DE29918047U1

DE29918047U1 - Stator für einen Axialfeldmotor

Info

Publication number: DE29918047U1
Application number: DE29918047U
Authority: DE
Original assignee: Fritz Heinzmann GmbH and Co
Current assignee: Fritz Heinzmann GmbH and Co
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2000-01-05
Anticipated expiration: 2009-10-14

Description

Stator für einen Axialfeldmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stator für einen Axialfeldmotor mit einer Wicklung, einem magnetischen Rückschluß und mit im Querschnitt T-förmigen Statorzähnen.

Bei Axialfeldmotoren ist es bekannt, die teilweise vorgefertigte Wi cklungimnichtver fest igt en Zustand lndiehalbgeschlossenenNuten, das heißt durch den Nutenschlitz von Hand einzuführen. Weiterhin sind Einzugsvorrichtungen bekannt und auch Vorrichtungen, mit denen die Wicklung direkt maschinell gewickelt werden kann. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß die eingebrachte Wicklung mit den bekannten Verfahren nur bis zu einer gewissen Packungsdichte der Drähte in die Nuten eingebracht werden kann. Durch diese reduzierte Packungsdichte ergibt sich entsprechend auch eine reduzierte Leistungsdichte.

Mit diesen bekannten Verfahren lassen sich Wicklungs-Füllfaktoren von etwa 3 0 bis 45 Prozent erreichen. Ein hoher Füllfaktor ist jedoch anzustreben, um einen geringen elektrischen Widerstand und damit eine hohe spezifische Leistung bzw. Leistungsdichte erreichen zu können.

Nachteilig ist auch, daß ein vergleichsweise hoher Zeitaufwand erforderlich ist, um die Wicklung in die Nuten einzulegen. Weiterhin ist nachteilig, daß bei Verwendung eines aus Blech gewickelten

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Statorkernes ein vergleichsweise komplizierter Blechschnitt erforderlich ist, wobei wegen des sich von innen nach außen beim Wickeln vergrößernden Umfanges ein variabler Stanzschritt erforderlich ist.

Aus der DE 42 41 085 Al ist ein Stator für einen Linearmotor bekannt, der aus Statorblechen zusammengesetzt ist, die zur Bildung von Nuten für die Wicklung voneinander beabstandete Stege aufweisen. In diesen Stegen befinden sich Aussparungen, in die Einschubteile von Zahnkopfelementen einschiebbar sind und dann zusammen mit den Stegen T-förmige Statorzähne bilden.

Die Zahnkopfelemente und die Aussparungen weisen etwa komplementäre

" Rastformungen zum Verbinden auf. Eine solche Formgebung verteuert die Herstellung. Außerdem ist für einen runden Stator mit aus Blech gewickelten Statorkern auch hierbei ein vergleichsweise komplizierter Blechschnitt erforderlich, weil die Stege wegen des sich von innen nach außen beim Wickeln vergrößernden Umfanges einen komplizierten, variabler Stanzschritt erforderlich machen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Axialfeldmotor-Stator zu schaffen, bei dem der Herstellungsaufwand reduziert und ein hoher Wicklungsfüllfaktor vorhanden ist und damit eine hohe spezifische Leistung eines damit aufgebauten Axialfeldmotors

^ ermöglicht ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß er eine ringförmige Rückschlußplatte, eine vorgefertigte Wicklung sowie separate Statorzähne aufweist, welche die Wicklungszwischenräume durchgreifen und mit der Rückschlußplatte verklebt sind.

0 Ein solcher Rotor vereint die Vorzüge eines Stators mit einer sogenannten Luftspule, die fertig hergestellt auf den magnetischen Rückschluß aufgelegt wird, mit den Vorzügen eines genuteten Stators, ohne deren jeweiligen Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Insbesondere weist der mit einem erfindungsgemäßen Stator aufgebaute Motor einen geringen, wirksamen Luftspalt und somit eine optimal

geringe Magnetmasse auf. Außerdem wird eine hohe spezifische Leistungsdichte erzielt, da die vorgefertigte Wicklung den zur Verfügung stehenden Wickelraum größtmöglich ausnutzt.
Da die Wicklungszwischenräume der vorgefertigten Wicklung exakt dem Querschnitt der Statorzahn-Füße entspricht, sind auch keine zusätzlichen Maßnahmen zum Positionieren erforderlich.

Zweckmäßigerweise wird zum Verbinden der Statorzähne mit der Rückschlußplatte ein Schnellkleber verwendet, was zu einer kurzen Montagezeit beiträgt. Wird als Schnellkleber ein sogenannter Sekundenkleber verwendet, ist die Montage eines Statorzahnes mit

" dem Einsetzen und kurzem Andrücken erledigt. Die flächige Verbindung zwischen der Statorzahn-Fuß-Unterseite und der Rückschlußplatte ergibt dabei ein stabile und sichere Verbindung.

Eine kurze und unkomplizierte Montage ergibt sich auch aus der mehrteiligen Ausbildung des Stator-Eisenkörpers, weil die fertige Wicklung auf einfache Weise nur noch auf den Rückschlußring aufgelegt wird und dann die Statorzähne eingesetzt werden. Dies läßt sich 0 wesentlicheinfacherundschneilerbewerkstelligen, als das Einführen der Wicklung durch die schmalen Nutenschlitze in die sich anschließende, breitere Nut.

^ Außerdem sind die Einzelteile des Statorkernes durch ihre einfache Umrißform besonders einfach herstellbar und miteinander verbindbar.

5 Dadurch ist nur noch ein reduzierten Zeitaufwand für die Herstellung des Stators vorhanden, der insgesamt weniger als die Hälfte beträgt gegenüber bisherigen Herstellungsverfahren für Axialfeld-Statoren.

Vorteilhaft ist es, wenn die ringförmige Rückschlußplatte aus einem 0 Blechwickel oder gegebenenfalls aus Sinterpreßwerkstoff besteht.

Der Rückschlußring, der ungenutet aus schmalem Elektroband (Spaltband) durch Aufwickeln hergestellt werden kann, wird am Anfang und am Ende festgelegt, so daß sich ein mechanisch stabiler Ring ergibt.
Die Verwendung von Elektroblech in jeder möglichen Spezifizierung

ergibt einen magnetisch leitenden Rückschluß mit geringem magnetischem Spannungsabfall. Das elektrisch isolierte Spaltband verhindert weitgehend Wirbelstromverluste, bedingt durch magnetische Wechselfelder des laufenden Motors. Die Verwendung von elektrisch gering leitendem Spaltband verhindert bzw. senkt die Hysterese- und Wirbelstromverluste insgesamt.

Der Rückschluß kann auch wirtschaftlich aus Sintereisen preßtechnisch hergestellt werden. Dazu wird Sinterpulver verwendet, dessen Partikel gegeneinander elektrisch isoliert sind und die bei entsprechend hohem Preßdruck einen mechanisch stabilen Rückschluß ergeben, der die beschriebenen, geringen magnetischen Verluste ermöglicht.

" In beiden Fällen fällt kein Abfall des eingesetzten Rohmateriales an, so daß auch sehr wirtschaftlich gearbeitet wird.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht eines Stators auf seine Nutenseite,

Fig. 2 eine Querschnittdarstellung des Stators im Bereich einer Nut,

Fig. 3 eine Aufsicht eines Rückschlußringes,

Fig. 4 eine Schmalseitenansicht des Rückschlußringes im 0 Querschnitt,

Fig. 5 eine Unterseitenansicht eines Statorzahnes,

Fig. 6 eine Seitenansicht des in Fig. 5 gezeigten Statorzahnes, 35

Fig. 7 eine Querschnittdarstellung des Statorzahnes entsprechend der Schnittlinie VII - VII in Fig. 5 und

Fig. 8 eine halbseitige Schnittdarstellung eines Axialfeldmotors. 5

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht eines Stators 1 für einen in Fig., 8 zum Teil dargestellten Axialfeldmotor 2. Der Stator 1 besteht im wesentlichen aus einer mehrphasigen Wicklung 3, Statorzähnen 4 sowie einem rückseitigen, magnetischen Rückschluß 5.

Die Wicklung 3 ist im Ausführungsbeispiel dreiphasig ausgebildet und weist dazu drei mäanderförmig verlaufende Phasenwicklungen 3a,

" 3b und 3c auf. Die Enden UVW bzw. XYZ der Phasenwicklungen können im Dreieck oder im Stern verschaltet werden. Die Phasenwicklungen sind in Nuten 6 jeweils zwischen benachbarten Statorzähnen 4 eingelegt und bilden radial außen einen äußeren Wickelkopf 7 und innenseitig einen inneren Wickelkopf 8.

Die Nuten 6 (vgl. auch Fig. 2) sind an ihrem dem Rotor zugewandten Ende verengt und es ist dort zwischen benachbarten Statorzähnen 4 jeweils ein Nutenschlitz 9 gebildet. Wie gut in Fig. 2 erkennbar, 0 ist auf der anderen Seite der magnetische Rückschluß 5 angeordnet.

Die Wicklung 3 besteht aus einer komplett vorgefertigten Wicklung.

Diese wird nicht wie bisher in noch verformbarem Zustand durch die

^ Nutenschlitze 9 eingeführt, sondern der magnetische Rückschluß 5 und die Statorzähne 4 sind separate Teile, die erst bei der Montage des Stators zusammengefügt werden, so daß die Wicklung fertig geformt auf den Rückschluß 5 aufgelegt und dann mit Statorzähnen 4 bestückt werden kann.

Wie gut in Fig. 7 erkennbar, sind die einzelnen Statorzähne 4 T-förmig ausgebildet. Der T-Quersteg bildet dabei den Zahnkopf 10 während der quer dazu verlaufende Abschnitt den Zahnfuß 11 bildet. In radialer Richtung verlaufen die Statorzähne 4 jeweils konisch, so daß sie insgesamt segmentartig ausgebildet sind, wie dies gut in der Unterseitenansicht gem. Fig. 5 erkennbar ist. Fig. 6 zeigt in der Seitenansicht den Zahnkopf 10 von der Schmalseite her und 5 den Zahnfuß 11 in seiner Höhen- und Längserstreckung.

Die komplett vorgefertigte, fixierte Wicklung 3 wird in einer Montageform hergestellt. Dabei werden die einzelnen Phasenwickluncfen versetzt zueinander in die Montageform mit der Lage und dem Querschnitt der Stator-Zahnfüße 11 entsprechenden Vorsprüncren eingesetzt. Anschließend erfolgt ein Verdichten und anschließend wird die Wicklung in einem thermischen Verbackvorgang fixiert. Dabei wird die aus Backlackdraht bestehende Wicklung unter Wärme und Druck zu einer eng tolerierten Komplettwicklung mit hoher Packungsdichte verformt.

Zwischen den benachbarten Vorsprüngen ist ein Zwischenraum gebildet, der exakt der Breite der Stator-Nuten 6 entspricht.

™ Die vorgefertigte Wicklung wird aus der Montageform entnommen, ciuf eine ringförmige Rückschlußplatte 12 aufgelegt und mit den in etwa radial verlaufende Wicklungszwischenräume eingreifenden Statorzähnen 4 verbunden. In die Zwischenräume werden die einzelnen Phasenwicklungen mit entsprechendem Versatz eingelegt.

Durch die separate Fertigung der Wicklung in der Montageform läßt sich die Wicklung eng toleriert mit hoher Packungsdichte herstellen.

Wie in Fig. 3 und 4 erkennbar, ist der magnetische Rückschluß 5 durch die ringförmige Rückschlußplatte 12 gebildet. Fig. 4 läßt

^ den lamellierten Aufbau erkennen, der durch Aufwickeln eines schmalen Elektrobandes oder Spaltbandes hergestellt wird. Anfang und Ende dieses Wickels werden fixiert, so daß sich ein mechanisch stabiler Ring ergibt.

Zur Montage des Stators 1 aus der den magnetischen Rückschluß 5 bildenden Rückschlußplatte 12, der fertigen Wicklung 3 und den 0 Statorzahnen 4 wird die Wicklung 3 auf die ringförmige Rückschlußplatte 12 aufgelegt und in deren etwa radial verlaufende Wicklungszwischenräume 13 werden dann die Statorzähne 4 mit ihren Zahnfüßen 11 eingesetzt. Die Verbindung des jeweiligen Zahnfußes 11 mit der Rückschlußplatte 12 erfolgt durch eine Klebung 22 (Fig. 2)', 5 insbesondere eine Sehne 1 IkIebung, so daß mit dem Einfügen und kurzen

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Andrücken des Statorzahnes die Verbindung hergestellt werden kann. Auf diese Weise läßt sich insgesamt der Stator sehr schnell montieren und es lassen sich Wicklungen mit hohem Füllfaktor bezogen auf den vorhandenen Nutenraum realisieren, da der Wicklungsquerschnitt schon bei der Vorfertigung der Wicklung wei testgehend an den vorgegebenen Nutenquerschnitt angepaßt werden kann.

Nach dem Einsetzen der Statorzähne 4 in die Wicklungszwischenräume 13 und dem Verbinden mit der Rückschlußplatte 12 kann durch die Nutenschlitze 9 noch ein Isolierlack oder eine Umgießung 14 (Fig.

2) eingebracht werden.

Der Stator kann auch insgesamt mit Elektro-Isolierlack vergossen

" oder komplett in einer Spritzgießform mit Kunststoff umspritzt werden. Dies dient der Stabilität, der Vibrationsfestigkeit und der besseren Wärmeverteilung und Wärmeabgabe sowie Wärmespeicherung.

Mit 15 ist eine Nut isolation be zeichnet, die die einzelnen Wickluncjen umschließt. Diese Nutisolation 15 kann aus folienartigem Isoliermaterial bestehen, das mit in die Montageform eingelegt und bei dem Verbackprozeß mit der Wicklung verbunden wird. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, daß die einzelnen Statorzähne 4, zumindest im Berührungsbereich mit der Wicklung, vor ihrer Montage mit Isoliermaterial beschichtet werden.

Die Statorzähne 4 bestehen einstückig aus Sinterpreßwerkstoff. Es

* besteht auch die Möglichkeit, daß die ringförmige Rückschlußplatte 12 außer aus einem Elektroblech-Wickel ebenfalls aus Sintereisen bzw.Sinterpreßwerkstoffbesteht. WegendereinfacherenHerstellbarkeit können sowohl die Rückschlußplatte 12 als auch die Statorzähne 4 aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein. Für die Rückschlußplatte 12 würden solche Einzelteile vorzugsweise als gleich große Ringabschnitte ausgebildet sein, während die T-förmigen Statorzähne 0 jeweils aus einem Zahnfuß 11 und einem damit verbundenen Zahnkopf 10 zusammengesetzt und vorzugsweise verklebt sind.

Fig. 8 zeigt noch eine halbseitige Schnittdarstellung eines Axialfeldmotors 2, der beidseitig eines scheibenförmigen Rotors 5 16Statoreinheitenaufweist. Diese symmetrische Anordnung des Stators

beidseitig des Rotors 16 vermeidet axial gerichtete, unsymmetrische Kräfte.

Der scheibenförmige Rotor 16 ist über eine Nabe 17 mit einer Motorwelle 18 drehfest verbunden, die in Wälzlager 21 gelagert ist. Gut zu erkennen ist bei den Statoren rechtsseitig der zum Statorzahn 4 gehörende Zahnkopf 10 und die sich axial nach außen anschließende Nut 6, in der in radialer Richtung die Phasenwicklung beispielsweise 3a verläuft. Dem Rotor 16 abgewandt befindet sich dann, mit den Statorzähnen 4 verbunden, der magnetische Rückschluß 5 in Form einer ringförmigen Rückschlußplatte 12. Die jeweiligen Statoreinheiten sind über ihre Rückschlußplatten 12 mit einem Motorgehäuse 20 ^ verbunden.

Jeweils am radial äußeren Ende und im wellennahen Bereich sind noch die äußeren Wickelköpfe 7 sowie die inneren Wickelköpfe 8 erkennbar.

/Ansprüche

Claims

1. Stator (1) für einen Axialfeldmotor (2) mit einer Wicklung (3), einem magnetischen Rückschluß und mit im Querschnitt T- förmigen Statorzähnen (4), dadurch gekennzeichnet, daß er eine ringförmige Rückschlußplatte (12), eine vorgefertigte Wicklung (3) sowie separate Statorzähne (4) aufweist, welche die Wicklungszwischenräume (13) durchgreifen und mit der Rückschlußplatte (12) verklebt sind.

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Rückschlußplatte (12) aus einem Blechwickel oder aus Sinterpreßwerkstoff besteht.

3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Sinterpreßwerkstoff bestehende Rückschlußplatte (12) aus mehreren, vorzugsweise gleichen Teilen zusammengesetzt ist.

4. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die T-förmigen Statorzähne (4) einstückig aus Sinterpreßwerkstoff bestehen.

5. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die T-förmigen Statorzähne (4) jeweils aus einem im Querschnitt etwa rechteckigen Zahnfuß (11) und einem damit verbundenen Zahnkopf (10) zusammengesetzt und vorzugsweise verklebt sind.

6. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Nutisolation (15) zwischen den Seitenflanken der Statorzähne (4) und der in den Nuten (6) befindlichen Wicklung (3) folienartige Zwischenlagen und/oder eine Isolationsbeschichtung der Statorzähne (4) vorgesehen ist.

7. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorzähne (4) mit der Rückschlußplatte (12) durch Umgießen beziehungsweise Umspritzen mit Kunststoff der gesamten Statoreinheit verbunden sind.