DE102016124972A1

DE102016124972A1 - Ständer und mehrphasiger bürstenloser Motor mit diesem

Info

Publication number: DE102016124972A1
Application number: DE102016124972.6A
Authority: DE
Inventors: Gionatan NUZZO; Fabio OLMO
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2015-12-30
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2017-07-06
Also published as: US10447128B2; CN106936231A; ITUB20159746A1; KR20170080492A; JP6966838B2; CN106936231B; US20170194847A1; JP2017131099A

Abstract

Es werden ein Ständer und ein den Ständer verwendender mehrphasiger bürstenloser Elektromotor vorgeschlagen. Der Ständer hat einen Ständerkern (1) mit einem Ringbereich (10) und einer Mehrzahl von Ständerpolen (11), die sich von dem Ringbereich (10) radial erstrecken; eine Mehrzahl von Ständerspulen (L), die jeweils an den Ständerpolen (11) gewickelt sind und Spulenanschlüsse aufweisen; und einen Verdrahtungsrahmen (C), der an dem Ständerkern (1) befestigt ist und eine Mehrzahl von leitenden Elementen aufweist, die voneinander elektrisch isoliert sind. Die leitenden Elemente sind mit entsprechenden Spulenanschlüssen elektrisch verbunden, um mehrphasige Wicklungen zu bilden. Die mehrphasigen Wicklungen haben eine Mehrzahl von Phasenanschlüssen (X, Y, Z), die konfiguriert sind für eine elektrische Verbindung mit einer mehrphasigen Stromversorgung. Die Phasenanschlüsse (X, Y, Z) werden durch die Spulenanschlüsse der Ständerspulen (L) gebildet.

Description

BEZEICHNUNG DER ERFINDUNG
Ständer und mehrphasiger bürstenloser Motor mit diesem
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Ständer und einen mehrphasigen bürstenlosen Motor mit diesem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Ständer eines bürstenlosen Motors hat einen Ständerkern und eine Mehrzahl von Ständerspulen. Der Ständerkern hat einen Ringbereich, der sich in einer axialen Richtung erstreckt, und eine Mehrzahl von Ständerpolen, die sich von dem Ringbereich radial erstrecken. Die Ständerspulen sind an den Ständerpolen gewickelt und haben Spulenanschlüsse. Die Spulenanschlüsse sind mit einer mehrphasigen Stromversorgung zu verbinden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ständer mit einer einfachen, wirtschaftlichen und zuverlässigen Verbindung zwischen den Spulenanschlüssen und der mehrphasigen Stromversorgung bereitzustellen.
ÜBERSICHT
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ständer angegeben, der einen Ständerkern mit einem Ringbereich und einer Mehrzahl von Ständerpolen umfasst, die sich von dem Ringbereich radial erstrecken; eine Mehrzahl von Ständerspulen, die jeweils an den Ständerpolen gewickelt sind und Spulenanschlüsse aufweisen; und einen Verdrahtungsrahmen, der an dem Ständer befestigt ist und eine Mehrzahl von leitenden Elementen aufweist, die voneinander isoliert sind. Die leitenden Elemente sind mit entsprechenden Spulenanschlüssen verbunden, um mehrphasige Wicklungen zu bilden. Die mehrphasigen Wicklungen habe eine Mehrzahl von Phasenanschlüssen, die für eine elektrische Verbindung mit einer mehrphasigen Stromversorgung konfiguriert sind. Die Phasenanschlüsse werden durch die Spulenanschlüsse der Ständerspulen gebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein mehrphasiger bürstenloser Elektromotor angegeben, der einen Permanentmagnetläufer und einen Ständer umfasst. Der Ständer hat einen Ständerkern mit einem Ringbereich und einer Mehrzahl von Ständerpolen, die sich von dem Ringbereich radial erstrecken; eine Mehrzahl von Ständerspulen, die jeweils an den Ständerpolen gewickelt sind und Spulenanschlüsse aufweisen; und einen Verdrahtungsrahmen, der an dem Ständerkern befestigt ist und eine Mehrzahl von leitenden Elementen aufweist, die voneinander elektrisch isoliert sind. Die leitenden Elemente sind mit entsprechenden Spulenanschlüssen verbunden, um mehrphasige Wicklungen zu bilden. Die mehrphasigen Wicklungen habe eine Mehrzahl von Phasenanschlüssen, die für eine elektrische Verbindung mit einer mehrphasigen Stromversorgung konfiguriert sind. Die Phasenanschlüsse werden durch die Spulenanschlüsse der Ständerspulen gebildet.
Da die Spulenanschlüsse der Ständerspule L bei vorstehendem Ständer direkt als Phasenanschlüsse X, Y und Z wirken, können die Phasenanschlüsse ohne weiteres bereitgestellt werden. Aus diesem Grund ist bei vorstehendem Ständer eine einfache, wirtschaftliche und zuverlässige Verbindung zwischen den Spulenanschlüssen und der mehrphasigen Stromversorgung möglich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Figuren Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, sind in allen diesen Figuren gleich gekennzeichnet. Dimensionen von Komponenten und Merkmalen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu angegeben. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
1 zeigt einen montierten Ständer in der bevorzugten Ausführungsform;
2 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Ständers von 1 ohne Spulen und ohne einen Halter;
3 zeigt 2 im montierten Zustand;
4 ist eine teilweise auseinandergezogene Darstellung des Ständers von 1;
5 zeigt den Halter und leitende Elemente des Verdrahtungsrahmens von 1;
6 zeigt die elektrische Verbindung zwischen den leitenden Elementen des Verdrahtungsrahmens und den Ständerspulen in einigen Ausführungsformen;
7 zeigt die elektrische Verbindung zwischen den leitenden Elementen des Verdrahtungsrahmens und den Ständerspulen in alternativen Ausführungsformen;
8 ist eine Ansicht eines typischen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors.
DETAILBESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die technischen Lösungen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen umfassend und vollständig beschrieben. Dabei sind die beschriebenen Ausführungsformen lediglich ein Teil der möglichen Ausführungsformen. Sofern der Fachmann auf der Basis der beschriebenen Ausführungsformen ohne erfinderisches Zutun zu weiteren Ausführungsformen gelangt, fallen diese Ausführungsformen sämtlich in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
Wenn angegeben ist, dass ein Element an einem anderen oder weiteren Element zu "befestigen" ist, kann diese Befestigung direkt oder über ein Zwischenelement erfolgen. Wenn angegeben ist, dass ein Element mit einem anderen oder weiteren Element zu "verbinden" ist, kann diese Verbindung direkt oder über ein Zwischenelement erfolgen. Wenn angegeben ist, dass ein Element an einem anderen oder weiteren Element "anzuordnen" ist, kann diese Anordnung direkt oder über ein Zwischenelement erfolgen. Richtungsangaben wie "senkrecht" oder ähnliche Angaben dienen lediglich zur Veranschaulichung.
Sofern nicht anders angegeben, haben sämtliche technischen und wissenschaftlichen Begriffe die dem Fachmann bekannte Bedeutung. Begriffe, die in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, dienen der Erläuterung und stellen keine Einschränkung dar.
Es wird auf die 1 bis 4 Bezug genommen. Das Symbol S kennzeichnet einen Ständer für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor, insbesondere für einen mehrphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor. Der Ständer S hat einen Ständerkern 1, der vorzugsweise aus einem geschichteten Lamellenpaket besteht. Der Ständerkern 1 hat einen Ringbereich 10, der sich in einer axialen Richtung erstreckt, und eine Vielzahl von Ständerpolen 11, die sich von dem Ringbereich 10 radial und nach außen erstrecken. Jeder der Ständerpole 11 ist mit einer Ständerspule L bewickelt. Jede Ständerspule L hat zwei Spulenanschlüsse (nicht näher bezeichnet). Die Ständerspulen L können an den Ständerzähnen 11 einzeln oder fortlaufend gewickelt sein. Sind die Ständerspulen L fortlaufend gewickelt, sind die beiden Enden der dem jeweiligen Ständerzahn 11 entsprechenden Ständerspule L zwei Spulenanschlüsse.
In der Ausführungsform ist der Ständerpol 11 im Wesentlichen T-förmig. Die Ständerspule L ist zwischen dem Ringbereich 10 und dem distalen Schenkel des Ständerpols 11 gewickelt.
Der Ständer S umfasst ferner eine Isolierkonstruktion 40. Um die Ständerspulen L von dem Ständerkern 1 zu isolieren, ist die Isolierkonstruktion 40 vorzugsweise als kapselnde Isolierkonstruktion ausgebildet, mit welcher der Ständerkern 1 umspritzt ist. Die Isolierkonstruktion 40 kann aus einem Material wie Kunststoff oder Harz gebildet sein.
Der Ständer S hat ferner einen Verdrahtungsrahmen C. Der Verdrahtungsrahmen C umfasst einen Isolierträger 13, der aus einem Kunststoffmaterial gebildet sein kann, und drei leitende Elemente 14, 15, 16, die durch den Träger 13 voneinander elektrisch isoliert sind.
In der Ausführungsform hat die Isolierkonstruktion 40 eine Befestigungskonstruktion 41, die in dem Ringbereich 10 des Ständerkerns 1 angeordnet ist. Der Isolierträger 13 ist ringförmig und ist an oder in der Befestigungskonstruktion 41 befestigt. Das leitende Element 14, 15, 16 ist ein monolithisches Element, das einen bogenförmigen Körper (nicht näher bezeichnet) und eine Mehrzahl von leitenden Anschlüssen (nicht näher bezeichnet) hat, die sich einstückig mit dem Körper von diesem erstrecken. Jeder leitende Anschluss ist mit mindestens einem entsprechenden Spulenanschluss elektrisch verbunden. Die leitenden Anschlüsse jedes leitenden Elements sind mit entsprechenden Spulenanschlüssen verbunden, um eine Phasenwicklung zu bilden. Die leitenden Elemente 14, 15, 16 sind konfiguriert für die Bildung von dreiphasigen Wicklungen. Die drei Spulenanschlüsse der Ständerspulen L, die mit den drei leitenden Elementen 14, 15, 16 jeweils elektrisch verbunden sind, wirken beliebig als Phasenanschlüsse X, Y, Z.
Wie in 5 gezeigt ist, können die leitenden Elemente 14, 15, 16 in einer Umfangsrichtung voneinander beabstandet sein und liegen in derselben horizontalen Ebene, so dass eine axiale Dicke des Verdrahtungsrahmens C verringert wird.
Der Ständer S hat ferner einen Isolierhalter 17 zum Halten der Phasenanschlüsse X, Y und Z in den vorgegebenen Positionen. Der Isolierhalter 17 hat einen Körper mit einer Mehrzahl von Durchlässen oder Sitzen 18 und einer Kerbenausbildung 19. Die Kerbenausbildung 19 befindet sich im Eingriff mit dem Ständerpol 11, der entlang der axialen Richtung des Ständerkerns 1 mit der Ständerspule L bewickelt ist. Die Phasenanschlüsse X, Y und Z verlaufen durch die Durchlässe oder Sitze 18 und erstrecken sich zur Außenseite des Isolierhalters 17, um mit einer dreiphasigen Stromversorgung elektrisch verbunden zu werden. Die Phasenanschlüsse X, Y und Z erstrecken sich axial und liegen im Wesentlichen parallel zueinander.
Es wird auf 8 Bezug genommen. Diese zeigt einen typischen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor, der einen Ständer und einen Permanentmagnetläufer R aufweist. Der Ständer ist bevorzugt in einem Permanentmagnetläufer R montiert. Der Ständer kann der vorstehende Ständers gemäß den 1 bis 4 sein.
Da die Spulenanschlüsse der Ständerspule L in vorteilhafter Weise direkt als Phasenanschlüsse X, Y und Z wirken, können die Phasenanschlüsse ohne weiteres bereitgestellt werden. Ferner ist der Isolierhalter 17 in wirtschaftlicher Weise einfach gebaut und kann problemlos an dem Ständerpol 11 befestigt werden.
6 zeigt die elektrische Verbindung zwischen den leitenden Elementen des Verdrahtungsrahmens und den Ständerspulen in einigen Ausführungsformen. Wenn die Anzahl von Ständerspulen L angenommen M ist, so ist M ein Mehrfaches von drei. Jedes leitende Element ist mit 2M/3 Spulenanschlüssen elektrisch verbunden, um M/3 parallele Zweige zwischen zwei beliebigen leitenden Elementen zu bilden. Insbesondere ist M in der Ausführungsform gleich 12. Das leitende Element 14 ist mit den ersten Spulenanschlüssen der Ständerspulen L1–L4 und den ersten Spulenanschlüssen der Ständerspulen L9–L12 elektrisch verbunden. Das leitende Element 15 ist mit den zweiten Spulenanschlüssen der Ständerspulen L1–L4 und den ersten Spulenanschlüssen L5–L8 elektrisch verbunden. Das leitende Element 16 ist mit den zweiten Spulenanschlüssen der Ständerspulen L5–L8 und den zweiten Spulenanschlüssen der Ständerspulen L9–L12 verbunden. Es können drei beliebige Spulenanschlüsse, die jeweils mit den leitenden Elementen 13, 15 und 16 verbunden sind, als dreiphasige Anschlüsse X, Y und Z wirken, die mit einer dreiphasigen Stromversorgung elektrisch zu verbinden sind.
7 zeigt eine weitere Verbindung zwischen den leitenden Elementen des Verdrahtungsrahmens und den Ständerspulen in einigen Ausführungsformen. Das leitende Element 14 ist mit den ersten Spulenanschlüssen der Ständerspulen L1–L4 elektrisch verbunden. Das leitende Element 15 ist mit den ersten Spulenanschlüssen der Ständerspulen L5–L8 elektrisch verbunden. Das leitende Element 16 ist mit den ersten Spulenanschlüssen der Ständerspulen L9–L12 elektrisch verbunden. Der Verdrahtungsrahmen C hat ferner ein gemeinsames leitendes Element 30, das mit den zweiten Spulenanschlüssen der Ständerspulen L1–L12 elektrisch verbunden ist. Es wirken drei beliebige Spulenanschlüsse, die jeweils mit den leitenden Elementen 14, 15 und 16 verbunden sind, als dreiphasige Anschlüsse X, Y und Z, die mit einer dreiphasigen Stromversorgung elektrisch zu verbinden sind.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der bürstenlose Motor auch ein N-phasiger bürstenloser Motor sein, wobei N eine ganze Zahl größer als 3 ist. Solchermaßen hat der Verdrahtungsrahmen C N leitende Elemente. N Spulenanschlüsse der Ständerspulen, die jeweils mit N leitenden Elementen verbunden sind, wirken als N Phasenanschlüsse, die mit einer N-phasigen Stromversorgung elektrisch zu verbinden sind.
Der Fachmann wird erkennen, dass sich die Verbindung zwischen den leitenden Elementen 14, 15 und 16 des Verdrahtungsrahmens C und den Ständerspulen L von den dargestellten Implementierungen unterscheiden kann und dass die vorliegend vorgesehene Verbindung den Rahmen anderer oder weiterer Ausführungsformen oder Implementierungen oder den Schutzumfang der Ansprüche in keiner Weise einschränkt, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes beansprucht oder angegeben ist.
Die in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung verwendeten Verben "umfassen", "aufweisen", "enthalten" und "haben" sowie deren Abwandlungen werden in einem einschließenden Sinn gebraucht, das heißt, diese Verben drücken aus, dass das genannte Element vorgesehen ist, ohne auszuschließen, dass auch noch weitere oder zusätzliche Elemente vorgesehen sind.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert wird.

Claims

Ständer, umfassend: einen Ständerkern (1) mit einem Ringbereich (10) und einer Mehrzahl von Ständerpolen (11), die sich von dem Ringbereich (10) radial erstrecken; eine Mehrzahl von Ständerspulen (L), die jeweils an den Ständerpolen (11) gewickelt sind und Spulenanschlüsse haben; und einen Verdrahtungsrahmen (C), der an dem Ständerkern (1) befestigt ist und eine Mehrzahl von leitenden Elementen aufweist, die voneinander elektrisch isoliert sind, wobei die Elemente mit entsprechenden Spulenanschlüssen verbunden sind, um mehrphasige Wicklungen zu bilden, wobei die mehrphasigen Wicklungen eine Mehrzahl von Phasenanschlüssen (X, Y, Z) aufweisen, die für eine elektrische Verbindung mit einer mehrphasigen Stromversorgung konfiguriert sind; und wobei die Phasenanschlüsse (X, Y, Z) durch die Spulenanschlüsse der Ständerspulen (L) gebildet werden.
Ständer nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Isolierhalter (17), der mit dem Ständer (S) verbunden ist, wobei die Phasenanschlüsse (X, Y, Z) durch den Isolierhalter (17) gehalten sind.
Ständer nach Anspruch 2, wobei der Isolierhalter (17) eine Kerbenausbildung (19) aufweist, die sich entlang einer axialen Richtung des Ständerkerns (1) mit mindestens einem der Ständerpole (11) im Eingriff befindet.
Ständer nach Anspruch 2, wobei der Isolierhalter (17) einen Körper mit einer Mehrzahl von Durchlässen oder Sitzen (18) aufweist, wobei die Phasenanschlüsse (X, Y, Z) durch die Durchlässe oder Sitze (18) verlaufen und sich zur Außenseite des Isolierhalters (17) erstrecken, um mit einer mehrphasigen Stromversorgung elektrisch verbunden zu werden.
Ständer nach Anspruch 1 oder 4, wobei die Phasenanschlüsse (X, Y Z) entlang der axialen Richtung im Wesentlichen parallel zueinander liegen.
Ständer nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl der leitenden Elemente (14, 15, 16) drei beträgt und wobei die Phasenanschlüsse (X, Y, Z) mit einer dreiphasigen Stromversorgung elektrisch verbunden sind.
Ständer nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Isolierkonstruktion (40), die konfiguriert ist für die Isolierung der Ständerspulen (L) von dem Ständerkern (1).
Ständer nach Anspruch 1, wobei die leitenden Elemente (14, 15, 16) in einer Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und in derselben horizontalen Ebene liegen.
Mehrphasiger bürstenloser Elektromotor, umfassend einen Permanentmagnetläufer (R) und einen Ständer (S) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Motor nach Anspruch 9, wobei der Motor ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor ist und wobei der Ständer (S) in dem Permanentmagnetläufer (R) montiert ist.