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Die
Erfindung geht aus von einem Wicklungsträger für eine elektrische Maschine
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Wicklungsträger hat
mehrere Polzähne.
Benachbarte Polzähne
begrenzen zwischen sich wenigstens eine Nut, in die mindestens jeweils
eine Wicklung eingelegt wird. Der Wicklungsträger ist in den Nuten und an
Stirnseiten mit einer Isolation versehen. Mögliche Varianten für eine Isolation
sind Papierauskleidungen, Kunststoffmasken und elektrostatisches
Pulverbeschichten.
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Bei
Papierauskleidungen kann sich bei der Bewicklung der Draht um Kanten
herum in das an der Kante befindliche Papier eingraben. Dadurch
kann der Draht nicht richtig in den Nutgrund rutschen. Die Folge
ist eine ungünstige
Verteilung des Drahts und ein niedriger Kupferfüllfaktor. Außerdem besteht
die Gefahr, dass bei Bewickeln der Draht hinter die Isolierung gelangt.
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Kunststoffmasken
decken die Stirnseite des Wicklungsträgers ab und reichen in die
Nuten hinein. Dabei muss eine minimale Wandung von 0,4 – 0,5 mm
vorgesehen werden. Dadurch wird aber der Raum für den Draht somit den Kupferfüllfaktor
vermindert.
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Beim
elektrostatisches Pulverbeschichten ist zwar ein hoher Kupferfüllfaktor
erzielbar. Die Investitionskosten sind aber recht hoch und lohnen
nur bei großen
Stückzahlen.
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Vorteile der
Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Wicklungsträger für eine elektrische
Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil,
dass mit einem einfachen Verfahren, geringen Investitions- und Stoffkosten
ein hoher Kupferfüllfaktor
erreicht werden kann. Hierzu ist ein Wicklungsträger für eine elektrische Maschine
vorgesehen, der mehrere Polzähne hat,
wobei benachbarte Polzähne
zwischen sich wenigstens eine Nut begrenzen, die mit mindestens
jeweils einer Wicklung befüllt
ist, wobei der Wicklungsträger
in den Nuten und an Stirnseiten mit einer Isolation versehen ist
und wobei der Wicklungsträger
in den Nuten mit Papier ausgekleidet und an den Stirnseiten mit
Kunststoffscheiben abgedeckt ist.
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Vorzugsweise
haben die Kunststoffscheiben im Wesentlichen die Form der Stirnseite
des Wicklungsträgers
und ragen zumindest an den Polzähnen auf
jeder eine Nut begrenzenden Seite des jeweiligen Polzahnes um die
Dicke des Papiers über
diesen Polzahn hinaus. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Kunststoffscheiben
auf jeder Seite um 0,3 mm überstehen.
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Eine
weitere Erhöhung
des Kupferfüllfaktors lässt sich
erzielen, wenn die Kunststoffscheiben nicht in die Nuten hineinragen.
Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Kunststoffscheiben im Bereich
wenigstens eines Polzahnes jeweils einen Zapfen hat, der in einer
Ausnehmung des wenigstens einen Polzahnes angeordnet ist. Dadurch
lassen sich die Kunststoffscheiben leichter zentrieren.
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Wenn
die Kunststoffscheiben Flügel
haben, die mit ihren Schmalseiten beidseitig an den Zahnhälsen und
an Hinterschnitten der Polzähne
mit ihren Flächen
anliegen, so lässt
sich leicht eine Zentrierung erreichen, ohne dass in den Polzähnen Ausnehmungen
vorgesehen werden müssen.
Dadurch lassen sich die Kunststoffscheiben auch leicht nachträglich für bestehende
Anker ohne Ausnehmung vorsehen. Außerdem sind die Flügel an Stellen
angeordnet, wo sie der Wicklung keinen Platz wegnehmen, da diese
in der Regel zum Nutgrund hin und vom Hinterschnitt weg rutscht.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist ein derartiger Wicklungsträger ein
Anker eines Innenläufers
oder der Stator eines Außenläufers, bei
dem die Polzähne
radial nach außen
gerichtet sind, da sich hier die Polzähne leicht aufbiegen lassen.
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Eine
elektrische Maschine mit einem derartigen Wicklungsträger hat
gegenüber
einer elektrischen Maschine vergleichbarer Baugröße aufgrund des höheren Kupferfüllfaktors
eine höhere
Leistung.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der
Beschreibung.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen 1 eine elektrische Maschine im Querschnitt und 2 einen
Ausschnitt gemäß der Schnittlinie
II-II in 1.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In
den 1 und 2 ist eine rotierende elektrische
Maschine 10 vereinfacht dargestellt. Die elektrische Maschine 10 kann
ein Gleichstrommotor sein, der in einem Kraftfahrzeug beispielsweise
in einem Sitzversteller, Fensterheber, Wischerantrieb etc. verwendet
wird. Es kann sich jedoch auch um einen Generator handeln.
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Im
Gehäuse 12 ist
ein Anker 14 angeordnet, der eine Welle 16 umfasst.
Der Anker 14 stellt einen Wicklungsträger für eine elektrische Maschine 10 dar.
Hergestellt ist der Anker 14 als Lammellenpaket aus Blech
oder aus sogenanntem SMC-Material (Soft Magnetic Composite). Bei
einem Lamellenpaket aus Blech beträgt die Dicke eines Einzelblechs (entspricht
Bezugszeichen 14) 0,5mm, was eine Abweichungen im Zehntelmillimeterbereich
einschließen
kann.
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Der
Anker 14 weist mehrere Wicklungen 18 auf. Wegen
der besseren Übersichtlichkeit
ist in der 1 nur eine Wicklung 18 angedeutet.
Von einem kreisrunden Abschnitt 19 des Ankers 14 stehen
mehrere Polzähne 20 radial
nach außen
ab, die Nuten 21 zur Aufnahme der Wicklungen 18 begrenzen
bzw. bilden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich
um acht Polzähne 20.
Korrespondierend hierzu gibt es auch acht Nuten 21. Natürlich sind
auch andere Zahlen möglich.
Die Polzähne 20 umfassen
jeweils einen Zahnhals 22, der vom Abschnitt 19 ausgeht, und
einen Zahnkopf 24, der sich an den Zahnhals 22 anschließt. Zwischen
den Zahnhälsen 22 ist
jeweils am Außenumfang
des Abschnitts 19 der Nutgrund 25 einer Nut 21 ausgebildet.
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Die
Zahnhälse 22 sind
vorzugsweise gleichmäßig am Umfang
des Ankers 14 verteilt und stehen gerade ab, d.h. sie haben
keinen gekrümmten
Verlauf. Es ist aber auch denkbar, dass sie einen gekrümmten Verlauf
haben. Außerdem
haben die Zahnhälse 22 eine
im wesentlichen gleichbleibende Breite. Alternativ kann die Breite
aber auch variieren, d.h. von innen nach außen schmaler aber auch breiter
werden.
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Die
Zahnköpfe 24 weisen
quer zu den Zahnhälsen 22 abstehende
und voneinander weg weisende Abschnitte 28 auf. Die Abschnitte 28 bilden
Hinterschnitte 30, die somit hinterschnittenen Nuten 21 begrenzen.
Außerdem
begrenzen die Abschnitte 28 Nutschlitze 32.
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Die
Stirnseiten 34 und 36 des Lamellenpakets des Ankers 14 sind
mit je einer Kunststoffscheibe 38 abgedeckt. Die Nuten 21,
d.h. die 40 Seitenwände
der Zahnhälse 22,
die Nutgrunde 25, erforderlichenfalls die Hinterschnitte 30 und
eventuell die Nutschlitze 32, sind mit Papier 42 ausgekleidet,
wobei dies der Übersichtlichkeit
wegen nur in einer Nut 21 der 1 mit einer
punktierten Linie angedeutet ist.
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Die
Kunststoffscheiben 38 haben im Wesentlichen die Form der
Stirnseiten 34, 36 des Ankers 14. Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
haben sie eine Form, die dem scheibenförmigen Abschnitt 19 mit den
angeformten Zahnhälsen 22 entspricht.
Es können
jedoch zusätzlich
auch die Zahnköpfe 24 abdeckende
Abschnitte vorgesehen sein. Die Kunststoffscheiben 38 müssen im
Wesentlichen die Polzähne 20 zumindest
da an den Stirnseiten 34, 38 abdecken, wo die
Wicklung 18 anliegt. Es ist auch möglich, dass die Kunststoffscheiben 38 einen
Schlitz haben, der sich entlang der Zahnhälse 22 erstreckt,
um beispielsweise Material einzusparen. Besser ist jedoch, wenn
zumindest die Zahnhälse 22 voll
abgedeckt werden.
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Die
Kunststoffscheiben 38 stehen auf jeder eine Nut 21 begrenzenden
Seite bzw. den Seitenwänden 40 des
jeweiligen Polzahnes 20 um die Dicke des Papiers 42 über diesen
Polzahn 20 über.
Im Idealfall sind dies gerade mal 0,3 mm, wobei herstellungsbedingte
Abweichungen von einigen 0,01 mm eingeschlossen sind.
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Wie
besonders aus der 2 hervorgeht, ragen die Kunststoffscheiben 38 nicht
in die Nuten 21 hinein. Zur Zentrierung ist jedoch an den
Kunststoffscheiben 38 im Bereich der Polzähne 20 ein
Zentrierzapfen 44 vorgesehen, der in einer Ausnehmung 46 der
Polzähne 20 bzw.
deren Zahnhälse 22 angeordnet
ist. Beispielsweise kann dies über
eine Presspassung oder mittels Kleben erfolgen. Die Ausnehmung 46 kann
gestanzt werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
haben die Kunststoffscheiben 38 in einer Ebene angeordnete
Stege bzw. Flügel 48,
die mit den kürzeren
einander zugewandten Schmalseiten beidseitig an den Zahnhälsen 22 und
an den Hinterschnitten 30 der Polzähne 20 mit zwei ihren
Flächen
anliegen. Mit den Flügeln 38 erfolgt
ebenfalls eine Zentrierung. Die Flügel 38 sind im Wesentlichen
so breit wie die Hinterschnitte 30 oder etwas schmaler
und von der in die Nuten 21 hineinreichenden Tiefe kürzer als
ihre Breite. Die Flügel 38 sind
höchstens
so dick wie die Kunststoffscheiben 38, d.h. ein paar Zehntelmillimeter.
Da die Flügel 48 flächig nur
an den Hinterschnitten 30 anliegen, sind sie in einem Bereich
angeordnet, wo sie den Wicklungen 18 keinen Platz wegnehmen.
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Das
Papier 42 ist an und für
sich bekannt. Es hat eine Dicke von ca. 0,3 mm, der besseren Übersichtlichkeit
wegen ist es jedoch wesentlich dicker gezeichnet. Das Papier 42 hat
in der jeweiligen Nut 21 eine U- oder C-Form. Das jeweils
in einer Nut 21 angeordnete Stück Papier 42 ist höchstens
so lang, vorzugsweise ein wenig kürzer wie die Länge der
Nut 21; dies können
einige Zehntelmillimeter oder Millimeter sein.
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Die
Erfindung ist nicht nur auf Wicklungsträger in Form des Ankers 14 beschränkt. Wie
sich unmittelbar aus der Darstellung ergibt, kann es sich statt
eines Ankers auch um einen Ständer
bzw. Stator eines Außenläufermotors
oder Generators handeln. Ferner müssen die Polzähne nicht
wie gezeigt radial nach außen
zeigen. Beispielsweise können
sie von einem größeren runden
Abschnitt 19 nach innen zeigen, wie dies beispielsweise
bei Statoren von Generatoren oder elektronisch kommutierten Elektromotoren
der Fall ist.