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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor gemäß Anspruch 1.
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Stand der Technik:
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Bei Elektromotoren werden die Spulen der einzelnen Phasen in handelsüblicher Weise durch Aufwickeln eines isolierten, elektrischen Leiters, üblicherweise lackierter Kupferdraht, auf einen Spulenkern hergestellt. Nachdem so eine Spule gefertigt ist, wird der isolierte, elektrische Leiter zum nächsten Spulenkern für die betreffende Phase geführt, um entsprechend die nächste Spule zu wickeln. Für jede weitere Phase werden die betreffenden Spulen in entsprechender Weise gefertigt.
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Die Isolierschicht des elektrischen Leiters, üblicherweise eine Lackschicht, wird einerseits beim Wickeln zum Teil sehr stark beansprucht, insbesondere in Biege- und Knickbereichen des elektrischen Leiters. Andererseits werden für diese Isolierschicht des elektrischen Leiters bereits seitens des Drahtherstellers 25 Fehlstellen pro 30 Meter angegeben. Solche Schadstellen sind die häufigste Ursache für kurzschlussbedingte Motorausfälle, Im Bereich der Spulen ist die Spannungs-Differenz zwischen 2 Windungen im Regelfall nur einige Volt (230 VAC + 10% Überspannung = 253 VAC = 357 VDC/600 Windungen). Ein Kurzschluss ist innerhalb der Spulen deshalb eher selten.
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Im Bereich der Phasen kann bei gleichgerichteter Wechselspannung und Pulsbreiten-Ansteuerung bis zu 714 VDC Spannungs-Differenz auftreten (230 VAC + 10% Überspannung = 253 VAC = 357 VDC; Phase 1 +357, Phase 2 –357 = Delta von 714 VDC). Dadurch sind Schadstellen in der Isolation in diesem Bereich besonders kritisch.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung:
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor gemäß des einleitend dargelegten Standes der Technik zu verbessern.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt, ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1, durch dessen Kennzeichen.
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In den abhängigen Ansprüchen werden vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.
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Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung einen Elektromotor mit aus elektrischen Leitern gefertigten Spulen. Dieser zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die elektrischen Leiter außerhalb der Spulen so geführt sind, dass die elektrischen Leiter einer Phase von den elektrischen Leitern der anderen Phasen berührungslos beabstandet sind.
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Unter berührungslos beabstandet wird erfindungsgemäß ein Abstand zwischen den Oberflächen der Isolationsschichten zweier beabstandeter Leiter verstanden. Ein solcher Abstand kann in einer ersten Ausführungsform eine Luftstrecke sein. Zusätzlich oder alternativ kann in diesem Abstand auch ein anderes isolierendes Mittel vorgesehen sein, wie beispielsweise eine Schicht eines zwischen den beiden Isolierschichten der beiden Leiter angeordneten, weiteren Isolationsmaterials.
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In einer möglichen Ausführungsform können Stützmittel zur Leitungsführung der elektrischen Leiter so ausgebildet sein, dass, bezüglich einer Motorlängsachse, die elektrischen Leiter in axialer und/oder radialer Richtung berührungslos beabstandet sind. Hierdurch können z. B. die Leiter der einzelnen Phasen bei der Fertigung des Motors in axial voneinander beabstandeten Ebenen am betreffenden Stützelement fixiert, z. B. daran auf Zug gehalten, herumgeführt werden. Alternativ und/oder zusätzlich sind auch Leitungsverlegungen möglich, die einen radialen Abstand zwischen den Leitern der einzelnen Phasen ausbilden bzw. bewirken.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stützmittel fingerförmig ausgebildet. Hierdurch kann eine besonders einfache berührungsfreie Leitungsführung mit stabilen Umlenk- bzw. Stützpunkten bei gleichzeitig einfachem Bewegungsablauf für das den elektrischen Leiter wickelnde Führungsmittel bewirkt werden. Zum Beispiel dadurch, dass in einer den Radius vergrößernden Bewegung der isolierte, elektrische Leiter außen um das fingerförmige Stützelement herumgeführt wird, entweder zum nächsten Stützelement oder zur nächsten Spulenposition.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform für ein Stützmittel ist eine Gabelform. Insbesondere in den Zuführungs- und Abführungspunkten der zu wickelnden Spule können hierdurch zwei ebenfalls voneinander berührungslos beabstandete Leiterführungspunkte realisiert werden, sodass auch zwischen Spuleneingang und Spulenausgang sichergestellt ist, dass kein elektrischer Spannungsüberschlag stattfinden kann. Zum Beispiel kann hierbei die Gabelwurzel als Auflagerpunkt dienen, oder auch eine Stelle entlang eines Gabelzinkens.
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Abhängig von den geometrischen Verhältnissen und/oder von weiteren, zu berücksichtigen gewünschter Aspekte kann für den von der Spule abgehenden Lackdraht auch ein weiteres Stützmittel vorgesehen sein, z. B. mit einer gestuften Kontur.
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In der Ecke einer solchen gestuften Kontur kann der Lackdraht wiederum exakt positioniert und aufgrund der geometrischen Anordnung der Stützelemente zuverlässig berührungslos und dauerhaft positionsstabil von anderen Leitern berührungslos beabstandet angeordnet werden.
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Eine gestufte Konturierung eines Stützmittels ermöglicht in weiter vorteilhafter Weise sowohl axial als auch radial unterschiedliche Drahtführungspositionen zur zuverlässigen, dauerhaft stabiler und berührungslos beabstandeter Verlegung auch mehrerer elektrischer Leiter.
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Durch das Vorsehen von Fixiermitteln an den Stützmitteln kann eine zusätzliche Positionsstabilisierung für den betreffenden Leiter im betreffenden Stützpunkt erzielt werden. Zum Beispiel können hierzu Zacken am Stützmittel ausgebildet sein, sodass der Lackdraht am entsprechenden Umlenkpunkt von diesem aufgenommen und gehalten wird. Denkbar sind auch keil- und schlitzförmige Konturen, durch die eine gewisse Klemmwirkung auf den Lackdraht ausgeübt werden kann, sodass dieser noch zusätzlich fixiert wird.
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Durch eine Ausbildung der Stützmittel aus einem isolierende Eigenschaften aufweisenden Material kann die Betriebssicherheit des Elektromotors im Hinblick auf Isolation zusätzlich verbessert werden.
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Bei Verwendung des gleichen Isolationsmaterials, wie es beispielsweise zur Herstellung eines die Spulenkerne vorzugsweise isolierend fixierenden Körper des zu wickelnden Motor vorgesehen ist, können diese beiden sowohl hinsichtlich der Fertigungstechnik als auch hinsichtlich der Stabilität und der Kosten vorteilhaft in einem Herstellungsschritt ausgebildet werden. Beispielsweise ist dies durch Spritzgussverfahren möglich.
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Durch die gleichzeitige Ausbildung von Anschlusskontakt-Halteelementen, vorzugsweise ebenfalls in werkstoffeinstückiger Weise, mit dem Motorkörper können die technischen und finanziellen Vorteile noch weiter verbessert werden.
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Der Elektromotor kann hierbei sowohl als Gleichstrommotor als auch als Wechselstrommotor ausgebildet sein. Unter Motor wird hier erfindungsgemäß ein Elektromotor verstanden, der sowohl im Motorbetrieb als auch im Generatorbetrieb arbeiten kann. Solche Motoren können sowohl mechanische als auch elektronische Kommutierungen aufweisen. Die erfindungsgemäße Leitungsführung ist sowohl für Rotoren als auch für Statoren vorteilhaft und erhöht deren Zuverlässigkeit.
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Ausführungsbeispiel:
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren wird nachfolgend eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung rein beispielhaft näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 einen Stator eines Elektromotors und
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2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der 1.
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Bei dem in 1 dargestellten Stator 1 eines Elektromotors sind die elektrischen Leiter 2, 3, 4, aus denen die Spulen 2.1 bis 2.4, 3.1 bis 3.4 und 4.1 bis 4.4 gewickelt sind, so angeordnet, dass jeder Leiter einer Phase L1, L2, L3 von den elektrischen Leitern der jeweils anderen Phasen berührungslos beabstandet ist. Die Beabstandung kann sowohl in axialer Richtung, bezogen auf die Motorlängsachse 5, als auch in radialer Richtung, wie hier beispielhaft dargestellt, vorgesehen sein.
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Zur Führung der jeweiligen Lackdrähte zwischen den einzelnen Spulen sind fingerförmige Stützmittel 6 vorgesehen, die die Spulen außen umrandend am Statorkörper 7 angeordnet sind.
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Diese Stützmittel können fingerförmig und/oder gabelförmig ausgebildet sein und/oder eine gestufte Kontur 8 aufweisen. Durch diese unterschiedlichen radialen und axialen Positionen um den Ring der einzelnen Spulen herum können die jeweiligen elektrischen Leiter der einzelnen Phasen berührungslos voneinander beabstandet geführt werden. Hierdurch kann zuverlässig und dauerhaft ein Kurzschluss zwischen den Spulenverbindungen vermieden werden und somit eine deutliche Ausschussreduzierung aufgrund bisher bekannter elektrischer Überschläge an zu eng aneinanderliegenden Schadstellen in der Leiterisolation.
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Die Stützmittel können mit dem Statorkörper gleichzeitig in einem Spritzgussverfahren Werkstoff-einstückig hergestellt werden. Vorzugsweise werden hierbei gleichzeitig auch die Anschlusskontakt-Halteelemente 9, 10, 11 in einem Herstellungsprozess mitgefertigt.
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In der vergrößerten Ausschnittdarstellung in 2 ist im Inneren das Blechpaket 12 dargestellt, um welches die Spulen durch Wickeln des betreffenden Lackdrahtes 2, 3, 4 hergestellt werden. Durch die vergrößerte Darstellung ist die berührungslose Beabstandung der einzelnen elektrischen Leiter 2, 3, 4 im Leitungsführungsbereich zwischen den jeweiligen Spulen noch besser erkennbar als in der Darstellung der 1.
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Die gestrichelte Linie 13 symbolisiert die Wickelbewegung des Drahtführungsmittels 14, mittels welchem die Lackdrähte so geführt werden, dass schlussendlich der fertige, erfindungsgemäße Elektromotor, hier Stator, entsteht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- elektrischer Leiter
- 2.1
- Spule
- 2.2
- Spule
- 2.3
- Spule
- 2.4
- Spule
- 3
- elektrischer Leiter
- 3.1
- Spule
- 3.2
- Spule
- 3.3
- Spule
- 3.4
- Spule
- 4
- elektrischer Leiter
- 4.1
- Spule
- 4.2
- Spule
- 4.3
- Spule
- 4.4
- Spule
- 5
- Motorlängsachse
- 6
- Stützmittel
- 7
- Statorkörper
- 8
- Stufung
- 9
- Anschlusskontakt-Halteelement
- 10
- Anschlusskontakt-Halteelement
- 11
- Anschlusskontakt-Halteelement
- 12
- Blechpaket
- 13
- gestrichelte Linie
- 14
- Drahtführungsmittel
