DE3101423A1

DE3101423A1 - Elektrische maschine

Info

Publication number: DE3101423A1
Application number: DE19813101423
Authority: DE
Inventors: Stig Lennart 421 74 Västra Frölunda Hallerbäck
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1980-01-29
Filing date: 1981-01-17
Publication date: 1981-11-26
Also published as: IT1135169B; DE3101423C2; FR2474778A1; JPS56110455A; GB2070343B; SE428620B; FR2474778B1; JPS6156699B2; US4358692A; GB2070343A; IT8119315A0; SE8000677L

Description

SKF KÜGELLAGERPÄBRIKEN GMBH Schweinfurt, 14.01.81

SE 80 003 DE TPA.vh.tr

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iiiekti Ische Haschihe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem ringförmigen Stator und einem in diesem konzentrisch angeordneten Rotor, wobei der Stator aus mindestens zwei längsgeteilten Statorsegementen besteht und jedes Statorsegment axial verlaufende Längsbleche eines Jochteiles aufweist, deren umfangsseitigen Endabschnitte radial nach innen zum Rotor weisend umgebogen sind.

Elektrische Maschinen der angegebenen Art sind bekannt, z. B. ist eine derartige elektrische Maschine zusammen mit dem zugehörigen Herstellverfahren in der schwedischen Patentschrift 7216772-9 beschrieben. Die dort offenbarte elektrische Maschine weist einen Stator auf, dessen axial verlaufenden Bleche bzw. Längsblechn in einem elektrisch isolierenden Werkstoff oder -IgI. eingebettet und somit in ihrer vorgeschriebene Lage festgehalten sind. Diese bekannte elektrische Maschine, z. B. ein Motor, hat sehr gute Laufeigenschaften.

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njra Hof β l·«=! 1 und ·1*»γ VioVqnnlan αϊ oli t γ ϊ q^hon Hiafhino 1 =3 iaber in manchen Fällen umständlich, weil beim Umgießen der Längsbleche diese mit komplizierten Haltewerkzeugen in der Gießmatrize festgehalten werden müssen. Die bekannte elektrische Maschine ist auch kostspielig, weil für die Herstellung des Stators eine relativ große Menge von Kunststoff benötigt wird, der ja bekanntlich immer teurer wird. Es besteht somit das Bedürfnis, an diesem elektrisch isolierenden Werkstoff (Kunststoff) zu sparen.

Schließlich bereitet ein Stator mit im Kunststoff eingebetteten und festgehaltenen Längsblechen Schwierigkeiten, weil die Längsbleche durch die Luft der Umgebung der elektrischen Maschine wegen der Wärmeisolierung durch den Kunststoff nicht so wirkungsvoll gekühlt werden können.

Der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nine elektrische Maschine ier angegebenen Gattung zu schaffen, bei der bei einffi^her und wirtschaftlicher Fertigung des Stators eine verhältnismäßig geringe Menge von elektrisch isolierendem Werkstoff (Kunststoff) erforderlich ist. Der Stator der elektrischen Maschine soll außerdem durch die Luft der Umgebung auch dann wirkungsvoll gekühlt werden, wenn kein Ventilator an der elektrischen Maschine vorhanden ist.

Mit der Anordnung nach der Erfindung wird erreicht, daß die Elemente der Statorsegmente, das sind die Längsbleche des Jochteiles und die Seitenbleche, wirtschaftlich hergestellt und einfach zusammengebaut werden können. Außerdem wird bei der Herstellung der Statorsegmente eine relativ geringe Menge an elektrisch isolierendem Werkstoff

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(Kunststoff) benötigt. Dadurch werden die Werkstoffkosten niedrig gehalten. Zwischen den in einem bestimmten Abstand voneinander gehaltenen Längsblechen wird übrigens ein freier, zum Rotor hin offener Zwischenraum gebildet, in den vom drehenden Rotor bewegte Luft infolge Fliekrafteinwirkung eintritt. Auf diese Weise werden die Längsbleche dos Jochteiles des Stators wirksam luftgekühlt, ohne daß eine Ventilator zur Bewegung und Durchströmung der Umgebungsluft benötigt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird erreicht, daß die Seitenbleche jedes Statorsegmentes einfach mit stegartigen Vorsprüngen aus elektrisch isolierendem Werkstoff versehen sind, die im Gießverfahren auf die Seitenbleche aufgebracht sein können. Dabei sind auch die Seitenbleche, welche z. B. aus Stahlblech im spanlosen Stanz- und/oder Preßverfahren hergestellt sein können, durch die Schicht aus elektrisch isolierendem Werkstoff von den Längsblechen isoliert, so daß im Betrieb der elektrischen Maschine zwischen den Seitenblechen und den Längsblechen eines Blechpaketes keine schädlichen Wirbelströme übertreten können.

Die in Anspruch 3 gekennzeichnete Ausgestaltung der elektrischen Maschine vereinfacht den Zusammenbau der Längsbleche mit den seitlich anzusetzenden beiden Seitenblechen, denn die zu ihren Enden hin verjüngten Vorsprünge können zwischen die einzelnen Bleche eingeschoben und einfach eingedrückt werden.

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Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist eine wirtschaftliche Befestigung des Lagerträgers des Rotors an den Statorsegmenten eines Stators gegeben, weil die Statorsegmente am Umfang des in die Nuten eingereifenden ringförmigen Lagerträgers radial von außen aufgesetzt werden können.

Die Ausgestaltungen nach Anspruch 5 und 6 haben zum Ziel, die Herstellung des Stators weiter zu /ereinfachen.

Die Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 7 und 8 weisen auf eine mit wirtschaftlichen Mitteln herstellbare gegenseitige Befestigung der Statorsegmente zur Bildung eines vollständigen Stators hin. Dabei können die radialen Lappen der Seitenbleche der einzelnen Statorsegmente durch wirtschaftliches Nieten oder Punktschweißen aneinander befestigt sein.

Durch Vereinheitlichung der Form der Seitenbleche jedes der Statorsegemente, welche in Anspruch 9 gekennzeichnet ist, wird die Fertigung des Stators weitgehend vereinfacht.

Schließlich ist mit der Ausgstaltung nach Anspruch 10 eine besonders wirkungsvolle Kühlung der elektrischen Maschine gegeben, weil die Luft zwischen die Längsbleche hindurch radial nach außen abströmen kann, so daß eine selbsttätige Luftzirkulation im Stator entsteht.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine der angegebenen Gattung wird in der nachfolgenden Beschreibung

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eines Ausf iihrungsbeispieles, welches in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert.

Es zeigen!

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines als Statorhalfte ausgebildeten Statorsegmentes einer

elektrischen Maschine,

Fig. 2 einen teilweisen Längsschnitt entlang der Linie A-A durch die in Fig. 1 gezeigte Statorhälfte,

Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt entlang der Linie B-B durch die in Fig. 1 gezeigte Statorhälfte,

Fig. 4 einen Längsschnitt entlang der Linie C-C durch die in Fig. 1 gezeigte Statorhälfte,

Fig. 5 i>inen teilweisen Querschnitt entlang der Linie D-D durch die in Fig. 1 gezeigte Statorhälfte,

Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie E-E durch den in Fig. 5 gezeigten teilweisen Querschnitt der Statorhälfte,

Fig. 7 eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie P-F durch den in Fig. 6 gezeigten Teil einer Ttatorhälfte.

In Fig. 1 ist ein längsgeteiltes Statorsegment eines ringförmigen Stators einer elektrischen Maschine dargestellt, welches im vorliegenden Fall zur Bildung eines zweiteiligen

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längsgeteilten Stators als Statorhälfte ausgebildet ist. Die elektrische Maschine besteht also aus zwei identische den ringförmigen Stator bildende Statorhälfton und einen im Stator konzentrisch angeordneten Rotor (nicht gezeigt).

In der perspektivischen Ansicht in Fig. 1 sind die Kanten der radial nach innen zum Rotor (nicht gezeigt) weisend umgebogenen umfangsseitige Endabschnitte der axial verlaufenden Längsbleche 1 bis 8 eines Jochteiles 9 zu sehen. Die Statorhälfte besitzt an ihren beiden axialen Enden je ein quer zur Achse des Stators cadial verlaufendes Seitenblech 10. Jedes Seitenblech 10 trägt auf seinen beiden Seitenflächen eine Schicht 11 aus elektrisch isolierendem Werkstoff, im vorliegenden Fall aus Kunststoff. Auf der zu den Längsblechen 1 bis 8 weisenden Seitenfläche jedes Seitenbleches 10 sind stegartige Vorsprünge 12 aus diesem elektrisch isolierendem Kunststoff angegossen. Die stegartigen Vorsprünge 12 sind also integral zusammenhängend mit der auf dem Seitenblech 10 aufgebrachten Schicht 11 aus elektrisch isolierendem Kunststoff im Gießverfahren (Spritzgießen) hergestellt.

Die Isolierschicht 14 umfaßt die Seitenbleche 10 und die Längsbleche 1 bis 8, so daß die außen aufgebrachte Wicklung 15 des Jochteiles 9 gegenüber den Blechen 1 bis 8, 10 elektrisch isoliert ist. Die Längsbleche 1 bis 8 und Seitenbleche 10 werden bei der Montage des Stators zu einem Blechpaket zusammengesetzt, welches anschließend in die zweiteilige Isolierschicht 14 eingeschoben werden kann. Durch das Aufbringen der Wicklung 15 wird die Statorhälfte zu der in Fig. 1 gezeigten selbsthaltenden Baueinheit vervollständigt.

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In Fig. 2 ist deutlich gemacht, daß die stegartigen Vorsprünge 12 der Seitenbleche 10 zwischen die gegenüberliegenden axialen Endabschnitte der einzelnen Längsbleche 1 bis 8 eingreifen und diese somit in einem bestimmten Abstand voneinander halten.

Am Umfang der beiden Seitenbleche 10 jeder Statorhälfte sind axial durchgehende öffnungen 19 durch Stanzen oder dgl. angebracht, welche mit dem Kunststoff der Schicht 11 gefüllt sind. Diese öffnungen bewirken eine feste Verankerung des Kunststoffes der Schicht 11 am betreffenden Seitenblech 10.

Die dünne Schicht 11 aus elektrisch isolierendem Kunststoff, welche auf der inneren Seitenfläche jedes Seitenbleches 10 aufgebracht ist, verhindert, daß schädliche Wirbel ströme von den Längsblechen 1 bis 8 zu den Seitenblechen 10 weitergeleitet werden. In der Bohrungsfläche der dicken Schicht 11, welche auf der äußeren Seitenfläche jedes Seitenbleches 10 aufgebracht ist, ist eine in ümfangsrichtung verlaufende radiale Nut 13 eingeformt, welche sich in der Bohrungsfläche dieser Schicht 11 befindet. Ein Lagerträger (nicht gezeigt) für den Rotor kann in die Nuten 13 der Statorsegmente eingesetzt werden.

Rotortaum radial nach außen, sie biLdet mit dem Rotor (nicht gezeigt) einen Luftspalt.

Aus der mit strichpunktierten Linien eingezeichneten Dar stellung in Fig. 2 ist zu ersehen, daß jedes Seitenblech

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10 der Statorhälfte des Stators mit Mitteln zum gegenseitigen Befestigen der beiden Statorhälften versehen ist. Im vorliegenden Fall sind diese Mittel durch aneinanderzu befestigende einstückige radiale Lappen 17 der Seitenbleche 10 eingezeichnet. Diese Lappen 17 habe Eindrückungen 18, an denen die Lappen 17 zweier Seitenbleche 10 der beiden Statorhälften formschlüssig miteinander befestigt werden können. Die Seitenbleche 10 der beiden Statorhälften werden mit ein und derselben Form z. B. im Preßverfahren hergestellt, so daß sich die Fertigung dieser in der elektrischen Maschine einheitlichen Seitenbleche wesentlich vereinfacht.

In Fig. 3 ist der teilweise Längsschnitt entlang der Linie B-B durch die in Fig. 1 gezeigte Statorhälfte dargestellt. Es ist zu ersehen, daß zwischen den einzelnen Längsblechen 1 bis 8 ein in den Rotorraum einmündender freier Zwischenraum 20 gebildet ist. In diesem Zwischenraum 20 strömt die Luft des Rotorraumes ein und kühlt somit die Längsbleche 1 bis 8 der Statorhalfte.

Im Betrieb wird die in den Zwischenräumen 20 befindliche Luft wegen der Drehbewegung des Rotors (nicht gezeigt) infolge Fliehkrafteinwirkung in Bewegung versetzt und radial nach außen in die äußere Umgebung der elektrischen Maschine gefördert (Luftzirkulation). Die Luft strömt seitlich aus den Zwischenräumen 20 zwischen den im Abstand voneinander gehaltenen Längsblechen 1 bis 8 in Richtung der Pfeile 21,22 in die radial nach außen führenden Kanäle. Diese Kanäle sind an der Stelle 23 in der zu den Längsblechen 1 bis 8 gerichteten Seitenfläche der beiden Seitenbleche 10 der Statorhälfte durch axiales Nach-außen-drücken einer im wesentlich radial verlaufenden Rille angeformt.

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Fig. 4 zei'jt die Anordnung der Wicklung 15, welche das Jochteil 9 umschließt. Das Jochteil 9 wird durch die Längsbleche 1 bis 8 und die Seitenbleche 10 der Statorh'ilft«' gebildet. Tm übrigen sind die LMngsbleche 1 bis 8 und die beiden Seitenbleche 10 des Jochteiles 9 durch die zweiteilige Isolierschicht 14 von der Wicklung 15 getrennt. Oa jedes Soitenblech 10 sich innerhalb der Wicklung 15 befindet, ist in den Seitenblechen 10 kein parasitärer Magnetfluß möglich. In Bezug auf die vorgeseheno axiale Breite der elektrischen Maschine (z. B. Motor) ist die axiale Länge der Längsbleche 1 bis 8 relativ kurz, denn diese wird um die doppelte Dicke eines Seitenbleches 10 verkleinert.

Die stegai-tigen Vorsprünge 12 der Seitenbleche 10 haben eine Form, die aus den Darstellungen in Fig. 5, 6 und hervorgehl-. Sie entspricht dem Verlauf der Umbiegung der umfanqsseitigen Rndabschnitte dor einzelnen Längsblecho 1 bis 8, welche radial nach Innen zum Rotor weisen, nie stngartigen Vorsprüngo 12 verjüngen sich in axialer Richtung zu ihren freien Enden hin.

Beim Zusammenbau der elektrischen Maschine mit den in Fig. 1 bis 7 dargestellten Statorhälften wird zuerst das Paket der Längsbleche 1 bis 8 der betreffenden Statorhälfte zusammengestellt. Dann werden die beiden Seitenbleche 10 jeder Statorhälfte axial angesetzt, so daß die stegartigen Vorsprünge 12 zwischen die einzelnen Längsbleche 1 bis 8 greifen und diese im vorgeschriebenen Abf i:and voneinander festhalten. Alsdann wird das aus den I.'inqsbl echen 1 hi« R und dnn beiden Seitenblechen 10 bfistehende Blechpaket jeder Statorhälfte mit der

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Isolierschicht 14 versehen und die Wicklung 15 aufgebracht. Die beiden von je einer Wicklung 15 zusammengehaltenen Statorh.ll Ften werden nun mit ihren Nuten 13 auf die beidseitigen Lagerträger (nicht gezeigt) radial von außen aufgesetzt. Schließlich werden die Lappen 10 der betreffenden Seitenbleche 10 der beiden Statorhälften durch Nieten oder Punktschweißen miteinander verbunden, so daß die elektrische Maschine fertig hergestellt ist.

Vergleichsversuche wurden mit einer elektrischen Maschine (Motor) der vorliegenden Erfindung und einer entsprechenden herkömmlichen elektrischen Maschine, bei der die Längsbleche des Stators vollständig in Kunststoff eingebettet waren und außerdem ein Kühlventilator außen angebracht war, durchgeführt. Die elektrische Maschine der vorliegenden Erfindung zeigte dabei eine niedrigere Lauftemperatur, obwohl bei dieser kein Kühlventilator angebracht war.

Die oben beschriebene elektrische Maschine läßt sich im Rahmen des Erfindungsgedankens konstruktiv abändern. Insbesondere braucht die Isolierschicht für die Wicklungen des Jochteiles nicht als von der Schicht der Seitenfläche getrenntes Teil hergestellt zu sein. Vielmehr kann es auch montagemäßige Vorteile bringen, wenn diese Isolierschicht im Gießverfahren mit der bzw. den. Schichten der beiden Seitenbleche eines Statorsegmentes direkt verbunden ist. Dabei kann jeweils cine IKtIFto dor zwo!toil igen Isolierschicht mit einem der beiden Seitenflächen <;in integriertes Teil darstellen.

Leerseite

Claims

SKF KÜGELLAGERFABRIKEN GMBH Schweinfurt, 14.01.81

SE 80 003 DE TPA.vh.tr

Elektrische Maschine

Patentansprüche

Elektrische Maschine mit einem ringförmigen Stator und einem in diesem konzentrisch angeordneten Rotor, wobei der Stator aus mindestens zwei längsgeteilten Statorsegmenten besteht und jedes Statorsegment axial verlaufende Längsbleche eines Jochteiles aufweist, deren umfangsseitigen Endabschnitte radial nach innen zum Rotor weisend umgebogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Statorsegment an seinen beiden axialen Enden ein quer zur Achse des Stators radial verlaufendes Seitenblech (10) aufweist, welches auf seiner zu den Längsblechen (1 bis 8) gerichteten Seitenfläche zum Halten dieser Längsbleche in einem bestimmten Abstand voneinander zwischen die gegenüberliegenden axialen Endabschnitte der einzelnen Längsbleche (1 bis 8) eingreifende stegartige Vorsprünge (12) aus elektrisch isolierendem Werkstoff besitzt.

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2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stegartigen Vorsprünge (12) integral zusammenhängend mit einer auf dem Seitenblech (10) aufgebrachten Schicht (11) aus elektrisch isolierendem Werkstoff, z. B. Kunststoff, ausgebildet sind.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stegartigen Vorsprünge (12) sich in axialer Richtung zu ihren freien Enden hin verjüngen.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Seitenfläche beider Seitenbleche (10) jedes Statorsegmentes eine Schicht aus elektrisch isolierendem Werkstoff, z. B. Kunststoff, trägt, welche in ihrer Bohrungsfläche eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut (13) zur Aufnahme eines Lagerträgers aufweist.
5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenbleche (10) und die Längsbleche (1 bis 8) jedes Statorsegmentes mit einer Isolierschicht (14) zur Trennung von der diese umschließenden Wicklung (15) des Jochteiles (9) versehen sind.
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichuet, daß die Isolierschicht (14) für die Wicklung (15) des Joohteiles im Gießverfahren mit den beiden Soitenblechen (10) jedes Statorsegmentes direkt verbunden ist.

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7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Seitenblech

(10) der Statorsegmente des Stators mit Mitt.eln (17) zum gegenseitigen Befestigen der Statorsegmente des Stators versehen ist.
8. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum gegenseitigen Befestigen der Statorsegmente durch aneinander zu befestigende einstückige radiale Lappen (17) der Seitenbleche (10) der einzelnen Statorsegmente gebildet sind.
9. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenbleche (10) der Statorsegmente des Stators ein- und dieselbe Form aufweisen.
10. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein im wesentlichen radial nach außen in dio Umgebung der Maschine führender, zwischen den in Abstand voneinander gehaltenen Längsblechen (1 bis 8) einmündender Kanal in der zu den Längsblechen gerichteten Seitenfläche mindestens einer der beiden Seitenbleche (10) jedes Statorsegmentes eingearbeitet ist.

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