用于电机的绝缘单元的制作方法

本发明涉及一种用于电机的绝缘单元，该电机具有由多个成形杆构成的绕组，这些成形杆穿过在周向方向上间隔开的至少两个凹槽并且在电机的一侧具有接触部，这些接触部互相连接从而形成绕组。此类绕组也被称为发卡式绕组(hair-pin-wicklung)或波形绕组，其中下文仅使用“发卡”或“发卡式绕组”的名称，其中由此在本申请的意义上也包括波形绕组等。

在现有技术中已知的是，在电机的、尤其定子的绕组中用绝缘的浇铸料来遮盖不绝缘的区域。针对发卡式绕组已知的是，在绕组头上藉由浇铸料来使不绝缘的发卡端部(这些发卡端部相互连接从而形成线圈)在连接之后相对于彼此且相对于周围环境绝缘。在此，要么将浇铸料作为涂层施加到各个发卡端部上，要么将绕组头作为整体浇铸成块。现有技术的问题在于对浇铸料的施加和处理，尤其是在要施加的量和如下问题方面，即，实现充分地遮盖并且同时必须避免将浇铸料施加到电机的不要涂覆的部件上。

本发明的目的在于，提供发卡端部的绝缘件，该绝缘件是可以简单且快速地制造的并且形成对发卡端部的可靠的绝缘。

该目的通过根据独立权利要求所述的绝缘单元和电机以及用于制造该电机的方法来实现。

根据本发明是一种用于具有发卡式绕组的电机的绝缘单元，其中所述发卡式绕组具有用于与互连件电连接的多个连接销以及多个经焊接的发卡端部，其特征在于，设置有基体，所述基体具有绝缘的材料并且至少在所述发卡式绕组的周向的一部分上延伸；所述基体在底侧包括容纳区域，所述容纳区域朝向所述发卡式绕组并且具有用于容纳所述发卡端部的开口，其中至少在周向方向上在所述开口之间设置有分隔壁，并且开口和/或分隔壁具有用于力配合并且/或者形状配合地与发卡端部连接的紧固件。

发卡式绕组由多个发卡或成形杆构成，这些成形杆在其端部上在绕组头处具有接触部。在接触部处相应成对地互相导电地连接，以便由发卡制成发卡式绕组的线圈。成对地相互连接的接触部被称为发卡端部，并且相应的、单独的接触部在相应的线圈的起点和终点处被称为连接销。使连接销与互连件导电地连接，以使连接销与用于控制电机的功率电子器件相连接。

通过使用绝缘单元作为独立的构件，已经可以避免使用可流动的浇铸料并且明显简化了定位及操作。绝缘单元在此具有基体，该基体包括电绝缘的材料。作为材料优选使用塑料，其中具有橡胶或者其他弹性材料或者还有陶瓷材料的实施方式也是可行的。基体可以是单件式地形成的或者也可以是多件式地形成的，并且该基体至少在周向的一部分上延伸。由于结构方式导致地，尤其在连接销的区域中连接销与发卡端部之间的距离可以是较小的，或者在周向的其他部位上发卡端部与其他导电构件的距离也可以是较小的，所以首先在这些区域中是需要绝缘的。因此，取决于电机的结构，这样的实施方式是可行的，即在这些实施方式中足够的是，藉由绝缘单元仅遮盖发卡式绕组的周向的一部分。然而，优选的实施方式具有基体，在该基体上遮盖发卡式绕组的或发卡端部的整个周向。

因为发卡端部在径向方向上(基于绕组的直接相邻的层)所具有的距离小于在周向方向上(基于凹槽之间的连接部)所具有的距离，所以尤其需要在径向方向上绝缘。基体在朝向发卡端部的底侧具有容纳区域，该容纳区域具有多个开口或分隔壁。在此，实施方式优选具有沿周向方向(即沿层之间的切向方向)延伸的分隔壁。替代性地或额外地，在径向方向上的分隔壁也是可能的，由此得到用于相应的发卡端部的开口，这改进了绝缘并且允许更精确地定位。

为了将绝缘单元紧固在发卡式绕组上，开口或分隔壁具有紧固件。在装配期间，通过紧固件建立形状配合的并且/或者力配合的连接，由此使绝缘单元防丢失地与发卡式绕组相连接。

根据本发明的绝缘单元的实施方式的特征在于，所述基体具有用于使所述发卡式绕组的连接销穿通的凹口。为了能够通过单独形成的互连件来实现连接销的接触，在绝缘单元的基体上也能够设置有用于连接销的凹口，例如外周向面/内周向面上的通孔或凹槽。要么可以使比另外的发卡端部更长的连接销穿过这些凹口，要么可以将互连件的对应接触部引导至连接销。

根据本发明的绝缘单元的另外的实施方式的特征在于，所述基体包括用于所述发卡式绕组的连接销的所述互连件。为了减少电机的部件数量并且使与功率电子器件的连接变得简单，用于与连接销连接的互连件可以被整合到绝缘单元的基体中。这个实施方式的另外的优点在于由此确保了对互连件的很好的定位并且同时能够使互连件绝缘。

绝缘单元的根据本发明的实施方式的特征在于，所述紧固件是所述开口的可变形的区域。为了在装配后实现力配合地并且/或者形状配合地将绝缘单元与发卡端部连接，至少开口或分隔壁的区域是可变形的。

根据本发明的实施方式的绝缘单元的特征在于，所述可变形的区域是由变窄部构成的，所述变窄部相应地至少在所述开口的深度的一部分上延伸并且使所述开口的净宽度减小至比所述发卡端部更小的尺寸。在优选的实施方式中，开口在底侧具有比发卡端部更大的净宽度，以便在装配期间简化对发卡端部的定位和引入。形成可变形的区域的可能性在于，在开口的深度方向上使净宽度减小至小于发卡端部的大小的尺寸。这在进行装配时对应地促使这些区域弹性且可能还塑性地变形，并且可能还取决于材料组合和装配力而促使发卡端部变形。净宽度可以在深度方向上连续地变化或者也可以跳跃式地变化。

在另外的延伸部中，净宽度也可以再次增大，以便能够实现用于多余材料的空间或者在发卡端部与基体之间进行干预(eingriffe)。由此除了力配合的连接之外，也可能可以实现形状配合的连接。

根据本发明的绝缘单元的另外的实施方式的特征在于，所述可变形的区域是由所述基体的弹性材料构成的，并且所述开口是由比所述发卡端部更小的穿孔构成的。基体的开口(尤其在诸如弹性体、发泡材料、树胶、橡胶等弹性材料的情况下)能够具有比发卡端部的大小更小的净宽度。这些开口可以是由对应地设置的穿孔形成的。在将绝缘单元压到发卡式绕组上时，发卡端部对应地沿穿孔被容纳在基体的容纳区域中并且由于弹性变形而被紧固。为了更简单地进行定位，在实施方式中可以在底侧在穿孔处设置有导入斜面

在另外的实施方式中，根据本发明的绝缘单元的特征在于，所述可变形的区域是由所述开口和/或分隔壁构成的，其中所述可变形的区域是由经粗轧的热塑性塑料形成的，所述热塑性塑料是能够由于供热而收缩的。通过对分隔壁使用经粗轧的热塑性塑料，开口可以形成为比发卡端部更大，并且在将绝缘单元放置到发卡式绕组上之后，可以通过供热而使开口的净宽度减小至比发卡端部更小的尺寸。这种材料方案对于收缩管、收缩盖或者收缩分隔盖的领域而言是已知的。

绝缘单元的另外的根据本发明的实施方式的特征在于，所述紧固件是由在所述开口中并且/或者在所述分隔壁上所设置的粘合剂构成的。替代性地或补充地，这样的实施方式是可行的，其中开口至少部分地用粘合剂来填充或者分隔壁至少部分地用粘合剂来涂覆，由此在基体与发卡端部之间产生粘接连接。在这些实施方式中，可以使用任意的、适合于材料配对的粘合剂，其中优选使用可以有针对性地控制其活化和固化的粘合剂。例如在装配之前才立即引入的双组分粘合剂，或者在装配之前才用第二组分来对基体进行浸渍，并且例如在装配前、装配期间或装配后才通过供热来使固化的粘合剂活化。在本申请的意义上的粘合剂除了粘合材料之外还包括塑料或其他可固化的材料。

根据另外的根据本发明的实施方式，绝缘单元的特征在于，所述基体在与所述发卡式绕组背离的顶侧处具有封闭的表面，以防止所述发卡端部穿透。为了保证对发卡端部的完全绝缘，绝缘单元的基体在顶侧处具有封闭的表面。

根据本发明的绝缘单元的优选实施方式的特征在于，所述基体是多件式地形成的，并且所述封闭的表面是由比所述容纳区域更硬的板构成的。首先在其容纳区域由柔软的或弹性的材料形成的基体中存在这样的危险：发卡端部由于装配力而挤压穿过基体的容纳区域并且从基体的表面伸出，由此可能导致绝缘不充分。因此，为了避免这种情况，基体的顶侧的封闭的表面可以包括由比容纳区域更硬的材料构成的板。容纳区域例如可以是由弹性体构成的并且设有由例如热固性或热塑性塑料制成的坚硬的板，还可能的是由相同的、密度不同的材料形成的容纳区域和基体，例如以发泡且紧凑的形式；或者还可能的是不同材料类别的组合，例如用于容纳区域的塑料和用于板的陶瓷。这种实施方式的另外的优点在于更坚硬的绝缘单元，由此简化了操作并且实现了更好且更均匀地将装配力传递到周向面上。

根据本发明的绝缘单元的另外的实施方式的特征在于，所述开口和/或分隔壁具有比所述容纳区域的材料更软的涂层，以免在装配期间损坏所述发卡式绕组的绝缘涂漆。发卡是由导电的材料制成的并且除了发卡端部通常用绝缘涂漆来涂覆。为了避免由于基体、尤其容纳区域的基体而损坏绝缘层，可以用比基体更软的材料来对基体的、尤其容纳区域的表面进行涂覆。

本发明的另一个主题是一种具有发卡式绕组的电机，其特征在于，设置有根据所描述的实施方式中的一个实施方式的绝缘单元。因此，电机具有关于绝缘单元所描述的特性并且确保使发卡端部良好绝缘并使绝缘单元可靠地紧固在发卡式绕组上。此外，绝缘单元在发卡式绕组上的这种直接紧固在所需的安装空间方面具有优势，这使得可能能够实现更紧凑的构造方式。

根据本发明的电机的另外的实施方式的特征在于，所述绝缘单元是与所述发卡式绕组缝合的。根据将绝缘单元装配在发卡式绕组上的上述可能性，可以额外地将绝缘单元与绕组头缝合。通过这种缝合(其中引导丝线穿过绝缘单元的顶侧并且/或者在顶侧引导丝线并且引导丝线穿过电机的定子或转子的发卡端部之间的间隙，并且通过张紧丝线使构件相对于彼此固定)，确保绝缘单元在发卡式绕组上的额外的紧固。这种额外的紧固尤其是用于在电机的运行时间期间进行额外的固定，并且针对可能在装配期间发生的、从对绝缘单元进行定位直至使绝缘单元的紧固件固化并且/或者变形的时间段。

替代于缝合，也存在将绝缘单元支撑在周围的构件上的可能性。在此，将绝缘单元实施成使得其支撑在外部的几何形状上并且将其夹紧在发卡端部与壳体盖板之间。因此可以避免额外的紧固。

根据本发明同样是一种用于制造上述电机的方法，所述电机具有根据本发明的绝缘单元，所述方法包括：提供发卡式绕组；将所述绝缘单元定位在所述发卡式绕组上，其中将所述绝缘单元的底侧的开口定位成朝向发卡端部；以及将所述绝缘单元紧固在所述发卡式绕组上，通过以下步骤中的至少一个步骤：

-将所述发卡端部压入到所述绝缘单元的开口中，以建立夹紧连接；

-加热绝缘单元，以实现使所述紧固件热缩或固化；

-将所述绝缘单元与所述发卡式绕组的绕组头缝合。

如上所述地针对绝缘单元或电机所实施地，首先提供绕组，其中该绕组尤其是电机的定子的绕组，其中根据本发明的构造也可以用于电机的转子或者电机的转子和定子。将绝缘单元定位在发卡式绕组的绕组头上，以使发卡端部与开口或分隔壁对准并且使连接销与凹口或互连件对准。随后将绝缘单元紧固在绕组头上，其中要么通过将发卡端部压入到基体的开口中、通过加热绝缘单元(尤其加热基体的容纳区域)来实现紧固，要么通过将绝缘单元与绕组头缝合来实现紧固。紧固的组合也是可行的。例如在压入之后，额外地通过加热来使另外的紧固件活化。也可以与压入和/或加热组合地进行缝合，以便实现额外的固定，并且可能直到使另外的紧固件固化或在进行固化期间确保绝缘单元相对于绕组头的位置的固定。

下面将借助附图来详述本发明。相同或相似的构件用统一的附图标记来指代。在附图中分别示出：

图1展示根据本发明的绝缘单元的实施方式。

图2展示根据本发明的绝缘单元的另外的实施方式。

图3示出在具有根据图2的绝缘单元的绕组头的区域中定子的透视图。

图4示出沿根据本发明的电机的周向方向的截面。

图5示出在具有根据另外的实施方式的绝缘单元的绕组头的区域中定子的透视图。

图6示出在具有根据另外的实施方式的绝缘单元的绕组头的区域中定子的透视图。

图7示出沿根据图6的根据本发明的电机的径向方向的截面。

图1以从下方的透视图示出根据本发明的绝缘单元(1)的实施方式。绝缘单元(1)包括基体(2)，该基体在其底侧的容纳区域处具有多个开口(3)。开口(3)并排地布置在与电机的绕组的层数相对应的多个同中心的环上，以便相应地容纳在图1中未展示的发卡端部(5)。所示出的实施方式是以延伸360°的圆环的形式实施的。替代性地，例如用于转子绕组或者如果要同时遮盖内部区域，则如全表面的盘的实施方式也是可行的。对应地仅在周向的一部分上延伸的圆形节段或环形节段同样是可行的，其中在这些情况下，可能没有使部分发卡端部绝缘或者使用在周向上分布的多个绝缘单元。分开的实施方式尤其对于具有较大直径的电机而言可以是有利的。

在图2中示出了具有绕组头的定子(4)的上部区域。绕组头在此是发卡式绕组的绕组头，其中多个成形杆以其接触部对应地成对地布置并且导电地相互连接，由此形成发卡端部(5)。由成形杆通过在发卡端部(5)处进行连接而产生了发卡式绕组的线圈，这些线圈各自在线圈端部上具有单独的连接销(6)。在展示的实施例中，绝缘单元(1)仅在发卡式绕组的、连接销(6)所在的周向区域上延伸。取决于电机的结构上的设计，发卡端部(5)在这个区域中的绝缘可以是足够的，这是因为在另外的周向延伸部中这些发卡端部可以充分地彼此间隔开。替代性地，例如可能借助另外的绝缘单元(如图1所阐述地)来使另外的周向部绝缘。在展示的实施例中，互连件(7)被整合到绝缘单元(1)中，该互连件用于将连接销(6)与(未展示的)用于控制电机的功率电子器件连接。

图3示出根据图2中所示出的实施例的绝缘单元(1)。在此，在基体(2)的透视图中，在顶侧可以看到用于连接销(6)的凹口(8)。借助这些凹口(8)，连接销(6)穿过基体(2)并且能够与互连接触件(9)导电地连接。互连接触件(9)将连接销(6)与相应对应的互连件(7)连接，其中这种连接部优选在基体(2)的内部延伸，以确保对应的绝缘。将互连件(7)整合到绝缘单元(1)中提供了另外的优点，即减少了装配时的部件数量。作为制造方法提出用塑料来对互连件(7)进行包覆注塑或者包覆浇铸。

在图4中展示的截面图示示出具有绕组头的定子(4)的子区域，其中绝缘单元(1)的基体(2)被装配在发卡端部(5)上。在此，发卡端部(5)被引入到开口(3)中。开口(3)各自包括变窄部(10)的区域，在该区域中，开口(3)的净宽度从底侧在朝向开口(3)的深度方向上减小。与变窄部(10)邻接的是净宽度较小的区域(11)，该区域所具有的净宽度比发卡端部(5)的直径更小。由于净宽度较小，在开口(3)的净宽度较小的区域(11)中由于已压入发卡端部(5)而发生变形，该变形产生将基体(2)固定在发卡端部(5)上的夹紧力。变形可以是弹性的并且/或者可以是塑性的。取决于结构上的设计方案，也可以产生或提供呈底切或卡锁的方式的形状配合的连接。变窄部(10)可以(如所展示地)连续地延伸或者也可以跳跃式地变化并且可以是其组合。此外，在深度方向上在净宽度较小的区域(11)之后可以存在净宽度增大的另外的区域。

图5以具有绕组头的定子(4)的子区域示出本发明的另外的实施例，其中绝缘单元(1)的基体(2')被装配在发卡端部(5)上，并且设置有互连件(7)。在这个实施例中，基体(2')由弹性材料制成，例如弹性体、橡胶等或者还有发泡塑料。基体(2')是部分透明地展示的，以示出嵌入的发卡端部(5)。基体(2')具有未展示的开口(3)，这些开口具有比发卡端部(5)更小的净宽度，尤其可能基体(2')的底侧的小穿孔在对应部位处足以避免在压入发卡端部(5)时弹性材料不受控制地撕裂。作用方式类似于净宽度较小的区域(11)的针对图4所描述的作用，其中这种作用在被压入到基体(2')中的发卡端部(5)的整个长度上存在。基于弹性材料，可能可以省去与图4类似的变窄部(10)，其中这种变窄部(10)至少在底侧的表面中可以是有利于定位的。尤其在这种实施方式中，在基体(2')的顶侧的优选实施方式具有比用于发卡端部(5)的容纳区域的材料更硬的板，以防止发卡端部(5)完全被挤压穿过基体(2')。在所有另外的、所描述的实施方式中，对应的更硬的板也可以具有这一优点以及另外的优点，例如提高了在形状和更好地分配装配力方面的稳定性。

在图6中展示本发明的另外的实施例。在此，也示出了具有绕组头的定子(4)的子区域，在该绕组头上安装有基体(2”)。连接销(6)经过凹口(8”)被引导穿过基体(2”)，以便与互连件(7)连接。在此，例如还在另外的、所示出的实施例中，互连件(7)可以与基体(2”)单件式地或多件式地形成或者也可以被设置为单独的构件。

图7示出根据图6的实施例的子区域的截面图示。在这个图示中，截面沿径向方向延伸。例如在另外的实施例中展示了具有绕组头的定子(4)的子区域，其中发卡式绕组设有三个层。因此，得到发卡端部(5)的三个同中心的层。在展示的实施例中，基体(2”)仅具有同中心的分隔壁(12)，这些分隔壁被定位在发卡端部(5)的同中心的层之间并且与这些层相邻。基体(2”)是由经粗轧的热塑性塑料制成的，该热塑性塑料由于供热而再次收缩，由此实现将基体(2”)紧固在发卡端部(5)上。基体(2”)是由对应地成形的箔片制成的，其中用于容纳发卡端部(5)的环形开口(3)是由在电机的轴向方向上伸出的分隔壁(12)构成的。具有同中心的分隔壁(12)的实施方式是优选的，这是因为在发卡式绕组中，一般而言在此在发卡端部(5)之间存在对绝缘而言临界的(即最小的)距离。然而，替代性地或额外地，在径向方向上具有分隔壁(12)的实施方式或其组合也是可能的。

附图标记清单

1绝缘单元

2，2'，2”基体

3开口

4具有绕组头的定子

5发卡端部

6连接销

7互连件

8，8”凹口

9互连接触件

10变窄部

11净宽度较小的区域

12分隔壁