DE4403302A1

DE4403302A1 - Electrical machine especially brush free DC motor

Info

Publication number: DE4403302A1
Application number: DE19944403302
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl Ing Lindig; Siegfried Dipl Ing Tillner; Karl-Heinz Dipl Ing Oltmanns
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: FHP Motors GmbH
Priority date: 1994-02-03
Filing date: 1994-02-03
Publication date: 1995-08-10

Abstract

The electrical machine has stator windings arranged in stator grooves at the periphery of a stator yoke separated by stator teeth. A separate stator groove is provided for each coil side (25,27;29,31) of a stator winding (21;23). The stator windings are arranged in two different radial positions in the stator grooves, alternately in a position near to the groove base and in an upper position near to the groove opening. The winding heads (41) of inner stator windings are curved in towards the stator yoke. The winding heads (39) of the outer stator windings are curved outward.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen bürstenlosen Gleichstrommotor der im Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to an electrical machine, in particular a brushless DC motor which in the preamble of Pa Art.

Elektrische Maschinen wie z. B. bürstenlose Gleichstrommotoren haben in der Regel einen ringförmigen Stator mit einem ringför migen Joch und daran radial anschließenden, dem rotierenden Ma schinenteil zugewandten Statorzähnen, zwischen denen Statornuten verbleiben, in die die Wicklungsstränge der Wicklungen eingelegt werden. Die Stirnverbindungen der in den Statornuten liegenden Wicklungsstränge kreuzen sich, sobald die Zahl der Wicklungs stränge größer als 1 ist; durch die Kreuzungen der Stromverbin dungen der Wicklungsstränge kommt es zu größeren, oft störenden axialen Ausladungen der Wickelköpfe.Electrical machines such as B. brushless DC motors usually have an annular stator with a ring-shaped yoke and the radial dimension, the rotating dimension stator teeth facing the part of the rail, between which stator slots remain, in which the winding strands of the windings are inserted become. The front connections of those in the stator slots Winding strands cross as soon as the number of windings strands is greater than 1; through the intersections of the Stromverbin of the winding strands there are larger, often disruptive axial overhangs of the winding heads.

Gemäß der EP 0 394 526 B1 wird eine geringere axiale Baulänge des Statorjoches dadurch erzielt, daß die Statorzähne wechselweise nach links oder rechts gegenüber ihrer radialen Symmetrielinien schräggestellt sind. Die Wicklungsteile der Wicklungsstränge ordnen sich dadurch beim Wickeln selbsttätig vorwiegend jeweils in dem Nutteil mit der größeren Querschnittsbreite an und ver teilen sich in weiterer Folge in radialer Richtung unterschied lich, derart, daß wegen der fehlenden Kreuzungsstellen die axiale Wickelkopflänge wesentlich reduziert werden kann. Eine Über deckung der Stirnverbindungen der Statorwicklungen ist aber auch hierbei nicht ganz ausgeschlossen.According to EP 0 394 526 B1, a smaller axial length of the Stator yoke achieved in that the stator teeth alternately left or right opposite their radial lines of symmetry are slanted. The winding parts of the winding strands arrange themselves predominantly in each case during winding in the groove part with the larger cross-sectional width and ver subsequently divide in the radial direction Lich, such that because of the missing crossing points, the axial Length of winding head can be significantly reduced. An over cover of the end connections of the stator windings is also not entirely excluded here.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die axiale Baulänge von elektrischen Maschinen, insbesondere von bürstenlosen Gleich strommotoren noch weiter zu verringern. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. The invention has for its object the axial length of electrical machines, especially brushless equals to reduce current motors even further. This task is accomplished by solved the invention characterized in claim 1.

Erfindungsgemäß wird eine geringe axiale Ausdehnung des Stator joches mit den aus den Statornuten herausragenden Stirnverbin dungen bzw. Wicklungsköpfen dadurch erzielt, daß die Stirnver bindungen der benachbarten Statorwicklungen sich nicht mehr über schneiden. Bringt man nämlich bei einem derartigen Statorjoch zunächst die auf dem Nutengrund der Nuten aufliegenden Stator wicklungen ein, dann können die Wicklungsköpfe ohne Schwierig keiten in eine nutgrundnahe Lage vor der Stirnfläche des Stator joches abgebogen bzw. gewölbt werden, teilweise sogar radial oberhalb des Nutgrundes. Danach können die den Nutöffnungen benachbarten Statorwicklungen so eingebracht werden, daß ihre Stirnverbindungen bzw. ihre Wicklungsköpfe keine Überdeckung mehr haben. Eine derartig ausgebildete elektrische Maschine kurzer axialer Baulänge ist besonders vorteilhaft als Direktantrieb in Waschmaschinen oder sonstigen Antriebsvorrichtungen einsetzbar.According to the invention, there is a slight axial expansion of the stator yokes with the forehead connection protruding from the stator grooves applications or winding heads achieved in that the Stirnver bonds of the adjacent stator windings no longer over to cut. Bring namely with such a stator yoke First of all, the stator resting on the groove base of the grooves wraps, then the winding heads can be easily in a position close to the groove base in front of the end face of the stator yokes are bent or arched, sometimes even radially above the bottom of the groove. Then the groove openings neighboring stator windings are introduced so that their End connections or their winding heads no longer overlap to have. Such a trained electrical machine short axial length is particularly advantageous as a direct drive in Washing machines or other drive devices can be used.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigenThe invention is based on an embodiment in the following described in more detail. Show it

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Antriebsvorrichtung mit einem bürstenlosen Motor, Fig. 1 shows a section through a drive device with a brushless motor,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Statorjoch mit allen eingebrachten Statorwicklungen und Fig. 2 is a plan view of a stator yoke with all the stator windings and

Fig. 3 bis 6 die Verfahrensschritte zum Einlegen der Statorwicklungen in den Stator. FIGS. 3 to 6, the method steps for inserting the stator windings in the stator.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Antriebsvorrichtung für Waschmaschinen oder eine ähnliche Maschine wie Wäschetrockner usw. mit einem kollektorlosen Gleichstrommotor 1 als Außenläufer motor. Ein permanent magnetischer Rotor 3 ist hierbei als Außen läufer ausgebildet und treibt eine mit einer Wäsche aufnehmenden Trommel 5 verbundenen Antriebswelle 7 direkt an. Der Stator 9 ist hierbei an einem eine einseitige Lagerung für die Antriebswelle 7 aufweisenden, feststehenden Bauteil 11 der Maschine befestigt. Fig. 1 shows a section through a drive device for washing machines or a similar machine such as a tumble dryer, etc. with a brushless DC motor 1 as an external rotor motor. A permanent magnetic rotor 3 is designed as an external rotor and drives a drive shaft 7 connected to a laundry-receiving drum 5 directly. The stator 9 is in this case fastened to a fixed component 11 of the machine that has a one-sided bearing for the drive shaft 7 .

Der Stator 9 weist ein ringförmiges Statorjoch 13 auf, in dessen Umfang 15 durch Statorzähne 17 getrennte Statornuten 19 für Statorwicklungen 21, 23 angeordnet sind, siehe Fig. 2. Das Statorjoch 13 besteht in bekannter Weise aus Blechteilen.The stator 9 has an annular stator yoke 13 , in the circumference 15 of which stator slots 19 for stator windings 21 , 23 are arranged, separated by stator teeth 17 , see FIG. 2. The stator yoke 13 is made of sheet metal parts in a known manner.

Für jede Spulenseite 25, 27, 29, 31 der Statorwicklungen 21, 23 ist eine getrennte Statornut 19 vorgesehen. Eine kurze axiale Baulänge des Statorjoches 13 und damit des bürstenlosen Gleich strommotors 1 wird dadurch erzielt, daß die Statorwicklungen 21, 23 in zwei unterschiedlichen radialen Lagen in den Statornuten 19 wechselweise in einer unteren Lage näher zum Nutgrund 33 und in einer oberen Lage näher zur Nutöffnung 35 angeordnet sind. Wei terhin ist vorgesehen, daß die seitlich aus den Statornuten 19 herausragenden und auf den beiden Stirnflächen 37, 38 des Stator joches 13 aufliegenden Wicklungsköpfe 41 der in der unteren Lage angeordneten Statorwicklungen 21 eine in Richtung zu dem Stator joch 13 hingeformte Krümmung aufweisen, während die Wicklungs köpfe 39 der näher zu den Nutöffnungen 35 in der oberen Lage angeordneten Statorwicklungen 25 zu den Zahnköpfen 43 der Stator polzähne 17 hin gekrümmt sind. Weiterhin sind die entgegengesetzt gekrümmten Wicklungsköpfe 39, 41 der Statorwicklungen 21, 23 in den unteren und den oberen Lagen in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet. Insbesondere sind hierbei jeweils die einen Spulenlängsseiten 25, 27 von zwei benachbarten Statorwick lungen 21, 23 mit gleich gekrümmten Wicklungsköpfen 39, 41 in zwei benachbarte Statornuten 19 eingebracht, welche mittig zu den Wicklungsköpfen 41, 39 mit der entgegengesetzten Krümmung ange ordnet sind.A separate stator slot 19 is provided for each coil side 25 , 27 , 29 , 31 of the stator windings 21 , 23 . A short axial length of the stator yoke 13 and thus the brushless DC motor 1 is achieved in that the stator windings 21 , 23 in two different radial positions in the stator slots 19 alternately in a lower position closer to the groove base 33 and in an upper position closer to the groove opening 35 are arranged. Wei terhin is provided that the laterally protruding from the stator slots 19 and resting on the two end faces 37 , 38 of the stator yoke 13 winding heads 41 of the stator windings 21 arranged in the lower position have a hinge-shaped curvature towards the stator yoke 13 , while the Winding heads 39 of the stator windings 25 arranged closer to the slot openings 35 in the upper position are curved toward the tooth heads 43 of the stator pole teeth 17 . Furthermore, the oppositely curved winding heads 39 , 41 of the stator windings 21 , 23 are arranged offset in the circumferential direction in the lower and the upper layers. In particular, the one coil longitudinal sides 25 , 27 of two adjacent stator windings 21 , 23 with identical curved winding heads 39 , 41 are introduced into two adjacent stator slots 19 , which are arranged centrally to the winding heads 41 , 39 with the opposite curvature.

Bei 3-phasigen Motoren mit Nutenzahlen, die zwölf oder einem vielfachen von zwölf entsprechen, werden die Statorwicklungen 21 im 3-Nuten-Schritt im Nutgrund 35 angeordnet, die die untere Lage bilden und in Richtung zu dem Statorjoch 13 gekrümmt sind. Die obere Lage wird ebenfalls im 3-Nuten-Schritt gewickelt und in Richtung zu den Zahnköpfen 43 der Statorzähne 17 gekrümmt. In 3- phase motors with slot numbers that correspond to twelve or a multiple of twelve, the stator windings 21 are arranged in the 3-slot step in the slot base 35 , which form the lower layer and are curved in the direction of the stator yoke 13 . The upper layer is also wound in a 3-groove step and curved in the direction of the tooth tips 43 of the stator teeth 17 .

Die Fig. 3 bis 6 zeigen als Beispiel die einzelnen Verfahrens schritte zum Einlegen der Statorwicklungen 21, 23 in die Stator nuten 19. Gemäß Fig. 3 ist die erste Phase der unteren Lage der Statorwicklungen 41 des dreiphasigen Motors bewickelt, gemäß Fig. 4 ist zusätzlich die zweite Phase bewickelt, während gemäß Fig. 5 bereits alle drei Phasen bewickelt sind. Die Fig. 6 zeigt den Stator 9 nach dem Bewickeln der ersten Spulengruppe mit den Statorwicklungen 39 in der oberen Lage, während die Fig. 2 die kompletten Bewicklungen für alle 3 Phasen offenbaren. Ma schinell können auch beide Lagen in einem Arbeitsgang mit zwei oder auch drei Düsen gewickelt und über eine geeignete Kontak tierung verbunden werden. FIGS. 3 to 6 show as an example the individual process steps for the insertion of the stator windings 21, 23 grooves in the stator 19. According to FIG. 3, the first phase of the lower layer of the stator windings 41 of the three-phase motor is wound, according to FIG. 4 the second phase is also wound, while according to FIG. 5 all three phases are already wound. Fig. 6 shows the stator 9 in accordance with the winding of the first coil group to the stator windings 39 in the upper position, while Fig. 2 disclose the complete windings, for all 3 phases. Both layers can be wrapped in a single operation with two or three nozzles and connected using a suitable contact.

Der erfindungsgemäß gewickelte Stator zeichnet sich durch eine gute Ausnutzung der Nuten und durch kleine Wickelkopfhöhen aus, wodurch die Herstellung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines bürstenlosen Gleichstrommotors geringer axialer Baulänge sehr begünstigt wird. Falls erforderlich, ist auch eine einfache Phasenisolation zwischen den Statorwicklungen 21, 23 in der unteren und in der oberen Lage in den Statornuten 19 möglich.The stator wound according to the invention is characterized by good utilization of the slots and by small winding head heights, which greatly favors the manufacture of an electrical machine, in particular a brushless DC motor of small axial length. If necessary, simple phase isolation between the stator windings 21 , 23 in the lower and in the upper position in the stator slots 19 is also possible.

Das Ausführungsbeispiel zeigt die Erfindung für einen Stator 9 mit zugeordnetem Außenläufer 3; unter Anwendung der erfindungs gemäßen Prinzipien kann die gleiche vorteilhafte geringe axiale Baulänge auch bei elektrischen Maschinen mit einem Außenstator und zugeordnetem Innenläufer erreicht werden.The exemplary embodiment shows the invention for a stator 9 with an associated external rotor 3 ; using the principles according to the Invention, the same advantageous small axial length can also be achieved in electrical machines with an outer stator and associated inner rotor.

Claims

1. Electrical machine, in particular a brushless DC motor with stator windings housed on the circumference of a stator yoke in stator slots separated by stator teeth, characterized in that a separate stator winding ( 21 ; 23 ) for each coil side ( 25 , 27 ; 29 , 31 ) Stator slot ( 19 ) is provided and that the stator windings ( 21 ; 23 ) in two different radial positions in the stator slots ( 19 ) alternately in a position closer to the slot base ( 33 ) and in an upper position closer to the slot opening ( 35 ) .

2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that the laterally from the stator grooves ( 19 ) protrude and on the end faces ( 37 ) of the stator yoke ( 13 ) resting winding heads ( 41 ) of the stator windings ( 21 ) arranged in the lower position have a curvature shaped in the direction of the stator yoke ( 13 ) and that the winding heads ( 39 ) of the stator windings ( 25 ) arranged closer to the slot openings ( 35 ) in the upper position are curved toward the tooth heads ( 43 ) of the stator pole teeth ( 17 ) are.

3. Electrical machine according to claim 2, characterized in that the oppositely curved winding heads ( 39 , 41 ) of the stator windings ( 21 , 23 ) in the lower and upper layers are offset in the circumferential direction from each other angeord net.

4. Electrical machine according to claim 1, 2 or 3, characterized in that in each case one coil longitudinal sides ( 25 , 27 ) of two adjacent stator windings ( 21 , 23 ) with identically curved winding heads ( 39 , 41 ) in two neigh disclosed stator slots ( 19 ) are introduced, which are arranged in the center of the winding heads ( 41 , 39 ) with the opposite curvature.

5. Electrical machine according to one of the preceding An sayings, characterized by an outer stator with a assigned inner rotor.

6. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized by an inner stator ( 9 ) with an associated external rotor ( 3 ).