DE102005002364B4

DE102005002364B4 - Drehstrommaschine

Info

Publication number: DE102005002364B4
Application number: DE200510002364
Authority: DE
Inventors: Eduard Lyschick; Fridolin Mahlmeister; Michael Menz; Norbert WÖHNER
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: DE102005002364A1

Abstract

Drehstrommaschine mit einem in Wesentlichen bezüglich einer Rotationsachse (2) rotationssymmetrischen Statorblechpaket (1),
– wobei das Statorblechpaket (1) eine Vielzahl von sich parallel zur Rotationsachse (2) erstreckenden Nuten (3) mit die Nuten (3) radial zur Rotationsachse (2) begrenzenden Nutböden (4) aufweist,
– wobei in je zwei der Nuten (3) je eine Wicklung eines Drehstromwicklungssystems angeordnet ist,
– wobei die Wicklungen Windungen mit Axialbereichen (14) und Verbindungsbereichen (15) aufweisen,
– wobei die Axialbereiche (14) sich parallel zur Rotationsachse (2) erstrecken und in den Nuten (3) angeordnet sind und die Verbindungsbereiche (15) von Nut (3) zu Nut (3) verlaufen,
– wobei Axialbereiche (14) jeder Windung in nicht unmittelbar aneinander angrenzenden Nuten (3) verlaufen,
– wobei an den Stirnseiten des Statorblechpakets (1) je eine aus einem elektrisch isolierenden Material bestehende Endanordnung (20, 23, 24) angeordnet ist,
– wobei die Endanordnungen (20, 23, 24) jeweils einen axial an...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehstrommaschine mit einem im Wesentlichen bezüglich einer Rotationsachse rotationssymmetrischen Statorblechpaket. Der Oberbegriff des Anspruch 1 ist aus der EP 14 67 466 A2 bekannt.
Drehstrommaschinen sind allgemein bekannt. Bei ihnen weist das Statorblechpaket eine Vielzahl von sich parallel zur Rotationsachse erstreckenden Nuten auf, wobei die Nuten radial zur Rotationsachse, insbesondere an ihren von der Rotationsachse abgewandten Seiten, durch Nutböden begrenzt sind. In je zwei der Nuten ist eine Wicklung eines Drehstromwicklungssystems angeordnet. Die Wicklungen weisen Windungen mit Axialbereichen und Verbindungsbereichen auf. Die Axialbereiche erstrecken sich parallel zur Rotationsachse und sind in den Nuten angeordnet. Die Verbindungsbereiche verlaufen von Nut zu Nut. Die Axialbereiche jeder Windung verlaufen in nicht unmittelbar aneinander angrenzenden Nuten.
Eine Windung ist dabei eine einzelne Leiterschleife. Eine Wicklung ist die Gesamtheit aller in den gleichen Nuten verlaufenden Leiterschleifen bzw. Windungen. Das Drehstromwicklungssystem entspricht der Gesamtheit aller Wicklungen der Drehstrommaschine.
Bei Drehstrommaschinen werden im Stand der Technik in der Regel einzelne Wicklungen gewickelt und in das Statorblechpaket eingezogen. Nach dem Einziehen der Wicklungen des Drehstromwicklungssystems werden erforderliche Isolierteile in die Wicklungen eingebracht. Die einzelnen Wicklungen werden entsprechend einem gewünschten Anschlussschema miteinander verbunden und die Anschlussleitungen zum externen Anschließen des Drehstromwicklungssystems angebracht. Um erforderliche Abmessungen einzuhalten, werden die Wicklungen im Bereich der Verbindungsbereiche der Windungen bandagiert und in Form gepresst.
Mittels neuartiger Wickeleinrichtungen, beispielsweise sogenannter Nadelwickler, ist es neuerdings möglich, Drehstrommaschinen der eingangs genannten Art direkt von innen zu bewickeln. Hierdurch ist es prinzipiell möglich, das Drehstromwicklungssystem einschließlich der gewünschten Verschaltung der Wicklungen untereinander und der externen Anschlussleitungen vollautomatisch herzustellen. Problematisch bleibt aber die ordnungsgemäße Isolation der Wicklungen gegen das Statorblechpaket. Weiterhin ist es schwierig, eine dichte Packung der Axialbereiche der Windungen zu erreichen. Auch ist es schwierig, zu gewährleisten, dass das Wickeln einer Wicklung das Wickeln anderer Wicklungen nicht beeinträchtigt.

Aus der EP 1 467 466 A2 ist eine Drehstrommaschine der eingangs genannten Art bekannt. Diese Drehstrommaschine weist folgende Ausgestaltung auf:

– An den Stirnseiten des Statorblechpakets ist je eine aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff, bestehende Endanordnung angeordnet.
– Die Endanordnungen weisen jeweils einen axial an der jeweiligen Stirnseite des Statorblechpakets anliegenden Flansch auf, mittels dessen die Verbindungsbereiche der Windungen gegen das Statorblechpaket elektrisch isoliert sind.
– Auf den vom Statorblechpaket abgewandten Seiten der Flansche sind Führungssysteme angeordnet, mittels derer die Verbindungsbereiche der Windungen geführt werden.
– Die Führungssysteme sind derart ausgebildet, dass die Axialbereiche der Windungen mittels der Führungssysteme möglichst nahe an ihren Nutböden gehalten werden und die Verbindungsbereiche der Windungen zumindest eines Teils der Wicklungen einen radialen Mindestabstand von der Rotationsachse einhalten, der größer als der Abstand einer direkten Verbindung der Nuten von der Rotationsachse ist, in denen die korrespondierenden Axialbereiche angeordnet sind.

Der GB 2 310 766 A ist ein ähnlicher Offenbarungsgehalt zu entnehmen.

Aus dem DE 1 797 835 U ist bekannt, die Nuten eines Stators eines Elektromotors mittels sogenannter Stabkäfige gegen die Wicklungen elektrisch zu isolieren.

Aus der DE 1 021 465 A ist bekannt, auf der Stirnseite eines Stators eines Elektromotors zwischen den Nuten Abstandhalter anzuordnen, mittels derer die Wicklungen von Nut zu Nut geführt werden können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Drehstrommaschine vorteilhaft weiter zu entwickeln.

Die Aufgabe wird bei einer Drehstrommaschine dadurch gelöst,

– dass die Endanordnungen Wickelabschnitte und Führungsabschnitte aufweisen, die um die Rotationsachse herum alternieren,
– dass in den Führungsabschnitten tangential unterbrechungsfreie Führungskanäle angeordnet sind, in denen die Verbindungsbereiche der Windungen eines Teils der Wicklungen verlaufen, und
– dass in den Wickelabschnitten tangential zwischen je zwei unmittelbar benachbarten Nuten Fixierungselemente angeordnet sind, mittels derer die Axialbereiche der Windungen zumindest dieses Teils der Wicklungen möglichst nahe an ihren Nutböden gehalten werden.

Die Endanordnungen sind untereinander vorzugsweise gleich ausgebildet. Ihre Verbindung mit dem Statorblechpaket ist beliebiger Natur. Beispielsweise können die Endanordnungen mit dem Statorblechpaket verrastet, verpresst oder verklebt sein. Es ist sogar möglich, die Endanordnungen direkt an das Statorblechpaket anzuspritzen.

Die Endanordnungen als solche können alternativ einteilig ausgebildet sein oder aus mehreren Einzelelementen bestehen. Im letzteren Fall können die Einzelelemente dabei alternativ untereinander gleich ausgebildet sein oder verschieden voneinander ausgebildet sein. Die Verbindung der Einzelelemente miteinander ist wieder beliebiger Natur. Insbesondere können die Einzelelemente beispielsweise miteinander verrastet oder verklebt sein.

Wenn zumindest ein Teil der Fixierungselemente an von den Flanschen beabstandeten Enden sich radial zur Rotationsachse erstreckende Ausläufer aufweist, werden auch in den Wickelabschnitten führungskanalartige Strukturen gebildet. Diese sind in diesem Fall jedoch nicht unterbrechungsfrei.

Wenn die Anzahl von Fixierungselementen pro Wickelabschnitt ungerade ist und das mittlere der Fixierungselemente eines jeden Wickelabschnitts ein Anschlusselement zum Anschließen eines Endes einer Wicklung aufweist, stellen bereits die Endanordnungen die erforderlichen Anschlusselemente zum externen Verbinden der Wicklungen zur Verfügung.

Die Führungsabschnitte erstrecken sich bezüglich der Rotationsachse über Führungswinkel. Die Wickelabschnitte erstrecken sich bezüglich der Rotationsachse über Wickelwinkel. In aller Regel sind die Führungswinkel mindestens so groß wie die Wickelwinkel. In manchen Fällen sind sie sogar größer.

Der Querschnitt der Führungskanäle kann prinzipiell beliebig ausgebildet sein. Vorzugsweise weisen die Führungskanäle aber einen U-förmigen, einen L-förmigen oder einen V-förmigen Querschnitt auf.

Wenn die Fixierungselemente als Trennstege ausgebildet sind, die tangential zur Rotationsachse gesehen radial zwischen je zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten verlaufen, ergibt sich eine besonders gute Führung der einzelnen Windungen der Wicklungen. Alternativ ist aber auch möglich, dass die Fixierungselemente als sich im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse erstreckende Stifte ausgebildet sind, die in der Nähe der Nutböden an den Flanschen angeordnet sind.

Die Windungen der Wicklungen müssen nicht nur im Bereich der Stirnseiten des Statorblechpakets, sondern auch innerhalb der Nuten gegen das Statorblechpaket elektrisch isoliert werden. Im Stand der Technik ist hierzu üblich, in die Nuten Papierstreifen einzubringen. Diese Vorgehensweise kann beibehalten werden. Alternativ ist es aber auch möglich, dass an den Flanschen sich im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse erstreckende Nutauskleidungen angeordnet sind, die in den Nuten verlaufen und mittels derer die Axialbereiche der Wicklungen gegen das Statorblechpaket elektrisch isoliert sind. Auf diese Weise ist insbesondere auch in den Nuten zuverlässig eine elektrische Isolierung der Windungen gegen das Statorblechpaket sichergestellt.

Bei einfacheren Ausgestaltungen der Führungssysteme sollte der radiale Mindestabstand in etwa gleich dem radialen Abstand der Nutböden von der Rotationsachse sein. Es ist aber auch möglich, dass die Endanordnungen mehrere in Richtung der Rotationsachse abgestufte Teilführungsbereiche aufweisen und die Verbindungsbereiche der Wicklungen in den Teilführungsbereichen mit voneinander verschiedenen radialen Mindestabständen von der Rotationsachse geführt sind. Auch in diesem Fall sollte der radiale Mindestabstand der Verbindungsbereiche der Wicklungen, die in den dem Statorblechpaket nächstliegenden Teilführungsbereichen geführt sind, aber in etwa gleich dem radialen Abstand der Nutböden von der Rotationsachse sein.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
1 ein Statorblechpaket mit Einzelelementen von der Seite,
2 das Statorblechpaket von 1 von oben,
3 ein erstes Einzelelement in perspektivischer Darstellung,
4a bis 4d Ausschnitte von 1 in perspektivischer Darstellung in verschiedenen Stadien beim Wickeln einer Windung,
5 das Statorblechpaket mit Einzelelementen von 1 von oben,
6a und 6b Details von 5 in verschiedenen Fertigungsstadien einer Wicklung,
7 das Statorblechpaket mit ersten Einzelelementen von 5 zusammen mit einem weiteren Einzelelement,
8 und 9 je einen Führungskanal,
10 die Drehstrommaschine von 7 mit weiteren Wicklungen,
11 einen weiteren Führungskanal,
12 eine alternative Ausgestaltung eines Einzelelements,
13 und 14 eine weitere Ausgestaltung einer Endanordnung,
15 und 16 ebenfalls weitere Ausgestaltungen von Endanordnungen und
17 eine Ergänzung einer Endanordnung.
Gemäß 1 weist eine Drehstrommaschine ein Statorblechpaket 1 auf, das im Wesentlichen bezüglich einer Rotationsachse 2 rotationssymmetrisch ist. Die Rotationsachse 2 definiert also eine Symmetrieachse der Drehstrommaschine. Soweit nachfolgend die Begriffe „axial", „radial" und „tangential" verwendet werden, beziehen diese sich daher auf die Rotationsachse 2. Der Begriff „axial" bedeutet eine Richtung parallel zur Rotationsachse 2, der Begriff „radial" bedeutet eine Richtung auf die Rotationsachse 2 zu bzw. von ihr weg und der Begriff „tangential" bedeutet eine Richtung um die Rotationsachse 2 herum.
Das Statorblechpaket 1 weist – siehe 2 – eine Vielzahl von Nuten 3 auf. Die Nuten 3 erstrecken sich axial, also parallel zur Rotationsachse 2. Sie weisen Nutböden 4 auf, wel che die Nuten 3 radial begrenzen. Im vorliegenden Fall, in dem der Stator als Außenstator ausgebildet ist, begrenzen die Nutböden 4 die Nuten 3 radial außen, also an den von der Rotationsachse 2 abgewandten Seiten der Nuten 3.
An den Stirnseiten des Statorblechpakets 1 sind auf das Statorblechpaket 1- siehe wieder 1 – erste Einzelelemente 5 von Endanordnungen aufgesetzt. Die ersten Einzelelemente 5 sind in 3 näher dargestellt. Sie bestehen aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Kunststoff. Sie können insbesondere als Spritzgießteile ausgebildet sein.
Gemäß 3 weisen die ersten Einzelelemente 5 ringförmige Flansche 6 auf. Mit ihren Flanschen 6 liegen die ersten Einzelelemente 5 axial an den Stirnseiten des Statorblechpakets 1 auf. Die ersten Einzelelemente 5 sind somit an den Stirnseiten des Statorblechpakets 1 angeordnet.
Die ersten Einzelelemente 5 weisen weiterhin Wickelabschnitte 7 und Führungsabschnitte 8 auf, die um die Rotationsachse 2 herum alternieren.
In den Führungsabschnitten 8 sind tangential unterbrechungsfreie Führungskanäle 9 angeordnet. Die Führungskanäle 9 sind Bestandteile eines Führungssystems. Sie weisen gemäß 3 einen U-förmigen Querschnitt auf und erstrecken sich bezüglich der Rotationsachse 2 über Führungswinkel α.
In den Wickelabschnitten 7 sind Fixierungselemente 10 angeordnet. Die Fixierungselemente 10 sind tangential zwischen je zwei unmittelbar benachbarten Nuten 3 angeordnet. Die Fixierungselemente 10 sind ebenfalls Bestandteile des Führungssystems. Sie sind gemäß 3 als Trennstege 10 ausgebildet, die tangential zur Rotationsachse 2 gesehen radial zwischen je zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten 3 verlaufen. Sie weisen an ihren von den Flanschen 6 beabstandeten Enden Ausläufer 11 auf, die sich radial zur Rotationsachse 2 erstrecken, im vorliegenden Fall nach radial außen.
Wie aus 4a ersichtlich ist, wird mittels einer geeigneten Wickeleinrichtung 12 zunächst in eine der in einem der Wickelabschnitte 7 angeordneten Nuten 3 ein Leiter 13 eingeführt. Die Wickeleinrichtung 12 als solche ist dabei bekannt und als solche nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Nach dem vollständigen Einlegen des Leiters 13 in die jeweilige Nut 3 wird der Leiter 13 gemäß den 4b und 4c radial außen über eines der benachbarten Fixierungselemente 10 geführt und straff gezogen. Dadurch wird bewirkt, dass der in der Nut 3 befindliche Leiterabschnitt 14 (nachfolgend als Axialbereich 14 bezeichnet) parallel zur Rotationsachse 2 verläuft und möglichst nahe am Nutboden 4 der jeweiligen Nut 3 gehalten wird.
Danach wird der Leiter 12 – siehe 4d – in den benachbarten Führungskanal 9 eingelegt, wieder straff gezogen und in eine Nut 3 des nächsten Wickelabschnitts 7 eingeführt usw., so dass in diese beiden Nuten 3 eine Vielzahl von Windungen eingelegt wird, die zusammen eine Wicklung bilden. Die Bereiche 15 der Windungen, die tangential von Nut 3 zu Nut 3 verlaufen, werden dabei nachfolgend Verbindungsbereiche 15 genannt.
Ersichtlich liegen die Nuten 3, in denen die obenstehend beschriebene Wicklung angeordnet ist, nicht unmittelbar nebeneinander. Vielmehr liegt tangential gesehen eine Vielzahl weiterer Nuten 3 zwischen diesen beiden Nuten 3.
Die obenstehend beschriebene Vorgehensweise wird – gleichzeitig oder nacheinander – für je zwei Nuten 3 wiederholt, wobei die beiden Nuten 3 jedes korrespondierenden Paares von Nuten 3 in Wickelabschnitten 7 angeordnet sind, zwischen denen jeweils ein Führungsabschnitt 8 angeordnet ist. Im Ergebnis wird so ein Drehstromwicklungssystem generiert, bei dem in je zwei Nuten 3 je eine Wicklung eines Drehstromwicklungssystems angeordnet ist. Dies ist schematisch in 5 dargestellt.
Durch die Flansche 6 der ersten Endelemente 5 wird bewirkt, dass die Wicklungen des Drehstromwicklungssystems gegen das Statorblechpaket 1 elektrisch isoliert sind, soweit die Wicklungen in den Stirnbereichen des Statorblechpakets 1 verlaufen.
Die Führungskanäle 9 und die Fixierungselemente 10 sind auf der vom Statorblechpaket 1 abgewandten Seite des Flansches 6 angeordnet. Die Führungskanäle 9 und die Fixierungselemente 10 führen die Verbindungsbereiche 15 der Windungen.
Die Führungssysteme sind somit insbesondere derart ausgebildet, dass die Axialbereiche 14 der Windungen mittels der Führungssysteme (genauer: mittels der Fixierungselemente 10) möglichst nahe an ihren Nutböden 4 gehalten werden. Es wird also erreicht, dass – siehe schematisch 6a – die ersten Windungen jeder Wicklung zunächst im Bereich des Nutbodens 4 der jeweiligen Nut 3 angeordnet werden, bevor – siehe schematisch 6b – die jeweilige Nut 3 weiter gefüllt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Axialbereiche 14 der Windungen mittels der Fixierungselemente 10 möglichst nahe an ihren Nutböden 4 gehalten werden.
Weiterhin werden die Verbindungsbereiche 15 der Windungen in den Führungskanälen 9 geführt. Dadurch wird bewirkt, dass die Verbindungsbereiche 15 der Windungen einen radialen Mindestabstand r1 von der Rotationsachse 2 einhalten. Der radiale Mindestabstand r1 ist dabei größer als der Abstand d einer direkten Verbindung der Nuten 3, in denen die korrespondierenden Axialbereiche 14 dieser Windungen angeordnet sind, von der Rotationsachse 2. Bei dem ersten Einzelelement 5 gemäß 3 wird dabei sogar bewirkt, dass der radiale Mindestab stand r1 in etwa gleich dem radialen Abstand r2 der Nutböden 4 von der Rotationsachse 2 ist.
Die Drehstrommaschine der 1 bis 6, anhand derer die vorliegende Erfindung näher erläutert wird, ist beispielhaft als vierpolige Drehstrommaschine ausgebildet. Mittels des Einzelelements 5 der 3 können dabei nicht alle Wicklungen des Drehstromwicklungssystems gewickelt werden. Vielmehr kann mittels des ersten Einzelelements 5 der 3 nur die Hälfte der Wicklungen gewickelt werden. Nach dem Wickeln dieser ersten Hälfte der Wicklungen, also dem in 5 dargestellten Zustand, werden auf die ersten Einzelelemente 5 weitere Einzelelemente 16 aufgesetzt, um auch die zweite Hälfte der Wicklungen wickeln zu können. Dieser Zustand ist in 7 dargestellt. Die weiteren Einzelelemente 16 sind dabei auf prinzipiell beliebige Art und Weise mit den ersten Einzelelementen 5 verbunden. Beispielsweise können sie mit den ersten Einzelelementen 5 verrastet sein. Die ersten und zweiten Einzelelemente 5, 16 bilden zusammen Endanordnungen. Die Endanordnungen der ersten Ausführungsform bestehen daher aus mehreren Einzelelementen 5, 16.
Wie aus 7 ersichtlich ist, sind die weiteren Einzelelemente 16 zwar ähnlich ausgebildet wie die ersten Einzelelemente 5 der 3. Sie sind aber doch geringfügig verschieden von den ersten Einzelelementen 5 ausgebildet. Dennoch werden in 7 für die einzelnen Bestandteile der weiteren Einzelelemente 16 die gleichen Bezugszeichen wie für die einzelnen Bestandteile der ersten Einzelelemente 5 verwendet, soweit die Bestandteile die gleichen sind.
Im Ergebnis unterscheiden sich die weiteren Einzelelemente 16 nur bezüglich der Ausgestaltung ihrer Führungskanäle 9 von den ersten Einzelelementen 5. Denn die Führungskanäle 9 der ersten Einzelelemente 5 weisen – siehe 3, 5 und 8 – einen U-förmigen Querschnitt auf und laufen mit einem konstanten Radialabstand um die Rotationsachse 2 um. Die Führungskanäle 9 der weiteren Einzelelemente 16 hingegen weisen – siehe 7 und 9 – einen L-förmigen Querschnitt auf und bilden eine gerade Verbindung zwischen den Nuten 3, die in den Wickelabschnitten 7 liegen, aber unmittelbar an die Führungskanäle 9 angrenzen. Wenn daher auch die zweite Hälfte der Wicklungen gewickelt ist, weisen die Verbindungsbereiche 15 der Windungen dieser zweiten Hälfte einen radialen Mindestabstand r1 von der Rotationsachse 2 auf, der kleiner als der radiale Mindestabstand r1 der Windungen der ersten Hälfte von Wicklungen ist. Die Einzelelemente 5, 16 der Endanordnungen bilden somit mehrere – im vorliegenden Fall zwei – Teilführungsbereiche, welche in Richtung der Rotationsachse 2 gegeneinander abgestuft sind. In jedem der Teilführungsbereiche weisen die Verbindungsbereiche 15 der Windungen der jeweiligen Wicklungen voneinander verschiedene radiale Mindestabstände r1 von der Rotationsachse 2 auf. Auch im Bereich der weiteren Einzelelemente 16 ist der radiale Mindestabstand r1 aber immer noch größer als der Abstand d einer direkten Verbindung der Nuten 3, in denen die Axialbereiche 14 der Windungen der korrespondierenden Wicklungen jeweils angeordnet sind. Insbesondere ist auch dieser radiale Minimalabstand r1 in der Regel mindestens so groß wie die lichte Weite w des Statorblechpakets 1.
Wie aus den 3, 5, 7 und 10 ersichtlich ist, erstrecken sich die Führungsabschnitte 8 über Führungswinkel α, die Wickelabschnitte 7 über Wickelwinkel β um die Rotationsachse 2 herum. Die Führungswinkel α sind dabei ebenso groß wie die Wickelwinkel β. Diese Ausgestaltung ist möglich, weil die Drehstrommaschine der 1 bis 10 nicht zweipolig ist, also mindestens vierpolig, und weil das Drehstromsystem ein dreiphasiges Drehstromsystem ist.
In allen anderen Fällen, also wenn eine zweipolige Drehstrommaschine gewickelt werden soll und/oder das Drehstromsystem mehr als drei Phasen aufweist, sind die Führungswinkel α größer als die Wickelwinkel β. Ferner werden in diesen Fällen mehr als zwei Einzelelemente 5, 16 bzw. Teilführungsbereiche benötigt.
Das erste Einzelelement 5 bzw. hiermit korrespondierend der Teilführungsbereich, der unmittelbar an das Statorblechpaket 1 angrenzt, muss derart ausgestaltet sein, dass der radiale Mindestabstand r1 der dort gewickelten Wicklungen in etwa gleich dem radialen Abstand r2 der Nutböden 4 von der Rotationsachse 2 ist. Denn diese Wicklungen dürfen die anderen Nuten 3, die in den anderen Teilführungsbereichen bzw. Einzelelementen 16 gefüllt werden, nicht verdecken. Diese Nuten 3 müssen also freigehalten werden. Soweit in den weiteren Einzelelementen 16 bzw. Teilführungsbereichen die Führungskanäle 9 in Tangentialbereichen verlaufen, in denen die Nuten 3 bereits mit Wicklungen gefüllt sind, dürfen die Verbindungsbereiche 15 radial im Bereich der Nuten 3 angeordnet sein. Dort kann somit ein geringerer radialer Mindestabstand r1 realisiert werden. Die lichte Weite w des Statorblechpakets 1 darf aber zumindest bei einer der Endanordnungen nicht unterschritten werden. Denn dort muss später noch der Läufer der Drehstrommaschine eingefügt werden.
Aus den 3, 5, 7 und 10 ist ersichtlich, dass die Anzahl von Fixierungselementen 10 pro Wickelabschnitt 7 ungerade ist. Das mittlere der Fixierungselemente 10 eines jeden Wickelabschnitts 7 ist dabei anders ausgestaltet als die übrigen Fixierungselemente 10. Es weist nämlich ein Anschlusselement 17 auf. Mittels der Anschlusselemente 17 ist es möglich, Enden 18 von Wicklungen nach außen zu führen und so anzuschließen. Dies ist schematisch insbesondere in den 5 und 10 dargestellt.
Gemäß der obenstehend beschriebenen ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Führungskanäle 9 je einmal einen U- und L-förmigen Querschnitt auf. Es wäre aber auch möglich, die Führungskanäle 9 gleich auszugestalten, also entweder beide Male mit U-förmigem oder beide Male mit L-förmigem Querschnitt. Auch sind andere Ausgestaltungen möglich. Gemäß 11 könnten die Führungskanäle 9 beispielsweise einen V-förmigen Querschnitt aufweisen. Der Unterschied zwischen einer L-förmigen und einer V-förmigen Ausgestaltung der Führungskanäle 9 besteht darin, dass bei der L-förmigen Ausgestaltung die Schenkel des Führungskanals 9 einen Winkel von 90° miteinander bilden, während bei der V-förmigen Ausgestaltung der Winkel kleiner als 90° ist.
12 zeigt nun eine Variante der Einzelelemente 5, die – in entsprechend abgewandelter Form – auch als weiteres Einzelelement 16 der 7 verwendet werden könnte. Bei dieser Ausführungsform sind die Fixierungselemente 10 im Wesentlichen als Stifte 10 ausgebildet, die sich parallel zur Rotationsachse 2 erstrecken und auf der von den Stirnseiten des Statorblechpaktes 1 abgewandten Seite des Flansches 6 angeordnet sind. Sie sind ersichtlich in der Nähe der Nutböden 4 an den Flanschen 6 angeordnet. Bei Ausgestaltung des Einzelelements 5 (bzw. 16) als Spritzgießteil können sie insbesondere an den Flansch 6 angeformt sein. Es wäre sogar möglich, auf die Führungskanäle 9 völlig zu verzichten und das Führungssystem in seiner Gesamtheit in Form derartiger Stifte 10 auszubilden. In diesem Fall wäre es insbesondere auch möglich, dass die Endanordnungen einteilig ausgebildet sind.
Die 13 und 14 zeigen eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Endanordnungen. Gemäß den 13 und 14 werden zwei Einzelelemente 19 verwendet, die untereinander gleich ausgebildet sind. Die 13 zeigt die Einzelelemente 19 dabei vor der Verbindung miteinander, die 14 die Einzelelemente 19 nach deren Verbinden miteinander. Die Einzelelemente 19 entsprechen im Wesentlichen denen von 3. Der Unterschied der Einzelelemente 19 der 13 und 14 zum Einzelelement 5 der 3 besteht darin, dass die Führungskanäle 9 einen L-förmigen Querschnitt aufweisen. Dies ist aber selbstverständlich nicht zwingend erforderlich. Vielmehr könnten die Führungskanäle 9 auch einen anderen Querschnitt aufweisen. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltung der Einzelelemente 19 der 13 und 14 der Ausgestaltung des Einzelelements 5 von 3.
Auch die 15 und 16 zeigen alternative Ausgestaltungen der Endanordnungen. Bei diesen Ausgestaltungen sind die Endanordnungen 20, 23 einteilig ausgebildet.
Gemäß 15 weist die dortige Endanordnung 20 zwei in Richtung der Rotationsachse 2 abgestufte Teilführungsbereiche 21, 22 auf. Ersichtlich sind die Teilführungsbereiche 21, 22 nicht nur axial, sondern auch radial gegeneinander versetzt. In den Teilführungsbereichen 21, 22 werden daher die Verbindungsbereiche 15 der korrespondierenden Wicklungen in voneinander verschiedenen radialen Mindestabständen r1 von der Rotationsachse 2 geführt. Die radialen Mindestabstände r1 der beiden Teilführungsbereiche 21, 22 können beispielsweise in etwa gleich dem radialen Abstand r2 der Nutböden 4 von der Rotationsachse 2 einerseits bzw. in etwa gleich der lichten Weite w des Statorblechpakets 1 andererseits sein.
Aus 15 ist weiterhin ersichtlich, dass die Fixierungselemente 10 im Teilführungsbereich 21 als Trennstege 10 ausgebildet sind, während sie im Teilführungsbereich 22 nur noch als Stifte 10 ausgebildet sind.
Auch die Endanordnung 23 der 16 weist zwei Teilführungsbereiche 21, 22 auf. Im unteren, näher am Statorblechpaket 1 angeordneten Teilführungsbereich 21 ist diese Endanordnung 23 so ausgestaltet, wie dies vorstehend in Verbindung mit 3 für das Einzelelement 5 beschrieben wurde. Im oberen, weiter vom Statorblechpaket 1 entfernten Teilführungsbereich 22 sind keine Führungskanäle mehr vorhanden. Ansonsten ist auch hier die Ausgestaltung des Einzelelements 5 von 3 übernommen.
17 zeigt nun noch eine weitere Variante einer Endanordnung 24, die optional realisierbar ist. Diese Variante ist dabei in Verbindung mit jeder der obenstehend beschriebenen Ausgestaltungen der Endanordnung 20, 23, 24 und auch mit dem ersten Einzelelement 5 einsetzbar.
Gemäß 17 sind an den Flanschen 6 Nutauskleidungen 25 angeordnet. Die Nutauskleidungen 25 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse 2. Sie verlaufen, wenn die Endanordnung 24 mit dem Statorblechpaket 1 verbunden ist, in den Nuten 3. Sie isolieren die Axialbereiche 14 der Wicklungen elektrisch gegen das Statorblechpaket 1. Falls die Endanordnung 24 bzw. das dem Statorblechpaket 1 am nächsten gelegene Einzelelement 5 als Spritzgießteil ausgebildet ist, können die Nutauskleidungen 25 an die Flansche 6 angespritzt sein.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der Drehstrommaschine ist es somit möglich, diese vollautomatisch zu wickeln und dennoch auf einfache und zuverlässige Weise die Wicklungen anforderungsgemäß zu formen. Weiter können folgende Vorteile erreicht werden:

– Die Wicklungen können axial kürzer ausgeführt werden als im Stand der Technik bisher möglich. Dadurch wird weniger Leitermaterial benötigt. Alternativ oder zusätzlich kann der Wirkungsgrad der Drehstrommaschine gesteigert werden.
– Ein Formen und Pressen der Verbindungsbereiche 15 ist nicht mehr erforderlich. Die Montage der Drehstrommaschine wird somit vereinfacht und auch beschleunigt.
– Die Positionen der Wicklungsenden 18 sind definiert. Dies erleichtert das Anschließen der Wicklungen.
– Eine Phasentrennung zwischen den einzelnen Wicklungen des Drehstromwicklungssystems ist relativ einfach möglich. Bei den Ausgestaltungen gemäß den 1 bis 11 sowie 13 und 14 ist sie sogar in die Endanordnungen 20 bzw. die Einzelelemente 5, 16, 19 integrierbar.
– Es ist sogar möglich, das Statorblechpaket 1 direkt zu umspritzen, so dass diese Umspritzung des Statorblechpakets 1 die Endanordnungen 20, 23, 24 bzw. die ersten Einzelelemen te 5 bildet. Die in Verbindung mit 17 erwähnten Nutauskleidungen 25 können dabei Bestandteil dieser Umspritzung sein.

Claims

Drehstrommaschine mit einem in Wesentlichen bezüglich einer Rotationsachse (2) rotationssymmetrischen Statorblechpaket (1), – wobei das Statorblechpaket (1) eine Vielzahl von sich parallel zur Rotationsachse (2) erstreckenden Nuten (3) mit die Nuten (3) radial zur Rotationsachse (2) begrenzenden Nutböden (4) aufweist, – wobei in je zwei der Nuten (3) je eine Wicklung eines Drehstromwicklungssystems angeordnet ist, – wobei die Wicklungen Windungen mit Axialbereichen (14) und Verbindungsbereichen (15) aufweisen, – wobei die Axialbereiche (14) sich parallel zur Rotationsachse (2) erstrecken und in den Nuten (3) angeordnet sind und die Verbindungsbereiche (15) von Nut (3) zu Nut (3) verlaufen, – wobei Axialbereiche (14) jeder Windung in nicht unmittelbar aneinander angrenzenden Nuten (3) verlaufen, – wobei an den Stirnseiten des Statorblechpakets (1) je eine aus einem elektrisch isolierenden Material bestehende Endanordnung (20, 23, 24) angeordnet ist, – wobei die Endanordnungen (20, 23, 24) jeweils einen axial an der jeweiligen Stirnseite des Statorblechpakets (1) anliegenden Flansch (6) aufweisen, mittels dessen die Verbindungsbereiche (15) der Windungen gegen das Statorblechpaket (1) elektrisch isoliert sind, – wobei auf den vom Statorblechpaket (1) abgewandten Seiten der Flansche (6) Führungssysteme angeordnet sind, mittels derer die Verbindungsbereiche (15) der Windungen geführt werden, – wobei die Führungssysteme derart ausgebildet sind, dass die Axialbereiche (14) der Windungen mittels der Führungssysteme möglichst nahe an ihren Nutböden (4) gehalten werden und die Verbindungsbereiche (15) der Windungen zumindest eines Teils der Wicklungen einen radialen Mindestabstand (r1) von der Rotationsachse (2) einhalten, der größer als der Abstand (d) einer direkten Verbindung der Nuten (3) von der Rotationsachse (2) ist, in denen die korrespondierenden Axialbereiche (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, – dass die Endanordnungen (20, 23, 24) Wickelabschnitte (7) und Führungsabschnitte (8) aufweisen, die um die Rotationsachse (2) herum alternieren, – dass in den Führungsabschnitten (8) tangential unterbrechungsfreie Führungskanäle (9) angeordnet sind, in denen die Verbindungsbereiche (15) der Windungen eines Teils der Wicklungen verlaufen, und – dass in den Wickelabschnitten (7) tangential zwischen je zwei unmittelbar benachbarten Nuten (3) Fixierungselemente (10) angeordnet sind, mittels derer die Axialbereiche (14) der Windungen zumindest dieses Teils der Wicklungen möglichst nahe an ihren Nutböden (4) gehalten werden.
Drehstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endanordnungen (20, 23, 24) einteilig ausgebildet sind.
Drehstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endanordnungen (20, 23, 24) aus mehreren Einzelelementen (5, 16, 19) bestehen.
Drehstrommaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente (5, 16, 19) untereinander gleich ausgebildet sind.
Drehstrommaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente (5, 16, 19) verschieden voneinander ausgebildet sind.
Drehstrommaschine nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Fixierungselemente (10) an von den Flanschen (6) beabstandeten Enden sich radial zur Rotationsachse (2) erstreckende Ausläufer (11) aufweist.
Drehstrommaschine nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Fixierungselementen (10) pro Wickelabschnitt (7) ungerade ist und dass das mittlere der Fixierungselemente (10) eines jeden Wickelabschnitts (7) ein Anschlusselement (17) zum Anschließen eines Endes (18) einer Wicklung aufweist.
Drehstrommaschine nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsabschnitte (8) sich bezüglich der Rotationsachse (2) über Führungswinkel (α) erstrecken, dass die Wickelabschnitte (7) sich bezüglich der Rotationsachse (2) über Wickelwinkel (β) erstrecken und dass die Führungswinkel (α) mindestens so groß wie die Wickelwinkel (β) sind.
Drehstrommaschine nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskanäle (9) einen U-förmigen, einen L-förmigen oder einen V-förmigen Querschnitt aufweisen.
Drehstrommaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungselemente (10) als Trennstege (10) ausgebildet sind, die tangential zur Rotationsachse (2) gesehen radial zwischen je zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten (3) verlaufen.
Drehstrommaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungselemente (10) als sich im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse (2) erstreckende Stifte (10) ausgebildet sind, die in der Nähe der Nutböden (4) an den Flanschen (6) angeordnet sind.
Drehstrommaschine einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Flanschen (6) sich im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse (2) erstreckende Nutauskleidungen (25) angeordnet sind, die in den Nuten (3) verlaufen und mittels derer die Axialbereiche (14) der Wicklungen gegen das Statorblechpaket (1) elektrisch isoliert sind.
Drehstrommaschine nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutböden (4) einen radialen Abstand (r2) von der Rotationsachse (2) aufweisen und dass der radiale Mindestabstand (r1) in etwa gleich dem radialen Abstand (r2) der Nutböden (4) von der Rotationsachse (2) ist.
Drehstrommaschine nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endanordnungen (20, 23, 24) mehrere in Richtung der Rotationsachse (2) abgestufte Teilführungsbereiche (21, 22) aufweisen und dass die Verbindungsbereiche (15) der Wicklungen in den Teilführungsbereichen (21, 22) mit voneinander verschiedenen radialen Mindestabständen (r1) von der Rotationsachse (2) geführt sind.