DE10101248B4

DE10101248B4 - Stator für eine Elektromaschine

Info

Publication number: DE10101248B4
Application number: DE10101248.9A
Authority: DE
Inventors: Michael D. Bradfield
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2021-01-13
Also published as: DE10101248A1; US6278213B1

Abstract

Stator für eine Elektromaschine mit einem Joch (30), mehreren Zähnen (32) und mehreren Schlitzen (34), in denen abgeflachter Statorleitungsdraht eingesetzt ist, wobei die Schlitze (34) durch jeweils zwei benachbarte Zähne (32) gebildet sind, wobei jeder Schlitz (34) eine Oberseite benachbart zu dem Joch (30), zwei Seiten und eine offene Unterseite aufweist und in den Schlitzen (34) die Seiten der Schlitze unter einem Winkel (θ) zueinander liegen, wobei die Oberseite des Schlitzes (34) breiter als die Unterseite des Schlitzes (34) ist und die offene Unterseite eine Breite aufweist, die derart gewählt ist, daß sie nur einen einzigen abgeflachten Draht durch diese hindurch einlässt, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorleitungsdraht in der Nähe der Oberseite des Schlitzes (34) lose aber in der Nähe der Unterseite des Schlitzes fest sitzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine Elektromaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Stator ist aus der DE 41 22 076 A1 bekannt.
Ein Stator für eine Elektromaschine mit Schlitzen, deren Seitenwände parallel zueinander verlaufen, wobei in den Schlitzen abgeflachter Statorleitungsdraht eingesetzt ist, ist aus der DE 38 03 752 A1 , der GB 424 119 A , der DE 725 493 A und der DE 682 465 A bekannt. In letztgenannter Schrift wird der Leitungsdraht, der zunächst gekrümmt profiliert ist, mit Hilfe einer Vorrichtung in seine endgültige Lage innerhalb des Schlitzes flach gestreckt. Die DE 30 06 207 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit einem Ständerblechpaket aus kernorientierten Blechen. In der US 4 566 179 A ist ein Stator für eine Elektromaschine mit Schlitzen bekannt, die parallele Wände aufweisen, zwischen denen Statordraht mit rundem Querschnitt eingesetzt ist.
Generatoren sind in praktisch jedem heutzutage hergestellten Motorfahrzeug zu finden. Diese Generatoren, wie beispielsweise der übliche Lundell-Generator, erzeugen einen Wechselstrom, um den Elektrizitätsbedarf des Fahrzeugs zu decken. Während die Antriebsmaschine des Fahrzeugs läuft, erzeugen die Generatoren ausreichend Elektrizität, um den Elektrizitätsanforderungen des Fahrzeugs abzuhelfen und die Batterie wieder aufzuladen.
Ein wichtiges Bauteil des Generators ist der Stator oder Ständer. Bei den meisten Generatoren enthält der Stator die den Hauptstrom transportierende Wicklung, in der eine durch einen magnetischen Fluß erzeugte elektromotorische Kraft induziert wird. Typischerweise besteht die den Strom transportierende Wicklung aus Leitungsdraht, der gewickelt und in die Schlitze des Stators eingesetzt ist. Jeder Schlitz ist zwischen zwei Zähnen angeordnet. Der Draht wird in Bündel gewickelt und in den Stator eingesetzt. Der Stand der Technik lehrt das Wickeln und Einsetzen von Draht mit einem gerundeten Profil. Dieser gerundete Draht hat jedoch einige Nachteile, die zu seiner Verwendung in einem herkömmlichen Stator gehören.
Erstens nehmen die Bündel aus gerundetem Draht die Statorschlitze nicht auf eine effiziente Art und Weise ein. Typischerweise beträgt das Verhältnis von Kupferdrahtfläche zur gesamten Schlitzfläche 50%. Diese herkömmliche Konstruktion erzeugt einen geringeren Ausgangsstrom und ist elektrisch weniger effizient als eine Konstruktion, bei der der Draht ein größeres Verhältnis des Schlitzes einnimmt.
Zweitens werden bei einer herkömmlichen Statorkonstruktion zwei Merkmale dazu verwendet, den Draht in dem Schlitz zu halten: Zahnspitzen und Keile. Die Zähne des herkömmlichen Stators sind an der Unterseite des Schlitzes verbreitert, um den Schlitz entsprechend schmaler zu machen, wie es anhand von US-Patent Nr. 4 613 780 von Fritzsche zu sehen ist. Zusätzlich wird typischerweise ein Papierkeil in den Schlitz eingesetzt, nachdem das Drahtbündel eingesetzt worden ist. Das Einsetzen des Keils ist ein wesentliches Problem im Herstellungsbereich, und der Prozeß des Einsetzens erhöht die Kosten, indem die Stillstandzeit der Ausrüstung und die Wartung zunehmen.
Drittens erlaubt die herkömmliche Statorkonstruktion kein effizientes Stanzen der Statorkerns. Das Stanzen eines herkömmlichen Statorkernlaminats gemäß dem Stand der Technik erzeugt eine beträchtliche Menge Stanzabfall. Diese geringe Materialausnutzung resultiert daraus, daß die herkömmliche Statorkonstruktion verbreiterte Zahnspitzen verwendet.
Viertens führt die Verwendung von gerundetem Draht bei der herkömmlichen Statorkonstruktion zu schlechter Wärmeleitung, da der Draht in dem Schlitz lose gebündelt ist. Diese schlechte Wärmeleitung führt zu höheren Statordrahttemperaturen. Diese höhere Temperatur verringert wiederum die Zuverlässigkeit, das Leistungsvermögen und den Wirkungsgrad des Drahtes.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung für die oben erwähnten Probleme bereitzustellen. Ein erfindungsgemäß aufgebauter Stator ist durch die in Anspruch 1 beschriebenen Merkmale gekennzeichnet.
Die vorliegende Erfindung ist eine Statorkonstruktion mit hohem Füllfaktor. Diese neue Konstruktion wird durch die Tatsache unterstützt, daß abgeflachter Magnetdraht nun weitläufig zur Verwendung bei Statoren erhältlich ist. Abgeflachter Magnetkupferdraht ist nun mit einem Höhe/Breite-Verhältnis von bis zu 4 zu 1 erhältlich, wobei die Enden des Drahtes gerundet sind. Die Verwendung abgeflachten Magnetdrahtes erlaubt eine Neukonstruktion des Stators, um die Nachteile von Draht mit einem gerundeten Profil zu beseitigen.
Die vorliegende Erfindung verwendet abgeflachten Magnetdraht, der gewickelt und in die Statorschlitze eingesetzt ist. Der abgeflachte Magnetdraht ist in die Statorschlitze hinein gestapelt. Zusätzlich sind die Schlitze der vorliegenden Erfindung abgewinkelt, so daß der abgeflachte Draht an der Oberseite jedes Schlitzes lose sitzt, aber an der Unterseite fest sitzt. Diese Abwinklung hält den Draht in jedem Schlitz fest.
Die Verwendung von abgeflachtem Magnetdraht und die entsprechende neue Kernkonstruktion beseitigen die Nachteile des Standes der Technik. Erstens nutzt der gestapelte, abgeflachte Draht nahezu 80% der Schlitzfläche aus. Die Verwendung von abgeflachtem Draht erzeugt auch einen entsprechend höheren Ausgangsstrom und ist effizienter als die Verwendung von Draht mit einem gerundeten Profil. Zweitens beseitigt die sich selbst festhaltende Natur der Erfindung die Notwendigkeit für einen Papierkeil oder Zahnspitzen, wodurch die Kosten verringert werden. Drittens erzeugt die Geometrie der neuen Kernkonstruktion weniger Stanzabfall während des Stanzens des Statorkernlaminats. Viertens verbessert die Konstruktion aus dem abgeflachten Draht und dem Kern die Wärmeleitung, was zu niedrigeren Drahttemperaturen und einer entsprechenden Zunahme der Zuverlässigkeit, des Leistungsvermögens und des Wirkungsgrades führt. Die neue Kernkonstruktion hat einen zusätzlichen Vorteil. Die Verwendung von gestapeltem, abgeflachtem Draht in der neuen Konstruktion versteift die Statorzähne in der radialen Richtung, wodurch Vibration und Geräusch reduziert werden.
Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in diesen ist:

1 eine vergrößerte Ansicht eines herkömmlichen Stators,
2 eine Teilschnittansicht eines herkömmlichen Stators, gemäß dem in 1 gezeigten, eingekreisten Abschnitt,
3 eine vergrößerte Ansicht, die die Statorkonstruktion der vorliegenden Erfindung zeigt, und
4 eine Teilschnittansicht, die die Statorkonstruktion der vorliegenden Erfindung zeigt, gemäß dem in 3 gezeigten, eingekreisten Abschnitt.

Die 1 und 2 veranschaulichen einen herkömmlichen Stator. In 1 besteht der Stator aus einem Joch 10, mehreren Zähnen 12 und mehreren Schlitzen 14. Nach 2 ist jeder Schlitz zwischen zwei Zähnen angeordnet, und die Schlitze enthalten typischerweise jeweils Schlitzauskleidungen 16 entlang der Innenseiten der Schlitze. Jeder Zahn weist eine Zahnspitze 18 an der Unterseite des Schlitzes auf, die breiter als der Zahn selbst ist. 2 zeigt auch eine Querschnittsansicht eines lose gepackten Bündels aus gerundetem Magnetdraht 20, das den Schlitz einnimmt. Der gerundete Draht ist in dem Schlitz durch die Zahnspitzen und durch einen Keil 22 festgehalten.
Die 3 und 4 veranschaulichen die Statorkonstruktion der vorliegenden Erfindung. Wieder besteht der Stator aus einem Joch 30, mehreren Zähnen 32 und mehreren Schlitzen 34, wie es in 3 gezeigt ist. Nach 4 ist jeder Schlitz wieder zwischen zwei Zähnen angeordnet, und die Schlitze enthalten jeweils Schlitzauskleidungen 36 entlang der Innenseiten der Schlitze. Bei der vorliegenden Erfindung weist jedoch jeder Zahn anders als im Stand der Technik keine Zahnspitze auf, und die Schlitze benötigen keinen Keil. Jeder Schlitz ist derart aufgebaut, daß die Seiten des Schlitzes nicht parallel liegen sondern stattdessen einen kleinen Winkel bilden. Der bevorzugte Winkel beträgt 2 Grad, es kann aber jeder geeignete Winkel verwendet werden. Abgeflachter Draht mit gerundeten Kanten 40 ist in jeden Schlitz gestapelt, wobei der abgeflachte oder nicht kreisförmige Querschnitt des Drahtes die Verkeilungswirkung der vorliegenden Erfindung erhöht. Die Oberseite des Schlitzes (wobei die Oberseite das am nächsten bei dem Joch liegende Ende ist) ist geringfügig breiter als die Unterseite des Schlitzes, und der Draht in der Nähe der Oberseite des Schlitzes sitzt lockerer in dem Schlitz als der Draht in der Nähe der Unterseite. Die geringfügige Abwinklung der Statorzähne und -schlitze erzeugt eine Verkeilungswirkung an der Unterseite des Schlitzes, die eine Druckkraft erzeugt, um den Draht an seiner Stelle zu halten. Bei der gezeigten Ausführungsform paßt aufgrund der Breite des Schlitzes nur einen einzigen Statorwicklungsdraht oder -leiter pro Wicklungslage in den Schlitz.
Zusammengefaßt betrifft die Erfindung eine Konstruktion aus einer steifen Statorwicklung und einem Kern mit hohem Füllfaktor zur Verwendung bei Generatoren. Die Statorkonstruktion besteht aus mehreren Statorzähnen 32 mit Schlitzen 34 zwischen den Zähnen 32. Abgeflachter Magnetdraht 40 mit gerundeten Kanten ist in die Schlitze 34 gestapelt. Die Schlitze 34 sind geringfügig abgewinkelt, θ, um eine Verkeilungswirkung zu erzeugen und somit den Draht 40 in den Schlitzen zu halten.

Claims

Stator für eine Elektromaschine mit einem Joch (30), mehreren Zähnen (32) und mehreren Schlitzen (34), in denen abgeflachter Statorleitungsdraht eingesetzt ist, wobei die Schlitze (34) durch jeweils zwei benachbarte Zähne (32) gebildet sind, wobei jeder Schlitz (34) eine Oberseite benachbart zu dem Joch (30), zwei Seiten und eine offene Unterseite aufweist und in den Schlitzen (34) die Seiten der Schlitze unter einem Winkel (θ) zueinander liegen, wobei die Oberseite des Schlitzes (34) breiter als die Unterseite des Schlitzes (34) ist und die offene Unterseite eine Breite aufweist, die derart gewählt ist, daß sie nur einen einzigen abgeflachten Draht durch diese hindurch einlässt, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorleitungsdraht in der Nähe der Oberseite des Schlitzes (34) lose aber in der Nähe der Unterseite des Schlitzes fest sitzt.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schlitze (34) die gleiche Form aufweisen.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser in jedem Schlitz eine Schlitzauskleidung (36) umfaßt.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (34) einen Teil einer Statorwicklung (40) enthalten.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß der Winkel (θ) zwei Grad beträgt.
Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dieser in den Schlitzen gestapelten Leitungsdraht (40) umfaßt.