DE3336340A1

DE3336340A1 - Pol einer elektrischen maschine

Info

Publication number: DE3336340A1
Application number: DE19833336340
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Dr. 6940 Weinheim Kahlen; Roger 6600 Saarbrücken Schmid
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1983-10-06
Filing date: 1983-10-06
Publication date: 1985-04-18

Description

Pol einer elektrischen Maschine
Die Erfindung betrifft einen Pol einer elektrischen Maschine, insbesondere Gleichstrommaschine, bestehend aus einem ausgeprägten Polkern und einer um den Polkern gewickelten durch eine Isolierung getragenen Spule.
Es ist bekannt, Statorwicklungen von Gleichstrommaschinen auf Spulenkörpern aus Hartpapier oder Kunststoff zu wickeln und die Spulenkörper über die Polkerne zu schieben. Die derart hergestellten Pole werden an dem Polgehäuse (Joch) z.B. durch Verschraubung oder mit Hilfe einer Schwalbenschwanzführung befestigt. Eine derartige Ausführung kann jedoch nachteilig sein. So steht der Raum, den der Spulenkörper benötigt, für die Spule nicht zur Verfügung. Ein Spulenkörper isoliert die Spule thermisch, so daß die in der Spule entstehende Wärme nicht an das Eisen des Polgehäuses abgegeben werden kann. Ferner verursachen Spulenkörper Kosten.
Es ist auch bekannt, Spulen ohne Spulenkörper als selbsttragende Spulen zu wickeln und über Polkerne zu schieben. Derartige Spulen werden in der Regel vor dem Abnehmen von dem Wickeldorn mit Band, Faden oder Klebeband abgebunden, damit sie nicht auseinanderfallen. Auch selbsttragende Spulen weisen die Nachteile eines verminderten Raumes für die Spule und eines schlechten Wärmeüberganges an das Eisen des Stators auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der genannten Nachteile den Pol einer elektrischen Maschine derart auszubilden, daß ein Spulenkörper eingespart werden kann, der Raum um die Pole optimal für die Spule ausgenutzt wird und eine gute Wärmeleitung zwischen der Spule und dem Eisen des Polgehäuses erreicht wird. Durch diese Maßnahme läßt sich der Gesamtwirkungsgrad der in einem zur Verfügung stehenden Raum angeordneten Spule erhöhen. Der Pol soll kostengünstig bei Großserie (z.B.
Fahrmotoren für Elektroautos) herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird ausgehend von dem gattungsgemäßen Pol erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spule unmittelbar auf den Polkern, der durch eine dünne, festhaftende Isolierschicht abgedeckt ist, gewickelt ist. Der Pol dient direkt als Wickelkörper, an den sich die Wicklung eng anlegt. Die dünne Isolierschicht gewährleistet einen guten Wärmeübergang zwischen Spule und Polkern. Die Dicke der Isolierschicht wird so bemessen, daß eine ausreichende Spannungsfestigkeit zwischen der Wicklung und dem Polkern gegeben ist. Diese Ausführungsform eignet sich nicht nur für Pole, die nicht fest mit dem Joch verbunden sind, sondern auchwenn diese anschraubbar bzw. einschiebbar sind.
In vorteilhafter Weise besteht die Isolierschicht aus einem durch ein Sinterverfahren auftragbaren Polyamid.
Zur Herstellung der Isolierschicht wird der zu beschichtende Teil des Pols erwärmt und in das pulverförmige, sinterfähige Polyamid getaucht. Das Polyamid schmilzt und lagert sich an den Polteilen ab. Die erforderliche Schichtdicke läßt sich durch die Tauchzeit und Temperatur einstellen. Ein geeignetes Polyamid ist unter dem Markennamen Rilsan bekanntgeworden.
Der erfindungsgemäße Pol läßt sich besonders wirkungsvoll bei Fahrmotoren von Elektroautos anwenden. Hier ist der Vorteil eines guten Wärmeüberganges zwischen Wendefeldspule und Polkern besonders wichtig, da bei bisherigen Ausführungen die Wendefeldspule immer die höchste Betriebstemperatur hatte. Bei der derartigen elektrischen Maschinen ist es vorteilhaft, die Feldspule aus einem die gesamte Wicklungsbreite des Pols ausfüllenden Flachleiter zu wickeln. Es ist jedoch auch möglich, eine Wicklung aus zwei oder mehreren parallen Bändern herzustellen.
Besteht der Flachleiter aus blankem Kupfer- oder aluminiumband, so werden die einzelnen Lagen der Wicklung durch eine Isolierzwischenschicht (Folie) voneinander isoliert. In zweckmäßiger Weise kann auf die Isolierzwischenschicht verzichtet werden, wenn der Flachleiter ein mit einer Oxidhaut beschichtetes Metallband ist. Für Wicklungen mit geringem Leiterquerschnitt können auch Folien mit aufgebrachten Leitermaterialen verwendet werden. Die Windungen aus derartigen Flachleitern können unmittelbar übereinander gewickelt werden.
Besteht die Spule aus einer Drahtwicklung, so ist es für die Stabilität der Spule notwendig, die Wicklung seitlich abzustützen. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, daß der Polkern derart als Spulenkörper ausgebildet ist, daß zwischen dem Pol und dem Joch je eine zu den benachbarten Pollücken weisende, parallel zur Maschinenachse verlaufende und die Wicklung aufneh- mende Nut liegt, wobei der Nutgrund und die Nutseitenwände mit Isolierstoff beschichtet sind. Besteht der Polkern aus lamelliertem Blech, so läßt sich eine derartige Polblechform durch den Stanzvorgang herstellen.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Polskerns als Spulenkörper läßt sich dadurch realisieren, daß die dem Joch zugewandte Nutseitenwand aus Isolierstoff besteht.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, durch die sich der Raumbedarf für die Spule auf günstige Weise decken läßt, sieht vor, daß das Nutprofil, und damit auch das Spulenprofil, von der Rechteckform abweicht. Bei der Dimensionierung des Nutenprofils muß berücksichtig werden, daß die erforderlichen mechanischen Werte für die Festigkeit und die magnetischen Werte für den magnetischen Fluß gewährleistet sind.
Anhand der Zeichnung, die mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigt: Fig. 1 einen schematisch dargestellten Radialschnitt durch den Pol einer elektrischen Maschine mit Flachleiterspule, Fig. 2 einen schematisch dargestellten Radialschnitt durch den Pol einer elektrischen Maschine mit Runddrahtwicklung und Fig. 3 einen schematisch dargestellten Radialschnitt durch den Pol einer elektrischen Maschine mit als Spulenkörper ausgebildetem Polkern und Runddrahtwicklung.
Die Figuren 1, 2 und 3 stellen je einen Pol einer elektrischen Maschine dar, der aus Pol 10, Polkern 11 und einer um den Polkern 11 gewickelten Spule 12,13,14 besteht. An den Polkern 11 ist eine Schwalbenschwanzführung 15 angeformt, mittels der der Pol an dem Polgehäuse (Ständer) 16 befestigbar ist. Das Polgehäuse 16 wird auch als Joch bezeichnet.
Gemäß Figur 1 bildet sich zwischen Polgehäuse 16 und Pol 10 über dem Polkern 11 ein zu den Pollücken 24 hin offener Spulenraum aus, der durch einen konzentrisch aufgewickelten Flachleiter 17 ausgefüllt ist. Die Breite des Flachleiters 17 entspricht in etwa der Breite des Wickelraumes. Der Flachleiter 17 ist ein mit einer Oxidhaut beschichtetes Metallband, welches ohne Zwischenlagen aus Isoliermaterial unmittelbar übereinander gewickelt ist. Der Polkern 11, sowie die Seitenwände des Spulenraumes (das ist die der Spule 12 zugewandte Seite des Pols 10 und der der Spule 12 zugewandte Teil des Polgehäuses 16) sind durch eine dünne, fest haftende Isolierschicht 18 abgedeckt. Die Isolierschicht 18 wurde durch ein Sinterverfahren aufgetragen.
Der Pol 10, der Polkern 11 und das Polgehäuse 16 der Figur 2 weisen eine ähnliche Gestalt auf, wie die entsprechenden in Figur 1 dargestellten Teile. Der Spulenraum ist hier durch eine Drahtwicklung 20 ausgefüllt. Die Drahtwicklung 20 wird durch eine L-Stütze 21 abgestützt. Der eine Schenkel der Stütze 21 liegt an dem Polkern 11 an, während der andere Schenkel zum Polgehäuse 16 weist. Auf diese Weise bilden Pol 10, Polkern 11 und Stütze 21 einen Spulenkörper. Um ein Abrutschen der Stütze 21 zu verhindern, weist diese einen Steg 22 auf, der in eine entsprechende Nut des Polkerns 11 eingreift.
Wenigstens der nicht durch die Stütze 21 abgedeckte Teil des Polkerns 11 sowie die der Drahtwicklung 20 zugewandte Seite des Poles 10 ist durch eine dünne, fest haftende Isolierschicht 18 abgedeckt.
Im Unterschied zu den Figuren 1 und 2 weist die Spule 14 gemäß Fig. 3 einen von der Rechteckform abweichenden Querschnitt auf. Der Pol ist aus Polblechen 23 gefertigt, welche als Spulenkörper derart ausgebildet sind, daß zwischen dem Pol 10 und dem Polgehäuse 16 je eine zu den benachbarten Pollücken 24 weisende, parallel zur Maschinenachse verlaufende Nut liegt. Der Nutgrund (Polkern 11) und die Nutseitenwände (Pol 10 und Seitenwand 26) sind mit einer dünnen, fest haftenden Isolierschicht 18 beschichtet. Die Nut nimmt eine Drahtwicklung 25 auf. Die Seitenwände der Nut stehen nicht senkrecht auf dem Nutgrund. Vielmehr ist die dem Polgehäuse 16 zugewandte Nutseitenwand 26 des Polbleches 23 keilförmig ausgebildet, so daß sie den mechanischen Kräften der Wicklung 25 standhält. Die Schwalbenschwanzführung kann durch Vergrößerung mit zur Stützung herangezogen werden.
Die der Wicklung 25 zugewandte Seite des Poles 10 ist abgerundet und entspricht in etwa der kreisförmigen Rundung der dem nicht dargestellten Anker zugewandten Polseite. Die jeweilige Dicke des Poles 10 ist auf den magnetischen Fluß abgestimmt.

Claims

A n s p r u c h e Pol einer elektrischen Maschine, insbesondere Gleichstrommaschine, bestehend aus einem ausgeprägten Polkern (11) und einer um den Polkern (11) gewickelten, durch eine Isolierung getragenen Spule (12,13,14), dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (12,13,14) unmittelbar auf den Polkern (11), der durch eine dünne, fest haftende Isolierschicht (18) abgedeckt ist, gewickelt ist.
2. Pol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (18) aus einem durch ein Sinterverfahren auftragbaren Polyamid besteht.
3. Pol nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (12) aus einem die gesamte Wicklungsbreite des Pols ausfüllenden Flachleiter (17) besteht.
4. Pol nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachleiter (17) ein mit einer Oxidhaut beschichtetes Metallband ist, und daß die Metallbandlagen unmittelbar übereinander gewickelt sind.
5. Pol nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachleiter (17) eine einseitig mit einer Metallschicht beschichtete Isolierfolie ist und die Isolierfolienlagen unmittelbar übereinander gewickelt sind.
6. Pol nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Polkern (11) derart als Spulenkörper ausgebildet ist, daß zwischen dem Pol (10) und dem Polgehäuse (16) je eine zu den benachbarten Pollücken (24) weisende, parallel zur Maschinenachse verlaufende und die Wicklung (20,25) aufnehmende Nut liegt, wobei der Nutgrund und die Nutseitenwände (10,26) mit einer Isolierschicht (18) beschichtet sind.
7. Pol nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Polgehäuse (16) zugewandte Nutseitenwand (21) aus Isolierstoff besteht.
8. Pol nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Nutprofil von der Rechteckform derart abweicht, daß sich ein maximaler Wickelraum für die Spule (14) ergibt, jedoch die erforderlichen mechanischen Werte für die Festigkeit und die erforderlichen magnetischen Werte für den magnetischen Fluß gewährleistet sind.