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Die Erfindung betrifft eine Endscheibe zur Aufnahme und Führung von Wicklungen eines Elektromotors, ein Set aus einer Mehrzahl von aufeinander gestapelten Endscheiben, ein Motorelement mit einer solchen Endscheibe sowie einen Elektromotor mit einem eine solche Endscheibe aufweisenden Motorelement.
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Ein wesentlicher Teil der Wicklungen eines Elektromotors verläuft bezüglich der Drehachse in axialer Richtung. Die bewickelten Motorelemente, wie beispielsweise ein Stator, weisen zur Aufnahme der axialen Abschnitte der Wicklungen üblicherweise Axialnuten auf, in denen einzelne Wicklungen zusammengefasst als Wicklungsstränge verlaufen. An den axialen Enden eines derartigen Motorelements treten die Wicklungen oder Wicklungsstränge aus den Axialnuten aus und müssen senkrecht hierzu umgelenkt werden, bevor sie in eine andere in Umfangsrichtung versetzte Axialnut wieder eintreten. An den axialen Enden eines bewickelten Motorelements besteht somit ein Bedarf zur Führung der Wicklungen, die zwischen zwei Axialnuten verlaufen.
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Bei einem mehrphasigen Elektromotor sind zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes die axialen Wicklungsstränge der einzelnen Phasen jeweils zueinander in Umfangsrichtung versetzt angeordnet. Dabei verlaufen je nach Bewicklung insbesondere jeweils mehrere axiale Wicklungsstränge einer Phase in benachbarten Axialnuten. Die Gruppen dieser Axialnuten sind über den Umfang des bewickelten Motorelements verteilt angeordnet. Die Anordnungen der einzelnen Phasen sind hierbei gegeneinander relativ gedreht. Die aus den Axialnuten ein- und austretenden und dazwischen in einer Axialebene z. B. radial oder in Umfangsrichtung geführten Wicklungen oder Wicklungsstränge der einzelnen Phasen sind hierbei üblicherweise in axialer Richtung übereinander angeordnet. Bei einer solchen Bewicklung müssen die aus einer Axialnut austretenden Wicklungen oder Wicklungsstränge zumindest teilweise in axialer Richtung fortgeführt werden, ehe sie in der entsprechend vorgesehenen Ebene umgelenkt werden und wieder abschnittsweise axial verlaufen, bis sie erneut von einer Axialnut des Motorelements aufgenommen sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die eine Führung der Wicklungen eines Motorelements außerhalb der Axialnuten auch in axialer Richtung ermöglicht. Die Vorrichtung soll zudem konstruktiv möglichst einfach gestaltet sein und sich für die Bewicklung von ein- und mehrphasigen Elektromotoren eignen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Endscheibe für die Wicklungen eines Elektromotors gelöst, die eine umlaufende, sich in axialer Richtung erstreckende Wandlung, entlang deren Innenseite in Umfangsrichtung eine Mehrzahl von Axialnuten zur Aufnahme axialer Wicklungsabschnitte ausgebildet ist, sowie wenigstens eine radial auswärts gerichtete Auskragung zur Führung von in Umfangsrichtung verlaufender Wicklungsabschnitte umfasst, wobei die Wandung über den Umfang verteilt Gruppen von Durchbrüchen in jeweils zugeordnete Axialnuten umfasst.
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Dazu schlägt die Erfindung eine zusammenhängende Endscheibe zum Aufsatz auf eine Stirnseite eines Motorelements vor. Die Endscheibe umfasst eine umlaufende Wandung, in der Durchbrüche für die aus den Axialnuten des Motorelements aus- bzw. in diese eintretenden Wicklungen vorgesehen sind. Die Wicklungen oder Wicklungsabschnitte zwischen den Axialnuten sind durch die umlaufende Wandung zwischen den Durchbrüchen und durch eine radiale Auskragung entlang des Umfangs sicher geführt. Zusätzlich ist an der Innenseite der Wandung eine Mehrzahl von Axialnuten vorgesehen, in denen die aus den Axialnuten des Motorelements austretenden Wicklungen oder Wicklungsstränge axial fortgeführt werden, ehe sie durch die Durchbrüche auf die Außenseite der Wandung gelangen. Die Endscheibe gewährleistet insofern auch eine Führung der Wicklungen oder Wicklungsstränge in axialer Richtung außerhalb der Axialnuten des Motorelements.
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Weiter beinhaltet die Erfindung in einer Ausführungsvariante auch die Möglichkeit, die Axialnuten über den gesamten Umfang der Wandung umlaufend anzuordnen. In diesem Fall sind Axialnuten auch im Umfangsbereich der Wandung zwischen den Durchbrüchen angeordnet. Diese Axialnuten ermöglichen eine axiale Führung von austretenden Wicklungen oder Wicklungssträngen entlang der gesamten Höhe der Endscheibe, so dass die Umlenkung dieser Wicklungen in einer anderen axialen Ebene erfolgen kann als für diejenigen Wicklungen, die unmittelbar durch die Durchbrüche der Endscheibe verlaufen. Werden zwei oder mehr Endscheiben im Wesentlichen derselben Ausgestaltung axial übereinander gestapelt, wobei die Durchbrüche relativ zueinander gedreht sind, so erlaubt dies eine Führung umgelenkter Wicklungsabschnitte in verschiedener Höhe entlang der jeweiligen Wandung, wobei die axialen Wicklungsabschnitte jeweils durchgängig in den aufeinander folgenden Axialnuten der Endscheiben bis zu den jeweiligen Durchbrüchen sicher geführt sind.
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Die Erfindung bietet den Vorteil einer sicheren Führung der Wicklungen außerhalb der Axialnuten eines Motorelements eines Elektromotors beliebiger Phasenzahl. Durch Übereinanderstapeln mehrerer Endscheiben wird eine sichere Führung der Wicklungen außerhalb der Axialnuten eines Motorelements für einen mehrphasigen Elektromotor erreicht, und zwar sowohl in axialer Richtung als auch hierzu senkrecht umgelenkt.
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Bevorzugt sind die Axialnuten der Endscheibe jeweils zwischen zwei Stegen gebildet. Diese Stege sind insbesondere auf der Innenseite der Wandung radial nach innen ausgerichtet angeformt. Die Stege benachbarter Axialnuten sind zweckmäßigerweise voneinander beabstandet, so dass die Zähne zwischen den Axialnuten nicht durch Vollmaterial gebildet, sondern hohl sind. Zur Erhöhung der Formsteifigkeit können die beabstandeten Stege benachbarter Axialnuten mit Querversteifungen verbunden sein.
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In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Endscheibe eine Anzahl von axialen Steckelementen, die jeweils zum Eingriff zwischen benachbarte Axialnuten ausgebildet ist. Derartige Steckelemente ermöglichen ein sicheres Übereinanderstapeln mehrerer Endscheiben mittels Formschluss. Zur Aufnahme der Steckelemente sind dabei zweckmäßigerweise komplementäre Aufnahmeelemente vorgesehen. Sind die Axialnuten voneinander beabstandet und jeweils zwischen zwei Stegen gebildet, so bietet sich der Zwischenraum zwischen den Stegen benachbarter Axialnuten als ein komplementäres Aufnahmeelement für das axiale Steckelement an. Dadurch, dass die Steckelemente zwischen benachbarten Axialnuten aufgenommen werden, können zwei Endscheiben axial übereinander gestapelt und zugleich relativ zueinander gedreht werden. Die möglichen Drehpositionen sind hierbei durch die Anzahl der vorgesehenen Axialnuten vorgegeben.
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Bevorzugt weisen die Axialnuten an einem axialen Ende einen erweiterten Querschnitt auf. Diese Ausgestaltung berücksichtigt die Tatsache, dass die Wicklungen oder Wicklungsstränge in den Axialnuten des Motorelements unter Zwischenlage von Isolierfolie geführt sind, die sich zu einer verbesserten Isolation insbesondere über den Rand der Axialnuten hinaus erstreckt. Durch den erweiterten Querschnitt an einem Ende der Axialnuten der Endscheibe wird jeweils dieser überstehende Abschnitt der Isolierfolie aufgenommen, so dass zusätzlich ein sicherer Halt der Endscheibe auf der Stirnfläche des Motorelements resultiert. Werden nach Bewicklung die Wicklungsstränge in den Axialnuten vergossen, so ergibt sich hierdurch ein sicherer Form- und Materialschluss zwischen der Endscheibe und dem Motorelement.
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Zweckmäßigerweise sind zwei radial auswärts gerichtete und axial voneinander beabstandete Auskragungen umfasst, wobei eine der Auskragungen jeweils an den Durchbrüchen unterbrochen ist. Zwischen den beiden Auskragungen sind entlang der Wandung die in Umfangsrichtung verlaufenden Wicklungsabschnitte nach Art einer Spule sicher geführt. Ein axiales Verschieben der geführten Wicklungen oder Wicklungsstränge ist aufgrund der Auskragungen verhindert. Dadurch, dass eine der Auskragungen an den Durchbrüchen unterbrochen ist, ist eine einfache Bewicklung mittels Wickelautomaten ermöglicht. Dabei erfolgt die Bewicklung für jede Endscheibe separat, wobei die Wicklungen in einfacher Art und Weise durch die in axialer Richtung einseitig offenen Durchbrüche geführt werden können. Anschließend wird die nächste Endscheibe für eine weitere Phase des Elektromotors aufgelegt, wobei die untere Auskragung dann die Durchbrüche der jeweils unten liegenden Endscheibe überdeckt.
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Bevorzugt weist die Endscheibe weiter eine Anzahl von Laschen zum Aufstecken auf ein zu bewickelndes Motorelement auf. Derartige Laschen können sich beispielsweise in axialer Richtung erstrecken und unmittelbar auf einen Stator aufgesteckt werden. Insbesondere können am Außenumfang der Endscheibe mehrere Laschen vorgesehen sein, die bei der Montage das Motorelement umgreifen.
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Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Set aus einer Mehrzahl von aufeinander gestapelten Endscheiben gemäß der vorbeschriebenen Art, wobei die Endscheiben jeweils zueinander relativ verdreht sind. Wie bereits ausgeführt, ist ein solches Set von übereinander gestapelten Endscheiben zur Bewicklung von mehrphasigen Elektromotoren vorgesehen. Dabei werden die Wicklungen oder Wicklungsstränge außerhalb der Axialnuten des jeweiligen Motorelements für jede Phase sowohl in Axialrichtung als auch senkrecht hierzu, insbesondere in Umfangsrichtung, sicher und stabil geführt.
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Weiter erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Motorelement mit einer Endscheibe oder mit einem Set von Endscheiben der vorbeschriebenen Art. Ein solches Motorelement ist insbesondere ein Stator. Ein solcher Stator ist hierbei bevorzugt als Blechpaket gefertigt.
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Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Elektromotor mit einem derartigen Motorelement angegeben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen jeweils in perspektivischer Dartellung:
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1: drei relativ zueinander gedrehte Endscheiben,
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2: die entsprechend 1 in axialer Richtung zu einem Set übereinander gestapelten Endscheiben,
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3: ein als Stator ausgebildetes Motorelement mit einem jeweils stirnseitig aufgesetzten Set von Endscheiben entsprechend 2 und
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4: eine Teilansicht der den Stator entsprechend 3 unmittelbar aufgesetzten untersten Endscheibe.
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In 1 sind in einer perspektivischen Ansicht drei Endscheiben 1, 1, 2 übereinander angeordnet dargestellt. Die beiden in der Figur oberen Endscheiben 1 sind hierbei identisch. Die in der Figur untere Endscheibe 2 weist gewisse, leichte Modifikationen auf, die später beschrieben werden.
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Die Endscheiben 1, 2 sind in 1 so dargestellt, wie sie zu einem Set entsprechend 2 in axialer Richtung zusammengefügt werden, welches für die Bewicklung eines dreiphasigen Elektromotors vorgesehen ist.
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Jede der Endscheiben 1, 2 entsprechend 1 ist aus Kunststoff gefertigt und umfasst eine umlaufende Wandung 4, an deren Innenumfang jeweils eine Mehrzahl von Axialnuten angeordnet ist. Im montierten Zustand setzen diese Axialnuten 5 die Axialnuten des zu bewickelnden Motorelements fort und dienen zur axialen Führung von aus den Axialnuten des Motorelements austretenden bzw. in diese eintretenden Wicklungen oder Wicklungssträngen.
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Über den Umfang der Wandung 4 jeder Endscheibe 1, 2 sind jeweils Gruppen 7 von Durchbrüchen 8 angeordnet. Die einzelnen Durchbrüche 8 jeder Endscheibe 1, 2 korrespondieren dabei mit jeweils zugeordneten Axialnuten 5, die auf der Innenseite der Wandung 4 ausgebildet sind.
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Jede der Endscheiben 1, 2 ist zur Führung der Wicklungen oder Wicklungssträngen jeweils einer Phase außerhalb der Axialnuten des bewickelten Motorelements vorgesehen. Dazu ist jede Endscheibe 1, 2 gegenüber der benachbarten Endscheibe 1, 2 gedreht. Die aus den zugeordneten Axialnuten des Motorelements austretenden Wicklungen oder Wicklungsstränge einer Phase werden jeweils durch die Durchbrüche 8 einer Gruppe 7 nach außen geführt, zwischen den beiden radial auswärts gerichteten Auskragungen 10, 11 in Umfangsrichtung am Außenumfang der Wandung 4 entlang geführt, durch die Durchbrüche 8 der nächsten Gruppe 7 nach innen geführt und tauchen dort wiederum in die Axialnuten des Motorelements ein. Jede Phase des Elektromotors umfasst insofern eine Anzahl von Wicklungssträngen, die auf die Gruppen 7 entsprechend den vorgesehenen Durchbrüchen 8 verteilt sind. Die Wicklungsstränge der jeweiligen Phasen sind hierbei zueinander jeweils gedreht. Die obere Auskragung 11 ist jeweils an den Durchbrüchen 8 zu einer vereinfachten Bewicklungen durchbrochen.
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Die Axialnuten 5 der Endscheiben 1, 2 sind jeweils durch benachbarte Stege 12 gebildet. Die Stege 12 benachbarter Axialnuten 5 sind voneinander beabstandet und jeweils durch eine Querversteifung 13 miteinander verbunden.
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Die in 1 oberen Endscheiben 1 weisen auf ihrer Unterseite jeweils insgesamt vier Steckelemente 15 auf. Dabei sind die Steckelemente 15 jeweils den Zähnen zwischen den Stegen 5 der Gruppen 7 angeformt. An dieser Stelle sind zur Erhöhung der Stabilität die Zähne zwischen den Stegen nicht hohl, sondern zumindest teilweise durch Vollmaterial gebildet.
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Die Steckelemente 15 sind zu einem Eingriff zwischen die Stege 12 benachbarter Axialnuten 5 ausgebildet. Dies erlaubt eine Relativdrehung der aufeinander gesteckten Endscheiben 1, 2 jeweils um eine Axialnut 5.
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Die in 1 untere Endscheibe 2 weist als Modifikation gegenüber den beiden oberen Endscheiben 1 am Außenumfang der unteren Auskragung 10 zwei axial ausgerichtete Laschen 16 auf. Diese Laschen 16 umgreifen bei der Montage das zu bewickelnde Motorelement an dessen Außenumfang. Weiter zeigen die Axialnuten 5 der unteren Endscheibe 2 an ihrem unteren axialen Ende eine Erweiterung des Querschnitts 18. In diesen erweiterten Querschnitt wird ein axialer Überstand der Isolierfolie aus der Axialnut des Motorelements aufgenommen. Hierdurch resultiert ein stabiler Halt der Endscheibe 2 auf einer Stirnseite des Motorelements. Durch Verguss der Wicklungen bzw. der Wicklungsstränge in den Axialnuten wird ein sicherer form- und materialschlüssiger Verbund zwischen der aufgesetzten Endscheibe 2 und dem Motorelement hergestellt. Gleiches gilt für die beiden oberen Endscheiben 1, da ein Teil der Wicklungen oder Wicklungsstränge alle hintereinander angeordneten Axialnuten 5 der drei Endscheiben 1, 2 durchquert.
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Zur Montage wird die unterste Endscheibe 2 auf die Stirnseite des zu bewickelnden Motorelements aufgesetzt. Anschließend erfolgt die Bewicklung der ersten Phase, wobei die einzelnen Wicklungen durch die axial oben offenen Durchbrüche 8 geführt werden. Anschließend wird die nächste Endscheibe 1 aufgesetzt. Es erfolgt die Bewicklung für die zweite Motorphase. Anschließend wird die dritte Endscheibe montiert und es erfolgt die Bewicklung für die dritte Motorphase usw.
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2 zeigt die drei Endscheiben 1, 2 entsprechend 1 nun in axialer Richtung mittels der Steckelemente 15 zu einem Set 20 zusammengefügt.
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Man erkennt wie die Steckelemente 15 zwischen die Stege benachbarter Axialnuten 5 eingreifen. Auch wird deutlich erkennbar, dass die Axialnuten 5 aller drei Endscheiben 1, 2 unmittelbar abfolgen und einen einzigen durchgängigen Kanal bilden. Im bewickelten Zustand verlaufen in diesem durchgängigen Kanal aus drei Axialnuten 5 beispielsweise die Wicklungen oder Wicklungsstränge der dritten Motorphase, bevor sie durch die Durchbrüche 8 der obersten Endscheibe 1 nach außen und entlang der Wandung in Umfangsrichtung geführt werden.
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2 ist weiter zu entnehmen, dass die umgelenkten Wicklungen oder Wicklungsstränge außerhalb der Axialnuten des Motorelements jeder Phase in axialer Richtung versetzt von jeweils einer Endscheibe 1, 2 gehalten und geführt sind.
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3 zeigt ebenfalls in einer perspektivischen Darstellung ein Motorelement 21, welches als ein Stator eines Asynchronmotors ausgebildet ist. Der Stator 22 ist hierbei als Blechpaket 26, d. h. aus einer Anzahl von übereinander liegenden Einzelblechen, gefertigt.
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Den Stirnseiten des Stators 22 ist jeweils ein Set 20 aus drei entsprechend 2 zusammengefügten Endscheiben 1, 2 aufgesetzt. Im Inneren des Stators 22 ist ein Rotor 27 aufgenommen, der drehfest mit einer Abtriebswelle 28 verbunden ist. Stator 22 und Rotor 27 bilden insofern einen Elektromotor 30.
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4 zeigt eine Teilansicht der dem Stator 22 entsprechend 3 unmittelbar aufgesetzten untersten Endscheibe 2. Von dieser Endscheibe 2 ist die untere umlaufende Auskragung 10 sowie die obere unterbrochene Auskragung 11 erkennbar. Ebenso sind die durch Stege 12 gebildeten Axialnuten 5 auf der Innenseite der Endscheibe 2 erkennbar. Die Stege 12 benachbarter Axialnuten 5 sind durch Querversteifungen 13 miteinander verbunden.
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Die Axialnuten 5 der Endscheibe 2 weisen auf ihrem unteren axialen Ende eine Querschnittserweiterung 18 auf. In diese Querschnittserweiterung 18 ist der axiale Überstand einer Isolierfolie 31 aufgenommen, die die Axialnuten 5 des Stators 2 durchsetzt. Deutlich erkennbar sind die Statorzähne des als Blechpaket 26 gebildeten Stators 22.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2
- Endscheibe
- 4
- Wandung
- 5
- Axialnut
- 7
- Gruppe von Durchbrüchen
- 8
- Durchbruch
- 10
- Auskragung
- 11
- Auskragung
- 12
- Stege
- 13
- Querversteifung
- 15
- Steckelement
- 16
- Laschen
- 18
- Querschnitt, erweitert
- 20
- Set
- 21
- Motorelement
- 22
- Stator
- 24
- Position
- 26
- Blechpaket
- 27
- Rotor
- 28
- Welle
- 30
- Elektromotor
- 31
- Folie
