DE102007036037A1 - Electric machine - Google Patents

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Abstract

Elektrische Maschine (1) mit: - einem Stator (2), der einen Jochrücken (3) und zum Luftspalt der elektrischen Maschine (1) weisende Zähne aufweist, - Zähne (5), die jeweils einen Zahnschaft (6) und einen Zahnkopf (7) aufweisen, - zwischen den Zähnen (5) im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung eines Rotors verlaufende Nuten (16), in denen zumindest eine Seite einer einen Zahn (5) umfassenden Zahnspule (8) angeordnet ist, - einem Spulenkörper (9), der jeweils zwischen Zahnspule (8) und Stator (2) angeordnet ist und so die Zahnspule (8) vom Stator (2) galvanisch trennt, - einem sich zum Jochrücken (3) hin verjüngenden Querschnitt der Zahnschäfte (6) und der Spulenkörper (9) im Bereich der Zahnschäfte (6), wobei die Verjüngung von Zahnschaft (6) und Spulenkörper (9) derart ausgebildet ist, dass der Spalt (10) zwischen Spulenkörper (9) und Zahnschaft (6) minimiert ist.Electric machine (1) comprising: - a stator (2) having a yoke back (3) and teeth facing the air gap of the electric machine (1), - teeth (5) each having a toothed shaft (6) and a tooth tip ( 7), - between the teeth (5) substantially perpendicular to the direction of movement of a rotor extending grooves (16) in which at least one side of a tooth (5) comprising a toothed coil (8) is arranged, - a bobbin (9), which is arranged in each case between the toothed coil (8) and the stator (2) and thus electrically separates the toothed coil (8) from the stator (2), - a cross section of the toothed shafts (6) and the coil body (9) which tapers towards the yoke back (3) ) in the region of the tooth shanks (6), wherein the taper of the toothed shaft (6) and bobbin (9) is formed such that the gap (10) between the bobbin (9) and the toothed shaft (6) is minimized.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator, der einen Jochrücken und zum Luftspalt der elektrischen Maschine weisenden Zähnen aufweist, Zähnen, die jeweils einen Zahnschaft und einen Zahnkopf aufweist, zwischen den Zähnen im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung eines Rotors verlaufenden Nuten, in denen zumindest eine Seite einer einen Zahn umfassenden Zahnspule angeordnet ist.The The invention relates to an electric machine with a stator, the a yoke back and the air gap of the electric machine having pointing teeth, teeth, respectively a toothed shaft and a tooth head, between the teeth extending substantially perpendicular to the direction of movement of a rotor Grooves in which at least one side of a tooth coil comprising a tooth is arranged.

Aus der DE 38 33 130 C2 ist ein zweiteiliger Motorständer mit einem allgemeinen ringförmigen inneren Eisenkern, von dessen Außenfläche weg eine Vielzahl von Zähnen radial nach außen ragt, einem ringförmig äußeren Eisenkern, in dessen Innenfläche Nuten für die Aufnahme der Zahnköpfe gebildet sind und Wicklungen, die vor dem Einsetzen der Eisenkerne jeweils um den Mittelteil der Zähne herum angebracht werden. Nachteilig dabei ist, dass in diesem Fall die Wicklung direkt an den Eisenzähnen positioniert ist, so dass keine galvanische Trennung außer der Isolation der Drähte zum Eisenkern besteht. Außerdem ist damit die Montage der Spulen relativ aufwendig.From the DE 38 33 130 C2 is a two-piece motor stand with a general annular inner iron core, from the outer surface of a plurality of teeth projects radially outward, an annular outer iron core, in the inner surface grooves are formed for receiving the tooth tips and windings, before the insertion of the iron cores respectively be placed around the middle part of the teeth around. The disadvantage here is that in this case the winding is positioned directly on the iron teeth, so that there is no galvanic isolation in addition to the insulation of the wires to the iron core. In addition, the assembly of the coils is relatively expensive.

Es ist außerdem bekannt, zwischen den Zähnen und der Wicklung Isolierungen vorzusehen, insbesondere bei elektrischen Maschinen mit Zahnspulen befinden sich diese auf einem Spulenkörper, der zur Isolierung der Spule bezüglich des Eisenkörpers dient.It is also known between the teeth and the winding to provide insulation, especially in electrical Machines with toothed coils are located on a bobbin, which serves to insulate the coil with respect to the iron body.

Nachteilig dabei ist, dass der Spulenkörper exakt genau an die Abmessungen des Zahns anzupassen ist, um Spalte zwischen Spulenkörper und Zahn und damit zwischen der Spule und dem Zahn auftreten. Damit ist ein unzureichender thermischer Kontakt von Spule mit dem Zahn vorhanden, so dass sich eine Überhitzung der Spule einstellen kann. Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine zu schaffen, bei der ein ausreichender thermischer Kontakt zwischen der Spule und Zahn vorgesehen ist.adversely It is that the bobbin exactly exactly to the dimensions To adapt the tooth to column between bobbin and tooth and thus occur between the coil and the tooth. In order to is insufficient thermal contact of the coil with the tooth present, so that set an overheating of the coil can. Based on this, the invention is based on the object to create an electrical machine in which a sufficient thermal contact is provided between the coil and the tooth.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine elektrische Maschine mit

  • – einem Stator, der einen Jochrücken und zum Luftspalt der elektrischen Maschine weisenden Zähnen aufweist,
  • – Zähne, die jeweils einen Zahnschaft und einen Zahnkopf aufweisen,
  • – zwischen den Zähnen im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung eines Rotors verlaufende Nuten, in denen zumindest eine Seite einer einen Zahn umfassenden Zahnspule angeordnet ist,
  • – einem Spulenkörper, der jeweils zwischen Zahnspule und Stator angeordnet ist, und so die Zahnspule vom Stator galvanisch trennt,
  • – einem sich zum Jochrücken hin verjüngenden Querschnitt der Zahnschäfte und der Spulenkörper im Bereich der Zahnschäfte, wobei die Verjüngung von Zahnschaft und Spulenkörper derart ausgebildet ist, dass der Spalt zwischen Spulenkörper und Zahnschaft minimiert ist.
The solution of the problem is achieved by an electric machine with
  • A stator having a yoke back and teeth facing the air gap of the electric machine,
  • - Teeth, each having a toothed shaft and a tooth tip,
  • Between the teeth substantially perpendicular to the direction of movement of a rotor extending grooves in which at least one side of a dental coil comprising a tooth is arranged,
  • A bobbin, which is in each case arranged between the tooth coil and the stator, and thus galvanically separates the tooth coil from the stator,
  • - A tapering towards Jochrücken cross-section of the tooth shanks and the bobbin in the field of tooth shafts, wherein the taper of toothed shaft and bobbin is formed such that the gap between the bobbin and toothed shaft is minimized.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung, in dem insbesondere Spulenkörper und Zahnschaft verjüngt ausgebildet sind und durch eine Pressung zusammengefügt werden geht der Spalt zwischen Zahn und Spulenkörper gegen Null. Damit ist ein ausreichend fester Sitz des Spulenkörpers auf dem jeweiligen Zahn gewährleistet, was die Handhabung bei der weiteren Montage der elektrischen Maschine als auch eine verbesserte Wärmeabfuhr der Spule über den Spulenkörper auf dem Zahn gewährleistet.By the embodiment of the invention, in particular Spool body and toothed rejuvenated trained are going to be put together by a squeeze the gap between tooth and bobbin to zero. In order to is a sufficiently tight fit of the bobbin on the each tooth ensures what the handling at the further assembly of the electric machine as well as an improved Heat dissipation of the coil over the bobbin guaranteed on the tooth.

Als Verjüngung eignet sich insbesondere eine trapezförmige Ausgestaltung des Querschnitts von Zahnschaft und Spulenkörper.When Rejuvenation is particularly suitable for a trapezoidal Design of the cross section of toothed shaft and bobbin.

Vorteilhafterweise eignet sich dazu ein Winkel von 0,1 bis 7°.advantageously, is suitable for an angle of 0.1 to 7 °.

Eine vorteilhafte Montage wird dadurch erreicht, dass der Stator zweiteilig ausgebildet ist, in dem ein Pakt mit Zähnen und ein weiterer Teil der Jochrücken darstellt. Damit wird durch Positionieren der Spule auf den Zahnschäften und ein Ineinandersetzen von dem Paket und dem Jochrücken der Stator gebildet.A Advantageous assembly is achieved in that the stator in two parts is formed in which a pact with teeth and another Part of the yoke back represents. This is done by positioning the Coil on the tooth shafts and a meshing of formed the package and the yoke back of the stator.

Ein derart aufgebauter zweiteiliger Stator eignet sich insbesondere für rotatorische Maschinen sowohl mit Innenläufer als auch mit Außenläufer als auch für Linearmotoren.One such constructed two-part stator is particularly suitable for rotary machines both with internal rotor as well as with outrunners as well Linear motors.

Vorteilhafterweise sind die jeweiligen Pakete geblecht ausgeführt. Es ist ebenso möglich, dass Paket und/oder den Jochrücken mit Eisenferrit auszubilden und somit einteilige Teile vorzusehen.advantageously, the respective packages are laminated. It is as possible, that package and / or the yoke back form with iron ferrite and thus provide one-piece parts.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt auch durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine.The Solution of the task also succeeds by a method for producing an electrical machine.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche sind den schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Darin zeigt:The Invention and further advantageous embodiments of the invention according to features of the subclaims to the schematically illustrated embodiments remove. It shows:

1 einen schematischen Querschnitt eines zweigeteilten Stators, 1 a schematic cross section of a two-part stator,

2 den Stand der Technik bei Ausführung der Zähne mit Spulenkörpern, 2 the state of the art in the execution of teeth with bobbins,

3 die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zahnes und des Spulenkörpers, 3 the embodiment of the invention the tooth and the bobbin,

4 eine Seitenansicht einer elektrischen Maschine. 4 a side view of an electric machine.

1 zeigt in schematischer Darstellung einen Stator 2, der koaxial unterteilt ist, wobei der Stator 2 einen Jochrücken 3 und ein Paket 4, das aus Zähnen aufgebaut ist, aufweist. Das Paket 4 ist durch axial hintereinander angeordnete Zähne gebildet, wobei zwischen den Zähnen 5 Nuten 16 angeordnet sind. 1 shows a schematic representation of a stator 2 which is divided coaxially, the stator 2 a yoke back 3 and a package 4 , which is made up of teeth, has. The package 4 is formed by axially successively arranged teeth, wherein between the teeth 5 groove 16 are arranged.

2 zeigt den Stand der Technik, bei dem der Spulenkörper 9, mit der Zahnspule 8 auf einem herkömmlichen Zahn 5 positioniert ist. Dabei ergibt sich unweigerlich zwischen dem Spulenkörper 9 und dem Zahn 5 ein Spalt 10, der neben der ungenügenden Wärmeleitung der Zahnspule 8 über den Spulenkörper 9 zum Zahn 10 äußerst schlecht ist, eine mangelnde Positionierfestigkeit am Zahn, so dass die Handhabung auch während der Montage äußerst ungenügend ist. Falls der Spulenkörper 9 gegenüber dem Zahn 5 auf Untermaß gefertigt ist um diese Spalte zu vermeiden, ist ein sehr exaktes Fertigen notwendig, was die Spulenkörper unnötig verteuert. 2 shows the state of the art, in which the bobbin 9 , with the tooth coil 8th on a conventional tooth 5 is positioned. This inevitably arises between the bobbin 9 and the tooth 5 A gap 10 , in addition to the insufficient heat conduction of the dental coil 8th over the bobbin 9 to the tooth 10 is extremely poor, a lack of positioning strength on the tooth, so that the handling is also very inadequate during assembly. If the bobbin 9 opposite to the tooth 5 is made on undersize to avoid this column, a very accurate manufacturing is necessary, which unnecessarily increases the bobbin unnecessarily.

Erfindungsgemäß wird nun der Zahnschaft 6 des Zahns 5 verjüngt ausgeführt ebenso wie der Spulenkörper 9. Damit ist eine leichterte Handhabe und eine Fertigung des Spulenkörpers gegeben. Bei der Montage des Spulenkörpers 9 mit der Zahnspule 8 auf den Zahn wird nunmehr der Spulenkörper 9 wie bisher auf den Zahn aufgesetzt und gegebenenfalls durch Pressung mit dem Zahn gefügt, so dass sich kein Spalt mehr zwischen Spulenkörper und Zahnschaft befindet. Der Spulenkörper 9 stützt sich auf einen Flansch 15 am Zahnkopf 7 ab. Damit wird eine exakte Positionierung des Spulenkörpers am Zahn 5 gewährleistet als auch eine Isolationsfestigkeit der Zahnspule 8 gegenüber dem Zahnkopf 7 gewährleistet. Des Weiteren ist eine Manschette 17 vorhanden, die eine elektrische Isolierung der Zahnspule gegenüber dem Jochrücken 3 darstellt.According to the invention now the toothed shaft 6 of the tooth 5 tapered executed as well as the bobbin 9 , For a lighter handle and a manufacture of the bobbin is given. When mounting the bobbin 9 with the tooth coil 8th now on the tooth is the bobbin 9 as previously placed on the tooth and possibly joined by pressing with the tooth, so that there is no gap between bobbin and toothed shaft. The bobbin 9 rests on a flange 15 on the tooth head 7 from. This is an exact positioning of the bobbin on the tooth 5 ensures as well as an insulation resistance of the dental coil 8th opposite the tooth head 7 guaranteed. Furthermore, a cuff 17 present, which is an electrical insulation of the tooth coil with respect to the yoke back 3 represents.

Der Zahnschaft ist erfindungsgemäß trapezförmig ausgeführt, wobei sich insbesondere ein Winkel α der sich zwischen einer Seite des Trapez 13 und einer zur Symmetrieachse 11 parallelen Hilfslinie 12 ergibt, von 0,1 bis 7° zu wählen.The toothed shaft is designed according to the invention trapezoidal, in particular an angle α between one side of the trapezoid 13 and one to the axis of symmetry 11 parallel auxiliary line 12 results in choosing from 0.1 to 7 °.

Wenn die Zahnspulen 8 mit ihrem Spulenkörper 9 auf dem jeweiligen Zahn 5 in der erfindungsgemäßen Art und Weise positioniert sind, wird insbesondere bei einem rotatorischen Motor das nunmehr mit Zahnspulen versehene Sternpaket in dem Jochrücken eingesetzt. Insbesondere der Zahnfuß 18 ist dabei so ausgebildet, dass er mit dem Jochrücken eine mechanisch und elektromagnetisch ausreichende Verbindung eingeht.When the dental coils 8th with her bobbin 9 on the particular tooth 5 are positioned in the manner according to the invention, in particular in a rotary motor now provided with tooth coils star package is used in the yoke back. In particular, the tooth root 18 is designed so that it enters into a mechanically and electromagnetically sufficient connection with the yoke back.

Nachträglich wird der gesamte Stator 2 mit Harz vergossen um die Isolationsfestigkeit und die mechanische Festigkeit weiter zu erhöhen.Subsequently, the entire stator 2 cast with resin to further increase the insulation strength and the mechanical strength.

Als nicht näher dargestellter Rotor wird dabei ein Permanentmagnetläufer eingesetzt, der außenliegende oder innenliegende Permanentmagnete aufweist.When not shown rotor is doing a permanent magnet rotor used, which has external or internal permanent magnets.

Des Weiteren eignet sich die Erfindung nicht nur für rotatorische Motoren, bei dem Spulenkörper 9 mit Zahnspule 8 auf ein Sternpaket gesetzt werden, sondern auch für Linearmotoren bei der sowohl der Jochrücken als auch das Paket 4 eben ausgeführt sind.Furthermore, the invention is not only suitable for rotary motors, in the bobbin 9 with tooth coil 8th be put on a star package, but also for linear motors in both the yoke back and the package 4 just executed.

Das Paket 4 mit den Zähnen 5 ist vorteilhafterweise aus hintereinander gestapelten Blechen gebildet. Dabei können die Zähne sowohl einzeln, d. h. ohne mechanische Verbindung zum benachbarten Zahnkopf ausgeführt sein, als auch über schmale Stege mit dem benachbarten Zahnkopf jeweils verbunden sein. Des Weiteren ergibt sich die Möglichkeit aus Festigkeitsgründen und Handhabungsgründen, nur jedes fünfte Blech dieses Pakets mit verbundenen Zahnköpfen auszuführen. Dies erleichtert die Handhabung ebenso wie ein komplettes Paket mit verbundenen Zahnköpfen 7 ist aber bezüglich der Streuverluste wesentlich besser geeignet.The package 4 with the teeth 5 is advantageously formed from one behind the other stacked sheets. In this case, the teeth can be designed individually, ie without mechanical connection to the adjacent tooth head, and also via narrow webs with the adjacent tooth head in each case. Furthermore, the opportunity arises for reasons of strength and handling reasons to perform only every fifth plate of this package with connected tooth tips. This facilitates handling as well as a complete package with connected tooth tips 7 but is much better suited to the scattering losses.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 3833130 C2 [0002] - DE 3833130 C2 [0002]

Claims (7)

Elektrische Maschine (1) mit: – einem Stator (2), der einen Jochrücken (3) und zum Luftspalt der elektrischen Maschine (1) weisenden Zähnen (5) aufweist, – Zähne (5), die jeweils einen Zahnschaft (6) und einen Zahnkopf (7) aufweisen, – zwischen den Zähnen (5) im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung eines Rotors verlaufende Nuten (16), in denen zumindest eine Seite einer einen Zahn (5) umfassenden Zahnspule (8) angeordnet ist, – einem Spulenkörper (9), der jeweils zwischen Zahnspule (8) und Stator (2) angeordnet ist, und so die Zahnspule (8) vom Stator (2) galvanisch trennt, – einem sich zum Jochrücken (3) hin verjüngenden Querschnitt der Zahnschäfte (6) und der Spulenkörper (9) im Bereich der Zahnschäfte (6), wobei die Verjüngung von Zahnschaft (6) und Spulenkörper (9) derart ausgebildet ist, dass der Spalt (10) zwischen Spulenkörper (9) und Zahnschaft (6) minimiert ist.Electric machine ( 1 ) with: - a stator ( 2 ), which has a yoke back ( 3 ) and the air gap of the electric machine ( 1 ) pointing teeth ( 5 ), - teeth ( 5 ), each one toothed shaft ( 6 ) and a tooth head ( 7 ), - between the teeth ( 5 ) extending substantially perpendicular to the direction of movement of a rotor grooves ( 16 ) in which at least one side of a tooth ( 5 ) tooth coil ( 8th ) is arranged, - a bobbin ( 9 ), each between tooth coil ( 8th ) and stator ( 2 ) is arranged, and so the tooth coil ( 8th ) from the stator ( 2 ) is electrically isolated, - one to Jochrücken ( 3 ) tapering cross-section of the tooth shanks ( 6 ) and the bobbin ( 9 ) in the area of the tooth shanks ( 6 ), whereby the rejuvenation of tooth stem ( 6 ) and bobbin ( 9 ) is formed such that the gap ( 10 ) between bobbin ( 9 ) and tooth stem ( 6 ) is minimized. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt trapezförmig gestaltet ist.Electric machine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the cross section is designed trapezoidal. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten des Trapezes mit der Symmetrieachse (11) des Zahns (5) einen Winkel von 0,1 bis 7° bilden.Electric machine ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the sides of the trapezium with the axis of symmetry ( 11 ) of the tooth ( 5 ) form an angle of 0.1 to 7 °. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) zweiteilig in ein Paket (4) mit Zähnen (5) und einen Jochrücken (3) unterteilt ist, die ineinandereinsetzbar sind und somit den Stator (2) bilden.Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the stator ( 2 ) in two parts in a package ( 4 ) with teeth ( 5 ) and a yoke back ( 3 ), which are intermeshable and thus the stator ( 2 ) form. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur jeder zweite Zahn einen Spulenkörper (9) mit einer Zahnspule (8) aufweist.Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that only every second tooth has a bobbin ( 9 ) with a tooth coil ( 8th ) having. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) geblecht oder durch Eisenferrit gebildet ist, so dass das Paket (4) mit Zähnen (5) und/oder der Jochrücken (3) geblecht ausgeführt sind.Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the stator ( 2 ) or formed by iron ferrite, so that the package ( 4 ) with teeth ( 5 ) and / or the yoke back ( 3 ) are executed. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Fertigen des Pakets (3) mit Zähnen (5) und des Jochrückens (3), insbesondere Stanzpaketieren, – Aufstecken der sich verjüngenden Spulenkörper (9) radial auf die Zähne (5), wobei durch Pressen der sich verjüngenden Spulenkörper (9) auf die jeweiligen Zähne (5) des Pakets (4) diese gefügt werden, – Einsetzen des mit Zahnspulen (8) versehenen Pakets (4) in den Jochrücken (3), – Vergießen des Blechpakets.Method for producing an electrical machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized by the following steps: - manufacture of the package ( 3 ) with teeth ( 5 ) and the yoke back ( 3 ), in particular stamped package, - plugging the tapered bobbin ( 9 ) radially on the teeth ( 5 ), wherein by pressing the tapered bobbin ( 9 ) on the respective teeth ( 5 ) of the package ( 4 ) these are joined, - insertion of the toothed coils ( 8th ) package ( 4 ) in the yoke backs ( 3 ), - casting the laminated core.
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