DE102010042175A1 - Elektrische Maschine mit Nutkeilen - Google Patents
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Abstract
Bei elektrischen Maschinen mit einem bewickelten Anker 1 sind zwischen den Zähnen 3 in Nuten 4 Ankerwicklungen 5 angeordnet. Die Nute 4 laufen gegen den Mantel 7 des Ankers 1 in engen Spalten 6 aus und weisen als Nutverschluss dienende Nutkeile 9 auf. Damit im Anker entstehende Verlustwärme trotz Anwendung von Nutverschlüssen besser abgeführt werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Nutkeile 9 aus einem Wärme gut leitenden Material hergestellt sind und eine Form aufweisen, die der Profilform des über der Ankerwicklung 5 in der Nut 4 verbleibenden Raumes möglichst nahe kommt und die eine Außenfläche 12 aufweist, die in den Spalt 6 der Nut 4 hineinragt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Anker mit in Nute mit Spalten zwischen Zähnen angeordneten Ankerwicklungen und als Nutverschluss dienenden Nutkeilen.
- Eine derartige Maschine ist aus
EP 0 579 953 B1 bekannt. Darin werden entsprechend dem Profil der aufnehmenden Nutform vorgeformte, massive Nutverschlüsse durch ein axiales Einschieben von aus Rund-Papierkordel in die Nute radial oberhalb der zuvor eingebrachten Ankerwicklung hergestellt. Solche Nutverschlüsse sind regelmäßig aus einem nicht leitenden Material hergestellt, wie auchDE 30 08 937 C2 zeigt. Dort werden als Nutverschlüsse scharfkantige Folienteile unmittelbar auf die Ankerwindungen gepresst, die natürlich keine äußere galvanische Verbindung untereinander vertragen, weshalb die Folienteile vorzugsweise aus Kunststoff bestehen sollten. - Aus dem Stand der Technik bekannte Nutverschlüsse decken zwar die Zahnlücken des Ankers an seiner Mantelfläche möglichst strömungsneutral ab, so dass störende Geräusche aus der den Anker überstreichenden Luftströmung nicht befürchtet werden müssen. Sie verschließen die Zahnlücken jedoch auch im Hinblick auf eine Abführung der in der Ankerwicklung und im Ankerblechpaket entstehenden Wärme, die bei Maschinen des Standes der Technik daher kaum wirksam abgeführt werden kann.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass die im Anker entstehende Verlustwärme trotz Anwendung von Nutverschlüssen besser abgeführt werden kann.
- Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Nutkeile aus einem Wärme gut leitenden Material hergestellt sind und eine Form aufweisen, die der Profilform des über der Ankerwicklung in der Nut verbleibenden Raumes möglichst nahe kommt. Auf diese Weise liegt jeder Nutkeil dicht an den Wandungen der Wärme erzeugenden Bauteile (Polzähne, Ankerwicklung) an, so dass diese Wärme gut aus den betroffenen Bauteilen abgeführt werden kann. Da die Nutkeile aus einem Wärme gut leitenden Material bestehen, wird die aufgenommene Wärme auch wirksam weitergeleitet.
- Die Nutkeile haben daher gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Fläche, die von der den Anker umgebenden Luft bestrichen wird, die nämlich eine mit der Mantellinie des Ankers fluchtende Außenfläche bildet.
- In besonders vorteilhafter Weise besteht das Wärme gut leitende Material aus einem leicht formbaren Metall. Aluminium hat sich hierfür als besonders geeignet erwiesen. Um die Ankerwindungen vor Kurzschlüssen zu schützen, sind die metallischen Nutkeile gegen die Ankerwicklungen durch eine Isolierschicht galvanisch voneinander getrennt.
- Eine besonders gute Kühlung des Ankers lässt sich durch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung erzielen, wenn die Nutkeile einen parallel zur Ankerwelle angeordneten, an beiden Stirnseiten des Ankers offenen Hohlraum aufweisen. Dann kann nämlich die Kühlluft den Anker innerhalb der Nutkeile längs durchströmen und dort die angefallene Wärme sehr wirksam abführen. Vorzugsweise bestehen dann die Nutkeile aus einem Blechhohlkörper. Stattdessen können die Nutkeile aber auch einem Vollmaterial bestehen, das entlang der Nuten durchbohrt ist. Zu Unterstützung der Luftströmung kann die Achse dieser Bohrung mit der Achse des Ankers einen flachen Winkel bilden, so dass die Zentrifugalwirkung den Luftstrom beim Drehen des Ankers automatisch in Gang bringt.
- Die Außenfläche der Nutkeile kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine ihre Oberfläche vergrößernde Profilierung aufweisen. Dadurch wird der Kontakt dieser Flächen mit der Luftströmung intensiviert, was zu einer wirksameren Wärmeabfuhr führt.
- Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Erfindung nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
-
1 einen Anker einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine im Querschnitt, -
2 ein Ausführungsbeispiel für eine Detailansicht gemäß der Markierung II in1 , -
3 eine weiteres Ausführungsbeispiel für eine Detailansicht gemäß der Markierung II in1 , -
4 eine anderes Ausführungsbeispiel für eine Detailansicht gemäß der Markierung II in1 , -
5 eine Ansicht auf eine Ankernut mit einer die Außenfläche des Nutkeils vergrößernden Profilierung in Richtung einer Mantellinie des Ankers und -
6 eine Ansicht gemäß5 ohne Ausrichtung der Profilierung. - Eine elektrische Maschine enthält regelmäßig einen Anker. Bei Universalmotoren hat der Anker immer eine elektrische Wicklung, deren Windungen zwischen mehreren Zähnen in Nuten verteilt sind. Die Wickelräume, also die Nute, werden von den Windungen zumeist nicht restlos ausgefüllt, so dass in jeder Nut noch ein freier Nutraum erhalten bleibt, der gern mit einem elektrisch und magnetisch inaktiven Material ausgefüllt wird, um die Windungen entgegen der Fliehkraft an ihrem Ort zu halten und wirbelaktive Freiräume zwischen den Zähnen zu vermeiden.
-
1 zeigt im Querschnitt einen Anker1 einer erfindungsgemäßen, ansonsten nicht dargestellten elektrischen Maschine. Der Anker1 ist fest mit seiner Ankerwelle2 verbunden, die beidseitig des Ankers1 in einem Ständer-Tragteil der Maschine drehbar gelagert ist. Der Anker1 hat acht Zähne3 , die zwischen sich die Nute4 als Wickelräume für die Ankerwicklung5 einschließen. Um den Spalt6 am Mantel7 des Ankers1 zwischen den Zähnen3 möglichst schmal zu halten, ohne die Einbringung der Ankerwicklung5 zu behindern, sind die Zähne mantelseitig mit Hörnern8 versehen. Zwei einander gegenüberstehende Hörner8 jeweils benachbarter Zähne3 verengen daher den Spalt6 der jeweiligen Nut4 in der Mantelfläche, so dass dort möglichst wenige Luftwirbel beim Drehen des Ankers1 erzeugt werden. - In den Nuten
4 bleiben oberhalb der Ankerwicklung5 noch Freiräume erhalten, die durch Nutkeile9 ausgefüllt werden. Im Stand der Technik sind solche, dem Verschluss der Nute4 dienende Nutkeile9 aus elektrisch nicht leitendem Werkstoff gebildet, der in aller Regel auch einen schlechten Wärmeleiter darstellt. Im Gegensatz dazu hat die erfindungsgemäße Maschine allerdings Nutkeile9 , die aus einem Wärme gut leitenden Material hergestellt sind, z. B. aus Aluminium. Wie2 zeigt, ist in einem solchen Falle eines aus auch elektrisch leitendem Material hergestellten Nutkeils9 die Ankerwicklung5 zu schützen. Daher ist zwischen die Ankerwicklung5 und den Nutkeil9 eine Isolierfolie10 eingelegt, die sich dem Profil des Nutkeils9 und der Oberfläche der Ankerwicklung5 gut anpasst. Im Übrigen sind Schutzmaßnahmen der Ankerwicklung5 gegenüber den Zähnen3 notorisch. - Ein solcher Nutkeil
9 kann durch seine Wärme leitende Eigenschaft die in der Ankerwicklung5 und dem Ankerblech entstehende Wärme sehr schnell aufnehmen und ebenso schnell nach Außen abgeben. Dazu dient die in den Spalt6 eindringende Leiste15 des Nutkeils9 . Hier hat der Nutkeil9 unmittelbaren Kontakt mit der um den Anker streichenden Luft und kann die Wärme an die Luft abgeben. Der Nutkeil9 und/oder seine Leiste15 können aber zusätzlich auch entlang der Erstreckung der Ankerwelle2 mit einem Durchbruch versehen sein, der an den Stirnseiten des Ankers1 offen ist. Dann kann bei der Drehung des Ankers1 in die eine Öffnung des Durchbruchs Kühlluft eintreten und aus der Öffnung an der anderen Seite austreten. Hierdurch kann die Wärmeabfuhr stark intensiviert werden. - Ein fortentwickeltes Beispiel für eine solche Maßnahme ist in
3 dargestellt. Dort ist der Nutkeil9 zusammen mit seiner Leiste15 aus einem Blechhohlkörper11 gebildet, der eine für die stabilisierende Wirkung des Nutkeils9 ausreichend starke Wandung aufweist. Der Hohlraum ist aber so groß, dass an den Innenflächen des Blechhohlkörpers11 ein intensiver Wärmeübergang an die Kühlluft stattfinden kann, die an den mit dem Profil des Hohlraumes etwa gleich großen Öffnungen an der einen Stirnseite eintritt und an der anderen Seite austritt. Alle übrigen Ausgestaltungen des Ankers1 können gleich bleiben. Die Leiste15 ragt mit ihrer Außenfläche12 , die einen Mantelteil des Ankers1 bildet und in der Mantellinie liegt, in den Spalt6 der Nut4 . - Eine weitere Fortentwicklung für die erfindungsgemäße elektrische Maschine verkörpert der in
4 dargestellte Anker, der prinzipiell gleich ausgestattet ist wie der Anker in3 . Allerdings hat der mit der umgebenden Luft in Kontakt tretende Mantelteil12 , der zwar den Spalt6 ausfüllt und zur Leiste15 des Nutkeils9 gehört aber in der Mantelfläche des Ankers1 liegt, eine seine Oberfläche vergrößernde Welligkeit. Der in4 dargestellte Schnitt des Ankers weist die Welligkeit als in Umfangsrichtung des Ankers1 orientiert aus. Damit liegen die Erhebungen13 und Vertiefungen14 etwa parallel zur Ankerwelle2 . Diese Erhebungen13 und Vertiefungen14 können zusätzlich noch wellig geformt sein. -
5 und6 zeigen Ansichten in Radialrichtung auf die Mantelfläche7 des Ankers1 . Darin sind die Mantelteile12 der Leisten15 ebenfalls aus dieser Blickrichtung zu sehen. In dem Ausführungsbeispiel der5 ist dieser Mantelteil12 mit zahlreichen Erhebungen13 und Vertiefungen14 in Wellenform versehen, die in Mantellinien orientiert sind. Demgegenüber hat die Ausführungsform gemäß6 Vertiefungen14 als sphärische Mulden, denen gegenüber sich Erhebungen13 als ihre Ränder erheben. Diese Mulden können jedoch auch kegelförmig sein oder in einer Mischform daraus bestehen. Alle derartigen, ihre Oberfläche vergrößernde Profilierung bewirkenden Mantelteile12 dienen zur Verbesserung der Kühlung. Sie sollten aber nicht so intensiv profiliert sein, dass dadurch die den Anker1 umstreichende Luft verwirbelt wird und zusätzliche unangenehme Geräusche erzeugt. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0579953 B1 [0002]
- DE 3008937 C2 [0002]
Claims (6)
- Elektrische Maschine mit einem Anker (
1 ) mit in Nute (4 ) mit Spalten (6 ) zwischen Zähnen (3 ) angeordneten Ankerwicklungen (5 ) und als Nutverschluss dienenden Nutkeilen (9 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Nutkeile (9 ) aus einem Wärme gut leitenden Material hergestellt sind und eine Form aufweisen, die der Profilform des über der Ankerwicklung (5 ) in der Nut (4 ) verbleibenden Raumes möglichst nahe kommt und die eine Außenfläche (12 ) aufweist, die in den Spalt (6 ) der Nut (4 ) hineinragt. - Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutkeile (
9 ) aus einem Metall bestehen und gegen die Ankerwicklungen (5 ) durch eine Isolierschicht (10 ) galvanisch getrennt sind. - Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutkeile (
9 ) einen parallel zur Ankerwelle (2 ) angeordneten, an beiden Stirnseiten des Ankers (1 ) offenen Hohlraum aufweisen. - Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutkeile (
9 ) aus einem Blechhohlkörper (11 ) bestehen. - Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutkeile (
9 ) eine Leiste (15 ) enthalten, die den Spalt (6 ) ausfüllt und eine mit der Mantellinie des Ankers (1 ) fluchtende Außenfläche (12 ) aufweist. - Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (
12 ) eine ihre Oberfläche vergrößernde Profilierung (13 ,14 ) aufweist.
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