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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wicklungsträger
zur Anbringung an den Primärteilsegmenten einer elektrischen
Maschine gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen
Wicklungsträgers gemäß dem Anspruch 17.
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Ein
Primärteil einer elektrischen Maschine kann mittels einer
Vielzahl von einzelnen Primärteilsegmenten realisiert sein.
Diese Primärteilsegmente umfassen in der Regel einen Jochabschnitt,
welcher zur Führung des beim Betrieb der Maschine entstehenden
magnetischen Feldes bestimmt ist, und einen sogenannten Zahnabschnitt,
an dem Wicklungen angeordnet werden können. Die zuvor erwähnten
Primärteilsegmente werden in der Regel in Verbindung mit
sogenannten konzentrierten Wicklungen eingesetzt. Bei diesem Verfahren
verteilt sich eine Wicklung nicht auf mehrere Zähne, sondern
sie ist auf einen einzigen Zahn beschränkt. Demgemäß können
Primärteilsegmente zusammen mit der konzentrierten Wicklung
als separates Modul hergestellt werden.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
10 2004 025 105 A1 zeigt den Stator einer mittels Statorsegmenten hergestellten
elektrischen Maschine zusammen mit einem isolierenden Spulenkörper.
Es ist ein isolierender Spulenkörper gezeigt, welcher auf
einem Zahn montiert ist, welcher sich von einem ringsegmentförmigen
Joch eines Stators erstreckt, wobei ein Draht um den isolierenden
Spulenkörper gewickelt ist.
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In
der
japanischen Zusammenfassung
mit der Veröffentlichungsnummer 2006 141 173 A ist
ein einzelnes Statorsegment im Detail gezeigt. Dieses Segment besteht
ebenfalls aus einem Joch und einem Zahn sowie einem dem Joch gegenüberliegenden
Zahnerweiterungsabschnitt.
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Das
Joch, der Zahnerweiterungsabschnitt und der Zahnabschnitt selbst
bilden einen H-förmigen Querschnitt, wobei ein Raum zur
Aufnahme einer Wicklung mittels des Querschnittes längsseitig
in Axialrichtung des Stators realisiert wird. Die Wicklung ist mittels
eines Isolationskörpers vom Material des Statorsegmentes
isoliert. An den Stirnseiten des Jochs sind Befestigungsabschnitte
gezeigt, mittels derer ein formschlüssiges aneinanderfügen
mehrerer benachbarter Statorsegmente möglich wird, so dass die
Anordnung in radialer Richtung fixiert ist.
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Betrachtet
man nochmals die
DE
10 2004 025 105 A1 , so fällt auf, dass die Jochabschnitte
unmittelbar aneinander liegen, um den magnetischen Widerstand möglichst
gering zu halten. Die an den in radialer Richtung ausgerichteten
Zahnabschnitten vorhandenen Zahnerweiterungsabschnitte stoßen dagegen
nicht unmittelbar aneinander, um einem magnetischen Kurzschlusses
in unmittelbarer Nähe des Rotors zu vermeiden.
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Derartige
aus dem Stand der Technik bekannte Anordnungen bringen den Nachteil
mit sich, dass zur Erzielung einer möglichst hohen Isolationsklasse
bei der Konstruktion keine ausreichende Vorsorge getroffen wurde.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung Wicklungsträger für
Primärteilsegmente elektrischer Maschinen zu konstruieren,
sowie ein Herstellverfahren für derartige Wicklungsträger
anzugeben, wobei eine möglichst effektive isolierende Wirkung
zwischen Wicklung und Primärteil erzielt werden soll.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Wicklungsträgers
zur Anbringung an den Primärteilsegmenten eines mittels
der Primärteilsegmente modular aufgebauten Primärteils
einer elektrischen Maschine mit zusätzlichem Sekundärteil,
insbesondere eines Linearmotors oder eines rotationssymmetrischen
Motors, wobei ein Primärteilsegment zumindest einen Jochabschnitt
und einen Zahnabschnitt zur Anbringung einer Wicklung umfasst, wobei
vom Wicklungsträger ein vorzugsweise spritzgusstechnisch
realisiertes Isolationsmittel umfasst ist, um den Zahnabschnitt
des Primärteilsegmentes zumindest teilweise zu umschließen,
wobei am Isolationsmittel zumindest ein erster Isolationsmittelerweiterungsabschnitt
vorgesehen ist, um auch den Jochabschnitt des Primärteilsegmentes
zumindest teilweise zu umschließen.
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Unter
Primärteil wird in diesem Zusammenhang die ortsfeste Komponente
der elektrischen Maschine verstanden. Es kann sich dabei beispielsweise
um den Stator einer rotationssymmetrischen Maschine handeln. Unter
Sekundärteil wird in diesem Zusammenhang die bewegliche
Komponente der elektrischen Maschine verstanden. Es kann sich dabei
beispielsweise um den Rotor einer rotationssymmetrischen Maschine
handeln. Ergänzend sei bemerkt, dass bei einem Linearmotor
sowohl das Primärteil, als auch das Sekundärteil
beweglich angeordnet sein kann. In Verbindung mit Linearmotoren
ist daher bei dem Begriff Primärteil nicht zwangsläufig auch
von der ortsfesten Komponente einer elektrischen Maschine auszugehen,
auch wenn das Primärteil aufgrund der erforderlichen Kabel-
und Steuerzuleitungen häufig als ortsfeste Komponente realisiert
wird. Ebenso gilt, dass in Verbindung mit Linearmotoren bei dem
Begriff Sekundärteil nicht zwangsläufig auch von
einer beweglichen Komponente einer elektrischen Maschine auszugehen
ist, auch wenn das Sekundärteil häufig beweglich
angeordnet wird. Bei Linearmotoren kann die den erfindungsgemäßen Wickelkörper
umfassende Maschinenkomponente daher sowohl eine ortsfeste als auch
eine nicht ortsfesten Maschinenkomponente darstellen.
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Vorteilhaft
an der Erfindung ist die verbesserte Zuverlässigkeit der
Isolation zwischen Wicklung und Primärteilsegment aufgrund
eines stabilen und kompakteren Wicklungsträgers, welcher
keine aufwändige Montagearbeiten erfordert und dementsprechend
eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit im späteren Betrieb
der Maschine aufweist.
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Vorteilhaft
wird zusätzlich ein Isolationsfortsatz vom Wicklungsträger
umfasst, um eine am Isolationsmittel anordenbare Wicklung gegenüber
den Wicklungen benachbarter Primärteilsegmente elektrisch
zu isolieren, wobei der Isolationsfortsatz am Isolationsmittelerweiterungsabschnitt
angeordnet ist oder anordenbar ist. Der Vorteil dieser Lösung
liegt insbesondere darin, dass anstatt der aufwändigen manuellen
Einbringung zusätzlicher Isolationsmaterialien zwischen
benachbarten Wicklungen bei der Herstellung des Primärteils,
beispielsweise in Form von Isolationspapier, nun ein Isolator bereits
bei der Herstellung des Wicklungsträger vorgesehen wird, indem
der Isolationsfortsatz als fester Bestandteil des Wicklungsträgers
vorgesehen ist, um benachbarte Wicklungen gegeneinander zuverlässig
zu isolieren. Es ist daher sehr auch unwahrscheinlich, dass die
Anbringen der Isolation zwischen den Phasen (Zwischenphasenisolation)
beispielsweise während einer manuellen Montage übersehen
wird.
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Sofern
der Isolationsfortsatz im Sinne des obigen Wortlautes „angeordnet"
ist, bezieht sich dies auf eine einstückige Realisierungsform
des Wicklungsträgers und des Isolationsfortsatzes und sofern der
Isolationsfortsatz im Sinne des obigen Wortlautes „anordenbar"
ist, bezieht sich dies auf eine beispielsweise mehrstückige
Realisierungsform des Wicklungsträgers und des Isolationsfortsatzes.
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Üblicherweise
wurde bisher so vorgegangen, dass am Wicklungsträger ein
Isolationsmittel aufgebracht wurde, welches sich über den
Jochabschnitt hinaus und gegebenenfalls über vorhandene Zahnerweiterungsabschnitte
hinaus erstreckte. Anschließend wurde die Wicklung am Zahn
angebracht und das über den Jochabschnitt bzw. den gegebenenfalls
vorhandenen Zahnerweiterungsabschnitt überstehende Isolationsmittel
wurde anschließend zur äußeren Abdeckung
der Wicklung verwendet. Um die zur Abdeckung gegenüber
benachbarten Wicklungen vorhandenen überstehenden Isolationsmittel
zu fixieren, wurden beispielsweise an der Stirnseite des Primärteilmoduls
Kunststoffkappen angebracht, in welche die überstehenden
Isolationsmittel eingefädelt werden mussten. Ein äußerst
schwer zu handhabender Vorgang, welcher bei fehlerhafter Ausführung
zur Beschädigung der Wicklungen führen kann und
zusätzlichen Aufwand bei der Montage bedeutete.
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Dieser
Aspekt der Erfindung vermeidet diesen Nachteil, da bereits am Wicklungsträger
das Isolationsmittel in Form des Isolationsfortsatzes vorgesehen
ist, um den Schutz der zueinander benachbarten Wicklungen zu realisieren.
Somit vereinfacht sich der Montageprozess und die Zuverlässigkeit
der Anordnung während des Betriebes und die Lebensdauer
der Anordnung erhöht sich.
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Besonders
bevorzugt ist der Isolationsfortsatz derart gelenkig am Isolationsmittel
fest angeordnet, dass das Isolationsmittel und der Isolationsfortsatz
einen einstückigen Körper bilden. Dies verhindert,
dass das Einbringen der Isolierung während des Zusammenbaus
eines Primärteiles vom Monteur übersehen werden
könnte, weil diese bereits fest am Wicklungsträger
angeordnet und vorfixiert ist. Der Isolationsfortsatz ist nach der
Bewicklung des Trägers lediglich mittels des Gelenkes umzuklappen,
damit er die Wicklung in Umfangsseite bzw. in Bewegungsrichtung
des Sekundärteiles abdeckt. Zusätzlich zum Gelenk
könnten Schnappverschlüsse oder formschlüssige
Verbindungen vorgesehen werden, um den Isolationsfortsatz an der
der Gelenkseite gegenüberliegenden Seite des Wicklungsträgers
zu arretieren.
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Alternativ
zu der zuvor erwähnten Lösung könnten
auch formflüssige Verbindungen oder Schnappverbindungen
oder Nut-/Federverbindungen verwendet werden, um den Isolationsfortsatz
am Isolationsmittel anzuordnen. Auf ein Gelenk könnte in diesem
Falle vollständig verzichtet werden und es wäre
möglich die Wicklungen auch nach dem eigentlichen Zusammenbau
der Anordnung nachträglich noch durch einbringen des Isolationsfortsatzes
gegeneinander elektrisch zu isolieren. Hierbei würde man
dann den Isolationsfortsatz senkrecht zur Bewegungsrichtung des
Sekundärteiles zwischen den Spulen einbringen.
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Vorzugsweise
ist am Wicklungsträger ein zweiter Isolationsmittelerweiterungsabschnitt
vorgesehen, welcher sich zumindest teilweise über die Stirnseiten
eines Zahnabschnittes mit sekundärteilseitigem Zahnerweiterungsabschnitt
erstrecken kann. Dieser Erweiterungsabschnitt kann zum einen zur
Isolierung der Stirnseiten des Zahnerweiterungsabschnittes gegenüber
benachbarten Zahnerweiterungsabschnitten dienen. Zum anderen kann
er zur Aufnahme einer Führung bzw. eines Gelenkes zur Befestigung
des Isolationsfortsatz dienen. Bei der Verwendung von zwei Erweiterungsabschnitten
bietet sich sowohl die gelenkige Anbringung des Isolationsfortsatzes,
als auch die Anbringung des Isolationsfortsatzes mittels formschlüssiger
Verbindungen am Erweiterungsabschnitt an.
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Die
rotorseitigen Enden der erweiterten Zahnabschnitte sind, bei einem
rotationssymmetrischen Motor in Rotationsrichtung betrachtet und
bei einem Linearmotor in Bewegungsrichtung betrachtet, wie zum Beispiel
aus dem weiter oben zitierten Stand der Technik ersichtlich, nicht
unmittelbar miteinander verbunden und damit mechanisch kaum gegeneinander
stabilisiert beziehungsweise fixiert. Dies ist schon prinzipbedingt
aufgrund des gewünschten rotorseitigen beziehungsweise
sekundärteilseitigen Abstandes der Zahnerweiterungsabschnitte
zueinander der Fall.
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Während
des Betriebes eines Motors wirken sehr hohe magnetische Kräfte
auf das Primärteil. Speziell bei mittels Einzelsegmenten
realisierten Motorkomponenten führen diese Kräfte
zu mechanischen Schwingungen der Segmente, welche auf die fehlende
Steifigkeit bzw. die fehlende Stabilisierung der Zahnabschnitte
in unmittelbarer Nähe des Sekundärteiles zurückzuführen
sind. Diese mechanische Schwingungen regen die aneinandergefügten Segmente
in ihrer Eigenfrequenz an und führen zu akustisch hörbaren
Schwingungen. Dies führt zu starker Geräuschbelästigung,
beispielsweise in Fertigungshallen. Außerdem wirken sich
diese Schwingungen unmittelbar auf das von der Maschine erzeugte
Drehmoment negativ aus, da sich die mechanische Begebenheiten abhängig
von der Drehzahl des Motors ständig ändern können.
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Gelöst
wird dieses Problem vorzugsweise mittels eines erfindungsgemäßen
Wicklungsträgers, wobei Verbindungsabschnitte umfasst sind
und wobei gegenüberliegende Verbindungsabschnitte zueinander
korrespondierend ausgebildet sind, so dass zueinander unmittelbar
benachbarte Wicklungsträger formschlüssig miteinander
verbindbar sind. Mittels der Verbindungsabschnitte können
die Primärteilsegmente sowohl jochseitig als auch sekundärteilseitig gegeneinander
fixiert werden. Sekundärteilseitig wird ein magnetischer
Kurzschluss aufgrund dieser Fixierung dadurch umgangen, dass das
magnetisch leitfähige Material nicht unmittelbar miteinander
verbunden wird. Die Verbindung erfolgt mittelbar unter Verwendung
des Wicklungsträgermaterials, welches das magnetisch leitfähige
Material der aneinanderliegenden Primärteilsegmente gegeneinander
sowohl elektrisch als auch magnetisch isoliert. Diese Verbindung trägt
außerdem zur Arretierung der Gesamtanordnung in radialer
Richtung bzw. bei einem Linearmotor senkrecht zur Bewegungsrichtung
bei.
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Vorzugsweise
sind die Verbindungsabschnitte an der einem benachbarten Primärteilsegment
zugewandten Stirnseite des ersten Isolationsmittelerweiterungsabschnittes
derart angeordnet, dass im Falle des Aneinanderfügens von
Isolationsmittelerweiterungsabschnitten unmittelbar benachbarter
Primärteilsegmente ein im Vergleich zu plan aneinanderliegenden
Stirnflächen verlängerter Luftspalt entlang der
Stirnflächen entsteht. Dies bewirkt, dass im Falle des
aneinanderfügens von Erweiterungsabschnitten benachbarter
Statorsegmente die Erweiterungsabschnittsstirnflächen nicht
mehr Plan aneinander liegen, so dass sich ein nicht gewünschter
relativ kurzer Luftspalt zwischen Jochunterseite und Wicklung ergibt.
Stattdessen bewirkt die Erfindung aufgrund der zueinander korrespondierenden
Verbindungsmittel, wie beispielsweise Nut- und Federverbindungen
oder Schiebe- und Steckverbindungen oder Schnappverbindungen dass
ein verlängerter Luftspalt entsteht, welcher die Spannungsfestigkeit der
Anordnung entlang des Luftspaltes erhöht. Gleichzeitig
bewirkt dieses ineinandergreifen eine höhere Stabilität
der Anordnung. Dieser Aspekt der Erfindung gilt auch für
Wicklungsträger mit und ohne erfindungsgemäßen
Isolationsfortsatz.
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Besonders
bevorzugt bildet das Isolationsmittel zusammen mit dem ersten Isolationsmittelerweiterungsabschnitt
ein T-förmiges Querschnittsprofil und zusammen mit dem
ersten und der zweiten Isolationsmittelerweiterungsabschnitt ein
H-förmiges Querschnittsprofil, wobei der Wicklungsträger
Auflagefortsätze zur Auflage des Kopfes einer am Isolationsmittel
anordenbaren Wicklung mit zumindest einer ersten Ausnehmung zur
Drahtdurchführung umfasst. Das Profil stabilisiert den
Wicklungsträger und die Drahtdurchführung erleichtert
die Bewicklung.
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Eine
Begrenzung der Ausnehmung fluchtet bevorzugt mit einer Oberfläche
des am Zahnabschnitt angeordneten Isolationsmittels und die Ausnehmung
weist insbesondere einen Querschnitt auf, der ein Einführen
eines Drahtes aus einer von der senkrechten Richtung, relativ zur
Auflagefortsatzoberfläche betrachtet, abweichenden Richtung
ermöglicht.
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Die
Anschlussdrähte werden somit nicht übermäßig
durch Biegung oder Dehnung strapaziert und können zusammen
mit den Anschlussdrähten weiterer Wicklungen leicht verschaltet
werden. Der Vorteil dieser Lösung liegt außerdem
darin, dass die ersten Drahtlagen auf dem Isolationsmittel derart ausführbar
sind, dass Draht für Draht gleichmäßig nebeneinander
zum liegen kommt, so dass in Verbindung mit weiteren Wicklungsschichten
ein maximal möglicher Füllfaktor erreicht werden
kann.
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Ist
die erste Drahtlage nämlich nicht wie vorher beschrieben
ausgeführt, beispielsweise wenn sich einzelne Drähte überschneiden,
so hat dies negative Auswirkungen auf alle folgenden Wicklungsschichten
und es entstehen Lufteinschlüsse und Hohlräume,
welche zu einem reduzierten Kupferführfaktor und damit
zu einer reduzierten Kraftdichte führen können.
Die erfindungsgemäß ausgeführte Ausnehmung
vermeidet dies dadurch, dass der Draht bei Realisierung der ersten
Wicklungsschicht gradlinig zwischen einer Begrenzung der Ausnehmung
und der Oberfläche des Isolationsmittels zum liegen kommt,
ohne dass es erforderliche wäre den Draht zu verbiegen
oder sonstige Richtungsänderungen vorzunehmen.
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Aufgrund
eines beispielsweise V-förmigen Querschnittes der Ausnehmung
ist es möglich den Draht abhängig von der Art
der Verdrahtung außerhalb des Primärteilsegmentes
aus verschiedenen Richtungen von der senkrechten abweichend in den Wicklungsträger
einzuführen, was dazu führt, dass auch hier keine
massiven mechanischen Einwirkungen auf den Draht erforderlich werden.
Vorzugsweise ist eine zweite Ausnehmung vom Auflagefortsatz zur Drahtdurchführung
umfasst. Somit kann die Spule mit ihren beiden Anschlüssen
leicht verdrahtet werden.
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Vorzugsweise
ist am Wicklungsträger zumindest eine Ausnehmung zur Anordnung
eines Befestigungsmittels für eine am Wickelkörper
anordenbare Wicklung vorgesehen. Die Ausnehmung ist derart realisiert,
dass sie keinen Einfluss auf den Kupferfühlfaktor hat.
Dies wird dadurch bewirkt, dass die Ausnehmung letztlich eine Vertiefung
an der Oberfläche des Isolationsmittels darstellt, über
die der Draht hinweggeführt werden kann. Die Wicklung kann
somit beispielsweise mittels einer Schnur verknotet werden, um die
Wickelköpfe zu arretieren.
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Vorzugsweise
wird ein Primärteilsegment für elektrische Maschinen,
insbesondere Linearmotoren oder rotationssymmetrische Motoren, mit
Jochabschnitt und mit Zahnabschnitt mit einem Wickelkörper
nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestattet, so
dass der Wickelkörper sowohl den Zahnabschnitt als auch
den Jochabschnitt zumindest teilweise formschlüssig umschließt.
Primärteilsegment und Wicklungsträger bilden somit
eine kompakte Einheit, die auch als solche verbaut bzw. verkauft werden
kann. Montageseitig reduziert sich der Aufwand für die
Anbringung des Wicklungsträgers am Primärteilsegment
und für die Isolation der Wicklung. Dies führt
zu einer Reduzierung der Herstellkosten bei der Herstellung der
Maschine. Die Wickelkörper der benachbarten Primärteilsegmente
greifen aufgrund der erfindungsgemäßen Verbindungsabschnitte
ineinander und erhöhen somit die Stabilität der
Anordnung. Insbesondere erhöhen die an den Erweiterungsabschnitten
vorgesehenen Verbindungsabschnitte die Stabilität der Anordnung
während des Betriebes und vermeiden die zuvor schon beschriebenen
Schwingungen bzw. die aus den Schwingungen resultierenden Störgeräusche.
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Zur
Herstellung des erfindungsgemäßen Wicklungsträgers
wird das Isolationsmittel und der Isolationsmittelerweiterungsabschnitt
im Spritzgießverfahren derart hergestellt. Die unterschiedlichsten Formen
sind damit leicht realisierbar. Auch die gewünschte Stabilität
des Wicklungskörpers kann durch geeignete Konfiguration
des Spritzgießvorganges beeinflusst werden.
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Vorzugsweise
wird das Verfahren derart ausgeführt, dass ein Isolationsfortsatz
anordenbar ist, welcher geeignet ist einer am Isolationsmittel oder am
Isolationsmittelerweiterungsabschnitt angeordnete Zahnwicklung gegenüber
den Zahnwicklungen benachbarter Statorsegmente elektrisch zu isolieren. Ein
solcher Isolationsfortsatz erhöht die Zuverlässigkeit
der Maschine und vermeidet Kurzschlüsse innerhalb der konzentrischen
Wicklungen.
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Vorzugsweise
wird der Isolationsfortsatz derart im Rahmen des bereits zuvor erwähnten
Spritzgießverfahrens unmittelbar am Isolationsmittel oder am
Isolationsmittelerweiterungsabschnitt angespritzt, dass Isolationsmittel
bzw. Isolationsmittelerweiterungsabschnitt und Isolationsfortsatz
eine einstückige und gelenkig miteinander verbundene Einheit
bilden. Der Isolationsfortsatz bildet somit zusammen mit dem Isolationsmittel
eine nicht trennbare Einheit und muss zwangsläufig bei
der Montage berücksichtigt werden. Mittels einer Materialverjüngung zwischen
Isolationsfortsatz und Isolationsmittel bzw. Isolationsmittelerweiterungsabschnitt
kann ein leichtgängiges Folienscharnier realisiert werden.
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Außerdem
ist stets gewährleistet, dass der Isolationsfortsatz zumindest
an einer seiner Seiten zuverlässig und sicher mit dem Isolationsmittel
verbunden ist und somit nur noch an der dem Gelenk gegenüberliegende
Seite arretiert werden muss, beispielsweise mittels einer Schnappverbindung
oder dergleichen.
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Besonders
bevorzugt wird das Isolationsmittel unmittelbar auf einem Primärteilmodul,
in der Regel bestehend aus verstanzten oder verschweißten Blechen
oder aus Vollmaterial, im Rahmen eines Spritzgießverfahrens
aufgespritzt, so dass eine unlösbare formschlüssige
Verbindung zwischen Wicklungsträger und Primärteilmodul
entsteht. Dies reduziert weiter die Montagekosten, da nun der Wicklungsträger
nicht mehr manuell am Primärteilmodul aufgebracht werden
muss.
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Alternativ
wäre es auch möglich den Wicklungsträger
nach dem eigentlichen Spritzvorgang zur Herstellung des Wicklungsträgers
auf den Zahnabschnitt eines Primärteilmoduls aufzuschieben.
Diese Lösung hat wiederum den Vorteil, dass die Wicklung bereits
am Wicklungsträger angebracht werden könnte, so
dass Wicklungsträger und Wicklung eine Einheit bilden,
welche dann als ganzes betrachtet am Primärteilmodul zu
montieren wären.
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Im
Folgenden werden nun anhand der Figurenbeschreibungen weitere Aspekte
der Erfindung erläutert. Bei den Figuren handelt es sich
um schematische Zeichnungen, welche nicht ausschließlich die
wesentlichen Aspekte der Erfindung grafisch darstellen.
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1 zeigt
die Ansicht auf den ungeschnittenen Querschnitt eines mit einem
erfindungsgemäßen Wicklungsträger versehenen
Primärteilmoduls.
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2 zeigt
den längsförmigen Schnitt durch das in 1 gezeigte
Primärteilmodul aus Sicht des Sekundärteiles.
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3 zeigt
eine alternative Lösung zu der in 1 gezeigten
Lösung.
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Deutlich
ist in 1 ist der H-förmige Aufbau des hier beispielhaft
erläuterten Primärteilmoduls erkennbar. Dieser
H-förmige Aufbau ergibt sich aus einem Jochabschnitt 1,
einem Zahnabschnitt 2 (verdeckt durch das Isolationsmittel 4)
und einem Erweiterungsabschnitt 2a. Da es sich bei der
in 1 dargestellten Primärteilmodulansicht
nicht um einen tatsächlichen Schnitt durch dieses Modul
handelt, sondern um die Ansicht der Stirnfläche eines solchen Moduls,
ist überwiegend das Material des Wicklungsträgers
zu sehen, nicht jedoch das Material des Primärteilmoduls
selbst. Eine Ausnahme hiervon bildet der Zahnerweiterungsabschnitt 2a,
welcher nur teilweise vom Isolationsmittelerweiterungsabschnitt 3 abgedeckt
ist.
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Ein
solches Primärteilmodul wird in der Regel aus miteinander
verstanzten oder verschweißten Blechen realisiert. Es ist
auch möglich ein solches Primärteilmodul aus Sintermaterial
herzustellen, so dass es aus einem massiven Block besteht. Alle
Primärteilmodulabschnitte sind in der Regel aus gleichem
Material hergestellt und können ein einstückiges
oder auch mehrteiliges Modul bilden. Mehrteilig sind die Module
dann, wenn beispielsweise Jochabschnitt 1 und Zahnabschnitt 2 mittels
separater Teile hergestellt sind und mittels formschlüssiger
Verbindungen miteinander verbunden sind.
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Sowohl
die stirnseitige Jochfläche, als auch die stirnseitige
Zahnabschnittsfläche, als auch die stirnseitige Zahnabschnittserweiterungsfläche,
wird von dem Wickelkörper vollständig oder teilweise
abgedeckt. Diese Abdeckung erstreckt sich ebenfalls entlang der
längsseitigen Stirnflächen des Zahnerweiterungsabschnittes 2a und
entlang der längsseitigen Stirnflächen des Zahnabschnittes 2,
nicht jedoch entlang der längsseitigen Stirnflächen
des Jochabschnittes 1. Eine wesentliche Voraussetzung für
die korrekte Funktion einer mittels des Primärteilmoduls realisierten
elektrischen Maschine besteht darin, dass der Teil des Primärteilmoduls,
an welchem die Wicklung angeordnet wird, von dem Isolationsmittel 4 vollständig
abgedeckt ist. Dies soll gewährleisten, dass eine später
aufgebrachte Wicklung, nicht in unmittelbaren Kontakt mit dem Material
des Primärteilmoduls geraten kann. Die stirnseitige Isolation
des Zahnabschnittes ist in 1 mit dem
Bezugszeichen 4 gekennzeichnet. Das Bezugszeichen 3 kennzeichnet
den Isolationsmittelerweiterungsabschnitt zur Abdeckung der Jochunterseite
und der der Wicklung zugewandten Oberseite des sekundärteilseitigen
Zahnerweiterungsabschnittes 2a. Die dem Sekundärteil zugewandte
Unterseite des Zahnerweiterungsabschnittes 2a ist nicht
von dem Isolationsmittel des Wicklungsträgers bedeckt.
Diese Oberfläche kann jedoch mittels einer Isolationsschicht,
beispielsweise mittels eines Harzes, überzogen sein. Um
den Luftspalt zwischen sekundärteilseitiger Zahnoberfläche
und Sekundärteil möglichst gering zu halten, ist es
jedoch wesentlich, dass eine ggf. vorhandene Isolierung sich nicht
negativ auf die Dimensionierung des Luftspaltes auswirkt.
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In 1 ist
ebenfalls der Isolationsfortsatz 5 dargestellt, welcher
in diesem Beispiel an der längsseitigen Stirnfläche
des Isolationsmittelerweiterungsabschnittes 3 gelenkig,
beispielsweise mittels eines Folienscharniers, angebracht ist. Mittels
dieses Folienscharniers ist der Isolationsfortsatz 5 beweglich gelagert
und kann durch umbiegen oder umklappen derart in seiner Lage verändert
werden, dass er im wesentlichen parallel zur Oberfläche
des Isolationsmittels 4 ausrichtbar ist, und damit eine
am Isolationsmittel aufgebrachte Wicklung zumindest teilweise abdecken
kann. Vorzugsweise wird dieser Isolationsfortsatz am jochseitigen
Isolationsmittelerweiterungsabschnitt 3 mittels Schnappverbindungen
oder sonstiger lösbarer Verbindungen arretiert (hier nicht
gezeigt).
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Da 1 die
Ansichtsseite des Primärteilmoduls mit dem erfindungsgemäßen
Wicklungsträger zeigt, ist hier auch deutlich zu erkennen,
dass an den den benachbarten Primärteilmodulen zugewandten Längsseiten
der Isolationsmittelerweiterungsabschnitte 3 Verbindungsmittel 4A, 4B vorhanden
sind. Diese sich gegenüberliegenden Verbindungsmittel 4A, 4B sind
unterschiedlich, aber korrespondierend zueinander ausgebildet. Beispielsweise zeigt
das Verbindungsmittel 4A einen längsförmigen
Vorsprung wie beispielsweise die Feder einer Nut-/Federverbindung
und das gegenüberliegende Verbindungsmittel 4B die
zugehörige längsseitige Nut. Die wird aus den
zu 1 gehörenden Detailzeichnungen deutlich.
In diesem Beispiel wurden dreieckförmige Nut-/Federverbindungen
gewählt. Fügt man nun zwei aus 1 bekannte
Primärteilmodule längsseitig aneinander, so greift
die Feder 4A der ersten Primärteilmoduls in die
Nut 4B des zweiten Primärteilmoduls ein und bewirkt,
dass sich innerhalb der Verbindung ein Luftspalt ausbildet, dessen
im Querschnitt betrachtete Länge gegenüber der
Länge von plan aneinander liegenden Stirnflächen
ohne Nut-Federverbindung, vergrößert ist. Der
Luftspalt verläuft in diesem Beispiel im Querschnitt betrachtet entlang
der Dreieckförmigen Nut-/Federverbindung. Dieser verlängerte
Luftspalt kann gegenüber plan anliegender Stirnflächen
die Spannungsfestigkeit der Isolation zwischen Wicklung und Jochmaterial
um 10 bis 50% anheben. Je nach Ausführung der formschlüssigen
Verbindung und nach Anforderungen im Betrieb im Detail kann der
Luftspalt somit gezielt verlängert oder verkürzt
werden.
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Zusätzlich
sind in der 1 die Querschnitte von Ausnehmungen 8A, 8B gezeigt,
auf die im Rahmen der Erläuterung zu 2 später
näher eingegangen wird.
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An
einem erfindungsgemäßen Wicklungsträger
ist entlang der querschnittseitigen Höhe des Wicklungsträgers
eine Ausnehmung 9 vorgesehen, die eine Vertiefung in der
Materialdicke des Wicklungsträgers darstellt. Diese Ausnehmung 9 dient
zur Aufnahme eines Befestigungsmittels, beispielsweise einer einfachen
Schnur zur Fixierung des Wickelkopfes einer später aufzubringenden
Wicklung. Der Wickelkopf liegt auf dem Fortsatz 7 auf und
wird somit wirksam vor äußeren Auswirkungen geschützt.
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In 1 ist
auch ersichtlich, dass die längsseitigen und nicht elektrisch
leitfähigen Stirnflächen des Joches ebenfalls
mit Verbindungsmitteln 1A, 1B versehen sind, welche ähnlich
wie die zuvor erwähnten Verbindungsmittel 4A, 4B mit
korrespondierenden Verbindungsmitteln benachbarter Primärteilmodule
zusammenwirken und eine mechanische Festigkeit der Anordnung gewährleisten.
Diese Stirnflächen sind nicht von einem Isolationsmittel
umfasst, um die magnetische Leitfähigkeit eines mittels
der Primärteilmodule realisierten Primärteiljoches 1 nicht
zu beeinflussen. Ebenso ist der sekundärteilseitige Isolationsmittelerweiterungsabschnitt 3 mit
Verbindungsmitteln 4A, 4B ausgestattet. Diese Verbindungsmittel können
identisch oder ähnlich zu den Verbindungsmitteln 4A, 4B des
Jochabschnittes oder des jochseitigen Isolationsmittelerweiterungsabschnittes 3 realisiert
sein.
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Der
Vorteil speziell dieser sekundärteilseitigen Verbindungsmittel 4A, 4B liegt
darin, dass bei aneinandergefügten Primärteilmodulen
die Zahnabschnitte sekundärteilseitig im Gegenteil zu den
aus dem zuvor erläuterten Stand der Technik bekannten Lösungen
formschlüssig verbunden und press aneinander liegen, wodurch
sich die mechanische Festigkeit der Gesamtanordnung erhöht,
ohne einen sekundärteilseitigen magnetischen Kurzschluss
zu bewirken. Dadurch sind während des Betriebes auftretende
mechanische Kräfte nicht mehr in der Lage die Primärteilmodule
in Eigenschwingung zu versetzen und die zuvor bereits erläuterten
Geräuschemissionen zu verursachen. Wichtig und wesentlich
ist jedoch hierbei, dass im Gegensatz zu den stirnseitigen Jochverbindungsmitteln 1A, 1B die
stirnseitigen Verbindungsmittel der Erweiterungsabschnitte 3 nicht aus
dem elektrisch und/oder magnetisch leitfähigen Jochmaterial 1,
sondern mittels des Isolationsmaterials des Wicklungsträgers
realisiert sind. Eine sekundärteilseitige Verbindung zwischen
dem leitfähigen Materialien benachbarter Primärteilmodule
würde zu einem magnetischen Kurzschluss in der Anordnung führen
würde.
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In 2 ist
der Längsschnitt durch das bereits aus 1 bekannte
Primärteilmodul aus Sicht des Sekundärteiles gezeigt
(siehe Pfeile in 1). In 2 ist deutlich
der eigentliche Kern des Primärteilmoduls im Schnitt zu
sehen (sekundarteilseitiger Längsschnitt durch den Zahnabschnitt 2 und
Isolationsmittel 4). Der Zahnabschnitt 2 ist allseitig
vom Isolationsmittel 4 umgeben, wobei in diesem Beispiel
die Materialdicke des Isolationsmittels an zumindest einer Seite
des Zahnabschnittes derart realisiert ist, dass die Ausnehmung 9 zur
Aufnahme einer Befestigung für eine einzubringende Wicklung
realisierbar ist.
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Weitere
Ausnehmungen 8A, 8B sind dargestellt, welche letztlich
zur Verdrahtung einer in den Wicklungsträger eingebrachten
Wicklung dienen. Der Querschnitt dieser Ausnehmung ist, wie aus 1 ersichtlich,
in diesem Beispiel V-förmig ausgebildet, so dass ein Draht
jochseitig aus unterschiedlichen Richtungen in den Wickelträger
eingeführt werden kann, ohne diesen Draht massiven mechanischen
Beanspruchungen auszusetzen, beispielsweise einer Biegebeanspruchung.
Es würde auch genügen nur eine Kante abzuschrägen,
so dass der Draht aus einer Richtung einführbar ist. Bei
der V-förmigen Ausnehmung ist der Draht aus zwei Richtungen
einführbar.
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Zumindest
eine Kante der V-förmigen Drahteinführung 8A fluchtet
mit derjenigen Kante des Isolationsmittels 4, an welcher
der Draht später aufgebracht wird. Ein Draht kann somit
derart am Isolationsmittel 4 aufgebracht werden, dass eine
möglichst großflächige Anlage zwischen
Isolationsmittel 4 und Drahtoberfläche entsteht.
Die Präzision, mit der diese erste Schicht der Wicklung
ausgeführt wird, bestimmt wesentlich die Qualität
der gesamten Wicklung und ist daher maßgeblich dafür
verantwortlich, dass ein optimaler Kupferfüllfaktor erzielt
wird.
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Die
erfindungsgemäße Anbringung dieser Ausnehmung 8A gemäß der
schematisch dargestellten 2 ermöglichst
diesen Vorteil dadurch, dass wie bereits weiter oben beschrieben,
zumindest eine Kante der Ausnehmung mit einer Oberfläche
des Isolationsmittels 4 fluchtet.
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Die
zweite Ausnehmung 8B dient dazu, den Draht nach der Aufbringung
der Wicklung wieder aus dem Wicklungsträger herauszuführen,
so dass die Wicklung am Primärteilmodul mit den Wicklungen
anderer Primärteilmodule jochseitig durch leichte Zugänglichkeit
der Wicklungsanschlussdrähte entsprechend einfach verschaltbar
sind. Der in 2 sichtbare jochseitige Erweiterungsabschnitt 3,
auf dem später die Wicklung aufliegt, deckt das Joch zumindest
derart ab, dass die später aufgebrachte Wicklung keinen
unmittelbaren Kontakt zum leitfähigen Jochmaterial hat.
Am jochseitigen Erweiterungsabschnitt 3 sind zusätzlich
Auflagefortsätze 7 zum Schutz des Wickelkopfes
angeordnet. Sekundärteilseitig kann die Wicklung zumindest
teilweise auf dem sekundärseitigen Isolationsmittelerweiterungsabschnitt 3 aufliegen.
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3 ist
im wesentlichen identisch mit 1. Es gelten
daher dieselben Aussagen wie zu 1. Lediglich
der Zwischenisolationsfortsatz 5 wurde jochseitig angeordnet.
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Das
in 1, 2 und 3 gezeigte
Primärteilmodul kann nur durch unmittelbares Aufspritzen
des Isolationsmittels 4 und der Isolationsmittelerweiterungsabschnitte 3 auf
das Primärteilmodulrohmaterial (gestanztes oder (laser-)geschweißtes
laminiertes Blech oder massive Ausführung) realisiert werden.
Der Wicklungsträger ist damit zerstörungsfrei
nicht lösbar mit dem Primärteilmodulrohmaterial verbunden.
Gleiches gilt für den Isolationsfortsatz 5, welcher
ebenfalls unmittelbar im Rahmen eines Spritzgießvorganges
bei der Herstellung dieser Vorrichtung auf den Isolationsmittelerweiterungsabschnitt 3 aufgespritzt
wird. Der Aufspritzvorgang erfolgt derart, dass entweder ein Folienscharnier
realisiert wird oder dass zumindest eine gelenkige Lagerung 6 zwischen
Isolationsfortsatz 5 und Isolationsmittelerweiterungsabschnitt 3 realisiert
wird. Zur Abdeckung einer später einzubringenden Wicklung kann
der Isolationsfortsatz 5 nach Aufbringung der Wicklung
einfach in Richtung des jochseitigen Isolationsmittelerweiterungsabschnittes 3 mittels
des Gelenkes 6 umgeklappt werden und ggf. am jochseitigen
Isolationsmittelerweiterungsabschnittes 3 mittels einer
entsprechenden formschlüssigen Verbindung einrasten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004025105
A1 [0003, 0006]
- - JP 2006141173 A [0004]