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Die Erfindung betrifft eine elektrische
Maschine mit einem mit einer Welle verbundenen Läufer und einem mehrteilig ausgebildeten
Stator, der einen Rückschlussring
und Statorstege aufweist, die Wicklungsnuten begrenzen, innerhalb
derer Wicklungen oder Wicklungsteile um Isolierelemente gewickelt
angeordnet sind.
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Es sind bürstenlose Elektromotoren bekannt, bei
denen die Wicklungen auf dem Stator angebracht sind. Zu derartigen
Elektromotoren zählen
sogenannte Asynchron-, Synchron- oder EC-Motoren(EC: electronically
commutated). Bei diesen Elektromotoren ist der Stator aus einzelnen
Statorblechen schichtweise aufgebaut und die Wicklungen sind um diesen
Stator auf Isolierelemente gewickelt. Da an einem Stator mehrere
Wicklungen angeordnet sind, existiert für jede einzelne Wicklung ein
Anfangs- und ein Enddraht. Da es bei derartigen Elektromotoren mehrere
Wicklungen gibt, sind teure und komplexe Verschaltungsgitter notwendig,
die die Enddrähte
der einzelnen Wicklungen mit den Stromversorgungsleitungen für diese
Wicklungen verbinden. Auf diese Weise entstehen unzählige Kontaktierungsstellen, die
sowohl in Bezug auf die Fertigungsschritte bei der Herstellung des
Elektromotors als auch in Bezug auf die Ausfallhäufigkeit des Elektromotors
einen Einfluss haben.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
elektrische Maschine bereitzustellen, der auf besonders einfache
Weise herstellbar ist und bei dem komplexe Verschaltungsgitter für die Wicklungen
entfallen können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst.
Danach weist der Stator mehrere erste bewickelte Isolierelemente,
die nacheinander mit demselben ersten Wicklungsdraht bewickelt sind,
und mehrere zweite Isolierelemente auf, die nacheinander mit demselben
zweiten Wicklungsdraht bewickelt sind.
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Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass bei
der Verwendung eines Wicklungsdrahts nacheinander bei mehreren als
Spulenkörper
dienenden Isolierelementen die Anzahl der Wicklungsdrahtenden erheblich
reduziert werden kann. Es können
beispielsweise bei einem bürstenlosen
EC-Elektromotor drei gegeneinander versetzte Wicklungspakete verwendet
werden, um das elektromagnetische Drehfeld zu erzeugen. Dazu können am
Stator in abwechselnder Reihenfolge zunächst ein Isolierelement des ersten
Wicklungspakets, dann das zweite Isolierelement des nächsten Wicklungspakets
und schließlich das
dritte Isolierelement des dritten Wicklungspakets aufeinanderfolgend
angeordnet sein, worauf dann wieder das erste bewickelte Isolierelement
des ersten Wicklungspakets und so weiter folgt. Die Isolierelemente
des ersten Wicklungspakets sind dann mit demselben ersten Wicklungsdraht
fortlaufend bewickelt, so dass im ersten Wicklungspaket nur zwei Enddrähte bestehen.
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Der Kern der Erfindung besteht darin,
die Enddrähte
dadurch zu reduzieren, dass derselbe erste Wicklungsdraht zusammen
mit mehreren Isolierelementen verwendet wird. Dadurch entstehen
verkettete Spulenkörper
in Form der Isolierelemente, die dann gemeinsam als Wicklungspaket
am Stator eingesetzt werden. Beim letzten Isolierelement wird der Enddraht
dann aus dem Stator herausgeführt.
Der Vorteil der Erfindung besteht in der Minimierung der Wicklungsdrahtenden
im Stator. Beispielsweise sind bei drei Wicklungspaketen sechs wicklungsdrahtenden
vorhanden. Je nach Verschaltungsprinzip kann dann auf ein komplexes
Verschaltungsgitter völlig verzichtet
werden oder das Verschaltungsgitter ist erheblich vereinfacht. Dadurch
kann die Motorhöhe des
Elektromotors verringert werden. Es existieren weniger Kontaktierungsstellen
zwischen Wicklungsdraht und Verschaltungsgitter, wodurch Leitungsprobleme
an den Lötstellen
reduziert werden. Schließlich
sind erheblich weniger Fertigungsschritte am Elektromotor notwendig,
was die Kosten des Elektromotors reduziert.
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Die Isolierelemente können als
rahmen- oder ringförmige
Spulenkörper
ausgebildet sein, um die der Wicklungsdraht am Umfang in rinnenartigen
Aufnahmen gewickelt ist. Die derartig ausgebildeten Isolierelemente
können
dann um oder an Statorstegen des Elektromotors oder an Zapfen des
Stators aufsteckbar sein. Dazu ist der Stator bevorzugt mehrteilig
ausgebildet, wobei ein ringförmiger
Rückschlussring
den Stator zusammenhält
und den Weg für
den elektromagnetischen Fluss bildet. Innerhalb oder außerhalb
des Rückschlussrings
kann ein Zahnring angeordnet sein, so dass jeder Zahn einen Statorsteg bildet.
Zwischen den Statorstegen und gegebenenfalls dem Rückschlussring
sind Wicklungsnuten gebildet, innerhalb derer Wicklungsteile oder
die gesamte Wicklung angeordnet sind. Alternativ zum Zahnring können auch
Einzelzähne
die Statorstege bilden, wobei die Einzelzähne dann am Rückschlussring
befestigt sind.
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Die Statorstege des Stators sind
bevorzugt zu den rahmenoder ringförmigen Isolierelementen passend
ausgebildet, so dass die Isolierelemente mit den Wicklungen formschlüssig an
den Statorstegen befestigbar sind. Wenn innerhalb des Rück schlussrings
ein Zahnring angeordnet ist, können
um die zahnförmigen
Statorstege die rahmenförmigen
Isolierelemente mit der darum angeordneten Wicklung aufgesteckt
sein. Auf diese Weise ist eine Wicklungshälfte an einer Seite des zahnförmigen Statorsteges und
die andere Wicklungshälfte
an der anderen Seite des Statorsteges angeordnet. Die Isolierkörper mit den
Wicklungen umgreifen also bei dieser Ausführungsform die Statorstege.
Im einfachsten Fall ist dann pro Statorsteg des Zahnrings ein rahmenförmiges Isolierelement
aufgesteckt. Beispielsweise sind dann bei drei Wicklungspaketen
mit jeweils drei Isolierelementen neun zahnförmige Statorstege am Zahnring
vorhanden. Bei diesem Teilungsprinzip am Stator kann jeweils ein
einzelnes Isolierelement als Spulenkörper auf den entsprechenden
Zahn aufgeschoben werden, und die Wicklungsenden jedes Wicklungspaketes
werden dann über
ein einfaches Verschaltungsgitter mit den Stromzuführungen
verschaltet.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung
ist der mehrteilige Stator des Elektromotors als hohlzylindrischer
Rückschlussring
ausgebildet, und ein konzentrisch dazu angeordneter Zahnring ist
innerhalb des Rückschlussrings
angeordnet. Mehrere mit einem Wicklungsdraht versehene Isolierelemente
sind dann an dem innen angeordneten Zahnring befestigt. Der Zahnring
bildet einen einteiligen Statorteil und wird mit den daran befestigten
Isolierelementen am Rückschlussring
festgelegt. Die Isolierelemente können an einer Seite Rastnasen
aufweisen, um an einem der Zähne,
an den Statorstegen oder am Stator des Elektromotors befestigbar
zu sein.
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Bei dem Herstellungsverfahren des
Stators für
den Elektromotor wird der Wicklungsdraht um ein erstes Isolierelement
im oder gegen den Uhrzeigersinn gewickelt, und der erste Wicklungsdraht
wird anschließend
im gleichen Wicklungssinn um das folgende Isolierelement gewickelt.
Dieses wicklungsverfahren wird so lange fortgeführt, bis sämtliche Isolierelemente des
Wicklungspakets mit dem ersten Wicklungsdraht bewickelt sind.
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Dazu werden mehrere der Isolierelemente so
in einer Wickelmaschine angeordnet, dass diese nacheinander die
Isolierelemente bewickeln kann, bis ein Wicklungspaket fertig ist.
Danach wird dann das zweite Wicklungspaket mit einem zweiten Wicklungsdraht
vollständig
bewickelt und so weiter. Die auf diese Weise verschalteten, als
Spulenkörper
dienenden Isolierelemente werden nach dem Bewickeln auf die Statorstege
bzw. Statorzähne
gesteckt, und der Stator wird zusammengebaut. Dabei kann ein Zahnring
mit den aufgesteckten Isolierelementen und der daran angeordneten
Wicklung in einen Rückschlussring
eingeschoben und dort befestigt werden. Nun können die Wicklungsdrahtenden
durch ein einfaches Verschaltungsgitter miteinander bzw. mit den Stromanschlüssen verbunden
werden. Auf diese Weise kann ein in der Höhe kleinbauender Elektromotor
hergestellt werden, da komplizierte Verschaltungsgitter entfallen
und die Wicklungen innerhalb von Wicklungsnuten im Stator angeordnet
sind.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere
auf bürstenlose
Elektromotoren wie Asynchron-, Synchron- oder EC-Motoren. Da erfindungsgemäß ein besonderer
Aufbau des Stators beschrieben ist, lässt sich die Erfindung aber
auch mit Wechselstrom- und Gleichstrommotoren verwenden, soweit
dabei eine Statorwicklung vorgesehen ist.
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ZEICHNUNG
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Die Erfindung wird im Folgenden in
Zusammenhang mit mehreren Ausführungsformen
des Elektromotors näher
beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,
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1 eine
Ansicht eines ersten Wicklungspakets mit drei Isolierelementen und
der erfindungsgemäß vorgesehenen
Wicklung,
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2 eine
Ansicht des erfindungsgemäßen Stators
mit dem auf die Statorstege aufgesetzten Wicklungspaket gemäß 1,
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3 eine
Querschnittansicht durch zwei mögliche
Stator-Aufbauarten,
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4 die
Anordnung von drei Isolierelementen, wie diese beim Bewickeln in
einer Wickelmaschine angeordnet sind, und
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5 eine
Draufsicht auf die Wicklungsdrahtenden und die Wicklungen auf den
jeweiligen Isolierelementen eines ersten Wicklungspakets.
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BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Der Stator 1 der elektrischen
Maschine, wobei es sich um einen Elektromotor oder einen Generator
handeln kann, weist einen Rückschlussring 2 auf,
der bei der gezeigten Ausführungsform
den Stator 1 an dessen äußerer Seite
begrenzt. Innerhalb des Rückschlussrings 2 ist
ein Zahnring 3 vorgesehen, dessen Zähne Statorstege 4 bilden.
Um die Statorstege 4 sind drei Isolierelemente 5, 6, 7 angeordnet,
die zusammen ein erstes Wicklungspaket bilden.
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Zwischen dem außen liegenden Rückschlussring 2 des
Stators 1 und den bei dieser Ausführungsform vorhandenen neun
Statorstegen 4 sind Wicklungsnuten 8 angeordnet,
in denen jeweils die um die Isolierelemente 5, 6, 7 gewickelten
Wicklungsdrähte
ihren Platz finden. Der Stator 1, der Rückschlussring 2 sowie
der Zahnring 3 können
in herkömmlicher
Weise aus Statorblechpaketen schichtförmig aufgebaut sein.
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Wie in 1 gut
zu erkennen ist, sind die drei Isolierelemente 5, 6, 7 des
ersten Wicklungspakets mit dem Wicklungsdraht 9 von innen
nach außen gesehen,
gleichsinnig und beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn bewickelt.
Ausgehend vom Wicklungsdrahtende 10 ist die Wicklung mehrfach
um das erste Isolierelement 5 herumgeführt und wird dann ohne Unterbrechung
hin zum zweiten Isolierelement 6 geführt, wo der Wicklungsdraht 9,
von innen gesehen, im gleichen Wicklungssinn um das Isolierelement 6 herumgeführt ist.
Danach wird der Wicklungsdraht 9 zum dritten Isolierelement 7 des
ersten Wicklungspakets geführt
und dort ebenfalls gleichsinnig gewickelt. Die Isolierelemente sind
rahmenförmig
ausgeführt, wobei
innen eine Ausnehmung vorhanden ist, die formschlüssig zu
den Statorstegen 4 des Zahnrings 3 passt. Rastnasen 11 sind
an den Isolierelementen 5, 6, 7 angeordnet,
um diese am Stator 1 im eingebauten Zustand festzulegen.
Die Isolierelemente 5, 6, 7 weisen an
deren Umfang rinnenartige Aufnahmen 12 für den Wicklungsdraht 9 auf,
so dass dieser im gewickelten Zustand in seiner Position gehalten
wird. Außerdem
weisen die Isolierelemente 5, 6, 7 Drahtführungselemente 13 auf,
die den Wicklungsdraht 9 in der vorgesehenen Richtung zum
nächsten
Isolierelement 6 oder 7 weiterführen.
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In 3 sind
zwei Ausführungsformen
für den
erfindungsgemäßen Stator
in einer Querschnittsdarstellung gezeigt. In der linken Darstellung
ist der Stator 1 mit dem Zahnring 3 und den durch
die Zähne des
Zahnrings 3 gebildeten Statorstege 4 gezeigt, wie
diese die Wicklungsnuten 8 ausbilden. Der Zahnring 3 ist
konzentrisch innerhalb des Rückschlussrings 2 angeordnet.
In der rechten Darstellung der 3 ist
eine alternative Ausführungsform
des Stators 1 mit einzelnen Zähnen 14 dargestellt.
Die einzelnen Zähne 14 sind
innerhalb des Rückschlussrings 2 befestigt,
so dass ebenfalls Wicklungsnuten 8 zwischen den Zähnen 14 entstehen,
so dass Wicklungen oder Wicklungsteile jeweils in diesen Wicklungsnuten 8 angeordnet
sind. Die Isolierelemente 5, 6, 7 werden
um die Zähne 14 angeordnet
und beim Zusammenbau des Stators 1 insgesamt in den Rückschlussring 2 entlang
dessen Längsachse
eingeschoben.
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In 4 sind
die bewickelten Isolierelemente 5, 6, 7 gezeigt,
wie diese in eine Wickelmaschine eingesetzt werden. Dadurch kann
die Wickelmaschine im Wickelsinn den einteiligen Wicklungsdraht 9 um
alle drei Isolierelemente 5, 6, 7 des
ersten Wicklungspakets gleichzeitig wickeln. Erst am Ende des Wickelvorgangs
wird der Wicklungsdraht 9 abgetrennt, und die Wickelmaschine
wickelt dann die Isolierelemente für das nächste Wicklungspaket und so weiter.
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In 5 ist
schließlich
noch eine Draufsicht auf die auf den Isolierelementen 5, 6, 7 angeordnete Wicklung
gezeigt. Wenn das Wicklungspaket entsprechend dieser Darstellung
in der Wickelmaschine bewickelt ist, kann es im folgenden Zusammenbauverfahren
sehr einfach auf die Statorstege 4, 14 des Stators 1 aufgesetzt
werden und dann innerhalb des Rückschlussrings 2 zusammen
mit dem Zahnring 3 eingeführt werden. Wie in der 5 ersichtlich ist, lässt sich
bei diesem Wicklungsverfahren die ordnungsgemäße Bewicklung des Stators 1 sehr
einfach nachweisen. Eine Zerstörung
des Wicklungsdrahts 9 lässt
sich insbesondere an den Übergängen zwischen
den Isolierelemente 5, 6, 7 durch eine
Sichtkontrolle leicht erkennen.
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Um den Stator 1 komplett
fertig zu stellen, werden in den in 2 dargestellten
Stator 1 nacheinander die Isolierelemente 5, 6, 7 des
ersten Wicklungspakets und um jeweils einen Statorsteg 4 nach rechts
versetzt die drei Isolierelemente des zweiten Wicklungspakets und
schließlich
um jeweils einen Statorsteg 4 versetzt die drei Isolierelemente
des dritten Wicklungspakets auf den Zahnring 3 aufgesetzt. Danach
werden die bewickelten Isolierelemente 5, 6, 7
u.a. insgesamt mit dem Zahnring 3 in den Rückschlussring 2 eingeschoben
und dort befestigt.
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Der auf diese Weise aufgebaute Stator 1 hat eine
sehr geringe Anzahl von Wicklungsdrahtenden 10 und kann
deswegen und wegen der erfindungsgemäßen Anordnung der Isolierelemente 5, 6, 7 sehr kompakt
aufgebaut werden.