DE10102658A1 - Stator für elektrische Maschinen und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Ein Stator für elektrische Maschinen ist mit einem aus paketierten Blechlamellen (5, 5') bestehenden, im wesentlichen ringförmigen Ständerkörper (1) und mit einer Statorwicklung (9) versehen, die in Aufnahmenuten (2) im Ständerkörper (1) angeordnet sind. Die den Ständerkörper (1) abschließenden Endlamellen (5') weisen gegenüber den innenliegenden Blechlamellen (5) eine mindestens doppelt so große Blechstärke auf. Ferner sind diese Endlamellen (5') an ihren den Aufnahmenuten (2) zugewandten Nutkanten (7) mit einer Abrundung (8) versehen, deren Radius (r) mindestens der Hälfte der Blechstärke (e) der Endlamellen (5') entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für elektrische Maschinen mit einem aus paketierten Blechlamellen bestehenden, im wesentlichen ringförmigen Ständerkörper, der über seinen Umfang mit Aufnahmenuten für die Stator­ wicklung versehen ist. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stators.

Ständerkörper für elektrische Maschinen und insbesondere für Kraftfahr­ zeug-Generatoren oder Starter mit lamelliertem Aufbau sind üblich und bestens bekannt. Die einzelnen Lamellen können sogenannte Segment- oder Vollschnitt-Lamellen sein, wobei für den kompletten Ständerkörper Lamellen gleichbleibender Dicke verwendet werden. Um ein möglichst reibungsloses, flüssiges Bewickeln des Ständerkörpers mit der Statorwick­ lung und eine sichere Isolierung der Wicklungsleitung gegenüber der sie aufnehmenden Nut zu erreichen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, am fertig paketierten Ständer an den die Nut begrenzenden Kanten eine Anprägung anzubringen, um die Kantenschneiden abzustumpfen.

Ein weiteres Problem bei der Auslegung von Statoren für elektrische Ma­ schinen liegt im sogenannten Nutfüllfaktor. Hohe Nutfüllfaktoren steigern die Leistung und den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine, senken die Stator-, insbesondere Statorwicklungstemperatur und reduzieren die Kup­ ferverluste. Allerdings bedingen hohe Nutfüllfaktoren auch eine hohe me­ chanische Stabilität der die Nuten begrenzenden Ständerbereiehe. Dabei stoßen die üblichen paketierten Ständerkörper vielfach an ihre mechani­ schen Grenzen.

Schließlich bilden die Nutkanten beim Stand der Technik einen ausgespro­ chenen Schwachpunkt hinsichtlich der Isolierung der Statorwicklung ge­ genüber den Nuten, da sich im Bereich der schneidenartigen Kanten die als Flächenisolierstoff ausgelegte Isolierung leicht durchdrückt und damit in Mitleidenschaft gezogen werden kann.

Ausgehend von den geschilderten Problemen beim Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stator für elektrische Maschi­ nen der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, daß der Ständerkörper ein­ facher zu bewickeln, mechanisch stabiler und mit einer sichereren Isolie­ rung versehen ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demnach sind die den Ständerkörper ab­ schließenden Endlamellen gegenüber den innenliegenden Blechlamellen mit einer mindestens doppelt so großen Blechstärke versehen. Ferner sind diese Endlamellen an ihren den Aufnahmenuten zugewandten Nuträndern mit einer Abrundung versehen, deren Radius mindestens der Hälfte der Blechstärke der Endlamelle entspricht.

Durch die verstärkten Endlamellen werden vorteilhafterweise zwei Effekte gleichzeitig erreicht. So wird der gesamte Ständerkörper zum einen da­ durch mechanisch erheblich verstärkt, was insbesondere im Bereich der Nut-Zwischenräume den Stator erheblich stabiler macht. Damit können auch Statorwicklungen mit einem 50% übersteigenden Nutfüllfaktor pro­ blemlos eingebracht werden. Darüber hinaus wird durch die hohe Blechstärke der Endlamellen die Voraussetzung dafür geschaffen, daß an den Nutkanten eine starke Abrundung angebracht werden kann. Damit ent­ fallen also die beim Stand der Technik allenfalls gebrochenen Kanten­ schneiden im Bereich der Nutkanten, wodurch das Risiko eines Durchtren­ nens eines Ein- oder Mehrschicht-Isolierstoffes, z. B. aus Polyesterfolie, auf dem Ständerkörper deutlich vermindert wird. Insbesondere bedeutet dies, daß bei erfindungsgemäßen Statoren im Falle von Isolier-Pulverbeschich­ tungen mit einer dünneren Pulverschicht eine gleichbleibende Isoliersicher­ heit erreicht wird. Dies wirkt sich wiederum wirkungsgradsteigernd und kostenmindernd für Leistungsfähigkeit und Herstellungsaufwand des Sta­ tors aus.

Zusammenfassend läßt sich durch die erfindungsgemäße Auslegung eines Elektromotor-Stators eine erhebliche Fertigungserleichterung erzielen, in­ dem ein Nut-Isolations-Papier oder -Folie leichter einfügbar ist bzw. bei einer Nut-Isolations-Pulverbeschichtung eine bessere Kantendeckung er­ zielt wird. Ferner kann die Statorwicklung in das Paket reibungsloser ein­ gezogen bzw. eingebracht und dadurch ein möglicher Fertigungsfehler durch Masseschluß vermieden werden.

Vorzugsweise liegt der Rundungsradius der Endlamellenkanten bei minde­ stens etwa 75% der Blechstärke der Endlamellen. Dadurch lassen sich die vorstehend erörterten Vorteile der Nutkanten-Verrundung maximieren.

Bei der Auslegung der Statorwicklung aus isoliertem Runddraht vorzugs­ weise mit einem Nutfüllfaktor von mehr als 50% in allen Ständernuten werden die eingangs erörterten elektrischen Eigenschaften einer elektri­ schen Maschine erheblich verbessert.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Herstellung des Stators und insbesondere die erfindungsgemäße Vornahme der Abrundung der Nut­ kanten. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist nämlich laut Kennzeich­ nungsteil des Anspruches 6 vorgesehen, die Abrundung der Nutkanten der Endlamellen vor deren Paketierung mit den restlichen Blechlamellen vor­ zunehmen. Dies bedeutet, daß am fertigen Ständerkörper kein Bearbei­ tungsschritt zur Abrundung der Nutkanten mehr vollzogen werden muß, was wiederum einer Verminderung von Ausschußteilen bei der Herstellung dient.

Bevorzugtermaßen können die Endlamellen mit Untermaß aus einem Blech gestanzt und anschließend durch ein angepaßtes Verrundungswerkzeug simultan mit der Abrundung versehen und auf Fertigmaß gebracht werden. Dabei können die sogenannte Schnittluft, der Prägestempel und der Stanz­ hub auf den Verrundungsradius abgestimmt sein.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf die Auslegung der Statorwicklung. Letztere kann als verteilte Wellen- oder Schleifenwicklung mit Vor- und Rückwärts-Wickelrichtung in ein- oder zweischichtiger Anordnung ausgeführt sein und wird als sogenannte Ein­ ziehwicklung hergestellt. Auch ist es möglich, die Statorwicklung in Form von vorgewickelten Teilwicklungen einzeln nacheinander oder gemeinsam in den Ständerkörper einzubringen.

Zusammenfassend sind als Vorteile der Erfindung einerseits die Verbesse­ rung der Leistungseigenschaften einer elektrischen Maschine durch Steige­ rung des Wirkungsgrades, Senkung der Ständertemperatur und Reduzierung von Verlusten zu nennen. Andererseits können unter wirtschaftlichen Aspekten die vorhandenen Fertigungsverfahren und Fertigungseinrichtun­ gen weiterhin genutzt werden, so daß die Erfindung ohne hohe Investiti­ onskosten in die Praxis umsetzbar ist.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nach­ folgenden Beschreibung entnehmbar, in der ein Ausführungsbeispiel an­ hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Teildarstellung eines Ständerkörpers mit Isolierbeschichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Ständernut eines Stators mit einem Ständerkörper gemäß Fig. 1 und angedeuteter Statorwicklung, und

Fig. 3 einen Schnitt durch den Ständerkörper entlang der Schnittlinie III-III nach Fig. 2.

Anhand von Fig. 1 ist der übliche Aufbau eines Stators für Elektromotoren zu erläutert. So ist dort ein ringförmiger Ständerkörper 1 ausschnittsweise erkennbar, der über seinen Umfang mit nach innen offenen und den Stän­ derkörper 1 parallel zu seiner Ringachse durchsetzenden Aufnahmenuten 2 versehen ist. Die Aufnahmenuten 2 sind in Draufsicht im wesentlichen U- förmig umgrenzt, wobei an den freien Enden der zwischen den Aufnahme­ nuten 2 gebildeten Ständerschenkel 3 die Nutöffnung verengende Stege 4 angeformt sind.

Der gesamte Ständerkörper 1 ist aus paketierten Blechlamellen 5 zusam­ mengesetzt, wie dies in Fig. 1 im weggeschnittenen Bereich der Pulverbe­ schichtung 6 angedeutet ist. Die einzelnen Blechlamellen 5 bestehen aus kongruenten Stanzteilen, die entsprechend aufeinandergelegt und miteinan­ der dauerhaft verbunden werden.

Wie bereits in Fig. 1 weiterhin angedeutet, jedoch besser anhand von Fig. 2 und insbesondere Fig. 3 erkennbar ist, sind die einzelnen Blechlamellen 5 nicht absolut identisch aufgebaut. Vielmehr sind die beiden Endlamellen 5', die den Ständerkörper 1 seitlich abschließen, dicker ausgeführt. Ihre Blech­ stärke e beträgt mindestens das Doppelte, insbesondere etwa das 2,0- bis 2,5-Fache der Blechstärke b der innenliegenden Blechlamellen 5. Folgende Dimensionierungspaare können beispielhaft für e und b verwendet werden:

e/b = 1,0/0,35; 1,0/0,5; 1,25/0,5; 1,5/0,65 usw.

Die beiden Endlamellen 5' weisen nun im Bereich ihrer der Aufnahmenut 2 zugewandten Nutkante 7 eine Abrundung 8 auf, deren Radius r in einem Größenbereich von < 0,8 mm liegt. Bei größeren Blechstärken e können noch größere Radien gewählt werden.

In Fig. 2 ist schließlich in der dort gezeigten Aufnahmenut 2 die Stator­ wicklung 9 aus isoliertem Runddraht angedeutet.

Claims (9)

1. Stator für elektrische Maschinen mit einem aus paketierten Blechla­ mellen (5, 5') bestehenden, im wesentlichen ringförmigen Ständerkör­ per (1), der über seinen Umfang mit Aufnahmenuten (29) für die Sta­ torwicklung (9) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ständerkörper (1) abschließenden Endlamellen (5') gegenüber den in­ nenliegenden Blechlamellen (5) eine mindestens doppelt so große Blechstärke (e) aufweisen und an ihren den Aufnahmenuten (2) zuge­ wandten Nutkanten (7) mit einer Abrundung (8) versehen sind, deren Radius (r) mindestens der Hälfte der Blechstärke (e) der Endlamelle (5') entspricht.

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundungs­ radius (r) der Endlamellenkanten (7) mindestens 75% der Blechstärke (e) der Endlamellen (5') beträgt.

3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sta­ torwicklung (9) aus isoliertem Runddraht besteht.

4. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklung (9) mit einem Nutfüllfaktor von mehr als 50% in vorzugsweise allen Aufnahmenuten (2) angelegt ist.

5. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklung (9) als Einziehwicklung ausgelegt ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Stators mit einer Statorwicklung (9) und einem Ständerkörper (1), der aus paketierten Blechlamellen (5, 5') mit stärker ausgelegten und mit verrundeten Nutkanten (7) versehenen Endlamellen (5') besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrun­ dung (8) der Nutkanten (7) der Endlamellen (5') vor deren Paketierung mit den restlichen Blechlamellen (5) vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Endla­ mellen (5') mit Untermaß aus einem Blech gestanzt und anschließend durch ein angepaßtes Verrundungswerkzeug simultan mit der Abrun­ dung (8) versehen und auf Fertigmaß gebracht werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklung (9) als verteilte Wellen- oder Schleifenwicklung mit Vor- und Rückwärts-Wickelrichtung in mindestens einschichtiger An­ ordnung ausgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklung (9) in Form von Teilwicklungen einzeln nacheinander oder gemeinsam in den Ständerkörper eingebracht werden.