DE10143870A1

DE10143870A1 - Läufer oder Stator

Info

Publication number: DE10143870A1
Application number: DE2001143870
Authority: DE
Inventors: Werner Eberle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2003-04-03

Abstract

Ein Läufer oder Stator für eine elektromotorisch arbeitende Vorrichtung mit Einzelpolwicklungen weist einen Aufnahmekörper (5) auf, der aus einem Grundkörper und sich von diesem Grundkörper wegerstreckenden Halteelementen besteht. Zwischen den Halteelementen sind Aufnahmen ausgebildet, in denen separat bewickelte Wicklungsträger (20) gehalten sind. Die Halteelemente haben jeweils wenigstens eine erste Anlagefläche, die zumindest abschnittsweise in Richtung des Grundkörpers weisen, und jeder Wicklungsträger (20) hat wenigstens eine zweite Anlagefläche, die zumindest abschnittsweise in Richtung einer ersten Anlagefläche weist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Läufer oder Stator für eine elektromotorisch arbeitende Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Zusammenhang mit elektrischen Maschinen ist es seit langem vorbekannt, Einzelpolwicklungen zur Vermeidung der Überschneidung von Leitern vorzusehen, um eine besonders kompakte Wicklung zu erreichen. Problematisch im Zusammenhang mit derartigen Einzelpolwicklungen ist, dass infolge der konstant breiten Polkerne, die zur Vergleichmäßigung der Flussdichte bevorzugt eingesetzt werden, bei Rotationsmotoren die Aufnahmenuten für die Wicklung sich nach außen hin radial erweitern, so dass ein insgesamt unbefriedigender Nutfüllfaktor erzielt wird.
Ein weiteres Problem derartiger elektrischer Maschinen ist, dass im Falle eines Leitungsbruches entweder der Läufer oder der Rotor insgesamt ausgewechselt werden muss, oder aber die betreffenden Teile vollständig neu bewickelt werden müssen.
Zur Lösung der oben genannten Probleme ist daher in der DE 199 06 484 A1 eine elektrische Maschine mit einer Einzelpolwicklung vorgeschlagen, die im wesentlichen aus zwei Körpern aufgebaut ist, wobei der eine Körper im wesentlichen aus zwei Aufnahmekörpern segmentweise zusammengesetzt ist, und wobei jedes Trägersegment zur betriebsfesten Aufnahme von wenigstens jeweils separat bewickelbaren Bewicklungsträgern geeignet ist.
Die Verbindung zwischen dem Aufnahmekörper und den Wicklungsträgern erfolgt hier mittels Bolzen, die sich parallel zur Rotationsachse oder im Falle eines Linearmotores senkrecht zur Bewegungsrichtung erstrecken.
Es hat sich nun herausgestellt, dass hinsichtlich der in der DE 199 06 484 A1 vorgeschlagenen Befestigungsart keine befriedigenden Ergebnisse erzielen lassen. Aufgrund der hohen und schnell wechselnden Radialkräfte, die auf die Wicklungsträger wirken, führen diese periodische Radialschwingungen - im Falle eines Linearmotores Linearbewegungen senkrecht zur Bewegungsrichtung - aus. Dererlei Bewegungen sind natürlich unerwünscht, da es durch sie einerseits unmöglich wird, das ideale Spaltmaß einzuhalten. Weiterhin stehen solche Bewegungen einem idealen Wirkungsgrad entgegen, die Geräuscherzeugung erhöht sich und auf lange Sicht kann es zu mechanischen Beschädigung des Motors kommen.
Um diesen Effekten entgegenzuwirken ist es notwendig, die Wicklungsträger zusätzlich im Aufnahmekörper, also im Stator oder im Rotor, einzugießen, wodurch wieder das Problem auftritt, dass bei einem Leitungsbruch der komplette Rotorder komplette Stator ausgetauscht werden muss.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, den gattungsgemäßen Läufer oder Stator dahingehend weiterzubilden, dass die einzelnen Wicklungsträger leicht ausgetauscht werden können und gleichzeitig eine Relativbewegung der Wicklungsträger im Verhältnis zum sie aufnehmenden Aufnahmekörper zuverlässig verhindert wird.
Diese Aufgabe wird mit einem Läufer oder Stator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Wie im Stand der Technik besteht der Läufer oder Stator aus einem Aufnahmekörper, der einen Grundkörper mit sich vom Grundkörper wegerstreckenden Halteelementen aufweist, und separat bewickelbaren Wicklungsträgern, die in Aufnahmen gehalten werden, die durch die Halteelemente gebildet sind.
Erfindungsgemäß werden hierbei die Radiallkräfte/Normalkräfte, die vom Wicklungsträger auf den Grundkörper übertragen werden müssen, flächig von den Wicklungsträgern auf die Halteelemente übertragen.
Es kann ein permanenter Formschluss zwischen Wicklungsträger und Halteelementen erzielt werden, so dass eine Radial/Normalbewegung der Wicklungsträger bezüglich des Läufers oder Stators unmöglich wird.
Dadurch, dass zur Kraftübertragung die gesamte Tiefe des Läufers/Stators genutzt werden kann, können die erfindungsgemäßen Motoren im Prinzip in beliebiger axialer Tiefe gebaut werden, da mit zunehmender axialer Tiefe, d. h. mit zunehmender Krafteinwirkung auf die einzelnen Wicklungsträger, auch die zur Kraftübertragung zur Verfügung stehende Kontaktfläche anwächst.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ergibt sich aus Anspruch 3. Durch die dort angegebenen zusätzlichen Merkmale kann eine mechanische Vorspannung zwischen Wicklungsträger und Läufer/Stator aufgebaut werden, wodurch eine Schwingungsfreiheit und Verformungsfreiheit auch bei größten Kräften sichergestellt werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Eine perspektivische Teilansicht eines Rotors,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Aufnahmekörper aus Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Wicklungsträger,
Fig. 4 den Aufnahmekörper aus Fig. 2 mit eingesetzten Wicklungsträgern,
Fig. 5 das Rotorelement aus Fig. 4 mit einem eingeschlagenen Klemmbolzen.
Die Fig. 1 zeigt einen Teil eines Rotors für einen Elektromotor. Hierbei sind in einen Aufnahmekörper 5 Wicklungsträger 20 eingesetzt. Die Wicklungsträger 20 sind maschinell bewickelt; die Wicklungen sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Aufnahmekörper 5 und Wicklungsträger 20 sind jeweils parallel zur Motorachse schichtweise aus einer Vielzahl von identischen Blechausschnitten zusammengesetzt, um die Wirbelstromverluste gering zu halten. Zusätzlich kann der Aufnahmekörper 5 in Segmente unterteilt sein - ein solches Segment ist beispielsweise in Fig. 2 dargestellt - eine solche Segmentierung ist jedoch nicht in allen Anwendungsfällen zwingend erforderlich.
Der Aufnahmekörper besteht aus zwei unterschiedlichen Grundelementen, nämlich dem Grundkörper 10, welcher direkt oder indirekt mit der Motorachse in Verbindung steht und die auftretenden Kräfte in diese Achse einleitet, und Halteelementen 12, die sich vom Grundkörper 10 radial nach außen erstrecken. Die Trennung zwischen Grundkörper 10 und Halteelementen 12 ist hier rein funktional zu verstehen; in Fig. 2 ist beispielsweise ein einstückiges Blechstanzteil dargestellt.
Zwischen den identischen und symmetrisch ausgebildeten Halteelementen 12 befinden sich die Aufnahmen A, die zur Aufnahme der Wicklungsträger 20 dienen.
Mit Bezug auf die Fig. 2 wird nun der Aufbau der Halteelemente 12 näher beschrieben. Jedes Halteelement 12 weist im wesentlichen drei Abschnitte auf: Die obere Abschlussfläche 13, die das Halteelement 12 in Richtung des Luftspaltes abschließt, den Mittelbereich 11 und den Haltebereich 15, der einerseits das Halteelement 12 mit dem Grundkörper 10 verbindet und andererseits zur Ankopplung der Wicklungsträger 20 an den Aufnahmekörper 5 dient.
Der Haltebereich 15 weist jeweils zwei erste Anlageflächen 16 auf, die jeweils in Kontakt mit einem Fußbereich 24 eines Wicklungsträgers 20 stehen (siehe beispielsweise Fig. 4). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel setzt sich jede erste Anlagefläche 16 aus vier Abschnitten 16A bis 16D zusammen. Hierbei weisen der erste Abschnitte 16A und der zweite Abschnitt 16B der ersten Anlagefläche in Richtung des Grundkörpers 10.
Die Wicklungsträger 20 sind passend zu den Halteelementen 12 gestaltet. Ein solcher Wicklungsträger ist in Fig. 3 dargestellt. Der Fußbereich 24 eines jeden Wicklungsträgers weist jeweils zwei zweite Anlageflächen 26 auf. Die zweiten Anlageflächen 26 weisen entsprechend den ersten Anlageflächen 16 vier Abschnitte auf, wobei die Abschnitte der zweiten Anlagefläche jeweils das Negativ zu den Abschnitten der ersten Anlagefläche bilden, wie dies beispielsweise in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Fußbereich 24 und der Wicklungsträger 20 die Form eines Schwalbenschwanzes.
Durch die jeweils ersten und zweiten Abschnitte werden die radial nach außen wirkenden Kräfte von den Wicklungsträgern in den Aufnahmekörper 5 eingeleitet. Die Krafteinleitung erfolgt hier über die gesamte Tiefe, so dass eine Verformung der Wicklungsträger 20, insbesondere eine Ausbeulung in der Mitte ausgeschlossen werden kann.
Mittels der Durchgangsbohrungen 18 und der Trägerbohrungen 27 wird der Rotor mittels zweier Abschlussplatten in Axialrichtung verschraubt. Somit sind die Wicklungsträger sowohl in radialer als auch in axialer Richtung am Aufnahmekörper 5 gesichert. Bei Leitungsbruch in einer der Spulen muss nur eine der beiden Abschlussplatten entfernt werden, dann kann der entsprechende Wicklungsträger aus dem Aufnahmekörper herausgezogen werden, um durch einen entsprechend intakten Wicklungsträger ersetzt zu werden.
In Fig. 5 ist ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei wird in Klemmbohrungen 28, die sich im Fußbereich 24 der Wicklungsträger 20 befinden, und die sich parallel zur Motorachse erstrecken, ein Klemmbolzen 30 eingeschlagen. Durch diesen Klemmbolzen 30 wird eine Vorspannung F zwischen den Wicklungsträgern 20 und dem Aufnahmekörper 5 erzeugt, was zu einem Formschluss bezüglich der ersten und zweiten Abschnitte der Anlageflächen führt. Hierdurch kann auch bei größten Radialkräften eine Schwingungsfreiheit der Wicklungsträger 20 bezüglich des Aufnahmekörpers 5 garantiert werden. Im Bedarfsfall, d. h. bei Ausfall einer Spule, können die Klemmbolzen 30 auch wieder aus den Klemmbohrungen 28 herausgeschlagen werden, so dass der betroffene Wicklungsträger 20 aus dem Aufnahmekörper 5 entfernt werden kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde ein Rotor beschrieben. Es ist jedoch klar, dass das beschriebene Prinzip auch auf einen anders geformten Läufer, insbesondere für einen Linearmotor oder auf einen Stator angewendet werden kann. Bezugszeichenliste 5 Aufnahmekörper
10 Grundkörper
12 Halteelemente
13 obere Abschlussfläche
15 Haltebereich
16 erste Anlagefläche
16A erster Abschnitt der ersten Anlagefläche
16B zweiter Abschnitt der ersten Anlagefläche
16C dritter Abschnitt der ersten Anlagefläche
16D vierter Abschnitt der ersten Anlagefläche
18A-C Durchgangsbohrungen
20 Wicklungsträger
21 Wicklungsbereich
22 Kopf
24 Fußbereich
26 zweite Anlagefläche
26A erster Abschnitt der zweiten Anlagefläche
26B zweiter Abschnitt der zweiten Anlagefläche
26C dritter Abschnitt der zweiten Anlagefläche
26D vierter Abschnitt der zweiten Anlagefläche
27A, B Trägerbohrungen
28 Klemmbohrung
30 Klemmbolzen

Claims

1. Läufer oder Stator für eine elektromotorisch arbeitende Vorrichtung mit Einzelpolwicklungen mit einem Aufnahmekörper, der einen Grundkörper und sich von diesem Grundkörper wegerstreckenden Halteelemente aufweist, wobei zwischen den Halteelementen Aufnahmen ausgebildet sind, und separat bewickelte Wicklungsträger, die in den Aufnahmen gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente jeweils wenigstens eine erste Anlagefläche aufweisen, die zumindest abschnittsweise in Richtung des Grundkörpers weisen, und dass jeder Wicklungsträger wenigstens eine zweite Anlagefläche aufweist, die zumindest abschnittsweise in Richtung einer ersten Anlagefläche weist.

2. Läufer oder Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente und die Wicklungsträger symmetrisch aufgebaut sind.

3. Läufer oder Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass pro Wicklungsträger wenigstens ein mechanisches Beaufschlagungsmittel vorhanden ist, das die zweiten Anlagefläche der Wicklungsträgers gegen die ersten Anlageflächen der Halteelemente presst.

4. Läufer oder Stator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsträger in Richtung des Grundkörpers offene Klemmbohrungen aufweisen, in die jeweils ein Klemmbolzen eingeschlagen oder eingepresst ist.

5. Läufer oder Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper und/oder die Wicklungsträger schichtweise aus Blechen aufgebaut sind.

6. Läufer oder Stator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche gegeneinander isoliert sind.

7. Läufer oder Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist.