DE69005912T2

DE69005912T2 - Ständer eines elektrischen Motors.

Info

Publication number: DE69005912T2
Application number: DE90401155T
Authority: DE
Inventors: Herve Trian
Original assignee: Pompes Salmson SAS
Current assignee: Wilo Salmson France SAS
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2010-04-28
Also published as: GR910300129T1; ES2022048A4; US5034643A; KR910002072A; ES2022048T3; JPH0327753A; DK0403317T3; FR2648634B1; ATE100248T1; EP0403317A1; EP0403317B1; DE69005912D1; FR2648634A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator eines elektrischen Induktionsmotors mit einem Paket aufeinander geschichteter Magnetbleche, versehen mit seitlich offenen und zur Aufnahme der aktiven im wesentlichen geradlinigen Teile der Windungen der Polspulen des Motors bestimmten Einschnitten, deren innere Oberfläche mit einer einstückig auf die innere Isolationsoberfläche der Einschnitte und auf die anderen Oberflächen des magnetischen Kreises des Stators mit Ausnahme gegebenenfalls der Zone des Luftspalts und der Zahnfüße geformten Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material zur Gewährleistung der Isolierung der Zone der Einschnitte insgesamt und des Zusammenhalts des Blechpakets bedeckt ist, wobei die einstückig aufgegossene Schicht auf jeder Endfläche des Stators eine zylindrische langgestreckte nach außen axial vorspringende und zum Luftspalt konzentrische Hülse aufweist.
Die Statoren elektrischer Motoren mit geringer und mittlerer Leistung enthalten Einschnitte, in die man durch einen relativ schmalen zwischen zwei Zahnmagnetkreisen ausgesparten Schlitz die Drähte der Polspulen des Motors einführt. Zwischen zwei benachbarten Spulendrähten herrscht im allgemeinen nur ein geringer Spannungsunterschied, im allgemeinen kleiner als 1 Volt für die elektrischen Motore mit niedriger Leistung, die am 220/380-Volt-Netz zwischen Phasen arbeiten, und eine einfache Lackisolierung reicht aus, die Isolation zwischen den Windungen zu gewährleisten. Die Isolation in der Masse auf dem Boden des Einschnitts muß dagegen nicht nur der Nennspannung des Netzes widerstehen, sondern auch Steuerüberspannungen oder Überspannungen atmosphärischen Ursprungs, die sich in dem Netz entwickeln können, und der Boden des Einschnitts muß daher mit einer isolierenden Folie abgedeckt sein, was häufig eine verteuernde Anbringung nötig macht.
Die Frage der Ersetzung der Isolierung des Bodens des Einschnitts durch einen wirtschaftlichen Isolierungsvorgang für den Einschnitt hat sich gestellt, konnte aber bis heute nicht auf eine in elektrischer Hinsicht gangbare Weise für solche Motoren gelöst werden, wie beispielsweise die Motore für die Zirkulationspumpen warmen Wassers, insbesondere von Heizwasser, die ohne Ausfall während sehr langer Zeitdauern funktionieren müssen und durch irgendein dreiphasiges oder einphasiges Netz versorgt werden, das in Ausnahmefällen starke mit einer steilen Vorderflanke versehene Überspannungsimpulse atmosphärischen Ursprungs aufnimmt, die beispielsweise das zehnfache der einphasigen Netzspannung erreichen können (nämlich 2200 Volt für ein einphasiges Netz mit 220 Volt).
Das Dokument FR-A-2 153 025 beschreibt eine dynamoelektrische Maschine, die Isolationsmittel aufweist, die in situ auf dem Magnetkreis des Stators der Maschine geformt sind und die mindestens die Oberflächen der zur Unterbringung der Windungen der Spulen dienenden Einschnitte bedecken. Die in situ gegossenen Isolationsmittel umfassen mindestens ein Halteorgan, das von einer Endoberfläche des Magnetkreises vorspringt, zur Begrenzung der Verlagerung der Wicklungswindungen. Eine Zwischenmasse aus durch eine praktisch feste und starre Matrix aus dielektrischem Material agglomeriertem partikelförmigem Material wird um mindestens einen Teil der Windungen der Wicklung angeordnet, wobei die in situ gegossenen Mittel und die Zwischenmasse ein System der elektrischen Isolierung und des materiellen Schutzes für diese Wicklungswindungen bilden. Der gegossene Isolationskörper wird vorzugsweise in situ auf dem Magnetkreis entsprechend der in FR-A-2 118 184 beschriebenen Technik gebildet, d. h. indem man das Paket der Magnetbleche durch Klemmittel unter einen vorbestimmten Druck bringt und ein nicht ausgehärtetes Polyamid-Harz in eine den Magnetkreis enthaltende geschlossene Formhöhlung injiziert.
Im übrigen beschreibt DE-A-2 822 831 einen Stator eines Elektromotors, dessen Blechpaket durch einen Käfig aus einem direkt auf das Blechpaket injizierten oder gegossenen (aufgegossenen) Kunststoff verpreßt bleibt. Stäbe zur axialen Verbindung der Stirnflächen des Blechpakets und zur Verklemmung dieses Blechpakets können eine Auskleidung der Wand des Bodens der zur Aufnahme der Wicklung bestimmten Einschnitte bilden.
Die vorliegende Erfindung hat insbesondere zum Zweck, das Problem der Realisierung der Isolierung der Einschnitte mit einem konkurrenzfähigen Preis und auf eine über lange Dauer machbare Art zu lösen, wobei gleichzeitig das Blech eines Magnetkreises des Motors optimal benutzt wird und es ermöglicht wird, darin ein maximales Volumen von Kupferstangen oder -drähten unterzubringen. Aus diesem Grund muß die Isolierung der Böden der Einschnitte möglichst dünn sein, wobei dennoch gleichzeitig eine ausreichende Massenisolierung erhalten bleibt, um den oben erwähnten Überspannungen zu widerstehen. Die Realisierung einer in einem Stück nach den Lehren der Dokumente des Standes der Technik aufgegossenen Isolierung hat gezeigt, daß die durch die einstückig aufgegossene Schicht realisierte Pressung des Blechpakets im Betrieb fehlerhaft ist, insbesondere in der Zone der Zähne und insbesondere der Aufweitungen der Zahnfüße, die in besonders hindernder Art vibrieren, insbesondere im Verlauf von Phasen des Leerlaufs der Pumpen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, einen Stator eines elektrischen Induktionsmotors vorzuschlagen, dessen Isolierung der Einschnittböden auf dem Magnetkreis aufgegossen ist und der eine dünne Isolierung des Einschnittbodens verwendet, wobei gleichzeitig die parasitären Vibrationen mit magnetischem Ursprung unterdrückt werden, die sich bei Statoren mit einer aufgegossenen Isolierung des Magnetkreises gezeigt haben, die nach dem Stand der Technik verwirklicht werden.
Zu diesem Zweck weist erfindungsgemäß die einstückig angegossene Schicht eine deutlich geringere Dicke in der Zone der inneren Oberfläche der Einschnitte und gegebenenfalls des Luftspalts als in der Zone der Endf lächen des Stators auf, wo sie als radiale starre gegebenenfalls mit Rippen versehene Halterung für die außerhalb der Spulenköpfe angeordnete Hülse dient, und eine größere Dicke als in der Zone der Einschnitte, und sind die Köpfe oder Schaltenden der Spulen im Inneren der entsprechenden an jedem Ende des Stators vorgesehenen Hülse angeordnet und starr mit dieser Hülse durch ein mechanisch widerstehendes Verkleidungsmittel verbunden, beispielsweise durch das Aushärten oder Polymerisieren eines klebenden Überzugs, um auf jeder Seite des Stators einen ringförmigen starren und elektrisch isolierten Block zu bilden, der die Köpfe der Spulen enthält, die ihrerseits eine Art metallischer Bewehrung für die Gesamtheit aus dem gegossenen elektrisch isolierenden Material bilden, in einer Weise, um gleichzeitig mechanisch die Spulenköpfe durch die Hülse auf jeder Seite des Stators zu schützen und die mechanische Starrheit der Gesamtheit der isolierenden Schicht mit geringer Dicke im Innern der Einschnitte zu verstärken. Das isolierende Material der einstückigen Schicht wird im allgemeinen durch einen gießbaren Stoff gebildet, beispielsweise ein Polyesterharz, das vorgesehen ist, um die Isolation in der Masse des Magnetkreises bei einer erhöhten Temperatur zu gewährleisten.
Die einstückige isolierende Schicht deckt an jedem Ende des Stators mindestens einen Teil der seitlichen Oberfläche des Magnetkreises des Einschnitts ab, die dem Luftspalt zugewandt ist. Die einstückige aufgegossene Schicht kann einen Jochring bilden, der mindestens teilweise das Joch des Magnetkreises umgibt, auf das sie aufgegossen ist und das in einstückiger Weise den unteren Teil mindestens eines elektrischen Klemmenkastens trägt.
Wenn die einstückig aufgegossene Schicht an jedem Ende des Stators die Gesamtheit des magnetischen Querschnitts des Einschnitts und der Luftspaltzone des Stators bedeckt, so daß die Zone der Einschnitte und des Luftspalts des Magnetkreises des Stators vollständig eingekapselt werden, und der Magnetkreis nach der Erfindung auf einen Motor, dessen Rotor in dichter Weise durch ein Luftspaltrohr aus einem nicht magnetischen Material isoliert ist, angewendet wird, wird das den Rotor des Motors gegenüber dem Äußeren dicht isolierende Luftspaltrohr direkt in Berührung auf die isolierende Luftspaltschicht angelegt, die einen Teil der erwähnten einstükkig angeformten Schicht bildet und die körperlich und elektrisch das Rohr von der Berührung mit den Blechen des Magnetkreises isoliert.
Weitere Zwecke, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der Lektüre der Beschreibung verschiedener Realisierungsarten der Erfindung, als nicht begrenzendes Beispiel gegeben, und aus der beigefügten Zeichnung, in der:
Fig. 1 ein diametraler Querschnitt (siehe die Schnitthalbebenen 2a-2a und 2b-2b in Fig. 2) eines magnetischen Kreises des Stators des Elektromotors nach der Erfindung ist, in dem zwei Realisierungsarten des Stators mit einer integrierten Einschnittisolierung dargestellt sind (Art a oben, Art b unten);
Fig. 2 in einer Teilansicht mit größerem Maßstab und vom Ende aus gesehen drei Einschnitte des im Schnitt unten in Fig. 1 dargestellten Elektromotors darstellt;
Fig. 3 im Querschnitt und ebenfalls in größerem Maßstab einen Teil des Stators und einen Teil des Rotors eines Elektromotors mit Luftspaltrohr darstellt, der einen Magnetkreis nach der Erfindung aufweist;
Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht eines Stators eines elektrischen Induktionsmotors darstellt, nach Verwirklichung der Einkleidung der Spulenköpfe in zwei ringförmige starre Blöcke.
Wenn man sich auf die Fig. 1 bezieht, wird der Magnetkreisstator 1 eines elektrischen Induktionsmotors (d. h. für Wechselstrom und mit einer Normalgeschwindigkeit, die nahe der Gleichlaufgeschwindigkeit auf der Frequenz ist) von einem Paket dünner Bleche mit Magnetqualität gebildet (mit geringem Hysterese-Verlust), beispielsweise mit einer Dicke von 0,4 mm. Diese Bleche sind im allgemeinen nicht mit einer Isolierung verkleidet, sondern schließen zwischen sich bei ihrer Zusammensetzung eine dünne Luftschicht ein, die ausreicht, eine gewisse elektrische Isolierung der Unterbrechung der Foucault-Ströme zu gewährleisten, was die Leistungsverluste deutlich auf diejenigen Verluste begrenzt, die aufgrund der alternativen Magnetisierung des Kreises auftreten. Die aufgeschichteten Magnetbleche bilden Einschnitte 2, die man besser in den Figuren 2 und 3 sieht und die dazu bestimmt sind, die aktiven im wesentlichen geradlinigen Teile 3 (nämlich die Windungen oder Spulen 4 und 5, die schematisch unten in Fig. 1 dargestellt sind) der Wicklungen aufzunehmen, die quer durch den Einschnittschlitz 6 eingeführt werden. Die zwischen den Einschnitten 2 bestehenden Eisenintervalle bilden den Magnetkreis des Einschnitts 24, der im allgemeinen eine konstante Breite und eine Fußverbreiterung 25 aufweist, die auf dem Luftspalt mündet, um die maximale in dem Luftspalt herrschende Induktion zu verringern.
Um die Isolierung der Einschnitte nach einer Ausführungsform der Erfindung zu realisieren, wird das aufgeschichtete Blechpaket 1 axial gepreßt gehalten, beispielsweise mit Hilfe von auf die Zone 7 der Zahnfüße einwirkenden Klemmbacken mit radialer Verteilung (siehe Fig. 2), und eine Isolierschicht 8 aus einem elektrisch isolierenden Material wird in Abformung auf den Boden der Einschnitte und bis in die Nähe der Zahnfüße injiziert (siehe die Grenzlinie 9, die etwa der Grenze der radial verteilten Klemmbacken entspricht).
Als leicht zu injizierendes Isoliermaterial kann man bei bestimmten Anwendungen mit schwacher Erwärmung Polyethylen verwenden, aber für die leistungsfähigen Elektromotoren (Klasse F), beispielsweise die für die Zirkulationspumpen einer Zentralheizung, wird man vorzugsweise ein formbares Material verwenden, das höheren Temperaturen der Größenordnung von 200 ºC widersteht, die an der Oberfläche des Eisens oder des Kupfers der Spulen herrschen, und das auf eine Dicke von etwa 0,5 mm gegossen wird, was es ihm ermöglicht, Überspannungen von etwa 2000 Volt zu widerstehen. Die in das Innere eines Einschnitts injizierte Schicht bildet auf diesem ein seitlich nach außen durch den Schlitz 6 der Öffnung des Einschnitts offenes isolierendes Rohr, das in der Lage ist, perfekt das oder die Bündel von Spulendrähten zu isolieren, die in diesem Einschnitt aufgenommen sind, gegenüber der metallischen Masse des Rotors.
Die Gesamtheit der isolierenden Rohre, die keinen anderen axialen Halt als die Kontaktreibung auf dem Einschnittboden aufweist, wird auf jeder Seite 21 oder 22 des Stators 1 durch eine seitliche isolierende Schicht verbunden, die einen Isolierring 10 bildet, der zwei benachbarte Einschnitte überbrückt, so daß ein Netz von parallelen Zugelementen realisiert wird, die die Gesamtheit der magnetischen Fläche 1a in axialer Kompression halten. Die einstückig auf die Zone der Einschnitte gegossene Schicht 8 zeigt sich sehr wenig sperrig, im Vergleich zu den berichteten Einschnittisolierungen, und sie erfüllt nicht nur eine Funktion der Isolierung, sondern auch eine Funktion der Aufrechterhaltung der Homogenität des Blechpakets des Magnetkreises und einer Verbesserung seines Verhaltens gegenüber Vibrationen.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der aufgegossenen einstückigen Schicht weist diese an jedem Ende 21, 22 des Stators eine axial nach außen vorspringende Hülse 11 in Form einer zylindrischen, langgestreckten, konzentrisch zum Luftspalt verlaufenden Hülse auf. Diese Hülse 11 weist im allgemeinen eine Dicke auf, die deutlich größer ist als die der isolierenden Schicht am Einschnittboden, beispielsweise in der Größenordnung von 1 mm anstelle von 0,5 mm für die Schicht am Einschnittboden. Wie man es unten in Fig. 1 sieht, dient die Hülse 11 dazu, die Köpfe oder Spulenschaltenden 4a und 5a zu schützen. Sie kann ebenfalls dazu dienen, diese zu halten, um ihre Deformation unter der Wirkung von Spitzenströmen zu verhindern, wobei die Spulenköpfe an der Hülse 11 durch einen klebenden Überzug und einen zu polymerisierenden Lack angebracht werden.
Nach der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform des Stators eines Elektromotors sieht man, daß die seitlichen isolierenden Ringe 10, die im allgemeinen eine deutlich größere Dicke als die isolierende Schicht am Einschnittboden aufweisen (beispielsweise 2 bis 3 mm anstelle von 0,5 mm), weiterhin durch radiale Rippen 10a verstärkt und versteift werden, so daß sie als radiale starre Stütze für die verlängerte Hülse 11 dienen, die die Spulenköpfe 4, 5 birgt und schützt. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind die Spulenköpfe 4a, 5a, die im unteren Teil der Figur, der der Schnittebene 2b in Fig. 2 entspricht, nur schematisch dargestellt sind, in einem klebenden Überzug 26 eingekleidet, der gleichzeitig eine sehr klebende und mechanisch nach Trocknen oder Polymerisieren widerstandsfähige elektrische Isolierung bildet, die häufig unter der Bezeichnung "Compound" bekannt ist und darüber hinaus wenn möglich eine ziemlich gute thermische Leitfähigkeit aufweist, um das Abkühlen der Spulenköpfe zu begünstigen. Dieser Überzug 26 bildet mit den Spulenköpfen, die ihrerseits eine Art metallische Bewehrung bilden, und der Hülse 11 einen starren und elektrisch isolierten ringförmigen Block 27. Dieser auf jeder Seite des Stators gelegene ringförmige Block 7 enthält die Spulenköpfe, um sie gegen jede mechanische, chemische, elektrische oder sonstige Aggression zu schützen, und ist außen durch die Hülse 11 verstärkt, an der er haftend gemacht ist und die sich ihrerseits radial auf die seitlichen isolierenden Ringe 10 stützt. Die beiden Ringe 10 werden gegenseitig abgefangen und verankert durch die Isolierschichten des Luftspalts, die Rohre mit seitlich offenem Querschnitt bilden, und durch den Jochring, der das Joch 17 des magnetischen Kreises des Motors umgibt.
Nach einer in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform bedeckt die einstückig aufgegossene Schicht die Gesamtheit der Zone der Einschnitte 2 des Luftspalts, indem sie insbesondere eine Luftspaltschicht 12 bildet, so daß sie gegebenenfalls hermetisch die Gesamtheit des magnetischen Kreises einkapselt und ihn so beispielsweise vor der Korrosion schützt. Wenn der Elektromotor ein dünnes Luftspaltrohr 13 aus einem nicht magnetischen Material wie beispielsweise nicht rostendem Stahl enthält, ist es auf diese Weise möglich, dieses Luftspaltrohr 13 direkt in Berührung mit der Luftspaltschicht 12 aufstützen zu lassen, die es körperlich (insbesondere thermisch) und elektrisch von dem relativ wärmeleitenden und elektrizitätsleitenden Magnetkreis isoliert. Der die Stangen 15 des Rotorkreises mit Käfigwicklung tragende Rotor 14 des Elektromotors wird durch den eigentlichen Luftspalt 13a von dem Luftspaltrohr 13 getrennt, um im Verlauf der Rotation jede Berührung mit dem relativ zerbrechlichen da dünnen Luftspaltrohr zu vermeiden.
Nach einer im Schnitt im oberen Teil der Figuren 1 und 4 dargestellten Realisierungsvariante umgibt die einstückige aufgegossene Schicht 8 nicht nur die Zone der Einschnitte 2, sondern bildet einen Jochring 16, der das Joch 17 (siehe Fig. 3) des magnetischen Kreises mindestens teilweise umgibt. Auf dem auf das Joch 17 aufgegossenen Jochring 16 ist einstückig der untere Teil 18 eines durch einen Deckel 20 geschlossenen Klemmenkastens 19 geformt. Die elektrischen Kontakte mit den Spulen 4 und 5 des Elektromotors können durch die Hülse 11 hindurch aufgestellt werden (siehe den Durchgang 23 in Fig. 1), die so als Isoliermittel und als Stütze für die Phasendrähte dient, die zu den Spulen durch die Hülse 11 hindurchgeführt werden.
Wie man es bereits für die Hülse 11 und die elektrische Bewicklung dargestellt hat, kann die einstückig gegossene isolierende Schicht 8, 10, 11 in einen allgemeinen Verbund der Bewicklungen und des Stator-Magnetkreises eingefaßt werden, der nach Anbringung der Bewicklung eine starre und elektrisch gut isolierte Einheit bildet, deren Leitungsdrähte nicht die Gefahr laufen, sich gegenseitig und gegenüber dem Magnetkreis zu verlagern.

Claims

1. Stator eines elektrischen Induktionsmotors mit einem Paket aufeinander geschichteter Magnetbleche (1 a), versehen mit seitlich offenen und zur Aufnahme der aktiven im wesentlichen geradlinigen Teile (3) der Windungen (4, 5) der Polspulen des Motors bestimmten Einschnitten (2), deren innere Oberfläche mit einer einstückig auf die innere Isolationsoberfläche der Einschnitte (2) und auf die anderen Oberflächen des magnetischen Kreises des Stators mit Ausnahme gegebenenfalls der Zone des Luftspalts (12) und der Zahnfüße (Linie 9) geformten Schicht (8) aus einem elektrisch isolierenden Material zur Gewährleistung der Isolierung der Zone der Einschnitte insgesamt und des Zusammenhalts des Blechpakets (1) bedeckt ist, wobei die einstückig aufgegossene Schicht (8, 10) auf jeder Endfläche (21, 22) des Stators eine zylindrische langgestreckte nach außen axial vorspringende und zum Luftspalt konzentrische Hülse (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückig angegossene Schicht eine deutlich geringere Dicke in der Zone (8) der inneren Oberfläche der Einschnitte (2) und gegebenenfalls des Luftspalts als in der Zone (10) der Endflächen (21, 22) des Stators aufweist, wo sie als radiale starre gegebenenfalls mit Rippen versehene Halterung für die außerhalb der Spulenköpfe angeordnete Hülse (11) dient und eine größere Dicke als in der Zone (8) der Einschnitte aufweist, und daß die Köpfe oder Schaltenden (4 a, 5 a) der Spulen (4 a, 5 a) im Inneren der entsprechenden an jedem Ende (21, 22) des Stators vorgesehenen Hülse (11) angeordnet und starr mit dieser Hülse (11) durch ein mechanisch widerstehendes Verkleidungsmittel verbunden sind, beispielsweise durch das Aushärten oder Polymerisieren eines klebenden Überzugs (26), um auf jeder Seite des Stators einen ringförmigen starren und elektrisch isolierten Block (27) zu bilden, der die Köpfe der Spulen (4, 5) enthält, die ihrerseits eine Art metallischer Bewehrung für die Gesamtheit aus dem gegossenen elektrisch isolierenden Material bilden, in einer Weise, um gleichzeitig mechanisch die Spulenköpfe durch die Hülse (11) auf jeder Seite (20, 21) des Stators zu schützen und die mechanische Starrheit der Gesamtheit der isolierenden Schicht (8) mit geringer Dicke im Innern der Einschnitte (2) zu verstärken.

2. Stator eines Elektromotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückig gegossene Schicht (8, 10) einen Jochring (16) bildet, die mindestens teilweise das Joch (17) des magnetischen Kreises umgibt, auf das sie aufgegossen ist und das in einstückiger Weise den unteren Teil (18) mindestens eines elektrischen Klemmenkastens (19) trägt.

3. Anwendung des Stators eines Elektromotors nach Anspruch 1 oder 2 auf einen Motor (14), dessen Rotor in dichter Weise von dem Stator durch ein Luftspaltrohr (13) aus einem nicht magnetischen Material isoliert ist und bei dem die einstückig aufgegossene Schicht (8, 10) an jedem Ende (2l, 22) des Stators die Gesamtheit des magnetischen Querschnitts des Einschnitts (bei 8) und der Luftspaltzone des Stators (bei 12) bedeckt, so daß die Zone der Einschnitte (2) und des Luftspalts (13 a) des magnetischen Kreises des Stators vollständig eingekapseIt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das den Rotor (14) des Motors gegenüber dem Äußeren dicht isolierende Luftspaltrohr (13) direkt in Berührung auf die isolierende Luftspaltschicht (12) aufgestützt wird, die einen Teil der einstückig angeformten Schicht (8, 10) bildet und die körperlich und elektrisch das Rohr (13) von der Berührung mit den Blechen (1 a) des magnetischen Kreises isoliert.