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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wandeln von elektrischer
in mechanische Energie und/oder umgekehrt, insbesondere einen Spaltrohrmotor
für eine Umwälzpumpe, sowie einen Wickelkörper
für eine solche Vorrichtung.
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Aus
der
DE 10 2004
030 721 B3 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung
bekannt, wie sie beispielsweise für den Antrieb von Heizungsumwälzpumpen eingesetzt
wird. Die Statorwicklungen werden mit einer Wechselspannung beaufschlagt
und der Rotor ist als Kurzschlussläufer ausgebildet.
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Weiterentwicklungen
derartiger Vorrichtungen werden als Magnetmotoren bezeichnet, bei
denen der Rotor Permanentmagnete aufweist, die einem von den Statorwicklungen
erzeugten, um die Rotationsachse rotierenden Magnetfeld folgen. Durch
die Wahl der Frequenz der Statorwicklungsspannung ist die Drehzahl
derartiger Vorrichtungen regelbar.
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Der
Stator weist in der Regel mehrere Polpaare auf, wobei die Pole und
die zugehörigen Polwicklungen voneinander beabstandet sind.
Wenn die Polwicklungen eines Polpaares durchgehend gewickelt werden
sollen, ist eine aufwendige Wickeltechnik erforderlich, beispielsweise
unter Verwendung einer Nadelwickelmaschine. Dabei sind nur vergleichsweise
geringe Windungszahlen pro Wickelraum möglich, insbesondere
sind keine raumsparenden Lagenwicklungen möglich. Außerdem
müssen zwischen den zu bewickelnden Wickelkörpern
Zwischenräume bestehen bleiben, durch welche die Nadel
hindurch die Bewicklung bewerkstelligen kann. Dies führt
zu einer weiteren nachteiligen Einschränkung des verfügbaren
Wickelraumes. Dadurch wird die Sättigung und Magnetisierung
beeinträchtigt und damit die Leistung der Vorrichtung bzw.
des Motors.
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Bei
einer anderen bekannten Vorrichtung werden die Polschuhe vom Statorjoch
getrennt und in separaten Spulenkörpern einzeln bewickelt
und weisen jeweils zwei Anschlussenden der Wicklung auf. Diese gegenüber
einer Verbundwicklung beispielsweise sechs zusätzlichen
elektrischen Verbindungsstellen beeinträchtigen die Betriebssicherheit
und sind kostenaufwendig. Außerdem müssen die
vom Joch getrennten Polschuhe mit dem Statorjoch aufwendig in die
Ausnehmungen des Jochs hineingepresst und wieder verbunden werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum
Wandeln von elektrischer in mechanische Energie und/oder umgekehrt, insbesondere
einen Spaltrohrmotor für eine Umwälzpumpe, oder
in anderen Worten eine elektrische Maschine, sowie einen Wickelkörper
für eine solche Vorrichtung bereitzustellen, welche die
Nachteile des Standes der Technik überwinden. In einer
Ausführungsart soll die Vorrichtung einfach herstellbar
sein, eine hohe Energieeffizienz aufweisen und einen dauerhaft sicheren
Betrieb gewährleisten.
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Das
Problem ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung und durch
den im nebengeordneten Anspruch bestimmten Wickelkörper
gelöst.
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Besondere
Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen
bestimmt.
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Die
Erfindung löst insbesondere die Aufgabe, beispielsweise
bei einer Vorrichtung mit drei Polpaaren, eine Statorkonstruktion
zu schaffen, mit der das Bewickeln der Polpaare zusammenhängend
im Verbund von einem ersten Pol zum gegenüberliegenden
zweiten Pol ohne Unterbrechung in einer energieeffizienten und exakten
Lagenwicklung schnell und kostengünstig möglich
ist. Jedes Polpaar wird unter Verwendung eines die Polwicklungen
des Polpaares aufnehmenden und vorzugsweise einstückigen
Wickelkörpers hergestellt. Der Wickelkörper ist derart
ausgebildet, dass die zu den Polen zugehörigen Polschuhe
jeweils um 180° versetzt von dem Wickelkörper
aufgenommen werden können. Die Polschuhe können
hierzu zuvor von dem Statorjoch getrennt worden sein, so dass die
Polschuhe in von dem Wickelkörper ausgebildete Ausnahmeöffnungen eingesetzt
werden können. Das Trennen erfolgt dabei derart, dass bei
einem Zusammenführen von Polschuh und Statorjoch im Rahmen
des Herstellens der Vorrichtung eine großfläche
Anlage gewährleistet ist.
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Die
elektrische Verbindung der einander gegenüberliegenden
Polwicklungen erfolgt durch eine Brücke, die ausgehend
von den beiden Polspulen des Wickelkörpers zunächst
abschnittsweise axial so weit verlängert ist, dass sie
anschließend radial und insbesondere diametral verlaufend
stirnseitig über das Spaltrohr der Vorrichtung hinweg verlaufen
kann. In einer Ausführungsart sind die Polspulen oder Polspulenwickelkörper
auf der axial gegenüberliegenden Seite nicht miteinander
verbunden.
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Die
den magnetischen Fluss gut leitenden Polschuhe können über
ein Stanzpaketierverfahren von einem vorzugsweise ringförmig
verlaufenden Statorjoch getrennt werden. Die so vereinzelten Polschuhe
können in die Polspulen des Wickelkörpers eingesetzt
werden. Die Polspulen oder Polspulenwickelkörper können
hierfür eine in Radialrichtung in Bezug auf die Rotationsachse
verlaufende Öffnung aufweisen. Entsprechend dem jeweiligen
Kontext ist nachfolgend der Begriff Polspule oder Polspulenwickelkörper
zur Bezeichnung des Körpers verwendet, auf den die Polwicklung
aufbringbar ist, oder zur Bezeichnung des die Polwicklung aufweisenden
elektrischen Bauelements.
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Bei
einer Vorrichtung mit drei Polschuhpaaren können drei Wickelkörper
verwendet werden. Diese können im Wesentlichen gleich ausgebildet sein
und sich lediglich in der Ausbildung, insbesondere in der axialen
Höhe, des die beiden Polspulen oder Polspulenwickelkörper
miteinander verbindenden Verbindungselements unterscheiden.
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Die
mit den Polschuhen bestückten Wickelkörper können
bei der Herstellung der Vorrichtung in das ringförmige
Statorjoch eingesetzt werden. Anschließend wird das Spaltrohr
der Vorrichtung in die ringförmige Anordnung der Wickelkörper
eingesetzt. Dabei kommt das Spaltrohr in Anlage an das radial innere
Ende der Polschuhe. Die Polschuhe der einzelnen Wickelkörper
werden radial nach außen gedrückt und dabei in
Anlage an das ringförmige Statorjoch gepresst und dort
fixiert. Die Verbindung zwischen Polschuh und Statorjoch kann noch
gesichert werden, beispielsweise durch Kleben, Löten, Schweißen
oder Stauchen.
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In
einer Ausführungsart ist die Aufgabe gelöst durch
eine Vorrichtung zum Wandeln von elektrischer in mechanische Energie
und/oder umgekehrt, insbesondere durch einen Spaltrohrmotor für
eine Umwälzpumpe, mit einem um eine Rotationsachse rotierenden
Rotor und einem Stator, wobei der Stator ein Polpaar mit Polwicklungen
aufweist, und wobei die Polwicklungen des Polpaares über
einen mindestens teilweise radial in Bezug auf die Rotationsachse verlaufenden
Verbindungsabschnitt der Wicklung durchgehend gewickelt sind und
unterbrechungsfrei elektrisch miteinander verbunden sind.
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Dadurch
ist es nicht erforderlich, die Polwicklungen des Polpaares durch
eine Kontaktstelle elektrisch miteinander zu verbinden. Durch das
Einsparen einer solchen Kontaktstelle ist die Betriebssicherheit
der Vorrichtung erhöht. Weiterhin ist vorteilhaft, dass
eine kostengünstige und betriebssichere Lagenwickelmaschine
zum Wickeln der Polspulen eingesetzt werden kann. Außerdem
kann mit einfachen Mitteln eine geordnete Lagenwicklung gewährleistet werden,
durch die wiederum ein hoher Füllfaktor erreichbar ist,
insbesondere ein höherer Füllfaktor als durch
eine mit einer Nadelwickelmaschine hergestellten Wicklung. Damit
wiederum ist eine höhere Energieeffizienz der Vorrichtung
erreichbar.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die Verbindungsabschnitte zwischen
den Polwicklungen eines Polpaares bei einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung kurz sind, und dadurch ein geringerer Materialeinsatz
erforderlich ist und geringere Verluste entstehen, gegenüber
einer Ausführung, bei welcher die Verbindungsabschnitte
zwischen den Polwicklungen eines Polpaares radial außenseitig
in Umfangsrichtung verlegt werden, wie dies beispielsweise bei der Verwendung
einer Nadelwickelmaschine der Fall ist.
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In
einer Ausführungsart verläuft die Verbindungsleitung
der Wicklung zwischen zwei Polwicklungen eines Polpaares mindestens
teilweise diametral von einer ersten Polwicklung des Polpaares zu der
in Bezug auf die Rotationsachse gegenüberliegenden zweiten
Polwicklung des Polpaares. Dadurch ist ein möglichst kurzer
Verbindungsabschnitt gewährleistet.
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In
einer Ausführungsart weist die Vorrichtung mehrere Polpaare
auf, insbesondere drei Polpaare mit jeweils zwei Polwicklungen,
d. h. insgesamt sechs Polwicklungen. Im Bereich der Polwicklungen eines
ersten Polpaares sind die Anschlüsse, insbesondere Steck-
oder Schraubanschlüsse, für die elektrische Energieversorgung
aller Polwicklungen angeordnet. Hierzu kann ein erster Wickelkörper
des ersten Polpaares im Bereich einer oder beider Polspulen jeweils
ein Anschlusselement aufweisen.
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Das
Anschlusselement weist mindestens eine, vorzugsweise mehrere Aufnahmeöffnungen
für das Einsetzen von elektrischen Kontaktorganen auf, mittels
denen die Polwicklungen elektrisch kontaktierbar und/oder miteinander
verbindbar sind. Das Anschlusselement kann beispielsweise eine mit
der Anzahl der Polpaare übereinstimmende Anzahl von Aufnahmeöffnungen
aufweisen. Zu einem ersten Anschlusselement des Wickelkörpers
können alle Anschlussleitungen der Polwicklungen aller
Polpaare zugeführt werden, die von extern mit einer elektrischen
Versorgungs- oder Betriebsspannung beaufschlagt werden müssen.
Zu dem gegenüberliegenden zweiten Anschlusselement des
Wickelkörpers können die jeweils zweiten Anschlussleitungen
der Polwicklungen aller Polpaare zugeführt werden, die dort
miteinander elektrisch verbindbar sein können, beispielsweise
zum Bereitstellen einer sternförmigen Verschaltung der
Wicklungen der Polpaare.
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In
einer Ausführungsart sind die Anschlüsse der zur
ersten Polwicklung des ersten Polpaares benachbarten ersten Polwicklungen
der weiteren Polpaare in Umfangsrichtung verlaufend zu der ersten Polwicklung
des ersten Polpaares, insbesondere zu dem ersten Anschlusselement
des Wickelkörpers des ersten Polpaares, zugeführt.
Dadurch können die zugehörigen Anschlussleitungen
kurz sein.
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In
einer Ausführungsart sind die Anschlüsse für
die elektrische Energieversorgung aller Polwicklungen axial beabstandet
von den Polwicklungen angeordnet. Insbesondere können die
Anschlüsse in einen axial in Richtung der Rotationsachse
von den Statorwicklungen beabstandeten Anschlussraum der Vorrichtung
hineingeführt sein. Hierzu kann das Anschlusselement des
Wickelkörpers eine solche Länge aufweisen, dass
die in die Aufnahmeöffnungen des Anschlusselements eingesetzten
elektrischen Kontaktorgane in den axial angeordneten Anschlussraum
der Vorrichtung hineinragen. Auf diese Weise ist eine einfache und
sichere elektrische Kontaktierung der Wicklungsenden unmittelbar
im Anschlussraum der Vorrichtung gewährleistet, ohne dass
es hierfür weiterer elektrischer Verbindungselemente bedarf.
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Die
Aufgabe ist auch gelöst durch einen Wickelkörper
für eine vorstehend beschriebene Vorrichtung, wobei der
Wickelkörper zwei Polspulen oder Polspulenwickelkörper
aufweist, auf welche die Polwicklungen eines Polpaares durchgehend
und elektrisch unterbrechungsfrei wickelbar sind, und wobei die
beiden Polspulen oder Polspulenwickelkörper über
ein radial in Bezug auf die Rotationsachse der Vorrichtung verlaufendes
Verbindungselement mechanisch miteinander verbunden sind. Über
das Verbindungselement ist der die beiden Polwicklungen des Polpaares
elektrisch verbindende Verbindungsabschnitt der Wicklung führbar.
Jede der Polspulen bzw. Polspulenkörper nimmt dabei jeweils
einen den magnetischen Fluss gut leitenden Polschuh auf und weist
hierfür eine Aufnahmeöffnung auf. Der Polschuh
wird vorzugsweise erst eingesetzt, wenn die Polspule oder der Polspulenwickelkörper
mit der Polwicklung bewickelt ist.
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In
einer Ausführungsart weist das Verbindungselement mindestens
abschnittsweise ein Führungsmittel, beispielsweise eine
rinnenartige Vertiefung, für die Führung des Verbindungsabschnitts
der Wicklung auf.
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Dadurch
kann ein möglichst kurzer Verbindungsabschnitt gewährleistet
werden und dieser außerdem mechanisch gegen Beschädigungen
geschützt werden.
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In
einer Ausführungsart sind die Polspulen oder die Polspulenwickelkörper
und das Verbindungselement einstückig von dem Wickelkörper
ausgebildet. Vorzugsweise ist auch das Anschlusselement oder sind
die Anschlusselemente für die Aufnahme der elektrischen
Kontaktorgane einstückig zusammen mit den Polspulen oder
den Polspulenwickelkörpern und dem Verbindungselement ausgebildet.
Das Anschlusselement des Wickelkörpers für die von
extern zu kontaktierenden Anschlussleitungen der Polwicklungen kann
dabei radial (in Bezug auf die Rotationsachse) innen (in Bezug auf
die benachbarte Polspule) liegend angeordnet sein. Dadurch ist das Lagenwickeln
der Spulenkörper nicht beeinträchtigt oder behindert.
Außerdem kann das Anschlusselement mit ausreichender mechanischer
Stabilität und verhältnismäßig
großer Länge ausgebildet werden, insbesondere
mit einer Länge, durch welche das Anschlusselement in den
axial angeordneten Anschlussraum oder Anschlusskasten der Vorrichtung hineinragt.
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In
einer Ausführungsart ist das Anschlusselement mindestens
abschnittsweise gegenüber der Polspule bzw. dem Polspulenkörper
radial versetzt, beispielsweise radial nach innen versetzt. Dadurch kann
die Drahtführung beim Bewickeln der Polspule bzw. des Polspulenkörpers
bis an den radialen inneren Rand herangeführt werden. Dadurch
kann eine perfekte Lagenwicklung mit hoher Wicklungsdichte bereitgestellt
werden.
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Beim
Herstellen einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird beim
Wickeln der Statorpole durch Bewickeln des Wickelkörpers
bzw. des Spulenkörpers zunächst eine erste Polwicklung
eines Polpaares gewickelt und anschließend wird ohne Unterbrechung
der Wicklungsleitung die zweite Polwicklung des Polpaares gewickelt.
Ein die erste mit der zweiten Polwicklung des Polpaares verbindender Verbindungsabschnitt
wird mindestens teilweise radial in Bezug auf die Rotationsachse
verlaufend geführt.
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Der
Wickelkörper kann zum Bewickeln um eine Achse rotiert werden,
die rechtwinklig zur Rotationsachse der Vorrichtung verläuft.
Beispielsweise kann der Wickelkörper um eine Achse rotiert
werden, die parallel zu der Öffnung für das Einsetzen
der Polschuhe verläuft. Die Drahtführung kann
parallel zu der Achse, um welche der Wickelkörper rotiert
wird, bewegt werden. Nachdem der Polspulenwickelkörper
für die erste Polspule gewickelt ist, kann der Wickelkörper
in eine geeignete Winkelposition gefahren werden, so dass durch
eine Verschiebung der Drahtführung der Verbindungsabschnitt
der Wicklung auf dem Verbindungselement positioniert wird und anschließend
durch Rotation des Wickelkörpers der Polspulenwickelkörper
der zweiten Polspule bewickelt wird. Dies hat den Vorteil, dass
das Bewickeln mit einer einfachen und robusten Wickelmaschine erfolgen
kann und zudem mit kurzen Wickelzeiten präzise Wicklungen
hergestellt werden. Für das Bewickeln beider Polspulen
muss der Wickelkörper nicht in der Wickelmaschine umgesetzt
werden.
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Alternativ
kann der Wickelkörper derart in eine Lagenwickelmaschine
eingesetzt werden, dass zunächst die erste Polspule des
Wickelkörpers mit einer Lagenwicklung bewickelt wird. Anschließend kann
der Wickelkörper um 180° gedreht in die Wickelmaschine
eingesetzt werden und dann die zweite Polwicklung auf die zweite
Polspule gewickelt werden.
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In
einer Ausführungsart wird je Polpaar ein Wickelkörper
in dieser Art bewickelt. Bei einer Vorrichtung mit drei Polpaaren
werden dementsprechend drei Wickelkörper in dieser Art
bewickelt.
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Anschließend
können magnetisch leitfähige Polschuhe in die
Polspulenöffnungen der Wickelkörper eingesetzt
werden. Hierzu können Polschuhe verwendet werden, die durch
ein Stanzpaketierverfahren von einem Statorjoch getrennt wurden.
Die Trennung kann dabei beim Statorblechstanzen erfolgen, wodurch
die Herstellkosten reduziert sind.
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Die
Wickelkörper werden anschließend um die Rotationsachse
herum angeordnet, beispielsweise in ein ringförmiges Statorjoch
eingesetzt, wobei benachbarte Wickelkörper in Anlage aneinander
gebracht werden können. In einer Ausführungsart
der Erfindung sind die einander zugeordneten Anlageflächen,
Anlagelinien oder Anlagepunkte benachbarter Wickelkörper
derart ausgebildet, dass sich eine Selbstjustierung der Anordnung
der Wickelkörper ergibt. Radial außenseitig verläuft
das den magnetischen Fluss gut leitende ringförmige Statorjoch.
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Anschließend
werden die Polschuhe durch das Einsetzen eines Spaltrohres in den
von den Wickelkörpern begrenzten Innenraum radial nach
außen gedrückt und in Anlage an das die Polschuhe
radial außenseitig umfassende Statorjoch gebracht. Dadurch
gibt sich eine Selbstjustierung der Polschuhe in Bezug auf das Statorjoch.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung,
in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiel
im einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den
Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale
jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination
erfindungswesentlich sein.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
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2 zeigt
einen Schnitt durch die Vorrichtung der 1,
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3 zeigt
einen vergrößerten Abschnitt III der Vorrichtung
der 2,
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines ersten Wickelkörpers,
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5 zeigt
eine erste mögliche Anordnung zum Bewickeln des Wickelkörpers,
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6 zeigt
eine Frontansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines
Wickelkörpers,
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7 zeigt
eine Seitenansicht des Wickelkörpers der 6,
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8 zeigt
eine Draufsicht auf den Wickelkörper der 6,
und
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9 zeigt
eine zweite Möglichkeit des Bewickelns des Wickelkörpers.
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Die
1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung
1 zum Wandeln von elektrischer in mechanische
Energie und/oder umgekehrt, insbesondere einer elektrischen Maschine,
wie sie beispielsweise als Spaltrohrmotor für eine Heizungsumwälzpumpe
eingesetzt wird. Dabei sind bestimmte Bestandteile der Vorrichtung
1,
wie beispielsweise das Gehäuse, nicht dargestellt, ebensowenig
wie Teile der von der Vorrichtung
1 im Ausführungsbeispiel
angetriebenen Umwälzpumpe. Eine insoweit vollständigere
Schnittzeichnung ist als
1 in der auf denselben Anmelder
zurückgehenden
DE 10 2004 030 721 B3 dargestellt und beschrieben.
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Die
Vorrichtung 1 weist einen um eine Rotationsachse 10 rotierenden
Rotor 2 (2) und einen Stator 4 auf.
Im Ausführungsbeispiel weist der Stator drei Polpaare mit
jeweils zwei Polwicklungen 12, 22; 14, 24; 16, 26 auf.
Die erste Polwicklung 12 und die zweite Polwicklung 22 des
ersten Polpaares sind dabei durchgehend gewickelt und unterbrechungsfrei über
einen mindestens teilweise radial in Bezug auf die Rotationsachse 10 verlaufenden
Verbindungsabschnitt 18 elektrisch miteinander verbunden.
Hierzu ist der Verbindungsabschnitt 18 zunächst
ein Stück weit in axialer Richtung von der ersten Polwicklung 12 weg
geführt, um anschließend in radialer oder diagonaler
Richtung auf die zweite Polwicklung 22 des ersten Polpaares
hin geführt zu werden. In entsprechender Weise sind auch
die ersten und zweiten Polwicklungen 14, 24 des
zweiten bzw. dritten Polpaares mit den zugehörigen zweiten
Polwicklungen 16, 26 über jeweils einen
Verbindungsabschnitt 20, 28 elektrisch miteinander
verbunden. Die Verbindungsabschnitte 18, 20, 28 sind
dabei in unterschiedlichem axialen Abständen zu den zugehörigen
Polpaaren bzw. zu dem Stator 4 geführt.
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Die 2 zeigt
einen Schnitt durch die Vorrichtung 1 der 1,
insbesondere durch die erste und zweite Polwicklung 12, 22 des
ersten Polpaares. Die 3 zeigt einen vergrößerten
Abschnitt III aus der Darstellung der 2. Der Rotor 2 der
Vorrichtung 1 ist mit einer um die Rotationsachse 10 rotierbaren
Welle 6 drehfest verbunden. Die Welle 6 kann beispielsweise
zum Antrieb einer Pumpe mit einem Flügelrad der Pumpe drehfest
verbunden sein, was in der 2 nicht
dargestellt ist. Der Rotor 2 trägt in Umfangsrichtung
um die Rotationsachse 10 verteilt angeordnete Permanentmagneten 30,
die einem von den Statorwicklungen erzeugten Drehfeld nacheilen und
dadurch die Welle 6 in Rotationsbewegung versetzen. Die
Trennung zwischen Rotor 2 und Stator 4 erfolgt
mittels eines Spaltrohres 8, das an seinem in der 2 oberen
Ende durch ein Abschlussteil 32 topfförmig ausgebildet
ist. Das Abschlussteil 32 bildet radial innenliegend eine
Aufnahme für ein erstes Lager 34 der Welle 6.
Ein zweites Lager 36 ist auf der axial gegenüberliegenden
Seite des Rotors 2 angeordnet.
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Das
Spaltrohr 8 liegt radial außenseitig unmittelbar
in Anlage an den Polschuhen 38 des Stators 4 und
drückt diese dadurch an das im Ausführungsbeispiel
ringförmig verlaufende und die Polwicklungen 12, 14, 16, 22, 24, 26 umfassende
Statorjoch 40.
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Die 4 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines ersten Wickelkörpers 42,
auf den die erste und zweite Polwicklung 12, 22 des
ersten Polpaares gewickelt werden kann. Der erste Wickelkörper 42 weist hierzu
zwei Polspulen 44, 46 oder Polspulenwickelkörper
auf, auf welche die erste bzw. zweite Polwicklung 12, 22 in
jeweils einer Lagenwicklung, d. h. mit hoher Wickeldichte, aufgewickelt
werden kann. Die beiden Polspulen 44, 46 oder
Polspulenwickelkörper sind über ein radial in
Bezug auf die Rotationsachse 10 der Vorrichtung 1 verlaufendes
Verbindungselement 48 mechanisch miteinander verbunden, über das
der die beiden Polwicklungen 12, 22 des ersten Polpaares
elektrisch verbindende Verbindungsabschnitt 18 führbar
ist. Das Verbindungselement 48 weist dabei ein Führungsmittel,
im Ausführungsbeispiel ein rinnenförmige Vertiefung,
für die Führung des Verbindungsabschnitts 18 auf.
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Der
erste Wickelkörper 42 weist außerdem im
Bereich der ersten Polspule 44 ein erstes Anschlusselement 50 auf,
das an seinem axialen Ende mehrere, im Ausführungsbeispiel
drei Aufnahmeöffnungen 52 für das Einlegen
von elektrischen Kontaktorganen aufweist, mittels denen das freie
Ende der ersten Polwicklung 12 des ersten Polpaares elektrisch
kontaktierbar ist. Die sich nach dem Einstecken der Kontaktorgane
ergebende Kontaktstelle ist dabei axial so weit von der erste Polspule 44 und
auch dem Verbindungselement 48 entfernt, dass das erste
Anschlusselement 50 in einen axial von dem Stator 4 der
Vorrichtung 1 beabstandeten elektrischen Anschlussraum,
insbesondere in einen elektrischen Anschlusskasten, hineinragt.
Auf diese Weise kann im Anschlusskasten unmittelbar eine elektrische
Kontaktierung der ersten Polwicklungen 12, 14, 16 erfolgen.
Dadurch, dass das erste Anschlusselement 50 radial innen
in Bezug auf die erste Polspule 44 angeordnet ist, stört
das erste Anschlusselement 50 auch nicht beim Bewickeln
der ersten Polspule 44, so dass dort eine Lagenwicklung
mit hoher Packungsdichte aufgewickelt werden kann.
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Im
Bereich der zweiten Polspule 46 ist radial außenseitig
ein zweites Anschlusselement 54 angeordnet, insbesondere
einstückig von dem ersten Wickelkörper 42 ausgebildet,
das ebenfalls Aufnahmeöffnungen 56 für
das Einlegen von elektrischen Kontaktorganen aufweist. In diesem
Bereich können die freien Wicklungsenden der zweiten Polwicklungen 22, 24, 36 des
ersten, zweiten und dritten Polpaares eingelegt werden und gegebenenfalls
elektrisch miteinander verbunden werden, beispielsweise zum Herstellen
einer Sternschaltung.
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Radial
innenseitig werden die Wickelräume der ersten und zweiten
Polspule 44, 46 durch ein von dem ersten Wickelkörper 42 einstückig
ausgebildetes Begrenzungselement 58 begrenzt. Das Begrenzungselement 58 ragt über
die auf die erste und zweite Polspule 44, 46 aufgebrachte
erste und zweite Polwicklung 12, 22 axial und/oder
radial hinaus und bildet eine Anlage- oder Führungsfläche
für die zu dem ersten oder zweiten Anschlusselement 50, 54 hin führenden
Enden der Polwicklungen 12, 14, 16, 22, 24, 26.
So ist in dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
das freie Wicklungsende 60 der ersten Polwicklung 12 zu
dem ersten Kontaktorgan im ersten Anschlusselement 50 geführt.
Das freie Wicklungsende 62 der ersten Polwicklung 14 des
zweiten Polpaares ist in Umfangsrichtung über einen Winkel von
etwa 60° zu dem ersten Anschlusselement 50 geführt.
Das freie Wicklungsende 64 der ersten Polwicklung 16 des
dritten Polpaares ist ebenfalls in Umfangsrichtung entlang dem Begrenzungselement 58 zu
dem ersten Anschlusselement 50 geführt. In entsprechender
Weise sind die freien Wicklungsenden der zweiten Polwicklungen 22, 24, 26 in
Umfangsrichtung entlang den Begrenzungselementen 58 zu dem
zweiten Anschlusselement 54 geführt. Da selbst für
die Polwicklungen des zweiten und dritten Polpaares nur jeweils
ein Winkelbereich von etwa 60° zu überbrücken
ist, sind die Leitungslängen bis zum ersten bzw. zweiten
Anschlusselement 50, 54 gering.
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Die
Wickelkörper für das zweite und dritte Polpaar
stimmen im Wesentlichen mit dem ersten Wickelkörper 42 überein,
wobei lediglich die axiale Höhe des Verbindungselements 58 unterschiedlich ist,
insbesondere bei dem Wickelkörper für das zweite
und dritte Polpaar größer ist als bei dem ersten
Wickelkörper 48. Außerdem weisen die
Wickelkörper für das zweite und dritte Polpaar
im Ausführungsbeispiel keine Anschlusselemente auf.
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Die
Begrenzungselemente 58 von in Umfangsrichtung benachbarten
Wickelkörpern sind in dem in der 1 dargestellten
montierten Zustand in Anlage zueinander. Demgegenüber ist
zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Polschuhen ein Luftspalt
vorhanden.
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Die
Wickelkörper weisen vorzugsweise einstückig einen
Abschnitt auf, der einen Anlagebereich bildet, an dem benachbarte
Wickelkörper im zusammengebauten Zustand der Vorrichtung 1 in
Anlage aneinander sind. Der Anlagebereich kann wie bei dem ersten
Wickelkörper 42 durch das Begrenzungselement 58 gebildet
sein. Der Anlagebereich kann eine oder mehrere punktförmige,
linienförmige oder flächige Anlagestellen aufweisen
für eine entsprechende Anlage benachbarter Wickelkörper.
Beim Zusammenbauen der Vorrichtung 1, insbesondere beim Einsetzen
der Wickelkörper in das Statorjoch 40, sind die
Wickelkörper in Anlage aneinander bringbar. Dadurch erfolgte
eine automatische Positionierung und Selbstjustierung der Wickelkörper
mit den Statorspulen 44, 46 zueinander und in
Bezug auf die Rotationsachse 10 und damit der Pole und
Polpaare der Vorrichtung 1.
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Die 5 zeigt
eine erste mögliche Anordnung zum Bewickeln des Wickelkörpers 64,
wie er beispielsweise für das erste, zweite oder dritte
Polpaar verwendet werden kann. Der Wickelkörper 64 ist
im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Rotationsachse 10.
Der Wickelkörper 64 weist radial in Bezug auf
die Rotationsachse 10 ausgerichtete Anlageflächen 65 auf,
mittels denen benachbarte Wickelkörper 64 beim
Einsetzen in das Statorjoch 40 in Anlage aneinander bringbar
sind und sich daher selbst positionieren. In Bezug auf die Rotationsachse 10 einander
gegenüberliegend weist der Wickelkörper 64 eine erste
Polspule 66 und eine zweite Polspule 68 auf, die
jeweils eine in Radialrichtung durchgehend verlaufende Öffnung
zum Einsetzen eines ersten bzw. zweiten Polschuhs 70, 72 aufweist.
In dem in der 5 dargestellten Fertigungszustand
ist auf die erste Polspule 66 bereits die erste Polwicklung 12 als Lagenwicklung
aufgewickelt. Auf die zweite Polspule 68 wird mit einer
Lagenwickelmaschine die zweite Polwicklung 22 aufgebracht.
Die Lagenwickelmaschine weist hierzu eine Wickelglocke 74 auf.
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Nach
Fertigstellung der zweiten Polwicklung 22 und Anordnung
der Wickelkörper 64 aller Polpaare um die Rotationsachse 10 werden
durch Einstecken des Spaltrohrs 8 die Polschuhe 70, 72 radial nach
außen gedrückt und dadurch in Anlage an das Statorjoch 40 gebracht.
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Die 6 zeigt
eine Frontansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des
Wickelkörpers 142, die 7 zeigt
die zugehörige Seitenansicht und die 8 die
Draufsicht. Zahlreiche Merkmale dieses zweiten Ausführungsbeispiels
sind identisch ausgebildet wie der in der 4 perspektivisch
dargestellte erste Wickelkörper 42, und die entsprechenden Merkmale
sind mit um den Betrag 100 ergänzten Bezugszeichen
gekennzeichnet. Ein wesentlicher Unterschied des zweiten Ausführungsbeispiels
besteht in dem radialen Versatz 176 der radial äußeren
Fläche 178 des ersten Anschlusselements 150.
Diese ist um den Versatz 176 gegenüber der radial
inneren Wandung 180 der ersten Polspule 144 nach
radial innen versetzt. Dadurch ist es möglich, den Wickeldraht 96 (9)
derart zu führen, dass auch in den Randbereichen eine perfekte
Lagenwicklung in die erste Polspule 144 eingebracht werden
kann.
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Sofern
das erste Anschlusselement 150 radial außen in
Bezug auf die erste Polspule 144 angeordnet ist, kann ein
solcher Versatz 76 nach radial außen vorgesehen
sein. In entsprechender Weise kann im Bereich der zweiten Polspule 146 auch
das zweite Anschlusselement 154 radial versetzt in Bezug
auf eine Wandung der zweiten Polspule 146 angeordnet sein,
sofern dies zweckdienlich ist.
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Die
axiale Länge 182 des ersten Anschlusselements 150 kann
dabei so gewählt werden, dass die Aufnahmeöffnung 152 für
das Kontaktorgan bis in einen separaten Anschlusskasten der Vorrichtung, der
beispielsweise axial angeordnet sein kann, hineinragt. Die Wicklungsdrähte
werden in einen am axialen Ende des ersten Anschlusselements 150 sich aufweitenden
Schlitz 184 eingelegt und dadurch elektrisch mit dem in
der Aufnahmeöffnung 152 eingesetzten Kontaktorgan
verbunden. Sowohl das erste Anschlusselement 150 wie auch
das zweite Anschlusselement 154 weisen jeweils drei solcher Schlitze 184 auf.
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Die 9 zeigt
eine zweite Möglichkeit des Bewickelns des Wickelkörpers 142.
Dabei wird der Wickelkörper 142 in einem Wickeldorn 86 aufgenommen,
oder der Wickeldorn 86 wird in die Öffnung 188 (6)
des Wickelkörpers 142 eingesetzt, die bei der weiteren
Herstellung der Vorrichtung 1 zur Aufnahme der Polschuhe 70 dient.
Der Wickelkörper 142 wird zwischen dem Reitstock 90 und
der Antriebsspindel 92 der Wickelmaschine eingespannt und
in Rotation um die Wickelachse 94 versetzt. Der Draht 96 wird dabei über
eine Drahtführung 98, die entlang dem Doppelpfeil 99 bewegbar
ist, in die Wickelkammer der ersten Polspule 144 gewickelt.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Polwicklung 122 bereits
vollständig auf die zweite Polspule 146 gewickelt,
wobei nach Fertigstellung der zweiten Polwicklung 122 die
Drahtführung 198 um den Betrag des Abstandes der
beiden Polspulen 144, 146 linear bewegt wurde
und dabei der Verbindungsabschnitt 120 der Wicklung entlang
dem Verbindungselement 148 gelegt wurde. Hierzu wurde der
Wickelkörper 142 in der in der 9 dargestellten
Position fixiert, bis die Drahtführung 98 den
Draht 96 in den Bereich der ersten Polspule 144 geführt hat.
Anschließend wird der Wickelkörper 142 wieder in
Rotation um die Wickelachse 94 versetzt und dadurch die
erste Polspule 144 gewickelt. Dadurch ist es möglich,
die beiden Spulenkörper ohne Unterbrechung des Wickelvorgangs
herzustellen und insbesondere ohne den Wickelsinn der Wickelmaschine zu ändern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004030721
B3 [0002, 0044]