DE20102590U1 - Winding arrangement for an electrical machine, in particular an electric motor - Google Patents
Winding arrangement for an electrical machine, in particular an electric motorInfo
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Description
M5364/VII/bjM5364/VII/bj
ebm Werke GmbH & Co. KG Bachmühle 2, 74673 Mulfingen ebm Werke GmbH & Co. KG Bachmühle 2, 74673 Mulfingen
"Wicklungsanordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor""Winding arrangement for an electrical machine, in particular an electric motor"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung für eine elektrische Maschine, wie Elektromotor oder Generator, bestehend aus einem metallischen, insbesondere als Blechpaket ausgeführten Wickelkern sowie durch Nuten des Wickelkerns verlaufenden und außerhalb der Nuten auf Stirnseiten des Wickelkerns jeweils einen Wickelkopf bildenden Wicklungen, wobei die Wicklungen im Bereich jedes Wickelkopfes mindestens zwei übereinanderliegende Wickellagen bilden.The present invention relates to a winding arrangement for an electrical machine, such as an electric motor or generator, consisting of a metallic winding core, in particular designed as a laminated core, and windings running through grooves of the winding core and forming a winding head outside the grooves on the end faces of the winding core, wherein the windings form at least two superimposed winding layers in the region of each winding head.
Die DD 288 940 beschreibt eine Anordnung zur Phasenisolation im Wickelkopf bei elektrischen Maschinen, insbesondere bei Statorwicklungen bei Außenläufermotoren. Dabei sind aus Isolierstoff bestehenden Endscheiben stirnseitig auf dem Blechpaket angeordnet, und diese Stirnscheiben, welche die Polzähne und das Blechpaket abdecken, sind mit axial gerichteten, starren Kammern versehen, die entsprechend der jeweiligen Wicklungsart und dem Wickelschritt angeordnet werden. Dadurch werden starre Kammersysteme mit starren Spurenkammern gebildet. Dies führt aber nachteiligerweise zu einer großen Bauhöhe bedingt durch große Luftspalte.DD 288 940 describes an arrangement for phase insulation in the winding head of electrical machines, particularly in stator windings of external rotor motors. End plates made of insulating material are arranged on the front side of the laminated core, and these end plates, which cover the pole teeth and the laminated core, are provided with axially directed, rigid chambers that are arranged according to the respective winding type and the winding pitch. This creates rigid chamber systems with rigid track chambers. However, this disadvantageously leads to a large overall height due to large air gaps.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wicklungsanordnung der genannten Art zu schaffen, die bei kompakter Bauform eine Isolation der Wicklungslagen (Phasenstränge) bei gleichzeitiger Abstützung der Wickellagen sowie dadurch einen wirtschaftlichen automatischen Wickelablauf gewährleistet.The present invention is based on the object of creating a winding arrangement of the type mentioned which, with a compact design, ensures insulation of the winding layers (phase strands) while simultaneously supporting the winding layers and thus an economical automatic winding process.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zwischen den Wickellagen jeweils ein im Wesentlichen scheibenförmiges, aus einem elastischen, verformbaren, elektrisch isolierenden Material bestehendes Trennelement im Wesentlichen spaltfrei an die Wicklungen angeschmiegt angeordnet ist.According to the invention, this is achieved in that a substantially disc-shaped separating element consisting of an elastic, deformable, electrically insulating material is arranged between the winding layers in a manner that is essentially gap-free and nestles against the windings.
Damit unterscheidet sich die vorliegende Erfindung grundlegend vom Stand der Technik, indem anstatt eines starren, große Spalte erzeugenden Systems elastisch verformbare Trennelemente vorgesehen sind, die jeweils nach Aufbringen der nächsten Wickellage unter anschmiegender Verformung im Wesentlichen spaltfrei zwischen den Wickellagen sitzen. Das bzw. jedes erfindungsgemäße Trennelement weist dabei mit Vorteil auf seiner vom Wickelkern wegweisenden Seite Fixiermittel für die Wicklungen der nächsten Wickellage auf, und zwar insbesondere in Form vom stegartigen Halteansätzen, die an den Verlauf der Wicklungen der nächsten Wickellage so angepaßt sind, dass sie die Wicklungen gegen radiales Abrutschen vom Trennelement fixieren. Das/jedes Trennelement ist zudem mit Vorteil auf seiner anderen, dem Wickelkern zugekehrten Seite derart kappenartig mit einem die Wickellage übergreifenden Randsteg ausgebildet, dass es' selbstfixierend auf die Wicklungen der jeweils unteren Wickellage aufsetzbar ist.The present invention therefore differs fundamentally from the prior art in that, instead of a rigid system that creates large gaps, elastically deformable separating elements are provided which, after the next winding layer has been applied, are deformed to conform to the shape and sit essentially gap-free between the winding layers. The or each separating element according to the invention advantageously has fixing means for the windings of the next winding layer on its side facing away from the winding core, in particular in the form of web-like holding projections which are adapted to the course of the windings of the next winding layer in such a way that they fix the windings against radial slipping off the separating element. The or each separating element is also advantageously designed on its other side, facing the winding core, in such a way that it is cap-like with an edge web that spans the winding layer so that it can be placed in a self-fixing manner on the windings of the lower winding layer.
Somit liegt das/jedes Trennelement zunächst nur auf den jeweils unteren Wicklungen punkt- bzw. linienförmig tangential auf, so dass noch ein Luftspalt besteht, der aber nach dem Wickeln der nächsten Wickellage durch Verformung des Trennelementes fast vollständig beseitigt wird.Thus, the/each separating element initially rests tangentially only on the lower windings in a point-like or linear manner, so that an air gap still exists, which is, however, almost completely eliminated after the winding of the next winding layer by deformation of the separating element.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.Further advantageous features of the invention are contained in the subclaims and the following description.
Anhand von in der Zeichnung veranschaulichten, bevorzugten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung genauer erläutert werden. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to preferred embodiments illustrated in the drawings.
Fig. 1 bis 4Fig. 1 to 4
jeweils eine Perspektivansicht auf eine Stirnseite eines Wickelkerns in unterschiedlichen Zuständen während der Herstellung bzw. Bewicklung, und zwara perspective view of a front side of a winding core in different states during production or winding, namely
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Fig. 1 mit der ersten Wickellage,Fig. 1 with the first winding layer,
Fig. 2 mit erster und zweiter Wickellage sowie einem dazwischen angeFig. 2 with first and second winding layer and a
ordneten, erfindungsgemäßen Trennelement,arranged separating element according to the invention,
Fig. 3 mit zusätzlicher dritter Wickellage und einem weiteren, zwischenFig. 3 with additional third winding layer and another, between
zweiter und dritter Wickellage sitzenden Trennelement,separating element located in the second and third winding layers,
Fig. 4 die fertige Anordnung mit einem zusätzlichen, ringkappenartigenFig. 4 the finished arrangement with an additional ring cap-like
Abdeckteil,cover part,
Fig. 5 eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform eines erfinFig. 5 is a perspective view of a first embodiment of an inventive
dungsgemäßen Trennelementes auf seine eine, vom Wickelkern wegweisende Seite,separating element according to the invention on its one side facing away from the winding core,
Fig. 6 eine Perspektivansicht des Trennelementes nach Fig. 5 auf seineFig. 6 is a perspective view of the separating element according to Fig. 5 on its
andere, dem Wickelkern zugekehrte Seite,other side facing the winding core,
Fig. 7 und 8 Ansichten analog zu Fig. 5 und 6 einer zweiter Ausführung desFig. 7 and 8 views analogous to Fig. 5 and 6 of a second embodiment of the
Trennelementes undseparating element and
Fig. 9 und 10 weitere Ansichten analog zu Fig. 5 und 6 bzw. Fig. 7 und 8 einerFig. 9 and 10 further views analogous to Fig. 5 and 6 or Fig. 7 and 8 of a
dritten Ausführung des Trennelementes.third version of the separating element.
Die Erfindung sei hier beispielhaft anhand eines Stators für einen Elektro- Außenläufermotor beschrieben, und zwar als spezielles Beispiel für einen dreiphasigen Motor. Die Erfindung ist jedoch keineswegs darauf beschränkt.The invention is described here by way of example using a stator for an electric external rotor motor, specifically as a three-phase motor. However, the invention is in no way limited thereto.
Gemäß Fig. 1 bis 4 besteht eine erfindungsgemäße Wicklungsanordnung aus einem metallischen, im Wesentlichen zylindrischen Wickelkern 2, der in aller Regel als Blechpaket ausgeführt ist. Der Wickelkern 2 weist über seinen Umfang verteilt angeordnete, axial verlaufende Nuten 4 auf, in die Draht- Wicklungen 6 eingelegt sind. Außerhalb derAccording to Fig. 1 to 4, a winding arrangement according to the invention consists of a metallic, essentially cylindrical winding core 2, which is usually designed as a laminated core. The winding core 2 has axially extending grooves 4 distributed over its circumference, into which wire windings 6 are inserted. Outside the
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Nuten 4 auf Stirnseiten des Wickelkerns 2 verlaufen die Wicklungen 6 je nach Wicklungsart jeweils von einer Nut zu einer bestimmten anderen Nut 4, wodurch auf den Stirnseiten des Wickelkerns 2 jeweils ein Wickelkopf 8 gebildet ist. Dabei bilden die Wicklungen 6 im Bereich des jeweiligen Wickelkopfes 8 mindestens zwei, im dargestellten Beispiel drei übereinanderliegende Wickellagen A, B und C.Depending on the type of winding, the windings 6 run from one groove to a specific other groove 4 in grooves 4 on the front sides of the winding core 2, whereby a winding head 8 is formed on each of the front sides of the winding core 2. The windings 6 form at least two, in the example shown three, superimposed winding layers A, B and C in the area of the respective winding head 8.
Erfindungsgemäß ist jeweils zwischen zwei Wickellagen A und B sowie B und C ein neuartiges Trennelement 10 vorgesehen. Jedes Trennelement 10 ist im Wesentlichen scheibenförmig, relativ dünnwandig (Scheibendicke beispielsweise etwa 0,7 bis 1,5 mm) ausgebildet und besteht aus einem elektrisch isolierenden, elastisch verformbaren Material. Dadurch sitzt jedes Trennelement 10 im fertig bewickelten Zustand des Wickelkerns 2 bzw. des Stators erfindungsgemäß im Wesentlichen spaltfrei an die Wicklungen 6 angeschmiegt zwischen den jeweiligen Wickellagen A, B; B, C.According to the invention, a new type of separating element 10 is provided between two winding layers A and B and B and C. Each separating element 10 is essentially disk-shaped, relatively thin-walled (disk thickness, for example, about 0.7 to 1.5 mm) and consists of an electrically insulating, elastically deformable material. As a result, each separating element 10 sits, in the fully wound state of the winding core 2 or the stator, essentially without a gap on the windings 6 between the respective winding layers A, B; B, C.
Jedes Trennelement 10 ist auf seiner einen, dem Wickelkern 2 zugekehrten Seite (vergleiche dazu Fig. 6, 8 und 10) derart kappenartig mit einem die jeweils untere Wickellage A bzw. B übergreifenden Randsteg 12 ausgebildet, dass es selbstfixierend auf die Wicklungen 6 der jeweils unteren Wickellage A bzw. B aufsetzbar ist (siehe dazu Fig. 2 und 3). Nach Aufbringen der jeweils nächsten Wickellage B bzw. C sitzt dann das jeweilige Trennelement 10 unter anschmiegender Verformung im Wesentlichen spaltfrei zwischen den Wickellagen A und B bzw. B und C (siehe dazu Fig. 2 und 3).Each separating element 10 is designed on its one side facing the winding core 2 (see Fig. 6, 8 and 10) in such a cap-like manner with an edge web 12 that overlaps the respective lower winding layer A or B, that it can be placed in a self-fixing manner on the windings 6 of the respective lower winding layer A or B (see Fig. 2 and 3). After the next winding layer B or C has been applied, the respective separating element 10 then sits with a conforming deformation essentially without a gap between the winding layers A and B or B and C (see Fig. 2 and 3).
Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführung des Trennelementes 10 ist insbesondere zur Anordnung zwischen der ersten Wickellage A und der zweiten Wickellage B vorgesehen. Das zwischen der zweiten Wickellage B und der dritten Wickellage C anzuordnende Trennelement 10 kann gleichartig ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist aber eine etwas modifizierte Ausführung, wie sie in Fig. 7 und 8 veranschaulicht ist. Dabei weist das Trennelement 10 auf seiner dem Wickelkern 2 zugekehrten Seite einerseits zusätzliche, stiftartige Stützelemente 14 sowie andererseits den Randsteg 12 bereichsweise verbreiternde Stegabschnitte 16 auf.The design of the separating element 10 shown in Figs. 5 and 6 is intended in particular for arrangement between the first winding layer A and the second winding layer B. The separating element 10 to be arranged between the second winding layer B and the third winding layer C can be designed in the same way. However, a slightly modified design is particularly advantageous, as shown in Figs. 7 and 8. The separating element 10 has, on the one hand, additional pin-like support elements 14 on its side facing the winding core 2 and, on the other hand, web sections 16 which widen the edge web 12 in certain areas.
Auf seiner anderen, vom Wickelkern 2 wegweisenden Oberseite weist jedes Trennelement 10 Fixiermittel 18 für die Wicklungen 6 der jeweils nächsten WickellageOn its other upper side, facing away from the winding core 2, each separating element 10 has fixing means 18 for the windings 6 of the next winding layer
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B bzw. C auf. Diese Fixiermittel 18 sind im dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel durch stegförmige Halteansätze 20 gebildet, die an den Verlauf der jeweils gegen Abrutschen zu fixierenden Wicklungen 6 der jeweiligen Wicklungslage angepaßt sind.B or C. In the preferred embodiment shown, these fixing means 18 are formed by web-shaped holding projections 20 which are adapted to the course of the windings 6 of the respective winding layer which are to be fixed against slipping.
Weiterhin weist jedes Trennelement 10 in Anpassung an Lage und Verlauf der Wicklungen 6 der jeweils zu überdeckenden Wickellage A bzw. B eine etwa polygonale, im dargestellten Anwendungsfall nach Fig. 1 bis 8 im Wesentlichen quadratische Flächenform mit einer zentrischen Öffnung 22 zum Aufsetzen auf einen hohlzylindrischen Stirnisolationsschaft 24 des Wickelkerns 2 auf. Wie sich aus Fig. 1 bis 3 ergibt, resultiert die bevorzugt mit "abgeschnittenen" bzw. weggelassenen Ecken etwa quadratische, und daher eigentlich achteckige Flächenform aus dem Verlauf der Wicklungen 6 der jeweiligen Wicklungslage, da die Wicklungen 6 gemeinsam ebenfalls etwa ein Quadrat bilden.Furthermore, each separating element 10 has an approximately polygonal surface shape, in the illustrated application according to Fig. 1 to 8 essentially square, with a central opening 22 for placement on a hollow cylindrical end insulation shaft 24 of the winding core 2, in adaptation to the position and course of the windings 6 of the respective winding layer A or B to be covered. As can be seen from Fig. 1 to 3, the approximately square and therefore actually octagonal surface shape, preferably with "cut off" or omitted corners, results from the course of the windings 6 of the respective winding layer, since the windings 6 together also form approximately a square.
Die Erfindung kann jedoch auch bei beliebigen anderen Wicklungsarten vorgesehen sein. In Fig. 9 und 10 ist beispielhaft das Trennelement 10 für die Verwendung bei einer sechspoligen Maschine ausgelegt. Das Trennelement 10 weist dabei eine im Wesentlichen sternartige Form auf.However, the invention can also be provided for any other type of winding. In Figs. 9 and 10, the separating element 10 is designed for use in a six-pole machine by way of example. The separating element 10 has a substantially star-like shape.
Bevorzugt ist jedes Trennelement 10 als Kunststoff-Formteil ausgebildet. Für die angestrebten elastischen Verformungseigenschaften ist es vorteilhaft, das Trennelement 10 beispielsweise aus einem Polyamid herzustellen. Besonders geeignet ist PA 6 GV 25 oder ein Material mit der Bezeichnung Ultramid A3X2GV5 (Ultramid ist eine eingetragene Marke der Firma BASF).Preferably, each separating element 10 is designed as a plastic molded part. For the desired elastic deformation properties, it is advantageous to manufacture the separating element 10 from a polyamide, for example. PA 6 GV 25 or a material called Ultramid A3X2GV5 (Ultramid is a registered trademark of BASF) is particularly suitable.
Der Wickelkern 2 ist bevorzugt zur Bildung einer Isolierschicht (nicht bezeichnet) im Bereich seiner Nuten 4 und seiner wickelkopfseitigen Stirnflächen mit Kunststoff umspritzt. Dabei ist vorzugsweise auch auf jeder Stirnseite der Stirnisolationsschaft 24 einstückig angespritzt.The winding core 2 is preferably overmolded with plastic in the region of its grooves 4 and its end faces on the winding head side to form an insulating layer (not designated). The end insulation shaft 24 is preferably also molded in one piece onto each end face.
Gemäß Fig. 4 wird bevorzugt die letzte, oberste Wickellage C mit einem ringkappenartigen Abdeckteil 26 abgedeckt.According to Fig. 4, the last, uppermost winding layer C is preferably covered with a ring cap-like cover part 26.
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Anhand der Fig. 1 bis 4 soll noch kurz der Verlauf der Herstellung bzw. Bewicklung erläutert werden.The process of production and winding will be briefly explained using Fig. 1 to 4.
Gemäß Fig. 1 wird zunächst eine erste Wicklungsgruppe gewickelt, wodurch die Wickellage A des Wickelkopfes 8 entsteht. Gemäß Fig. 2 wird dann ein erstes Trennelement 10 axial aufgesetzt, bevorzugt in einer Ausführung nach Fig. 5 und 6. Anschließend wird eine zweite Wicklungsgruppe jeweils über das Trennelement 10 hinweg gewickelt. Die Wicklungen 6 der so entstehenden Wickellage B werden durch die Halteansätze 20 fixiert. Gleichzeitig wird durch das Bewickeln das Trennelement 10 so verformt, dass es sich eng an die untere Wickellage A anschmiegt. Es wird ein weiteres Trennelement 10 aufgesetzt, bevorzugt in der Ausführung nach Fig. 7 und 8. Dabei stützen sich die Stützelemente 14 auf dem Wickelkern 2 ab. Die Stegabschnitte 16 erstrecken sich in einem Bereich etwa bis zum Wickelkern 2, in dem die Wicklungen der nächsten Wickellage C (siehe Fig. 3) vom Wickelkopf in den Nuten 4 verlaufen, so dass auch in diesem Bereich eine gute Isolation gewährleistet ist, wenn schließlich die dritte Wicklungsgruppe über das zweite Trennelement 10 hinweg gewickelt wird, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Auch hierbei erfolgt eine anschmiegende Verformung des Trennelementes 10. Abschließend wird gemäß Fig. 4 das Abdeckteil 26 aufgesetzt und vorzugsweise am Stirnisolationsschaft 24 befestigt.According to Fig. 1, a first winding group is wound first, creating the winding layer A of the winding head 8. According to Fig. 2, a first separating element 10 is then placed axially, preferably in a design according to Figs. 5 and 6. A second winding group is then wound over the separating element 10. The windings 6 of the resulting winding layer B are fixed by the holding projections 20. At the same time, the separating element 10 is deformed by the winding so that it fits tightly against the lower winding layer A. A further separating element 10 is placed on top, preferably in the design according to Figs. 7 and 8. The support elements 14 are supported on the winding core 2. The web sections 16 extend in an area approximately up to the winding core 2, in which the windings of the next winding layer C (see Fig. 3) run from the winding head in the grooves 4, so that good insulation is also ensured in this area when the third winding group is finally wound over the second separating element 10, as shown in Fig. 3. Here, too, the separating element 10 is deformed to conform. Finally, according to Fig. 4, the cover part 26 is put on and preferably fastened to the end insulation shaft 24.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.The invention is not limited to the embodiments shown and described, but also includes all embodiments that have the same effect within the meaning of the invention. Furthermore, the invention is not yet limited to the combination of features defined in claim 1, but can also be defined by any other combination of specific features of all the individual features disclosed overall. This means that in principle practically every individual feature of claim 1 can be omitted or replaced by at least one individual feature disclosed elsewhere in the application. In this respect, claim 1 is to be understood as merely a first attempt at formulating an invention.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20020725 |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: EBM-PAPST MULFINGEN GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: EBM WERKE GMBH & CO. KG, 74673 MULFINGEN, DE Effective date: 20040310 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20040528 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20070508 |
|
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20090518 |
|
| R071 | Expiry of right |