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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine,
- – wobei die elektrische Maschine einen Stator aufweist, der um eine Rotationsachse der elektrischen Maschine herum angeordnet ist, sich in Richtung der Rotationsachse von einem ersten axialen Ende zu einem zweiten axialen Ende erstreckt und an den axialen Enden durch eine jeweilige Endscheibe abgeschlossen ist,
- – wobei der Stator Wicklungsnuten aufweist, in denen die Wicklungsstränge einer ersten, einer zweiten und einer dritten Phase eines Drehstromwicklungssystems angeordnet sind,
- – wobei die Wicklungsstränge der ersten, der zweiten und der dritten Phase in ersten, zweiten und dritten Tangentialbereichen des Stators angeordnet sind,
- – wobei in den Endscheiben ein jeweiliger Wicklungskopf des Drehstromwicklungssystems angeordnet ist,
- – wobei die Wicklungsköpfe für die erste, die zweite und die dritte Phase je einen ersten, zweiten und dritten Teilwicklungskopf aufweisen, mittels dessen die in einem der Tangentialbereiche der jeweiligen Phase angeordneten Wicklungsstränge über je einen Tangentialbereich der beiden anderen Phasen hinweg mit den in einem der anderen Tangentialbereiche der jeweiligen Phase angeordneten Wicklungssträngen verbunden sind.
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Derartige elektrische Maschinen sind allgemein bekannt.
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Das Stator-Drehstromwicklungssystem einer elektrischen Maschine wird üblicherweise durch Wickeln und Einziehen der drei Phasen des Drehstromwicklungssystems hergestellt. Alternativ kann das Drehstromwicklungssystem der elektrischen Maschine beispielsweise mittels einer Nadelwickeltechnik hergestellt werden. Eine derartige Nadelwickeltechnik ist beispielsweise in der
DE 10 2005 002 364 A1 beschrieben. Für das Herstellen eines Drehstromwicklungssystems mittels Nadelwickeltechnik werden Endscheiben aus Isoliermaterial benötigt, welche die einzelnen Teilwicklungsköpfe aufnehmen.
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Im Stand der Technik wird für jede Phase des Drehstromwicklungssystems jeweils eine eigene Endscheibe benötigt. Es werden also drei Lagen nacheinander gewickelt, wobei die Lagen in Richtung der Rotationsachse gesehen aufeinanderfolgen. Es werden also 2 × 3 Endscheibenlagen benötigt. Dies wirkt sich nachteilig auf die Baulänge des Stators und auf den Materialeinsatz an Kupfer aus.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische Maschine zu schaffen, die bei gleichem Wirkungsgrad und gleichen übrigen Leistungsdaten kompakter aufgebaut ist.
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Die Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art dadurch auszugestalten,
- – dass die Endscheiben radial äußere Stege aufweisen, die in Tangentialrichtung um die Rotationsachse herum gesehen je einen zweiten und einen dritten Tangentialbereich überbrücken und mittels derer die ersten Teilwicklungsköpfe in radial äußeren Bereichen der Endscheiben geführt werden,
- – dass die Endscheiben radial innere Stege aufweisen, die in Tangentialrichtung um die Rotationsachse herum gesehen je einen dritten Tangentialbereich überbrücken und mittels derer zweiten Teilwicklungsköpfe in radial mittleren Bereichen der Endscheiben geführt werden, und
- – dass die Endscheiben in Tangentialrichtung um die Rotationsachse herum gesehen an den Grenzen der Tangentialbereiche sich in Richtung der Rotationsachse erstreckende Stifte aufweisen, die von der Rotationsachse einen kleineren Abstand aufweisen als die radial inneren Stege und mittels derer die dritten Teilwicklungsköpfe in radial inneren Bereichen der Endscheiben geführt werden.
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Die radial äußeren Stege können rein tangential verlaufen. Vorzugsweise sind die radial äußeren Stege jedoch in ihren tangentialen Endbereichen nach radial innen abgebogen. In analoger Weise können auch die die radial inneren Stege rein tangential verlaufen. Vorzugsweise sind jedoch auch die radial inneren Stege in ihren tangentialen Endbereichen nach radial innen abgebogen.
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Es ist möglich, dass die radial inneren Stege und die radial äußeren Stege in axialer Richtung der Rotationsachse gesehen die gleiche axiale Bauhöhe aufweisen. Vorzugsweise jedoch weisen die radial inneren Stege in Axialrichtung der Rotationsachse gesehen eine axiale Bauhöhe auf, die größer als eine axiale Bauhöhe ist, welche die radial äußeren Stege in Axialrichtung der Rotationsachse gesehen aufweisen. Insbesondere können die radial inneren Stege in Axialrichtung der Rotationsachse gesehen in etwa die doppelte Bauhöhe aufweisen wie die radial äußeren Stege.
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Die Stifte können separate Elemente der Endscheiben sein. Vorzugsweise sind die Stifte jedoch integrale Bestandteile der Stege. Ihre Bauhöhe sollte in Axialrichtung der Rotationsachse gesehen exakt oder zumindest in etwa mit der Bauhöhe der radial inneren Stege übereinstimmen.
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Die Endscheiben können als einteilige Endscheiben ausgebildet sein. Alternativ können die Endscheiben jeweils ein erstes und ein zweites Endscheibenteil aufweisen. Im letztgenannten Fall werden die ersten Endscheibenteile vor dem Wickeln der Wicklungsstränge der ersten Phase mit dem Stator verbunden. Die zweiten Endscheibenteile werden hingegen erst nach dem Wickeln der Wicklungsstränge der ersten Phase mit dem Stator und/oder den ersten Endscheibenteilen verbunden.
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Prinzipiell kann die elektrische Maschine eine beliebige Polzahl aufweisen. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine als mindestens vierpolige elektrische Maschine ausgebildet.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
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1 eine elektrische Maschine im Längsschnitt,
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2 eine perspektivische Darstellung eines Teils der elektrischen Maschine von 1,
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3 die elektrische Maschine von 1 im Querschnitt längs einer Linie II-II in 1,
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4 eine perspektivische Ansicht einer Endscheibe,
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5 bis 7 eine Draufsicht auf die Endscheibe von 4 in verschiedenen Fertigungszuständen und
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8 eine perspektivische Ansicht eines Teils der elektrischen Maschine in einem teilbewickelten Zustand.
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Gemäß den 1 bis 3 weist eine elektrische Maschine einen Stator 1 auf. Der Stator 1 ist um eine Rotationsachse 2 der elektrischen Maschine herum angeordnet. In der Regel weist der Stator 1 eine Mittenausnehmung 3 für einen Rotor 4 auf (Innenläufer). In Einzelfällen kann der Rotor 4 alternativ als Außenläufer ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Mittenausnehmung 3 entfallen. Der Stator 1 erstreckt sich in Richtung der Rotationsachse 2 gesehen von einem ersten axialen Ende 5 zu einem zweiten axialen Ende 6. Der Stator 1 ist an seinen axialen Enden 5, 6 durch eine jeweilige Endscheibe 7 abgeschlossen. 4 zeigt eine einzelne Endscheibe 7 in perspektivischer Darstellung. Die andere, in 4 nicht dargestellte Endscheibe 7 ist analog ausgebildet.
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Der Rotor 4 ist drehbar gelagert, so dass er um die Rotationsachse 2 rotieren kann. Er ist in der Regel auf einer Rotorwelle 8 angeordnet. Der Rotor 4 und die Rotorwelle 8 sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Sie werden daher nicht näher erläutert. Aus dem gleichen Grund sind sie auch in den 2, 3 und 8 nicht mit dargestellt.
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Der Stator 1 weist – siehe insbesondere 3 – Wicklungsnuten 9 auf. In den Wicklungsnuten 9 sind die Wicklungsstränge 10A, 10B, 10C der drei Phasen A, B, C eines Drehstromwicklungssystems angeordnet. Gemäß 3 ist das Drehstromwicklungssystem vierpolig ausgebildet. Die elektrische Maschine weist somit insgesamt zwölf Pole auf, also für jede der drei Phasen A, B, C je vier Pole. Für jede Phase A, B, C sind die Wicklungsstränge 10A, 10B, 10C der jeweiligen Phase A, B, C in jeweiligen Tangentialbereichen 11A, 11B, 11C angeordnet. Die Tangentialbereiche 11A, 11B, 11C sind in Tangentialrichtung der Rotationsachse 2 gesehen (also um die Rotationsachse 2 herum gesehen) gleichmäßig um die Rotationsachse 2 herum verteilt angeordnet.
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In den beiden Endscheiben 7 sind die beiden Wicklungsköpfe 12 des Drehstromwicklungssystems angeordnet. Gemäß 5 weist jeder Wicklungskopf 12 für jede Phase A, B, C des Drehstromwicklungssystems einen jeweiligen Teilwicklungskopf 13A, 13B, 13C auf. Jeder Teilwicklungskopf 13A, 13B, 13C verbindet die Wicklungsstränge 10A, 10B, 10C der jeweiligen Phase A, B, C, die in einem der jeweiligen Phase A, B, C zugeordneten Tangentialbereich 11A, 11B, 11C angeordnet sind, mit den Wicklungssträngen 10A, 10B, 10C der entsprechenden Phase A, B, C, die in einem anderen der jeweiligen Phase A, B, C zugeordneten Tangentialbereich 11A, 11B, 11C angeordnet sind. Die Teilwicklungsköpfe 13A, 13B, 13C erstrecken sich gemäß 3 über je einen Tangentialbereich 11A, 11B, 11C der beiden anderen Phasen A, B, C hinweg. Beispielsweise erstreckt sich der Teilwicklungskopf 13A von einem der Tangentialbereiche 11A über einen der Tangentialbereiche 11B und einen der Tangentialbereiche 11C nach links und/oder rechts zum nächsten Tangentialbereich 11A. Analoge Aussagen gelten für die beiden anderen Teilwicklungsköpfe 13B, 13C.
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Gemäß beispielsweise 4 weist die Endscheibe 7 radial äußere Stege 14 auf. Die radial äußeren Stege 14 überbrücken gemäß den 4 und 5 in Tangentialrichtung um die Rotationsachse 2 herum gesehen je zwei unmittelbar aneinander angrenzende Tangentialbereiche 11B, 11C, also einen zweiten Tangentialbereich 11B und den unmittelbar angrenzenden dritten Tangentialbereich 11C. Mittels der radial äußeren Stege 14 werden die ersten Teilwicklungsköpfe 13A in einem radial äußeren Bereich der Endscheibe 7 geführt. 6 zeigt eine zu 5 analoge Darstellung, bei welcher jedoch ausschließlich der erste Teilwicklungskopf 13A gewickelt ist, der zweite und der dritte Teilwicklungskopf 13B, 13C hingegen noch nicht. 7 zeigt eine zu 6 analoge Darstellung, bei welcher der erste und der zweite Teilwicklungskopf 13A, 13B bereits gewickelt sind, der dritte Teilwicklungskopf 13C hingegen noch nicht. 8 zeigt eine perspektivische Darstellung dieses Zustands.
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Die Endscheibe 7 weist weiterhin radial innere Stege 15 auf. Die radial inneren Stege 15 überbrücken in Tangentialrichtung um die Rotationsachse 2 herum gesehen je einen dritten Tangentialbereich 11C. Ersichtlich ist ein radialer Abstand der radial inneren Stege 15 von der Rotationsachse 2, also die Entfernung von der Rotationsachse 2, kleiner als ein radialer Abstand der radial äußeren Stege 14 von der Rotationsachse 2. Mittels der radial inneren Stege 15 werden die zweiten Teilwicklungsköpfe 13B in einem radial mittleren Bereich der Endscheibe 7 geführt. Wie besonders deutlich aus 8 ersichtlich ist, ist in Axialrichtung der Rotationsachse 2 gesehen der zweite Teilwicklungskopf 13B in den ersten Tangentialbereichen 11A weiter vom Stator 1 entfernt als der erste Teilwicklungskopf 13A. Der zweite Teilwicklungskopf 13B wird jedoch im Bereich der radial äußeren Stege 14 axial auf den Stator 1 zu geführt, so dass der zweite Teilwicklungskopf 13B in Axialrichtung der Rotationsachse 2 gesehen in den zweiten Tangentialbereichen 11B im Wesentlichen ebenso weit vom Stator 1 entfernt ist wie der erste Teilwicklungskopf 13A.
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Weiterhin weist die Endscheibe 7 in Tangentialrichtung um die Rotationsachse 2 herum gesehen an den Grenzen der Tangentialbereiche 11A, 11B, 11C jeweils einen Stift 16 auf. Die Stifte 16 erstrecken sich in Richtung der Rotationsachse 2. Die Stifte 16 weisen von der Rotationsachse 2 einen radialen Abstand auf, der kleiner ist als der radialer Abstand der radial inneren Stege 15 von der Rotationsachse 2. Mittels der Stifte 16 werden die dritten Teilwicklungsköpfe 13C in einem radial inneren Bereich der Endscheibe 7 geführt. Diesen Zustand zeigt 5.
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4 zeigt die Endscheibe 7 im unbewickelten Zustand. Aus 4 ist besonders deutlich ersichtlich, dass systembedingt zuerst die ersten Wicklungsstränge 10A und die ersten Teilwicklungsköpfe 13A der ersten Phase A gewickelt werden, danach die zweiten Wicklungsstränge 10B und die zweiten Teilwicklungsköpfe 13B der zweiten Phase B und erst zuletzt die dritten Wicklungsstränge 13C und die dritten Teilwicklungsköpfe 13C der dritten Phase C.
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Gemäß den 3 und 4 sind die radial äußeren Stege 14 und die radial inneren Stege 15 in ihren tangentialen Endbereichen nach radial innen abgebogen. Diese Ausgestaltung ist bevorzugt, aber nicht zwingend. Gemäß 4 weisen weiterhin die radial inneren Stege 14 und die radial äußeren Stege 15 in Axialrichtung, also in Richtung der Rotationsachse 2 gesehen, eine jeweilige Bauhöhe auf. Ersichtlich ist die Bauhöhe der radial inneren Stege 15 größer als die Bauhöhe der radial äußeren Stege 14.
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Die Stifte 16 sind gemäß den 2 und 4 integrale Bestandteile der radial inneren und radial äußeren Stege 14, 15. Diese Ausgestaltung ist bevorzugt, aber nicht zwingend. Zwischen den Stiften 16 und den Stegen 14, 15 befinden sich in diesem Fall daher Ausnehmungen. Die Ausnehmungen können insbesondere an ihren dem Stator 1 zugewandten Enden U-förmig ausgebildet sein.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Endscheibe 7 als einteilige Endscheibe ausgebildet. Alternativ kann die Endscheibe 7 ein erstes und ein zweites Endscheibenteil aufweisen. In diesem Fall werden zunächst die ersten Endscheibenteile mit dem Stator 1 verbunden. In diesem Zustand werden die Wicklungsstränge 10A und die Teilwicklungsköpfe 13A der ersten Phase A gewickelt. Danach werden die zweiten Endscheibenteile mit dem Stator 1 und/oder den ersten Endscheibenteilen verbunden. Erst jetzt werden die Wicklungsstränge 10B und die Teilwicklungsköpfe 13B der zweiten Phase B gewickelt. Erst zuletzt werden die Wicklungsstränge 10C und die Teilwicklungsköpfe 13C der dritten Phase C gewickelt.
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Die vorliegende Erfindung wurde obenstehend in Verbindung mit einer vierpoligen elektrischen Maschine erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch ebenso bei sechspoligen, achtpoligen usw. elektrischen Maschinen anwendbar. Eine Anwendung bei zweipoligen elektrischen Maschinen ist prinzipiell ebenfalls möglich. Bei einer zweipoligen elektrischen Maschine ist jedoch auch eine andersartige Gestaltung möglich, die vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung keinen Gebrauch macht und dieselben, möglicherweise sogar noch größere Vorteile bietet.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005002364 A1 [0003]
