DE2124229A1

DE2124229A1 - Isolationsanordnung für einen Elektromotor

Info

Publication number: DE2124229A1
Application number: DE19712124229
Authority: DE
Inventors: Hermann; Papst Georg; 7742 St Georgen Papst
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1971-05-15
Filing date: 1971-05-15
Publication date: 1972-11-30
Also published as: US3766416A

Description

14. Mai 1971 055-HDP-KL

Papst - Motoren KG 7742 St. Georgen/Schwarzwald

Isolationsanordnung für einen Elektromotor

Die Erfindung bezieht sich auf eine Isolationsanordnung eines Elektromotors mit Innenläufer, wobei der Stator und der Rotor jeweils über eine elektrisch isolierende Schicht mit dem Gehäuse, bzw. mit der Welle verbunden sind, gemäss der deutschen Patentanmeldung P 19 24 729.1-32.

Es liegt die Aufgabe zugrunde, zum Erreichen physikalisch vorteilhafter Anordnungen der Isolation_;und der Isolation im Zusammenhang mit Motorteilen, sowie zum Erreichen rationeller Fertigung der erfindungsgemässen Gegenstände weitere Ausgestaltungen der Erfindung, besonders im Zusammenhang mit Herstellungsverfahren, zu finden.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird deshalb zunächst vorgeschlagen, bei der Herstellung eines Elektrokleinmotors mit Innenläufer das Statorblechpaket ia an der äusseren Mantelfläche und stirnseitig jeweils von aussen bis in den Bereich des Nutengrundes mit seiner Isolationsschicht, z.B. als Wirbelsinterschicht ,vor oder nach dem Einbringen der Wicklung^u versehen.

Dann sind.vorzugsweise vorgefertigte_fisolierende Kappen aus glasfaserverstärktem Polyamid auf die Wickel köpfe aufzustecken, welche an Stellen dichter Anlage zu einem Nachbarteil entsprechend ausgebildet sind, z.B. mit umlaufender Kante oder Schulter.

Falls die Wicklung noch nicht imprägniert ist, könnte dies in weiterer Ausgestaltung dieses Verfahrens vorteilhaft dadurch geschehen, dass ein halbkegelartiges konisches Teil ,das in den Innenrand der

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Wickelkopfisolierkappe mit einem gewissen Druck in axialer Richtung zur Abdichtung des Wickel kopfraumes eingreift, beim Imprägnieren Anwendung findet. Dieser konische Teil drückt den umlaufenden Aussenrand der Isolierkappe auf die Aussenzone der Stirnseite des Statorblechpaketteils und ist so dimensioniert, dass der leere Raum zwischen Kegelwand, Statorblechpaket und wickelkopf, bzw. Wickelkopfisolierkappe -rnöglichst klein ist. Die auf diese Weise abgedichtete Wicklung wird nun von innen her mittels Vakuum mit einem erstarrenden isolierenden Stoff getränkt, imprägniert, wodurch die Isolierkappen gleichzeitig von innen dicht auf den Wickelköpfen befestigt sind.

Die Isolierkappen können sich auch ,vorzugsweise von der umlaufenden Randschulter aus,in einen zylindrischen Mantel tei1,der das Statorblechpaket axial bis etwa in dessen Mitte umgreift,fortsetzen. Damit iit die zylindrische, isolierende Schicht über dem Aussenmantel des Blechpaketes in verschiedenen Fällen vorteilhaft ohne weitere Massnahmen verwirklicht. Die aussen über dem Umfang in der Mitte des Blechpaketes zusammenstossenden,kragenförmigen Enden der Isolierteile (jeweils Kappe für Wickelkopf und Mantelteil) müssen für gegenseitige Abdichtung entsprechend gestaltet sein oder können auch durch Wärme verschweisst oder zusammengeklebt sein.

Die Vorschriften für Schutzisolierung schreiben eine Isolationsschicht von mindestens 1 mm Dicke vor; Trotzdem die elektrischen Eigenschaften heutiger Isolierfolien die Prüfungstests bei viel dünneren Folien gestatteten, ist man bei den Vorschriften wegen leichter mechanischer Beschädigung dünner Schichten noch bei diesem Mindestwert von 1 mm Schichtdicke geblieben, obwohl die Wärmeabfuhr dadurch erschwert wird.

Auch von diesem Tatbestand aus wird in anderer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, eine vorgefertigte, z.B. nahtlos hergestellte, Isolationshülse, die etwa der Gesamtlänge des Stators (incl. der Wikkelköpfe) entspricht, über das Statorblechpaket bei leichtem Spielsitz aufzuschieben und diesen quasi Isolierschlauch im Bereich der

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Wickelköpfe auf dieselben mittels elektromagnetischer Feldkräfte über einen Metallring aufzuschrumpfen. Insbesondere wenn der Wickelkopf nicht mit einer vorgefertigten Isolierkappe schon umgeben ist, ist zwischen ihm und der aufzuschrumpfenden Isolierhülse noch ein elastischer Zwischenring vorzusehen.

Um nun eine mechanisch empfindliche Isolierhülse zu schützen, und/ oder ein metallisches Gehäuse auf einfache Weise zu erhalten, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, entweder z.B. ein konzentrisches Aluminiumrohr bei leichtem Spiel über die äussere Isolationsschicht des Stators zu schieben und dieses (analog zum Metallring über dem Wickelkopf) auf den Statorkörper durch elektromagnetische Feldkräfte aufzuschrumpfen oder ein solches Metallrohr das an einer Stelle wenigstens ausgebaucht ist, durch Zusammendrücken der ausgebauchten Stelle auf die Isolierschicht um das Statorblechpaket zu spannen oder einen gerollten Gehäusemantel mittels Verbindungsblech über der Stossfuge auf der eventuell ebenfalls gerollten, sich überlappenden Isolierschicht,und damit auf dem Stator,zu befestigen.

In weiterer Ausbildung des Erfindungsgegenstandes der Patentanmeldung wird vorgeschlagen, daß die Isolierschichten vorkragende Ränder zur Verlängerung der Kriechstromwege und der Luftabstände aufweisen.

So wird desweiteren vorgeschlagen, daß die isolierende Schicht, die die elektromagnetisch aktiven Rohrteile gegen die Abtriebswelle und andere, leitend nach außen führende Teile isoliert, etwa vom Blechpaketende aus in Stufen oder stetig konisch sich zum Lagerschild hin erweitert.

Um den Abstand zwischen den metallischen Lagerschiiden und z.B. den Kurzschlußringstücken eines Käfigläufers auf einen kleineren Wert als den an sich vorgeschriebenen Luftabstand zu bringen, wird ebenso vorgeschlagen, daß eine ringförmige isolierende Kappe auf den

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Kurzschlußring eines Käfigläufers (beispielweise) oder auf an diesen angegossene Ventilationsflügel oder Stifte aufgebracht ist, wo: bei diese Kappe vorzugsweise selbst kleine radiale Ventilationsflügel aufweist.

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Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Isolierschichten kristalline anorganische Stoffe aufweisen, z.B. kristallisiertes wasserfreies Kalziumkarbonat oder kristallines Magnesiumoxid, das sich auch gut mechanisch bearbeiten läßt - im Gegensatz zu anderen anorganischen Stoffen Amorphe anorganische Stoffe leiten die Wärme tausendmal schlech ter als Metall, kristalline anorganische Stoffe dagegen nur etwa zwanzigmal schlechter.

Bei geeigneter Auswahl der Isolationsmasse läßt sich bei einem Innenläufermotor eine besonders starke Reduzierung des Laufgeräusches erreichen.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Figur 2 einen erfindungsgemäßen Innenläufermotor, bei dem eine nicht dargestellte konische Erweiterung des Isolierrohres 27, vom Ende des Blechpaketes an zwischen Kurzschlußring mit angegossenen Flügeln 31 und Lager 32 sich erstreckend, vorteilhaft wäre. Da das so sich erweiternde Isolierrohr 27 zwischen Lager 32 und Kurzschlußring bzw. Lüfterflügeln 31 läge, müßte nicht der ganze vorgeschriebene Luftabstand zwischen Lager und Kurzschlußringteilen eingehalten werden. Eine auf den Kurzschlußring aufgesetzte, ringförmige isolierende Kappe, die zum Beispiel selbst kleine radiale Ventilationsflügel tragen könnte, würde ebenfalls gestatten, den Abstand zwischen den metallischen Lagerschildern und den Kurzschlußringteilen eines Käfigläufers (beispielsweise) auf einen kleineren Wert als den an sich vorgeschriebenen Luftabstand zu bringen.

Figur 3 zeigt im Querschnitt einen Teil eines Spaltpol-Innenläufer-Motors , bei dem auf U-förmigen Spulenkörpern 41 Formspulen 42 angeordnet sind.

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Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungs-Beispiel der Erfindung, nämlich ein die elektrische Wirkung 71 tragendes Statorblechpaket 70, das außen zur verstärkten Isolation mit einer Wi.rbelsinterschicht von mehr als 1 mmvzur Isolation umgeben ist. Diese Isolationsschicht 72 kann auch aus einem Thermo- oder Duroplast aufgespritzt oder umpreßt sein.

Fixiur 6 zeigt die i.a. im Anschluß daran auf die Wickelköpfe aufgebrachte Isolationsschicht 73. Die Isolation 73 besteht vorzugsweise aus(aus glasfaserverstärktem Polyamid vorgespritzten)Kappen, vorzugsweise mit umlaufendem Dichtrand 75, welche von innen her, beispielsweise über die angedeuteten Einsätze 74 einer Anlage vakuumimprägniert, angeklebt werden. Der Ausschnitt A aus Figur 6 zeigt vergrößert die Trennfugenanordnung von bis zur Mitte des Blechpaketes heruntergezogenen Isolierkappen 73' und 73".

Figur 7 zeigt eine andere Ausgestaltung der Erfindung, wobei auf das Blechpaket 70 mit den Wickelköpfen 71 beispielsweise ein Isolationsschlauch 77 über das Blechpaket geschoben wird, bis etwa kurz vor das Ende der Wickelköpfe, wonach dieser mittels eines Ringes 78 auf die Wickelköpfe und damit auch auf das Blechpaket aufgespan-nt wird, indem der Metallring 78 mittels elektromagnetischer Feldkräfte nach dem an sich bekannten Magnetumformverfahren eingeschrumpft, d. h. auf den Wickelkopf aufgeschrumpft wird und damit die Isolationshülle 77 auf den Wickelkopf aufpreßt, wie das in Figur 8 gezeigt ist. Der Metallring kann konzentrisch zum Blechpaket bearbeitet werden, so daß er eine Gehäusekappe 80, welche das Lagerschild selbst trägt, aufnehmen könnte, oder auch gleichzeitig selbst als solches ausgebildet sein.

Zum Schutz der Wickelköpfe 71 kann gegebenenfalls, wie in Figur angedeutet, ein entsprechend beschaffener Zwischenring 79 - der

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gestrichelt angedeutet sein möge - vorgesehen sein, um den Wickelkopf gegen übermäßige Schrumpfkräfte vom Ring 78 her zu schlitzen bzw. um die Schrumpfung in einem für den Wickelkopf 71 zulässig dosierten Maß vorzunehmen.

Ein weiteres Ausflihrungsbeispiel zeigen die Figuren 9 und 10, wo ein abgeschnittenes Stück Isolierschlauch 77 wiederum über ein Blechpaket 70 geschoben wird und beispielsweise ein darüber geschobener Aluminiumring 82, der wiederum durch elektromagnetische Kräfte oder ein ähnliches Verfahren eingeschrumpft wird, sich selbst und den darunterliegenden Isolationsschlauch 77 auf das Blechpaket 70 spannt.

An Stelle des Isolationsschlauches 77 könnte auch eine rundherumgelegte und sich beispielsweise überlappende Isolationsfolie angewendet werden. Bei den heutigen hochfesten Isolationsfolien könnte eine solche Lösung in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, etwa der Figur 11, entsprechen, wo ein an einer oder mehr Stellen ausgebauchtes Rohr über die Isolationsschicht 77 geschoben und dann durch Zusammenquetschen der ausgebauchten Stellen der Isolationsbelag (ob Schlauch oder Folie) bleibend eingespannt wird.

In Figur 12 ist eine andere Variante gezeigt: In der großen Stoßfuge der Blechummantelung 82, die die Isolationsschicht 77 kreisrund und satt anliegend umgibt, liegt die Überlappung 84 der Isolationsschicht 77 und der aufgeschweißte Blechstreifen 85 aus geeignetem Material, wodurch die Isolationsschicht und der Blechmantel geschlossen und bleibend zusammengespannt werden. Im zusammengespannten Zustand muß der Blechstreifen stumpf ausgeschweißt werden. Das Blech kann über der überlappten Folie auch auf das Paket mittels moderner Kleber vorteilhaft aufgeklebt werden oder, falls das Schweißen etwa^ Schwierigkeiten macht, wenn sich das Blechpaket schon innerhalb der Isolationsfolie befindet, kann

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der Blechstreifen auch vorherschon auf die Stoßfuge beiderseits angeschweißt werden. In den zum Blechpaket konzentrischen Flächen können Lagerschilde eingesetzt werden.

Durch die erfindungsgemäße Isolationsanordnung und die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zu ihrer Herstellung wird eine rationelle Fertigung ermöglicht. Die Wärmeabfuhr wird, insbesondere falls zukünftig die vorgeschriebene Mindestdicke der Isolationsschicht für z. B. Schutzisolation reduziert werden sollte, wesentlich verbessert, wobei außerdem ein einfacher wirkungsvoller Schutz für mechanisch empfindliche Isolierschichten, z. B. Folien, erreicht wird, gleichzeitig damit andere konstruktive Aufgaben (Gehäusefunktionen) erfüllt werden. Die Schutzisolierung ist mit der Imprägnierung der Wicklung erfindungsgemäß in einem Verfahrensschritt erreichbar.

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Claims

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Patentansprüche

Isolationsanordnung eines Elektrokleinmotors mit Innenläufer, wobei der Stator und der Rotor jeweils über eine elektrisch isolierende Schicht mit dem Gehäuse, bzw. mit der Welle verbunden sind, gemäß der deutschen Patentanmeldung P 19 24 729.1-32, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung das Statorblechpaket mit einer Isolationsschicht (72) an der äußeren Mantelfläche und stirnseitig jeweils von außen bis in den Bereich des Nutengrundes vor oder nach dem Einbringen der Wicklung (71) versehen wird, daß sodann, vorzugsweise vorgefertigte, isolierende Kappen (73) auf die Wickelköpfe aufgebracht werden und gegebenenfalls anschließend eine Vakuumimprägnierung der Wicklung von innen her mittels zusätzlicher Mittel(74, 75) zum Abdichten des Wicklungsraumes erfolgt.
2. Isolationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Isolierkappen (73) in einen zylindrischen Manteilteil bis in die Mitte des Statorblechpaletes in axialer Richtung fortsetzen (73¹ oder 73").
3. Isolationsanordnung eines Elektrokleinmotors mit Innenläufer, wobei der Stator und der Rotor jeweils über eine elektrisch isolierende Schicht mit dem Gehäuse, bzw. mit der Welle verbunden sind, gemäß der deutschen Patentanmeldung P 19 24 729.1-32, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolationshülse (77) durchgehend den Stator auf seiner Gesamtlänge umgibt und im Bereich der Wickelköpfe auf diesen mittels aufgebrachter Metallteile (78) befestigt ist.
4. Herstellungsverfahren für eine Isolationsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationshülse bei leichtem Spiel über das Statorblechpaket geschoben wird und die Metallteile, welche als Ringe (78) ausgebildet sind, mittels elektromagnetischer Feldkräfte auf die Wickelköpfe aufgeschrumpft werden.

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5. Verfahren zur Herstellung eines Elektrokleinmotors mit einer Isolationsanordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein konzentrisches Metallrohr (Aluminiumrohr) über die äußere Isolationsschicht des Stators geschoben wird und dieses dann au-f dem Statorkörper durch elektromagnetische Feldkräfte aufgeschrumpft wird oder daß ein an wenigstens einer Umfangsstel1e über die axiale Länge ausgebauchtes Metallrohr durch Zusammendrücken der ausgebauchten -Stelle auf die Isolierschicht und damit um das Blechpaket im wesentlichen konzentrisch gespannt wird oder daß ein gerollter Gehäusemantel mittels Verbindungsblech über seiner Stoßfuge auf dem isolierten Statorblechpaket befestigt wird.
6. Elektrokleinmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein über den größten Teil des Umfangs oder vollständig konzentrischer Metallrohrmantel die äußere Isolationsschicht des Stators umgibt,
7. Elektrokleinmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein gerollter Gehäusemantel das Statorblechpaket mit seiner äußeren Isolationsschicht umgibt, wobei die sich gegebenenfalls überlappenden Isolationsschichten in der entsprechend großen Stoßfuge liegen, welche durch ein Verbindungsstück abgedeckt ist, das die angrenzenden Mantelteile fest miteinander verbindet.
8. Isolationsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschichten vorkragende Ränder zur Verlängerung der Kriechstromwege und der Luftabstände aufweisen.
9. Isolationsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht, die die elektromagnetisch aktiven Rotortei Ie gegen die Abtriebswelle und andere, leitend nach außen führende Teile isoliert, etwa vom Blechpaketende aus in Stufen oder stetig konisch sich zum Lagerschild hin erweitert.

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J[q Isolationsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige isolierende Kappe auf den Kurzschlußring eines Käfigläufers (beispielsweise) oder auf an diesen angegossene Veritilationsflügel oder Stifte aufgebracht ist, wobei diese Kappe vorzugsweise selbst kleine radiale Ventilationsflügel aufweist.

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