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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Es sind schon elektrische Maschinen bekannt, die einen Stator mit Spulenwicklungen aufweisen, deren Spulendraht über die Spulenwicklung hinaus am Umfang des Stators entlang innerhalb eines Kabelkanals unmittelbar zum entsprechenden Phasenanschluss geführt ist. Dabei sind in dem Kabelkanal Spulendrähte von drei elektrischen Phasen lose eingelegt. Um die Spulendrähte gegenüber den drei elektrischen Phasen und gegenüber Masse zu isolieren, ist jeder Spulendraht mit einem Isoliermantel aus Drahtlack oder zusätzlich zum Drahtlack mit einem separaten aufgeschobenen Isolierschlauch versehen. Nachteilig ist, dass die Isolationsfestigkeit zwischen den im Kabelkanal eingelegten elektrischen Phasen abhängig von der Dicke der Drahtlackierung begrenzt ist.
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Des weiteren ist schon eine elektrische Maschine aus der
US-6,930,418 B2 bekannt, die einen Stator mit Spulenwicklungen aufweist, wobei die Spulenwicklungen an Verschaltungsringe angeschlossen sind, die mit einem von drei Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine elektrisch verbunden sind. Nachteilig ist, dass die Verschaltung der Spulenwicklungen mittels der Verschaltungsringe vergleichsweise aufwendig und teuer ist.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Isolationsfestigkeit zwischen den elektrischen Phasen verbessert und unabhängig von der Dicke der Drahtlackierung ausgebildet wird, indem drei voneinander getrennte Kabelstränge vorgesehen sind, die jeweils nur Spulendrähte der gleichen elektrischen Phase umfassen, wobei die drei Kabelstränge durch am Umfang des Stators vorgesehene Kabellager verlaufen. Durch die Kabellager haben die drei Kabelstränge in Umfangsrichtung einen vorbestimmten Verlauf. Außerdem werden durch die Kabellager Schwingungen des Kabelstrangs und daraus bedingter Verschleiß durch Reibung weitgehend vermieden. Die Kabellager bilden jeweils drei Aufnahmen für die Kabelstränge. In Umfangsrichtung des Stators gesehen ist eine Vielzahl von Kabellagern vorgesehen. Die Erfindung erreicht auf engstem Bauraum eine räumliche Abtrennung der drei stromführenden elektrischen Phasen zueinander, wobei der Abstand zwischen den elektrischen Phasen sehr gering gehalten werden kann. Es wird ein Mindestabstand von über einem Millimeter zwischen den Spulendrähten unterschiedlicher elektrischer Phasen eingehalten.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen elektrischen Maschine möglich.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die Kabellager jeweils durch Rippen oder nutförmige Vertiefungen gebildet.
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Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Aufnahmen der Kabellager unterschiedliche Tiefen haben, da die Spulendrähte auf diese Weise den elektrischen Phasen zugeführt werden können, ohne im Abgang aus dem Spulenkörper eine Drahtkreuzung zu erzeugen. Dadurch wird auch im Zulauf zu den Kabellagern der elektrischen Phasen ein Mindestabstand eingehalten und die Isolationsfestigkeit weiter erhöht.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Spulenwicklungen jeweils auf einem Spulenkörper vorgesehen und an den Spulenkörpern zumindest ein, vorzugsweise drei Kabellager ausgebildet sind, da sich die Kabellager auf diese Weise sehr kostengünstig durch Spritzgießen der Spulenkörper herstellen lassen.
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Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Kabellager am Spulenkörper in axialer Richtung des Stators gesehen oberhalb oder unterhalb der Statorzähne angeordnet sind, da an dieser Stelle freier Bauraum vorhanden ist.
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Auch vorteilhaft ist, wenn die Kabellager an ihrer offenen Seite von einem separaten Verschlussring verschlossen sind, da die Spulendrähte auf diese Weise an einem Herauswandern aus dem Kabellager gehindert werden. Außerdem verschließt der Verschlussring die Kabellager und verbessert die elektrische Isolation der Spulendrähte gegenüber dem Gehäuse.
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Vorteilhaft ist, wenn die in einer Aufnahme gemeinsam verlaufenden Spulendrähte an einer vorbestimmten Stelle des Stators quer zur Umfangsrichtung umgebogen und zu einem der Phasenanschlüsse zusammengefasst sind. Die Kabelstränge einer elektrischen Phase laufen an dieser vorbestimmten Stelle zusammen und bilden einen Phasenanschluss zum Anschließen an eine Spannungsquelle.
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Außerdem vorteilhaft ist, wenn die Spulendrähte der gleichen elektrischen Phase an ihrem dem Phasenanschluss zugewandten Ende von einem gemeinsamen Isoliermantel- bzw. -schlauch umschlossen sind, da auf diese Weise eine elektrische Isolation zwischen den Kabelsträngen der einzelnen Phasen sichergestellt wird, damit für die Montage eine flexibel räumlich anordnenbare Anschlussstelle möglich wird.
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Weiter vorteilhaft ist, wenn am Spulenkörper Mittel zum Aufwickeln von Spulendraht und Mittel zum Einklemmen der Spulendrahtenden vorgesehen sind, da der zur Verbindung mit dem Phasenanschluss notwendige Spulendraht auf diese Weise für den Transport der bewickelten Spulenkörper zum Montageprozess fixiert ist. Außerdem ist gewährleistet, dass der überstehende Spulendraht eines Spulenkörpers nicht durch unbestimmte Verbiegungen beim Transport beschädigt wird.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Stators,
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2 im Schnitt eine Teilansicht des Stators mit der erfindungsgemäßen elektrischen Verschaltung der Spulenwicklungen,
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3 eine dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Spulenkörpers.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Stators.
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Der erfindungsgemäße Stator 1 ist Teil einer elektrischen Maschine, insbesondere eines elektrischen Motors oder Generators.
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Der Stator 1 umfasst mehrere Statorzähne 2, an denen Spulenwicklungen 3 als sogenannte Einzelzahnspulen vorgesehen sind. Die Spulenwicklungen 3 sind jeweils mit einer von drei Phasen bzw. Phasenanschlüssen U, V, W der elektrischen Maschine elektrisch verbunden und bestehen aus einem um einen Statorzahn 2 gewickelten Spulendraht 4.
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Die Spulendrähte 4 der Spulenwicklungen 3 sind jeweils über die Spulenwicklung 3 hinaus am Umfang des Stators 1 entlang als zumindest ein Kabelstrang 5 zur entsprechenden Phase U, V, W geführt. Die Länge der über den jeweiligen Spulenkörper 9 hinaus zum Phasenanschluss U, V, W verlaufenden Spulendrahtabschnitte ist abhängig von der jeweiligen Position des Spulenkörpers 9 am Stator 1.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass drei voneinander getrennte Kabelstränge 5 vorgesehen sind, die jeweils nur Spulendrähte 4 der gleichen elektrischen Phase U, V, W umfassen. Die drei Kabelstränge 5 verlaufen durch am Umfang des Stators 1 ausgeführte Kabellager 6, so dass diese am Umfang einen vorbestimmten Verlauf haben und nicht mit den Spulendrähten 4 der anderen Kabelstränge 5 in Berührung kommen.
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Die Kabellager 6 umfassen jeweils drei Aufnahmen 8, in denen die Kabelstränge 5 lose liegen. Die Aufnahmen 8 sind beispielsweise durch Rippen oder durch nutförmige Vertiefungen 7 gebildet. Bei der Ausführung mit den Rippen 7 werden beispielsweise zwei Aufnahmen 8 zwischen drei Rippen 7 und eine dritte Aufnahme 8 zwischen einer äußeren der drei Rippen 8 und einem am Stator 1 vorgesehenen Isolierelement 12 gebildet. Die dritte Aufnahme 8 könnte aber auch durch eine vierte Rippe 7 gebildet werden. Die Aufnahmen 8 für die Kabelstränge 5 können unterschiedliche Tiefen T haben.
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Die Breite B der Aufnahmen 8 kann jeweils an den Kabelstrang 5 angepasst sein, damit die Spulendrähte 4 eines Kabelstrangs 5 im Kabellager leicht fixiert sind und nicht schwingen können. Dies kann durch eine leicht gespannte Drahtverlegung erreicht werden.
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In Umfangsrichtung des Stators 1 gesehen ist eine Vielzahl von Kabellagern 6 ausgeführt.
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Die Spulenwicklungen 3 sind im Ausführungsbeispiel jeweils auf einem separaten Spulenkörper 9 vorgesehen, der jeweils auf einem Statorzahn 2 angeordnet, beispielsweise aufgesteckt ist und diesen umgibt. Die Kabellager 6 sind im Ausführungsbeispiel einstückig an den Spulenkörpern 9 ausgebildet. Alternativ könnten die Kabellager 6 an einem separaten Ring vorgesehen sein. Die Spulenkörper 9 sind aus Kunststoff hergestellt. Die Kabellager 6 sind am Spulenkörper 9 in axialer Richtung des Stators 1 gesehen oberhalb oder unterhalb der Statorzähne 2 angeordnet. Dazu kragt der Spulenkörper 9 mit zumindest einem Kragabschnitt 9.1 in axialer Richtung über die Spulenwicklung 3 hinaus, wobei an der der Spulenwicklung 3 abgewandten Seite des zumindest einen Kragabschnitts 9.1 die Kabellager 6 vorgesehen sind.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind an den Kragabschnitten 9.1 der Spulenkörper 9 jeweils drei zueinander beabstandete Kabellager 6 vorgesehen. Der Abstand zwischen zwei Kabellagern 6 eines Spulenkörpers 9 beträgt in Umfangsrichtung nicht mehr als zehn Millimeter, um mögliche Schwingungen der Spulendrähte zu begrenzen.
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Durch das Vorsehen eines Abstands X zwischen den Kabellagern 6 eines einzelnen Spulenkörpers 9 wird erreicht, dass die Spulendrähte 4 leicht in den entsprechenden Kabelstrang 5 eingefädelt werden können. Zum Einfädeln des Spulendrahts 4 aus der Spulenwicklung 3 in den entsprechenden Kabelstrang 5 ist zumindest ein Schlitz oder Durchgang 14 an dem Kragabschnitt 9.1 und/oder an einem der Kabellager 6 vorgesehen. Der Schlitz oder Durchgang 14 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel an dem mittleren Kabellager 6 vorgesehen.
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Durch die Vielzahl an Spulenkörpern 9 mit den daran angeordneten Kabellagern 6 ergibt sich in Umfangsrichtung auch eine Vielzahl an Kabellagern 6, wodurch über den gesamten Umfang des Stators 1 eine Führung für die drei voneinander getrennten Kabelstränge 5 erreicht wird.
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Die in einem Kabelstrang 5 gemeinsam verlaufenden, mit Drahtlack isolierten Spulendrähte 4 sind an einer vorbestimmten Stelle des Stators 1 zwischen zwei Spulenkörpern 9, also auch zwischen zwei Kabellagern 6, quer zur Umfangsrichtung umgebogen und zu einem der Phasenanschlüsse U, V, W zusammengefasst, beispielsweise mittels eines sogenannten Kabelschuhs 10. Die Spulendrähte 4 der gleichen elektrischen Phase U, V, W sind an ihrem dem Phasenanschluss U, V, W zugewandten Ende von einem gemeinsamen Isoliermantel oder -schlauch 11 umschlossen, damit an dieser Stelle kein elektrischer Kontakt zu Spulendrähten 4 der anderen elektrischen Phasen U, V, W auftreten kann. Dazu reicht der Isoliermantel 11 mindestens bis zur Abbiegung in die Umfangsrichtung des Kabelstrangs 5.
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2 zeigt im Schnitt eine Teilansicht des Stators mit der erfindungsgemäßen elektrischen Verschaltung der Spulenwicklungen.
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Bei der Ansicht nach 2 sind die gegenüber der Ansicht nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Im Ausführungsbeispiel sind jeweils drei Rippen 6 vorgesehen, um drei kanalförmige Aufnahmen 8 für die Spulendrähte 4 der drei elektrischen Phasen U, V, W zu bilden. Damit die Spulendrähte 4 der unteren, dem Statorzahn 2 zugewandten offenen Aufnahme 8 nicht den Statorzahn 2 kontaktieren können, ist zwischen dem Statorzahn 2 und dem Spulenkörper 9 die elektrisch isolierende Deckschicht 12 vorgesehen.
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Es ist ein separater Verschlussring 15 vorgesehen, der die Aufnahmen 8 für die Spulendrähte 4 nach der elektrischen Anbindung der Spulendrähte 4 an die Phasenanschlüsse U, V, W nach radial außen hin verschließt. Dadurch werden die Spulendrähte 4 in den Kabellagern 6 fixiert und zusätzlich gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert.
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3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Spulenkörpers. Bei der Ansicht nach 3 sind die gegenüber der Ansicht nach 1 und 2 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Im Ausführungsbeispiel sind am Spulenkörper 9 Mittel 16 zum Aufwickeln von Spulendraht 4 und Mittel 17 zum Einklemmen des Endes des Spulendrahtes 4 vorgesehen. Auf diese Weise kann der über die Spulenwicklung 3 hinaus reichende Abschnitt der Spulenwicklung 3 für den Transport der bewickelten Spulenkörper 9 fixiert bzw. gesichert werden. Die Mittel 16 sind an vier Ecken des Spulenkörpers 9 auf der Seite mit den Kabellagern 6 angeordnet, so dass der Spulendraht in Rechteckform aufgewickelt werden kann. Jeweils ein nasenförmiges Mittel 16 ist an den beiden äußeren Kabellagern 6 vorgesehen. An den beiden anderen Ecken sind zylinderförmige oder domförmige Mittel 16 vorgesehen. Die nasenförmigen Mittel 16 verhindern ein Abrutschen des Spulendrahtes 4 nach dem Aufwickeln auf den Mitteln 16. Die Mittel 17 sind an beispielsweise zwei Mitteln 16 vorgesehen und beispielsweise als Schlitz ausgeführt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel haben die hohlzylinderförmigen oder domförmigen Mittel 16 einen Schlitz zum Einklemmen des Spulendrahtes 4.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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