Elektrische Maschine mit einem Stator Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einem Stator, dessen. Wick lung teilweise in Nuten des Statorkernes liegt und teilweise in Form von zwei Wickelköpfen aus diesen Nuten hervorragt.
Diese Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass die beiden Wickelköpfe durch zwei formgerecht auf ihnen sitzende ringförmige Isolierelemente von min destens angenähert U-förmigem Querschnitt abgedeckt sind.
In der beiliegenden Zeichnung sind Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Einphasen asynchronmotor, Fig. 2 eine schaubildliche Endansicht des Stators des Motors, Fig. 3 ein Isolierelement für die Wicklung des Stators, Fig. 4 und 5 je eine Variante dieses Isolierele- mentes im Teilschnitt, Fig. 6 im teilweisen Schnitt eine Endansicht des Stators,
Fig. 7 eine schaubildliche Ansicht einer isolierten Wicklung in ihrer Nut des Stators, Fig. 8 eine Unterlage und einen Deckstreifen für eine Wicklungsnut, Fig. 9 im Schnitt eine Wicklungsnut mit Wick lung, Unterlage und Deckstreifen, Fig. 10 eine schaubildliche Ansicht eines Werk- zeuges zum Anbringen der Wicklungen, Fig. 11 im Schnitt einen Elektromotor mit einer anderen Ausführung der Isolierung,
Fig. 12 eine schaubildliche Ansicht eines Isolier- elementes, Fig. 13 dasselbe im Schnitt, Fig. 14 eine schaubildliche Ansicht eines mit zwei durch ein Band verbundenen Isolierelementen, Fig. 15 die beiden Isolierelemente, Fig. 16a bis 21b je eine Variante der Verbindung der beiden Isolierelemente, die an den Enden des Sta- tors vorgesehen sind.
Der in Fig. 1 dargestellte Einphasenasynchron- motor weist einen Kurzschlussrotor 10 auf, der auf einer Welle 11 befestigt ist, deren Enden in Lager schildern 12 gelagert sind. Diese Lagerschilder 12 bilden Teile des Statorrahmens des Motors. Zwischen dem einen Ende des Rotors 10 und der Lagerbüchse 13 ist ein Flügelrad 14 auf der Welle 11 angebracht, das zur Kühlung dient.
Die beiden Lagerschilder 12 des Statorrahmens, die an den Enden des Motors angeordnet sind, sind mittels zweier Längsschrauben 15 gegen einen Blät terkern 16 aus Eisen gepresst. Dieser Blätterkern 16 weist zwölf Wicklungsnuten 17 auf. Acht von diesen Wicklungsnuten sind innerhalb der teilweise zylindri schen Teile 18 der Aussenfläche des Statorkernes an geordnet und dienen zur Aufnahme der Hauptwick lung 19.
Die vier anderen, die auf den flachen Seiten 20 des Kernes vorgesehen sind, dienen zur Aufnahme einer Hilfswicklung 21, die zur Erleichterung des An lassens vorgesehen ist. Diese enthält einen nicht dar gestellten Kondensator, der stets mit Strom gespiesen ist, so dass der Strom in der Hilfswicklung um eine Phase von 90 , das heisst um eine halbe Polteilung in bezug auf den Strom in der Hauptwicklung verscho ben bleibt.
Dieser Kondensator, der stets mit Strom gespie- sen wird, kann durch einen Kondensator ersetzt wer den, der die Hilfswicklung beim Erreichen von 60 bis 80 % der vorgesehenen Geschwindigkeit mittels eines Zentrifugalschalters ausschalten würde. Um diese Phasenverschiebung zu erhalten, könnte man auch den Kondensator durch Induktionswiderstände ersetzen.
Die Nuten 17 des Blätterkernes 16 für die Wick lungen 19, 21 sind in Fig.6 und 9 klarer ersichtlich. Sie weisen einen flachen Boden 22 und gerade gegen die Öffnung 23 hin konvergierende Seiten 24 auf. Diese Nuten sind durch Vorsprünge 25 halb geschlos sen, die sich von den Seiten gegen die Mitte der öff- nung 23 erstrecken, so dass die Wicklungen in den Nuten gehalten werden.
Die Statorwicklungen 19, 21 bestehen aus lackier tem, isoliertem, dünnem Kupferdraht, der in Spulen von einer bestimmten Windungszahl gewickelt ist, welche Windungen mittels eines Klebebandes gehal ten werden, das am Umfang der Spule angebracht ist.
In jeder der Hauptnuten des genieteten Stator- kernes 16 ist ein Isolierelement 26 angeordnet, das aus einer Unterlage aus Karton oder ähnlichem Fa sermaterial, z. B. aus Presskarton, besteht, entspre chend der Form der Nut gebogen und auf der Innen seite mit einem Kunststoffüberzug versehen ist. Diese Unterlage ist etwas länger als die Nut, und ihre Enden 27 entsprechen sich bis auf die Stirnflächen 28 des Stators. Diese Enden 27 werden gebogen und liegen gegen den Stator ausserhalb der Nuten und sind somit gegen Längsverschiebung gesichert.
Der Statorkern 16 wird dann in einer Muffe 29, bestehend aus einem Metallblech, angeordnet, die einen Längsschlitz 30 aufweist und annähernd die gleiche Länge wie der Statorkern hat. Vorzugsweise ist sie etwas länger. Diese Muffe 29 ist in einem nicht dargestellten Rahmen fest, insbesondere drehfest, an geordnet, welcher Rahmen einen Träger für die Wicklungsspulen des Stators besitzt. Der Statorkern wird in der Muffe 29 gedreht, bis die gewünschte Nut mit dem Schlitz 30 übereinstimmt, das heisst sich un ter diesem Schlitz befindet.
Der Stator wird in dieser Lage dadurch gehalten, dass eine Kugel 31, die nach giebig in der dem Schlitz 30 entgegengesetzten Seite der Muffe gelagert ist, in die Öffnung 23 der dem Schlitz 30 entgegengesetzten Wicklungsnut ein-. schnappt. Die Breite des Schlitzes 30 ist etwas kleiner als die der Öffnungen 23. Eine Seite einer Gruppe von Wicklungen, die in die Muffe eingeführt wurde, wird nach unten, durch den Schlitz geführt, in die Nut eingesetzt.
Von einem Ende der Nut wird in dieselbe ein Deckstreifen 32 aus Kunststoff, z. B. aus Nylon, ein- geführt, der einen U-förmigen Querschnitt und zwei Seitenflanschen 33 aufweist, die in der Nut zwischen der Unterlage 26 und den Seiten 24 liegen. Der Strei fen ist in Querrichtung nachgiebig und im nichtmon tierten Zustand ist er breiter als die Nut (Fig. 8), so dass, wenn er zusammengepresst in die Nut eingeführt worden ist, die eine verengte Öffnung 23 aufweist (Fig. 10), seine Flanschen 33 gegen die Seiten 24 an gedrückt sind.
Der Steg der Deckstreifen 32 weist eine Rippe 34 auf, die sich zwischen den Vorsprüngen 25 in der Öffnung 23 befindet und somit eine Führung für den Deckstreifen bildet. Der Stator wird dann wieder ge dreht, bis er wieder mit der Kugel 31 in Kontakt kommt, so dass die Nut, in welche die andere Seite der Wicklung entsprechend dem Wicklungsschema eingeführt werden muss, sich unter dem Schlitz 30 be findet. Diese andere Seite wird dann in gleicher Weise in diese Nut eingelassen. Der Stator wird dann wieder gedreht, bis die nächste Nut sich unter dem Schlitz 30 befindet, und der beschriebene Vorgang wieder holt sich.
An den beiden Enden der Hauptphase und an den beiden Enden der Hilfsphase sind Leitungen an geschweisst, die diese Phasen mit der Stromzufuhr verbinden. Der Kondensator, diese Leitungen und die Schweissstellen sind mittels Schläuchen isoliert.
Beidseitig des Stators bilden die Wicklungen 19, 21 Köpfe 35. Die Windungen des einen Kopfes 35 sind, wie bereits erwähnt, mittels eines Klebebandes ,zusammengehalten, das auf den Windungen auf gesetzt ist. Um die Windungen des anderen Kopfes zusammenzuhalten, ist ein ähnliches Klebeband aus Baumwolle oder Papier vorgesehen.
Über jedem Kopf 35 ist ein Isolierelement 36 aus biegsamem, zweckmässig durchsichtigem Material an geordnet. Dieses Material ist ferner ziemlich wärme beständig, hat gute Isolierfähigkeit und wird nicht vom Material des Isoliermittels der Windungen an- gegriffen. Vielmehr kann es mit diesen, z. B. durch Kleben, Kleistern, Schweissen oder durch thermopla stische Behandlung, dauernd verbunden werden. Das Isolierelement 36 kann z. B. aus thermoplastischem Kunststoff, aus Nylon oder auch aus einem mit einem Kunststoff überzogenen Metallblatt bestehen, welcher Kunststoff die angegebenen Eigenschaften hat. Da Isolierelement 36 besteht aus einem ringförmigen Körper mit U-förmigem Querschnitt.
Im dargestellten Beispiel ist dieses Element kreisförmig, es könnte aber auch eine andere Form haben. Der Querschnitt könnte ebenfalls eine andere Form haben. Die Ge staltung dieses Isolierelementes ist so gewählt, dass, wenn es in Längsrichtung über die Wicklungen 19, 21 des Stators 16 und über die Köpfe 35 (Fig. 2) auf gesetzt wird, es auf Grund seiner eigenen Elastizität auf den Köpfen 35 bleibt, so dass es auch als Schutz beim Transport und beim Montieren dienen kann, da es das ganze Statorende deckt. Die Enden 27 der Unterlage 26 dienen ebenfalls zur Verminderung einer axialen Bewegung der Köpfe 35, die gegen diese Enden anliegen.
Die Tiefe des Isolierelementes, in Richtung der in den Nuten 17 liegenden Wicklun gen gemessen, ist kleiner als die Höhe der Köpfe 35 über der Stirnfläche 28. Wenn das Isolierelement 36 über die Köpfe 35 soweit wie möglich aufgesetzt wor den ist, so befindet sich sein Rand 27 in einem gewis sen Abstand der Stirnfläche 28, wodurch ein Spalt 38 entsteht. Dank diesem Spalt 38 können die Stirn flächen 28 nach Aufsetzen der Isolierelemente weiter bearbeitet werden. Ferner kann Kühlluft durch diesen Spalt 38 angesogen werden. Falls die Wicklungen mit irgendeinem Imprägniermittel behandelt werden müs sen, so kann dies auch durch diesen Spalt 38 gesche hen. Wenn das Isolierelement 36 aus durchsichtigem Material besteht, so kann die Lage der Köpfe 3.5 stets kontrolliert werden.
Das Isolierelement 36 wird dadurch dauernd mit den Köpfen 35 verbunden, indem ein Imprägniermit tel, z. B. aus Kunststoff, in die Wicklungen zugeführt wird, die sich zwischen der Unterlage 26 und dem Deckteil 32 befinden. Wenn der Stator mit diesem Mittel in den Wicklungen und bei gegen die Köpfe 35 angepresstem Isolierelement 36 einer Wärmeein wirkung ausgesetzt wird, so werden das Imprägnier mittel und die Isolierelemente 36 derart aneinander- gebunden, dass diese Isolierelemente unlösbar mit den Köpfen 35 verbunden werden. Um das Anbringen des Imprägniermittels in die Köpfe 35 zu erleichtern, sind im Isolierelement 36 Löcher 39 vorgesehen.
Die Köpfe 35 mit dem darauf befestigten Isolierelement 36 werden z. B. in dieses Imprägniermittel getaucht. Das Imprägniermittel wird durch kapillarische Wir kung in die in den Nuten 17 liegenden Winkelungen aufgesogen. Es wird dann mit der Unterlage 26 und dem Deckteil 32, die aus dem gleichen Material wie das Isolierelement 36 bestehen, verbunden. Dadurch werden sie mit den Wicklungen und mit dem Isolier- element 36 verbunden.
Ferner weisen die Isolierele- mente 36 Ausnehmungen 40 auf, durch welche Lei tungsdrähte geführt werden können (Fig.4). Die Ränder 37 des Isolierelementes 36 können mit Ab standhaltern 41 (Fig. 5) versehen sein, die sich gegen die Stirnflächen 28 stützen. Dadurch werden auch Öffnungen gebildet, die durch diese Abstandhalter 41, die Stirnfläche 28 und den Rand 37 begrenzt sind und durch welche Kühlluft angesogen und Im prägniermittel eingeführt worden kann.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 11 weist der Motor 110 einen Stator 111 und einen Rotor 112 auf. Die Rotorwelle 113 ist in Kugellagern 114 der La gerschilder<B>115</B> gelagert.
Diese Lagerschilder 115 sind je mit einem inneren ringförmigen Flansch 116 versehen. Isolierelemente 119 aus Kunststoff mit U-förmigem Querschnitt sind auf den Köpfen<B>117</B> der aus zwei Spulen bestehenden Statorwicklungen 118 angeordnet. Diese Isolierele- mente liegen mittels der vier Vorsprünge 120 an den Flanschen 116 an. Die Isolierelemente 119 sind zwi schen die Lagerschilder 115 und den Stator 111 ge klemmt. Die Vorsprünge 120 könnten durch ein Be festigungsorgan ersetzt werden, das aus einem ring förmigen Kragen bestehen würde.
Dieser Kragen würde derart mit dem Isolierelement 119 kombiniert werden, dass es um den Flansch. 116 zweckmässig in eine Nut greifen würde.
In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 14a bis 216 sind die beiden im Profil U-förmigen Isolierele- mente, die auf den Wicklungsköpfen beidseitig des Stators 111 angeordnet sind, mit 121 bezeichnet. Sie sind mit flachen Stangen oder Bändern 122 verbun den, die sich parallel zur Drehwelle längs der Seiten 123 des Statorkernes erstrecken (Fig. 14).
Die Iso- lierelemente 121 weisen Ausschnitte 124 auf, die nach aussen geöffnet und über dem Zwischenraum zwischen zwei Wicklungen 118 des Stators angeord net sind. Wenn erwünscht, sind ähnliche Ausschnitze innerhalb des Isolierelementes oder in seiner End- fläche vorgesehen.
In Fig. 16 und 17 ist eine andere Art der Ver bindung zwischen den beiden Isolierelementen dar gestellt. Die Halteorgane, die die Isolierelemente ver binden, halten diese Elemente beidseitig des Stators derart, dass sie mit den Statorwicklungen mittels des Imprägniermittels verbunden werden, ohne dass sie mit dem Stator selbst verbunden werden müssen. Dank dieser Anordnung der Isolierelemente hat es sich als möglich erwiesen, ein Imprägnieren und ein Bandagieren der Windungen zu vermeiden.
Dank dem ist es möglich, einerseits die Herstellungskosten zu senken und anderseits die Temperatur im Motor wäh rend des Betriebes um mindestens 12 C zu reduzie ren. Dadurch wird eine entsprechende Leistungser höhung des Motors erreicht.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 16 weisen dic Isoherelcmente 121 aus einem Stück mit ihren Be festigungsorganen 122 auf. Sie werden annähernd in der Mitte des Statorkernes mittels einer druckknopf- artigen Verbindung, bestehend aus einem Stift 125 und einer Öffnung 126 aneinander befestigt. Der Stift 125 wird dabei in die Öffnung 126 eingepresst.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 17 entspricht dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 16 mit dem Un terschied, dass die Befestigungsorgane 122 aneinander- geklebt oder verschweisst werden. Die gesamte ent sprechende Isolierung ist auch in Fig. 14 und 15 dar gestellt.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 18 ist an jedem Isolierelement 121 ein Stift 125 vorgesehen, während das Halteband 122 beidenends eine Öffnung 126 aufweist. Diese Öffnungen 126 können über die Stifte 125 gepresst werden.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 19 weisen die Isolierelemente 121 Schlitze 127 auf, in welche das Halteband 122 eingeführt werden kann, worauf seine Enden 128 umgebogen werden.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 20 sind zwei Bänder 122 vorgesehen, die um die Köpfe 117 ge schlungen und durch Öffnungen 121 der Isolierele- mente geführt werden. Diese Bänder sind derart an geordnet, dass sie zwischen dem Kopf 117 und dem Stator und zwischen diesem Kopf und dem Isolier- element angeordnet sind. Ihre Enden werden anein- andergeschweisst.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig.21 sind die Bänder 122 und das Isolierelement 121 um den Wicklungskopf 117 angeordnet. Das Isolierelement weist eine Öffnung 127 auf, durch welche das jewei lige Band geführt wird.
Jedes Isolierelement ist somit an dem Wicklungs kopf befestigt. Sie sind somit durch die Wicklung selbst miteinander verbunden.