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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft allgemein eine Statoranordnung für eine elektrische Maschine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Isolierungsanordnung für eine Statoranordnung und ein Verfahren zur Montage der Statoranordnung.
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HINTERGRUND
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Mehrphasige elektrische Maschinen, die Elektromotoren und/oder elektrische Generatoren umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind, enthalten mehrere Spulen oder Wicklungen, die radial um eine Langsachse herum und äquidistant zu dieser angeordnet sind. Alle aneinander angrenzenden Spulenpaare sind so ausgestaltet, dass sie mit einer anderen elektrischen Phase arbeiten. Benachbarte Spulen mit unterschiedlichen elektrischen Phasen müssen eine minimale Trennung aufrechterhalten und dürfen nicht in Kontakt miteinander kommen, um einen Kurzschluss von Phase zu Phase zu vermeiden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird eine Statoranordnung für eine elektrische Maschine bereitgestellt. Die Statoranordnung enthält einen Statorkern, der sich entlang einer Langsachse erstreckt und um diese herum konzentrisch ist. Mehrere Spulen oder Wicklungen werden vom Statorkern abgestützt. Die mehreren Spulen sind radial um die Längsachse herum angeordnet und äquidistant zu dieser und sie erstrecken sich entlang der Längsachse. Jedes benachbarte Paar der mehreren Spulen ist voneinander räumlich getrennt und ist für eine andere elektrische Phase ausgestaltet. Die Statoranordnung enthält eine Isolierungsanordnung mit einem kranzförmigen Ring. Der kranzförmige Ring ist am Statorkern angebracht. Mehrere Spulentrennvorrichtungen sind durch den kranzförmigen Ring abgestützt und erstrecken sich vom kranzförmigen Ring aus axial entlang der Langsachse. Zwischen jedem benachbarten Paar der mehreren Spulen ist eine der mehreren Spulentrennvorrichtungen angeordnet, um einen Kontakt zwischen benachbarten Spulen, die eine unterschiedliche elektrische Phase aufweisen, zu verhindern.
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Es wird auch eine Statoranordnung für eine elektrische Maschine bereitgestellt. Die Statoranordnung enthält einen Statorkern. Der Statorkern erstreckt sich entlang einer Längsachse und ist um diese herum konzentrisch. Mehrere Spulen sind durch den Statorkern abgestützt. Die mehreren Spulen sind radial um die Längsachse herum angeordnet und äquidistant zu dieser und sie erstrecken sich entlang der Längsachse. Jedes benachbarte Paar der mehreren Spulen ist voneinander räumlich getrennt und ist für eine andere elektrische Phase ausgestaltet. Die Statoranordnung enthält eine Isolierungsanordnung. Die Isolierungsanordnung definiert eine starre Form und enthält ein nicht leitfähiges Material. Die Isolierungsanordnung umfasst einen kranzförmigen Ring, der am Statorkern angebracht ist, und mehrere Spulentrennvorrichtungen, die durch den kranzförmigen Ring abgestützt sind und sich vom kranzförmigen Ring aus axial entlang der Längsachse erstrecken. Zwischen jedem benachbarten Paar der mehreren Spulen ist eine der mehreren Spulentrennvorrichtungen angeordnet, um einen Kontakt zwischen benachbarten Spulen, die eine unterschiedliche elektrische Phase aufweisen, zu verhindern. Die Statoranordnung enthält ferner einen Befestigungsmechanismus, um die Isolierungsanordnung am Statorkern anzubringen. Der Befestigungsmechanismus richtet die Isolierungsanordnung konzentrisch um die Längsachse herum aus und positioniert jede der mehreren Spulentrennvorrichtungen zwischen einem der benachbarten Paare der mehreren Spulen.
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Ein Verfahren zum Montieren einer Statoranordnung für eine elektrische Maschine wird auch bereitgestellt. Das Verfahren umfasst, dass ein Draht um jeden von mehreren Spulenkörpern eines Statorkerns herum gewickelt wird, um mehrere Spulen zu definieren. Die Spulen werden radial um die Langsachse herum und äquidistant zu dieser angeordnet und erstrecken sich entlang der Langsachse. Eine Isolierungsanordnung wird gleitend in den Statorkern hinein geschoben. Die Isolierungsanordnung enthält einen kranzförmigen Ring, der rechtwinklig relativ zu der Längsachse angeordnet ist, und mehrere Spulentrennvorrichtungen, die parallel zu der Längsachse angeordnet sind und am kranzförmigen Ring angebracht sind. Die Isolierungsanordnung wird in den Statorkern derart hinein geschoben, dass zwischen jedem benachbarten Paar der mehreren Spulen eine der Spulentrennvorrichtungen angeordnet wird. Der kranzförmige Ring wird am Statorkern angebracht. Der kranzförmige Ring positioniert jede der Spulentrennvorrichtungen zwischen einem der benachbarten Paare der mehreren Spulen.
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Folglich können die Spulentrennvorrichtungen der Isolierungsanordnung zwischen die benachbarten Paare der Spulen geschoben werden, um die Trennung zwischen den Spulen aufrecht zu erhalten und zu verhindern, dass Spulen mit unterschiedlichen elektrischen Phasen einander kontaktieren. Die starre Form der Isolierungsanordnung ermöglicht, dass die Spulentrennvorrichtungen zwischen die Spulen gleitend eingeschoben werden, wobei der kranzförmige Ring die Spulentrennvorrichtungen abstützt und positioniert, wodurch ein einfach zu montierendes, in hohem Maß wiederholbares und kosteneffektives Verfahren zum Montieren der Statoranordnung bereitgestellt wird.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer elektrischen Maschine.
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2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Statoranordnung für die elektrische Maschine.
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3 ist eine schematische perspektivische Teilansicht der Statoranordnung, welche die Isolierungsanordnung zwischen benachbarten Spulen der Statoranordnung angeordnet zeigt.
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4 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Isolierungsanordnung der Statoranordnung.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten gleiche Teile bezeichnen, ist eine elektrische Maschine in 1 allgemein bei 20 gezeigt. Die elektrische Maschine 20 kann einen mehrphasigen Elektromotor oder eine andere ähnliche Maschine umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Mit Bezug auf 1 enthält die elektrische Maschine 20 ein Gehäuse 22, das eine Statoranordnung 24 abstützt. Eine Rotoranordnung 26 ist am Gehäuse 22 zur Drehung um eine Längsachse 28 herum relativ zum Gehäuse 22 und zu der Statoranordnung 24 drehbar angebracht. Eine Welle 30 ist an der Rotoranordnung 26 zur Drehung mit der Rotoranordnung 26 um die Längsachse 28 herum angebracht. Wie gezeigt ist, ist die Rotoranordnung 26 innerhalb einer zentralen Öffnung 32 der Statoranordnung 24 angeordnet und ist um die Längsachse 28 herum konzentrisch zu der Statoranordnung 24. Obwohl 1 eine typische elektrische Maschine 20 darstellt, ist festzustellen, dass die elektrische Maschine 20 auf irgendeine andere Weise ausgestaltet sein kann, wie zum Beispiel derart, dass die Rotoranordnung 26 kranzförmig außerhalb eines Außenumfangs der Statoranordnung 24 angeordnet ist. Entsprechend soll der Umfang der Ansprüche nicht auf die spezielle Ausgestaltung der elektrischen Maschine 20 beschränkt sein, die hier gezeigt und beschrieben ist.
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Mit Bezug auf 2 und 3 enthält die Statoranordnung 24 einen Statorkern 34, der innerhalb einer Hülse 36 angeordnet ist. Der Statorkern 34 erstreckt sind entlang der Längsachse 28 und ist konzentrisch zu dieser. Der Statorkern 34 stützt mehrere Spulenkörper (nicht gezeigt) ab, die sich entlang der Langsachse 28 und parallel zu dieser erstrecken. Die Spulenkörper sind radial um die Längsachse 28 herum und äquidistant zu dieser angeordnet. Ein Draht 38 ist um jeden der Spulenkörper herumgewickelt, um mehrere Spulen 40 zu definieren. Folglich sind die Spulen 40 durch den Statorkern 34 abgestützt, sind radial um die Längsachse 28 herum und äquidistant zu dieser angeordnet und erstrecken sich entlang der Längsachse 28.
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Jedes benachbarte Paar der mehreren Spulen 40 ist voneinander räumlich getrennt, wobei benachbarte Paare der Spulen 40 für eine unterschiedliche elektrische Phase ausgestaltet sind. Wenn die elektrische Maschine 20 beispielsweise eine dreiphasige elektrische Maschine 20 umfasst, dann können die Spulen 40 einen Satz erster Phasenspulen, einen Satz zweiter Phasenspulen und einen Satz dritter Phasenspulen umfassen. Die Spulen 40 können derart angeordnet sein, dass alle ersten Phasenspulen zwischen einer benachbarten zweiten Phasenspule und einer benachbarten dritten Phasenspule angeordnet sind, alle zweiten Phasenspulen zwischen einer benachbarten ersten Phasenspule und einer benachbarten dritten Phasenspule angeordnet sind und alle dritten Phasenspulen zwischen einer benachbarten ersten Phasespule und einer benachbarten zweiten Phasenspule angeordnet sind. Die Spulen 40 mit unterschiedlichen elektrischen Phasen müssen voneinander getrennt sein und dürfen einander nicht kontaktieren, um einen Kurzschluss von Phase zu Phase zu verhindern.
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Mit Bezug auch auf 4 enthält die Statoranordnung 24 ferner eine Isolierungsanordnung 42. Die Isolierungsanordnung 42 enthält einen kranzförmigen Ring 44 und mehrere Spulentrennvorrichtungen 46. Der kranzförmige Ring 44 umfasst eine kreisförmige Gestalt, die um die Langsachse 28 herum konzentrisch zu der Statoranordnung 24 ist. Die mehreren Spulentrennvorrichtungen 46 umfassen eine ebene, im Allgemeinen rechteckige Form, die entlang der Langsachse 28 rechtwinklig relativ zum kranzförmigen Ring 44 angeordnet ist. Jede der Spulentrennvorrichtungen 46 umfasst eine axiale Länge 48, die parallel zu und entlang der Langsachse 28 gemessen wird, welche gleich oder größer als eine axiale Länge jeder der mehreren Spulen 40 ist. Der kranzförmige Ring 44 und die mehreren Spulentrennvorrichtungen 46 enthalten ein nicht leitfähiges Material und sind aus diesem hergestellt. Der kranzförmige Ring 44 und die Spulentrennvorrichtungen 46 können beispielsweise ein Polymermaterial, etwa einen Kunststoff, enthalten. Es ist jedoch festzustellen, dass das nicht leitfähige Material irgendein anderes Material umfassen kann.
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Die Spulentrennvorrichtungen 46 sind durch den kranzförmigen Ring 44 abgestützt und erstrecken sich vom kranzförmigen Ring 44 aus axial entlang der Längsachse 28. Der kranzförmige Ring 44 und die mehreren Spulentrennvorrichtungen 46 definieren eine starre Form. Die starre Form der Isolierungsanordnung 42 umfasst, so wie es hier definiert ist, eine Gestalt, die während der Montage der Statoranordnung 24 ihre Form bei Belastung mit ihrem Eigengewicht ohne eine wesentliche Verbiegung beibehalten kann.
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Der kranzförmige Ring 44 ist am Statorkern 34 angebracht und positioniert jede der Spulen 40 derart, dass eine der Spulentrennvorrichtungen 46 zwischen jedem benachbarten Paar der Spulen 40 angeordnet ist. Die Spulentrennvorrichtungen 46 halten die räumliche Trennung zwischen benachbarten Spulen 40 aufrecht und verhindern einen Kontakt zwischen benachbarten Spulen 40, die eine unterschiedliche elektrische Phase aufweisen. Zudem sorgen die Spulentrennvorrichtungen 46 für eine Isolierung zwischen benachbarten Paaren von Spulen 40.
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Die Statoranordnung 24 und insbesondere der Statorkern 34 umfassen ferner einen Befestigungsmechanismus 52. Der Befestigungsmechanismus 52 befestigt die Isolierungsanordnung 42 am Statorkern 34. Der Befestigungsmechanismus 52 richtet die Isolierungsanordnung 42 konzentrisch auf die Längsachse 28 aus und positioniert jede der mehreren Spulentrennvorrichtungen 46 zwischen einem der benachbarten Paare der mehreren Spulen 40. Wie in 2 am besten gezeigt ist, enthält der Befestigungsmechanismus 52 mindestens einen Pflock 54 und vorzugsweise mehrere Pflöcke 54, die sich axial entlang der Langsachse 28 vom Statorkern 34 weg erstrecken. Der kranzförmige Ring 44 definiert mindestens eine Öffnung 56 und vorzugsweise mehrere Öffnungen 56. Jede der Öffnungen 56 im kranzförmigen Ring 44 ist auf einen der Pflöcke 54 am Statorkern 34 ausgerichtet und steht damit in einem Gleiteingriff. Die Pflöcke 54 erstrecken sich durch eine Materialverbiegung, einen Presspassungseingriff oder auf irgendeine andere Eingriffsweise durch die Öffnungen 56 hindurch, um die Isolierungsanordnung 42 am Statorkern 34 zu befestigen. Es ist festzustellen, dass der Befestigungsmechanismus 52 irgendeine andere Art von Verbinder, Befestigungsvorrichtung oder Verriegelungseingriff zwischen der Isolierungsanordnung 42 und der Statoranordnung 24 enthalten kann, die anders als die hier gezeigte und beschriebene ist und die die Isolierungsanordnung 42 am Statorkern 34 befestigen und die Spulentrennvorrichtungen 46 mit dem Zwischenraum zwischen den benachbarten Spulen 40 ausrichten kann.
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Es wird auch ein Verfahren zum Montieren der Statoranordnung 24 für die elektrische Maschine 20 bereitgestellt. Das Verfahren umfasst, dass die mehreren Spulentrennvorrichtungen 46 am kranzförmigen Ring 44 angebracht werden. Die Spulentrennvorrichtungen 46 können mit dem kranzförmigen Ring 44 einstückig ausgebildet und damit verbunden werden. Alternativ können die Spulentrennvorrichtungen 46 getrennt vom kranzförmigen Ring 44 ausgebildet werden und dann am kranzförmigen Ring 44 befestigt werden, etwa durch eine chemische Verbindung oder durch eine Verschweißung.
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Das Verfahren umfasst ferner, dass der Draht 38 um jeden der mehreren Spulenkörper des Statorkerns 34 herumgewickelt wird, um die mehreren Spulen 40 zu definieren. Die Drähte 38 können auf eine beliebige geeignete Weise und in einer beliebigen Konfiguration um die Spulenkörper herumgewickelt werden. Vorzugsweise werden die Drähte 38 so gewickelt, dass sie eine elektrische Maschine 20 mit konzentrierten Wicklungen mit einer hohen Nutfüllung definieren.
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Das Verfahren umfasst ferner, dass die Isolierungsanordnung 42 gleitend in den Statorkern 34 hinein geschoben wird. Die Isolierungsanordnung 42 wird derart gleitend hinein geschoben, dass zwischen jedem benachbarten Paar der mehreren Spulen 40 eine der Spulentrennvorrichtungen 46 angeordnet wird. Da die Spulentrennvorrichtungen 46 am kranzförmigen Ring 44 angebracht sind und sie gemeinsam die starre Form der Isolierungsanordnung 42 definieren, können alle Spulentrennvorrichtungen 46 gleichzeitig manuell oder mit einem Robotersystem gleitend in Position geschoben werden, um die benachbarten Spulen 40 zu trennen, wodurch ein schnelles und bequemes Verfahren zur Montage der Statoranordnung 24 bereitgestellt wird.
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Das Verfahren umfasst ferner, dass die Isolierungsanordnung 42 am Statorkern 34 angebracht wird. Insbesondere wird der kranzförmige Ring 44 am Statorkern 34 angebracht. Da die Spulentrennvorrichtungen 46 am kranzförmigen Ring 44 angebracht sind und von diesem abgestützt werden und da die Isolierungsanordnung 42 die starre Form definiert, positioniert und befestigt der kranzförmige Ring 44 auf einfache Weise jede der Spulentrennvorrichtungen 46 zwischen einem der benachbarten Paare der mehreren Spulen 40, wenn er am Statorkern 34 angebracht wird. Die Isolierungsanordnung 42 kann an der Statoranordnung 24 auf eine beliebige geeignete Weise angebracht werden. Wie gezeigt ist, wird die Isolierungsanordnung 42 am Statorkern 34 durch Pressen des kranzförmigen Rings 44 auf die Pflöcke 54 derart angebracht, dass sich die Pflöcke 54 durch die Öffnungen 56 im kranzförmigen Ring 44 hindurch in einem Presspassungseingriff erstrecken, um den kranzförmigen Ring 44 in Position zu befestigen und dadurch auch die Spulentrennvorrichtungen 46 in Position zu befestigen.
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Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung in die Praxis im Umfang der beigefügten Ansprüche erkennen.
