbar ist hier, dass das Halteelement 1 relativ breit und niedrig ausgebildet ist, was bedeutet, dass eine aufgrund des auf den Draht ausgeübten Drucks ausgebildete Rille relativ lang ist und dadurch ein Halteeffekt des Drahtes innerhalb des Halteelements 1 aufgrund von Reibung sehr gut sein kann. Dies kann vorzugsweise bedeuten, dass eine im obigen Sinn definierte Breite des Halteelements 1 ca. größer oder gleich einer im obigen Sinn definierten halben Breite der Auflagefläche der Isolierlamelle 10 ist. Zudem ist das Halteelement 1 in Relation zu einer Gesamthöhe der Isolierlamelle 1 relativ niedrig bzw. flach ausgebildet. Es hat sich herausgestellt, dass thermoplastische Elastomere mit einer Shore- Härte von ca. > 30 oder ca. > 40 für das Halteelement 1 sehr günstige Gebrauchseigenschaften aufweisen. Die tatsächliche Shore-Härte wird dabei auf Eigenschaften des verwendeten Wicklungsdrahtes (z.B. Drahtdurchmesser, Drahtart, Drahtmaterial, usw.) abgestimmt, damit der Draht im Halteelement 1 stets einen geeigneten Gegenpart vorfindet, der beim Wickeln ausreichend mechanischen Widerstand zu bieten vermag.
Fig. 4 zeigt eine fertig bewickelte Isolierlamelle 10. Es ist selbstverständlich, dass eine Wickelstruktur der gesamten Wicklung 20 beliebig ist und es insbesondere darauf ankommt, dass die erste Drahtlage der Wicklung 20 definiert im Wesentlichen ortsfest innerhalb der Isolierlamelle 10 angeordnet ist, wobei sich die weiteren Drahtlagen aus der Rillenstruktur der ersten Drahtlage von selbst ergeben. Vorteilhaft können mit der erfindungsgemäßen Isolierlamelle 10 eine Variantenvielfalt und damit Herstellungs- und Lagerkosten für die Isolierlamelle sehr reduziert werden, weil für die Isolierlamelle 10 jedwede Drahtqualität und -sorte verwendbar ist. Somit ist vorteilhaft eine Vertauschungsgefahr bei ähnlichen Abmessungen der Isolierlamelle im Wesentlichen ausgeschlossen.
Eine Fertigung des der erfindungsgemäßen Isolierlamelle 10 erfolgt vorzugsweise mittels eines 2K-Spritzprozesses (Zwei-Komponenten-Spritzprozess), wobei in einem entsprechenden Werkzeug nacheinander zwei Komponenten verarbeitet bzw. gefertigt werden. Dabei wird am Kunststoffteil der Isolierlamelle 10 durch einen zweiten Spritzprozess eine TPE-Rippe bzw. TPE-Fläche aufgesetzt bzw. angespritzt. Dieses derart generierte Halteelement 1 übernimmt die Drahtlagenführung anstatt der herkömmlichen Rillenstrukturen und erlaubt das Aufwickeln eines beliebigen Drahtdurchmessers. Vorteilhaft bedeutet dies reduzierte Werkzeugkosten und eine höhere Effizienz des Herstellungsvorgangs der Wicklung 20.
Im Ergebnis ist mit der Isolierlamelle 10 ein hoher Füllgrad der Wicklung 20 herstellbar und dadurch ein gut dimensionierbarer Leistungsfaktors des Elektromotors, wobei der Leistungsfaktor stark vom genannten Füllgrad abhängt. Es sei erwähnt, dass die Isolierlamelle 10 natürlich sowohl für Stator- als auch für Rotorwicklungen geeignet ist. Ferner ist die Isolierlamelle 10 nicht auf einen spezifischen Typ eines Elektromotors beschränkt. Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung eine Isolierlamelle für eine Wicklung eines Elektromotors vorgeschlagen, die es vorteilhaft ermöglicht, denselben Isolierlamellentyp für unterschiedliche Drahtdurchmesser zu verwenden. Obwohl die Erfindung anhand von konkreten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie keineswegs darauf beschränkt. Der Fachmann wird daher auch vorgehend nicht oder nur teilweise beschriebene Ausführungsformen realisieren, die vom erfindungsgemäßen Grundkonzept umfasst sind.

Claims

Ansprüche
Isolierlamelle (10) für eine Wicklung (20) eines Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierlamelle (10) ein aus einem verformbaren Material gebildetes Halteelement (1 ) aufweist, wobei mittels des Halteelements (1 ) wenigstens ein Teil der Wicklung (20) auf der Isolierlamelle (10) im Wesentlichen ortsfest anordenbar ist.
2. Isolierlamelle (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (1 ) aus einem thermoplastischen Elastomer mit einer definierten Shore-Härte gebildet ist.
3. Isolierlamelle (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Shore-Härte des Halteelements (1 ) ca. > 30 beträgt.
4. Isolierlamelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einer Anordnungsrichtung der Wicklung (20) ausgebildete Breite des Halteelements (1 ) ca. > einer halben in der Anordnungsrichtung der Wicklung (20) ausgebildeten Breite der Isolierlamelle (10) entspricht.
5. Isolierlamelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einer Anordnungsrichtung der Wicklung (20) ausgebildete Breite des Halteelements (1 ) ca. < einer halben in der Anordnungsrichtung der Wicklung (20) ausgebildeten Breite der Isolierlamelle (10) entspricht.
6. Isolierlamelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke des Halteelements (1 ) an eine Drahtstärke der Wicklung (20) angepasst ist.
7. Wicklung (20) eines Elektromotors mit wenigstens einer Isolierlamelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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