DE10106717A1

DE10106717A1 - Bauelement für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE10106717A1
Application number: DE10106717A
Authority: DE
Inventors: Ralf Schmidt; Markus Heidrich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2002-08-14
Also published as: KR20020081385A

Abstract

Bauelemente nach dem Stand der Technik bestehen aus einem Trägerkörper, bei dem es aufwendig ist, eine Wicklung anzuordnen und die Füllung zwischen den Polzähnen nicht optimal ist. DOLLAR A Ein erfindungsgemäßes Bauelement (1) besteht zumindest aus zwei Trägerkörpern (3, 5) mit Polzähnen (11), bei dem der Abstand zwischen den direkt benachbarten Polzähnen (11) des einzelnen Trägerkörpers (3, 5) so groß ist, dass das Wicklungsverfahren oder das Anbringen einer Spule stark vereinfacht ist und eine optimale Füllung zwischen den Polzähnen (11) erreicht ist.

Description

Stand der Technik

Die EP 730 334 A1 zeigt einen Ständer für eine elektrische Aussenpolmaschine, bei der der Ständer aus zwei Teilen zusammengebaut ist. Aufgrund dieser zweigeteilten Form des Ständers können die einzelnen Teile nicht bewickelt werden, sondern müssen mit vorgefertigten Spulen zusammengebaut werden. Die Vorteile dieser Art des Zusammenbauens des Ständers ergeben sich im wesentlichen nur für zwei Pole. Es ist zwar auch ein Ausführungsbeispiel für mehrere Pole angegeben, jedoch handelt es sich dann nur um Nebenpole und der gewünschte Vorteil der besseren Füllung der Nuten wird bei mehr als zwei Polen nicht mehr erreicht.

Die JP 2000209794 A1 oder die US-PS 5,859,486 zeigen einen Stator, der aus so vielen Segmenten besteht, wie Polzähne vorhanden sind. Dadurch entsteht eine grosse Anzahl von Teilen, die auf aufwendige Art und Weise zusammengebaut werden müssen.

Die US-PS 5,552,651 zeigt einen Rotor, der aus zwei Teilen aufgebaut ist. Der Rotor weist jedoch keine Wicklungen um die Polzähne auf.

Ausserdem sind Statoren oder Rotoren bekannt, bei denen die Zähne einzeln gesetzt werden. Dabei muss jeder einzelne Polzahn befestigt werden, wodurch ein aufwendiger Montageprozess notwendig wird. Diese Statoren haben eine verminderte Stabilität. Desweiteren muss jede Einzelspule kontaktiert werden, wodurch sich eine Vielzahl an Kontaktstellen und aufwendigen Verschaltungen mit z. B. Stanzgittern ergeben.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemässe Bauelement für eine elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise ein Bauelement für eine elektrische Maschine gebildet ist, bei dem eine optimale Füllung der Nuten mit Wicklungen oder Spulenpaketen erreicht ist. So kann eine kleinere Baugrösse einer elektrischen Maschine erreicht werden. Ausserdem ergeben sich extrem vereinfachte Bedingungen für ein Wickelverfahren, so dass verschiedene Wickelverfahren wie z. B. Flyerwickel und Nadelwicklung einsetzbar sind. Auch sind beliebig kleine Nutöffnungen machbar, da der Wicklungsdraht beim Wickeln nicht durch die Nutöffnung eingebracht werden muss. Ebenso können auch Spulen mit sehr dicken Drähten realisiert werden.

Es ergeben sich vorteilhafte Bedingungen für ein Wickelverfahren, wenn die in Umfangsrichtung direkt benachbarten Polzähne des Bauelements nicht von demselben Trägerkörper gebildet sind, weil dadurch ein grosser Abstand zwischen den Polzähnen eines einzigen Trägerkörpers vorhanden ist. Durch zweiteiliges (Fig. 1, 2) oder vollständiges (Fig. 3) Erstellen der Wicklung wird die Anzahl der Drahtenden im Vergleich zu einzeln gesetzten Zähnen stark reduziert. Dies führt zu einer stark vereinfachten Verschaltungs- und Kontaktiertechnik.

Der Trägerkörper besteht vorteilhafter Weise aus Blechlaminaten, weil dadurch Wirbelströme minimiert sind.

Der Der Trägerkörper besteht vorteilhafter Weise aus einem Kunststoff/Magnetmaterial, weil dieses einfach herstellbar ist.

Ein solches Bauelement kann auf vorteilhafte Weise einen Stator oder einen Rotor bilden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1a ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Bauelements im nicht zusammengebauten Zustand, Fig. 1b im teilweise zusammengebauten Zustand,

Fig. 1c im zusammengebauten Zustand,

Fig. 2a ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Bauelements im nicht zusammengebauten Zustand, Fig. 2b im teilweise zusammengebauten Zustand,

Fig. 2c im zusammengebauten Zustand,

Fig. 3a ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Bauelements im nicht zusammengebauten Zustand, Fig. 3b im zusammengebauten Zustand.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1a zeigt ein erfindungsgemässes Bauelement 1 im nicht zusammengebauten Zustand. Das Bauelement 1 ist magnetisch bspw. durch eine elektrische Spule oder einen Magneten erregbar und wird für eine elektrische Maschine, wie z. B. ein Motor oder Generator verwendet.

Das Bauelement 1 besteht zumindest aus einem ersten Trägerkörper 3 und einem zweiten Trägerkörper 5. Beide Trägerkörper 3, 5 sind beispielsweise identisch und werden in axialer Richtung 7 zusammengebaut und miteinander befestigt. Die axiale Richtung 7 bildet bspw. eine Mittelachse 7 des Bauelements 1.

Der Trägerkörper 3, 5 weist bspw. einen äusseren Ring 9 auf, an dem bspw. zumindest ein Polzahn 11 ausgebildet ist. Der Polzahn 11 ist mit dem äusseren Ring 9 bspw. einteilig ausgeführt. Der Polzahn 11 kann aber auch an dem Ring 9 befestigt werden, bspw. dadurch, dass er aufgeschoben oder angespritzt wird. In diesem Ausführungsbeispiel sind es drei beispielsweise schwalbenschwanzförmig ausgebildete Polzähne 11, die mit dem äusseren Ring 9 einteilig ausgebildet sind. Der Polzahn 11 überragt den Ring 9 in einer axialen Richtung 7.

Zur Befestigung der Trägerkörper 3, 5 untereinander weist der Polzahn 11 bspw. am äusseren Umfang ein Einschubelement 13 auf, das in eine entsprechende Vertiefung 15 am Ring 9 des anderen Trägerkörpers 5, 3 eingeschoben wird. So wird verhindert, dass sich die Trägerkörper 3, 5 in Radialrichtung gegeneinander verdrehen. Gleichzeitig können so auch die Trägerkörper 3 und 5 miteinander befestigt werden, wenn es z. B. zwischen Einschubelement 13 und Vertiefung 15 zu einer Presspassung kommt. Die Trägerkörper 3, 5 können auch auf andere Art und Weise miteinander befestigt werden. Das Bauelement 1 hat dann sechs Polzähne 11.

Der Trägerkörper 3, 5 besteht beispielsweise aus Blechlaminaten oder aus einem massiven Material.

Der Trägerkörper 3, 5 kann auch aus einem Gemisch aus Kunststoff und einem Magnetmaterial, insbesondere einem weichmagnetischen Material, bestehen, das bspw. gespritzt wird. Unter Magnetmaterial ist magnetisierbares Material und/oder magnetisiertes Material zu verstehen. Das Material kann hart und/oder weich magnetisch sein.

Einer der Trägerkörper 3, 5 kann aus Blechlaminat bestehen und der andere besteht aus einem Gemisch aus Kunststoff und einem Magnetmaterial,

Fig. 1b zeigt ein Bauelement 1, bei dem die Trägerkörper 3, 5 teilweise ineinander geschoben sind. Die beispielsweise ringsegmentförmig ausgebildeten Einschubelemente 13 der Trägerkörper 3, 5 liegen in Umfangsrichtung direkt aneinander an. Zusammengefügt werden die Trägerkörper 3, 5 so, dass sich die Polzähne 11 des einen Trägerkörpers 3 zwischen den Polzähnen 11 des anderen Trägerkörpers 5 erstrecken.

Fig. 1c zeigt ein Bauelement 1 im zusammengebauten Zustand. In Umfangsrichtung werden die Polzähne 11 bspw. jeweils von einem anderen Trägerkörper 3, 5 gebildet. Ebenso liegen die Ringe 9 der Trägerkörper 3, 5 sowie die Einschubelemente 13 und die Vertiefungen 15 der Trägerkörper 3, 5 direkt aneinander an, so dass diese quasi einen äusseren Ring 9 bilden. Ein solches Bauelement 1 wird für einen Stator eines Innenläufermotors verwendet.

Schon im nicht zusammengebauten Zustand, wie in Fig. 1a gezeigt, ist um jeden Polzahn 11 ein vorgefertigtes Spulenpaket 17 angeordnet oder eine Wicklung 17 gewickelt worden. Die Spulen 17 sind in den Fig. 1a und 1b bewusst nicht dargestellt, um zu zeigen, wie die Trägerkörper 3, 5 aufgebaut sind und aneinandergefügt werden. Durch den grossen Abstand der Polzähne 11 der einzelnen Trägerkörper 3, 5 im nicht zusammengebauten Zustand ist beim Wickelvorgang sehr viel Platz für ein Wickelwerzeug, insbesondere einer Nadel, einer Wickelmaschine vorhanden, so dass der Wickelvorgang stark vereinfacht ist. Im zusammengebauten Zustand (Fig. 1c) ist der Raum zwischen den Polzähnen 11 optimal gefüllt, weil die Spulen 17 in axialer Richtung 7 sehr dicht aneinander zusammengeschoben werden können. Beim Wickelvorgang muss z. B. für die Wickelnadel genügend Platz, d. h. Abstand zur nächsten Spule 17, vorhanden sein, da die Wickelnadel sonst eingeklemmt werden würde.

Fig. 2a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Bauelements 1. Das Bauelement 1 besteht ebenfalls beispielsweise aus zwei Trägerkörpern 3, 5, die Polzähne 11 aufweisen, die an einem inneren Ring 9 angeordnet sind und sich in radialer und axialer Richtung vom Ring 9 weg erstrecken. Die Trägerkörper 3, 5 werden auf ähnliche Art und Weise wie in Fig. 1a, 1b und 1c beschrieben, zusammengebaut. Hierfür sind dem Ring 9 zugewandt an den Polzähnen 11 beispielsweise ringsegmentförmige Einschubelemente 13 ausgebildet, die zwischen sich Vertiefungen 15 zum Einschieben der Einschubelemente 13 des anderen Trägerkörpers 3, 5 bilden. Auch hier sind im Vorfeld beispielsweise schon Spulen 17 um die beispielsweise schwalbenschwanzförmig ausgebildeten Polzähne 11 vorhanden, die jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht gezeichnet sind.

Fig. 2b zeigt das Bauelement 1 in teilweise zusammengebautem Zustand und Fig. 2c in zusammengebautem Zustand. Die Ringe 9 der Trägerkörper 3, 5 bilden im zusammengebauten Zustand einen Ring 9', der eine Öffnung 19 aufweist, in die beispielsweise eine Rotorwelle eingeschoben und befestigt ist.

Ein solches Bauelement 1 ist beispielsweise ein Stator für einen Aussenläufermotor oder ein Rotor für einen Innenläufermotor.

In den Fig. 3a, 3b sind die Trägerkörper 3, 5 gemäss den Beschreibungen zu Fig. 2a, 2b, 2c ausgebildet. Jedoch weist der eine Trägerkörper 5 nur Zwischenpole 11' auf, die anders als die Polzähne 11 des anderen Trägerkörpers 3 ausgebildet sind, d. h. die Zwischenpole 11' weisen einen Polkopf 21 auf, der in Umfangsrichtung schmaler ist als der der Polzähne 11. Um die Zwischenpole 11' wird keine Spule 17 angeordnet oder eine Wicklung gewickelt. Die sogenannten Zwischenpole 11' dienen zur magnetischen Flussführung.

Die Wicklung kann ohne Unterbrechung vollständig auf Trägerkörper 3 aufgebracht werden. Den Ringen 9 zugewandt sind an den Zwischenpolen 11' und Polzähnen 11 die zum Zusammenbau dienenden Einschubelemente 13 und Vertiefungen 15 vorgesehen.

Claims

1. Bauelement für eine elektrische Maschine,
das magnetisch erregbar ist, bestehend aus zumindest einem Trägerkörper,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest zwei Trägerkörper (3, 5) in axialer Richtung (7) zusammengebaut das Bauelement (1) bilden.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest einer der Trägerkörper (3, 5) zumindest einen Polzahn (11) aufweist, und
dass zumindest eine Spule (17) um den Polzahn (11) angeordnet ist.

3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Trägerkörper (3, 5) Polzähne (11) hat, und dass die in Umfangsrichtung direkt benachbarten Polzähne (11) des Bauelements (1) nicht von demselben Trägerkörper (3, 5) gebildet sind.

4. Bauelement nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (3, 5) aus Blechlaminaten besteht.

5. Bauelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polzähne (11) zumindest teilweise mit einem Ring (9) des Trägerkörpers (3, 5) verbunden sind.

6. Bauelement nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) einen Stator bildet.

7. Bauelement nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) einen Rotor bildet.

8. Bauelement nach Anspruch 2, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens einer der Trägerkörper (3, 5) zumindest ein Einschubelement (13) und mindestens einer der Trägerkörper (3, 5) zumindest eine Vertiefung (15) für das Einschubelement (13) aufweist, und
dass die Trägerkörper (3, 5) durch das zumindest eine Einschubelement (13) und die zumindest eine Vertiefung (15) so miteinander verbunden werden, dass sie sich nicht gegeneinander verdrehen.

9. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Trägerkörper (3, 5) Polzähne (11) mit Spulen (17) aufweist und der andere Trägerkörper (3, 5) mit Zwischenpolen (11') versehen ist, um die keine Spulen angeordnet sind und die nach dem Zusammenbau der Trägerkörper (3, 5) in Umfangsrichtung zwischen den Polzähnen (11) liegen.

10. Bauelement nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (3, 5) aus einem Gemisch aus einem Kunststoff und einem magnetischen Material besteht.