DE10121043A1 - Ringförmiges elektromagnetisches Element für eine elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung des Elements - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betifft ein ringförmiges elektromagnetisches Element für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung des Elements, wobei ein gezahnter Ring mit einer zentralen Achse hergestellt wird, bei dem die Zähne nach außen weisen, diese Zähne mit Spulendraht versehen werden und der Ring anschließend mit einem Joch verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein ringförmiges elektromagnetisches Element für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zur Herstellung des Elements gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Aus der US-A-5,583,387 ist ein Stator einer dynamoelektrischen Maschine bekannt, der im Umfangsrichtung aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt ist. Jedes Segment weist einen Statorzahn auf. Dabei kann vor dem Zusammensetzen der Segmente jeder Statorzahn mit einer Spule umwickelt werden.

Bei der Herstellung von Asynchronmaschinen werden für die Wicklungen üblicherweise sehr dünne Drähte benutzt, um diese durch die schmalen Nutzschlitze des Stators einführen zu können. Für die Wirkungsweise der Maschine ist dabei ein möglichst kleiner Nutschlitz von Vorteil. Andererseits wird dadurch die Wicklungsmontage erschwert.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Stators anzugeben, welches die Spulenmontage für elektrische Maschinen erleichtert.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei einem Stator mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist, daß das Verfahren eine vereinfachte Herstellung von Statoren für elektrische Maschinen, z. B. Asynchronmaschinen, erlaubt, deren Spule mit dünnen Spulendrähten gefertigt werden. Diese werden üblicherweise aus Litze mit einer großen Anzahl von Drahtenden gefertigt und müssen von Hand elektrisch kontaktiert werden. Ein Einführen in die Statornuten ist schwierig. Die Erfindung erlaubt ein preiswertes Wickelverfahren, welches maschinell erfolgen kann. Durch die maschinelle Wicklung wird auch die elektrische Kontaktierung der Spulen erleichtert, das die Spulenenden an definierter Stelle abgelegt werden können. Ebenso können dünne Drähte durch dicken Starkdraht ersetzt werden. Dieser Starkdraht kann vor dem Einsetzen in den Nutenkranz zur Spule gewickelt und vorgeformt werden, so daß nach dem Einsetzen der Füllfaktor des Kupfers im Stator günstig erhöht ist. Ebenso ist es auf einfache Weise möglich, eine Nutfußisolation im Statorjoch anzubringen, da dieses sehr gut zugänglich ist, da der Nutenkranz erst später mit dem Statorjoch verbunden wird.

Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind der Beschreibung und den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 einen Nutenkranz mit nach außen weisenden Zähnen,

Fig. 2 ein Statorjoch mit Verankerungen für den Nutenkranz,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen zusammengesetzten Stator,

Fig. 4a, b ein langestrecktes gezahntes Band (4a) und ein Jochsegment (4b), und

Fig. 5 ein Detail von Nutenkranz und Jochsegment mit korrespondierenden Verankerungspunkten.

Die Erfindung zur Herstellung eines ringförmigen elektromagnetischen Elements für eine elektrische Maschine wird im folgenden anhand eines Stators beschrieben. Es kann jedoch auch ein Rotor in der beschriebenen Weise mit oder ohne Spulen hergestellt werden. Die Erfindung ist besonders für Asynchronmaschinen geeignet, kann aber auch für Synchronmaschinen eingesetzt werden.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Nutenkranz 1 mit einem durchgehenden inneren Ring 2 und nach außen weisenden Zähnen 3, von denen nur einige mit Bezugszeichen versehen sind.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf ein Statorjoch 4 mit einem geschlossenen äußeren Ring 5 und einem Innenrand 6 mit Strukturen 7, welche korrespondierend zu den Zähnen 3 des Nutenkranzes 1 angeordnet sind. Diese Strukturen 7 bilden Verankerungspunkte des Nutenkranzes 1 im Statorjoch 4.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen zusammengesetzten Stator 8, der aus einem Nutenkranz 1 gemäß Fig. 1 und einem Statorjoch 4 gemäß Fig. 2 zusammengefügt wurde. Nutenkranz 1 und Statorjoch 4 sind um eine gemeinsame zentrale Achse 9 angeordnet. Details des Stators 8 wie Kühlung, elektrische Halterung, Lagerung und dergleichen sind nicht dargestellt.

Der Stator 8 besteht vorzugsweise aus einem Blechpaket, wobei Nutenkranz 1 und Statorjoch 4 aus entsprechenden Blechen, die in Richtung der Achse 9 gestapelt sind, gebildet werden.

Der Nutenkranz 1 kann als langgestrecktes, gezahntes Band 1.1 gestanzt werden und dann rundgebogen werden. Dies ist in Fig. 4a dargestellt. Dadurch werden Stanzabfälle vermindert und Kosten gespart. Der Nutenkranz 1 kann auch aus vorgeformten Segmenten bestehen, die Kreisbogenform haben, so daß das Material beim Rundbiegen möglichst wenig mechanisch verformt wird, um die elektromagnetischen Eigenschaften des Bandmaterials nicht zu verändern.

In Fig. 4b ist ein Jochsegment 5.1 dargestellt. Das Statorjoch 4 kann aus mehreren solchen Jochsegmenten 5.1 hergestellt werden, die in Umfangsrichtung des Statorjochs 4 zusammengesetzt werden. Dadurch kann beim Stanzen der Bleche ebenfalls Material eingespart werden. Das Statorjoch 8 kann aber ebenso wie der Nutenkranz aus einem langgestreckten Band hergestellt werden, welches zum Kreis rundgebogen wird. Zweckmäßigerweise können dabei Segmente des Bandes bereits kreisbogenförmig ausgebildet sein, wobei die Segmente mittels Stegen miteinander verbunden sind, welche im wesentlichen die Verformungsenergie beim Biegen aufnehmen können. Dadurch bleiben die elektromagnetischen Eigenschaften des Statorjochs 4 unverändert, während die Stege nicht zur elektromagnetischen Wirkfläche des Statorjochs 4 gehören.

Vorzugsweise werden Nutenkranz 1 und Statorjoch 4 durch Preßpassung zu einem Stator 8 miteinander verbunden. Der Stator 8 kann dazu auch in ein Preßgehäuse eingesetzt werden, so daß die Verbindung zwischen Statorjoch 4 und Nutenkranz 1 besonders innig ist. Es ist dabei günstig, am Innenrand 6 des Statorjochs 4 und an den Zähnen 3 des Nutenkranzes 1 Verankerungsstrukturen vorzusehen, die zueinander korrespondierend ausgebildet sind und so eine zuverlässige Verankerung und Justierung des Nutenkranzes 1 im Statorjoch 4 erlauben.

In Fig. 5 sind derartige Verankerungsstrukturen 7, 10 dargestellt. Die Zähne 3 des Nutenkranzes 1 weisen Nasen auf, während die Verankerungsstrukturen 7 des Statorjochs 4 korrespondierende Vertiefungen 11 aufweisen. Nutenkranz 1 und Statorjoch 4 werden dann kraftschlüssig bzw. formschlüssig miteinander verbunden.

Der Nutenkranz 1 kann zum Ring gebogen werden und dann in das geschlossenen Statorjoch 4 eingesetzt werden. Dann wird der Stator 8 in ein Preßgehäuse gesetzt, welches statischen Druck nach innen ausübt und Nutenkranz 1 und Statorjoch 4 miteinander verbindet. Der Luftspalt zwischen Statorjoch 8 und Nutenkranz 4 an den Verankerungsstrukturen 7, 11, 10 fällt dabei praktisch nicht ins Gewicht.

Der Nutenkranz 1 kann jedoch auch vor den Rundbiegen als langgestrecktes Band mit einem noch langgestreckten Statorjoch- Band verbunden werden, so daß Nutenkranz 1 und Statorjoch 4 gemeinsam zum Stator 8 rundgebogen werden.

Die Zähne 3 des Nutenkranzes 1 werden vor der Verbindung mit dem Statorjoch 4 mit Spulendraht umwickelt. Dabei sind auch im rundgebogenen Zustand die Zähne 3 von außen zugänglich und daher leicht mit Spulendraht zu umwickeln. Auch lassen sich vorgefertigte Spulen leicht einsetzen. Der Nutenkranz 1 erlaubt eine besonders vorteilhafte Wickeltechnik, die sogenannte "Flyerwickeltechnik". Dies kann maschinell erfolgen und ermöglicht eine definierte Ablage der Spulendrahtenden, so daß diese auch für eine maschinelle elektrische Kontaktierung zur Verfügung stehen. Dadurch wird der Herstellprozeß erheblich verkürzt und vereinfacht, da wesentlich weniger manuelle Eingriffe erfolgen müssen.

Da das Statorjoch 4 ihnen sehr gut zugänglich ist, bevor der Nutenkranz 1 eingesetzt wird, kann dort zwischen den Verankerungsstrukturen 7 auf einfache Weise eine Nutfußisolation angebracht werden, z. B. durch entsprechende Klebe-, Lackier- oder Gelier-Verfahren.

Bevorzugt wird der Stator 8 bei einer elektrischen Asynchronmaschine verwendet. Dabei ist günstig, daß die Zähne 3 des Nutenkranzes bzw. des Stators 8 am inneren Umfang des Stators 8 materialschlüssig miteinander verbunden sind. Dies ist sehr vorteilhaft für den Betrieb der elektrischen Asynchronmaschine. Wie in Fig. 1 oder Fig. 4a zu sehen ist, sind die Zähne 3 an einer Seite miteinander durchgehend durch dünne Materialstege verbunden und bilden einen Nutenkranz oder ein gezahltes Band. Diese Stege sind später an den Stellen im Innern des Stators 8 angeordnet, an denen üblicherweise der Nutenschlitz sitzt, d. h. üblicherweise sind die Zähne im Innern des Stators 8 nicht miteinander verbunden. Da die Nuten des Nutenkranzes 1 vor dem Einsetzen in das Joch 4 von außen zugänglich sind, kann der Nutenschlitz nach dem Einsetzen vollständig geschlossen sein bzw. geschlossen bleiben, und die elektrischen Spulen können vorher einfach von außen in die Nuten eingelegt werden.

Durch die erfindungsgemäße Blechschnittkonstruktion kann bis zu 20% Blechverschnitt beim Stanzen eingespart werden. Weiterhin wird die Spulenmontage erheblich vereinfacht. Darüber hinaus können die Spulen statt aus vielen dünnen Drähten oder Litze aus Starkdraht gewickelt werden, was vorteile für den Kupferfüllgrad der elektrischen Maschine und in der Baulänge hat. Die Spulen können maschinell exakt gewickelt werden, so daß Übergänge von einer Wickellage zur anderen geeignet nebeneinander gelegt werden können, so daß es nicht zu unerwünschten Überhöhungen der Spulen kommt und die Spulendrähte möglichst dicht gepackt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung eines ringförmigen elektromagnetischen Elements verwendet werden, welches einen Stator einer elektrischen Maschine bildet und/oder einen Rotor bilden kann. Das ringförmige elektromagnetische Element ist wie oben beschrieben aus einem innere Nutenkranz 1 und einem äußeren Joch 4 zusammengesetzt ist.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines ringförmigen elektromagnetischen Elements (8) für eine elektrische Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein gezahnter Nutenkranz (1) mit einer zentralen Achse (9) hergestellt wird, bei dem die Zähne (3) nach außen weisen, diese Zähne (3) mit Spulendraht versehen werden und der Nutenkranz (1) anschließend mit einem Joch (4) verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutenkranz (1) und/oder das Joch (4) vor dem Verbinden aus einem langgestreckten Band rundgebogen und/oder in Umfangsrichtung aus Segmenten (5.1, 1.1) zusammengesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutenkranz (1) und/oder das Joch (4) als langgestrecktes Band miteinander verbunden werden und nach dem Verbinden rundgebogen und/oder in Umfangsrichtung aus Segmenten (5.1, 1.1) zusammengesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (4) in Umfangsrichtung mit Verankerungsstrukturen (7, 10) versehen wird, welche zur Verankerung des Nutenkranzes (1) vorgesehen sind, wobei die Bereiche zwischen den Verankerungsstrukturen (7, 11) einen Nutfuß des elektromagnetischen Elements bilden und der Nutenkranz (1) mit komplementären Strukturen (10) zur Verankerung im Joch (4) versehen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutenkranz (1) und das Joch (4) aus in Achsrichtung (9) aufeinander gestapelten Blechen gebildet werden.

6. Ringförmiges elektromagnetisches Element, das nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (8) in Umfangsrichtung zwischen einem gezahnten inneren Bereich (1) und einem im wesentlichen glatten Außenbereich (5) eine in Umfangsrichtung verlaufende Stoßnaht aufweist.

7. Elektromagnetisches Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (8) an der Stoßnaht in Richtung der Achse (9) Verankerungsstrukturen (7, 10, 11) aufweist.

8. Elektromagentisches Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (3) des Elements (8) an seinem inneren Umfang materialschlüssig miteinander verbunden sind.

9. Elektromagentisches Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (3) des Elements (8) an seinem inneren Umfang materialschlüssig miteinander verbunden sind.

10. Elektromagentisches Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (8) ein Stator und/oder ein Rotor ist.