DE69029523T2 - Gerät und Verfahren zur Herstellung von Statoren elektrischer Motoren und desgleichen sowie Klemmbrett dafür - Google Patents

Gerät und Verfahren zur Herstellung von Statoren elektrischer Motoren und desgleichen sowie Klemmbrett dafür

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Description

    Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Statoren für Elektromotoren und ähnliche Maschinen wie z.B. Generatoren. Obwohl die Erfindung hier im Zusammenhang mit ihrer Anwendung bei Statoren für Elektromotoren beschrieben ist, ist es selbstverständlich, daß sie ebenfalls auf andere Statortypen - wie oben erwähnt - anwendbar ist.
  • Anschlußplatten für Statoren für Elektromotoren sind isolierende Bauteile, die typischerweise an beiden axialen Stirnseiten des Hauptstatorkörpers angebracht sind, um z.B. die axialen Stirnseiten der um die Pole des Stators gewickelten Wicklungen zu unterstützen und um isolierte Befestigungspunkte für die Anschlußklemmen bereitzustellen, an denen die Enden der Spulendrähte mit Drähten außerhalb des Stators verbunden werden können.
  • Neuerdings ist das Interesse daran gestiegen, Statoren zu wickeln, ohne Wickelformen zu verwenden (siehe z.B. das U.S. Patent 4,612,702 von Wheeler). Hierdurch kann die Wickelvorrichtung vereinfacht und das Wickelverfahren beschleunigt werden, aber es kann ebenfalls die Belastung und Abnutzung der Isoliereinlagen erhöhen, die typischerweise in dem Stator zwischen den am Umfang aneinander angrenzenden Polen plaziert werden, um Kurzschlüsse zwischen den Spulen und dem Stator zu verhindern. Eine solche Belastung und Abnützung kann die Effektivität des Isolierbauteils beeinträchtigen, was möglicherweise zu Kurzschlüssen mit dem Stator führt. Ein Verlegen oder Verwinden des Isolierbauteils kann ebenfalls auftreten, was möglicherweise zu Vibrationen oder Schwingungen bei der freien Rotation des Läufers in dem fertiggestellten Motor führt.
  • Im Hinblick auf das Vorhergehende ist es ein Ziel dieser Erfindung, Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Statoren und insbesondere von Anschlußplatten zur Verfügung zu stellen, die die zugehörigen Isoliereinlagen besser schützen, insbesondere während des Wickelns ohne - aber auch falls gewünscht mit - Wickelformen.
  • Ein anderes Problem, das beim Wickeln ohne Wickelformen verstärkt auftreten kann, ist die Möglichkeit, daß einige Wicklungsschlaufen an den axialen Stirnseiten der Spulen, und insbesondere jene Wicklungsschlaufen, die dafür vorgesehen sind, den Bereich in der Nähe der axialen Stirnseite des Stators und in den am weitesten außen liegenden Abschnitt der Spule zu füllen, nicht ausreichend kompakt oder dicht genug aneinander liegen, um unerwünschte Vibrationen dieser Wicklungsschlaufen während des Betriebs des fertiggestellten Motors auszuschließen.
  • Es ist daher ein weiteres Ziel dieser Erfindung, Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Statoren und insbesondere Anschlußplatten zur Verfügung zu stellen, die ein kompaktes, gleichmäßiges und vollständiges Wickeln und Füllen der Statorspulen unterstützen, insbesondere während des Wickelns ohne - aber auch falls gewünscht mit - Wickelformen.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese Ziele werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Anschlußplatte zur Verfügung gestellt wird, die eine Lippe oder Wulstkante aufweist, welche von der axialen Stirnseite des Isolierbauteiles nach außen übersteht, welches den Kanal zwischen den am Umfang aneinander angrenzenden Polen eines Stators auskleidet. Diese Lippe oder Wulstkante dient z.B. dazu, die Stirnseite des Isolierbauteiles zu schützen, das axiale Verschieben des Isolierbauteiles relativ zum Stator zu verhindern und zu gewährleisten, daß der zu wickelnde Draht auf der Anschlußplatte getragen wird und nicht von der schwächeren axialen Stirnseite des Isolierbauteiles, während der Draht um die Pole des Stators gewickelt wird. Die Lippe oder Wulstkante unterstützt ebenfalls das Ablegen der axialen Stirnseiten der Spulen in der Nähe der axialen Stirnseiten des Stators, wobei die Kompaktheit, Gleichmäßigkeit, Dichte und Effektivität der Spulen verbessert wird. Die vorstehenden Merkmale sind insbesondere nützlich, wenn Statoren ohne Wickelformen gewickelt werden, obwohl sie auch dann von Nutzen sind, wenn Wickelformen verwendet werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine axiale Stirnansicht einer veranschaulichten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators und zeigt diesen vor dem Wickeln der Spulen an den Statorpolen.
  • Fig. 2 ist eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1.
  • Fig. 3a ähnelt der Fig. 2, zeigt aber einen Aufbau gemäß dem Stand der Technik.
  • Fig. 3b ist eine teilweise perspektivische Ansicht eines Aufbaus gemäß dem Stand der Technik.
  • Fig. 4 ist eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 1.
  • Fig. 5 ist eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 4.
  • Fig. 6 ist eine Vergrößerung eines Abschnittes der Fig. 1.
    • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Fig. 1 zeigt eine Anschlußplatte 20, die in Übereinstimmung mit dieser Erfindung konstruiert wurde und die an einer axialen Stirnseite eines Stators 10 befestigt ist. Die Anschlußplatte 20 ist ein kompletter kreisförmiger Ring, obwohl dieser auch aus zwei halbkreisförmigen oder mehreren teilkreisförmigen Segmenten gefertigt werden könnte. Hinter der Anschlußplatte 20 in Fig. 1 befindet sich das Paket aus Metallblechen 12 (siehe Fig. 2), das den Hauptkörper des Stators bildet. Die Anschlußplatte 20 selbst wird typischerweise aus einem Isoliermaterial wie z.B. Kunststoff hergestellt. Die Anschlußplatte 20 beinhaltet typischerweise Anschlußaufnahmen (z.B. Anschlußaufnahmen 22a-d), wovon mindestens einige Metallklemmen (z.B. Klemme 50 in Fig. 2) festhalten oder aufnehmen, an denen die Drahtenden der Statorspulen befestigt werden, um das Herstellen elektrischer Verbindungen zum Stator zu vereinfachen. (Die in den Zeichnungen dargestellten Anschlußaufnahmen 22 sind für Klemmentypen vorgesehen, die normalerweise eingesetzt werden, wenn sich der Stator in der Anschlußstation befindet, nachdem die Spulen gewickelt worden sind. Die dargestellten Klemmen 50 sind andererseits solche, die normalerweise eingesetzt werden, bevor die Anschlußplatte an den Stator angebracht wird. Diese zwei unterschiedlichen Vorrichtungstypen sind lediglich dargestellt, um zu verdeutlichen, daß die vorliegende Erfindung in beiden Fällen angewendet werden kann.)
  • In der dargestellten veranschaulichten Ausführungsform weist der Stator 10 zwei Pole 14a und 14b auf, obwohl dieser - falls gewünscht - auch mehrere Pole aufweisen könnte. Vor jedem Pol 14 weist die Anschlußplatte 20 einen Spulenhalter 24a, 24b auf, der sich in axialer Richtung von dem Abschnitt der Anschlußplatte nach außen erstreckt, welcher an die Oberfläche des Pols angrenzt, das heißt konzentrisch mit einer Mittellängsachse 16 ist. An der axialen Stirnseite jedes Spulenhalters 24, der von dem kreisförmigen Hauptabschnitt der Anschlußplatte 20 entfernt liegt, weist jeder Spulenhalter einen Spulenrückhaltevorsprung 26a, 26b auf, der sich von dem zugehörigen Spulenhalter radial nach außen erstreckt.
  • Bevor die Anschlußplatte 20 an dem Statorpaket 12 befestigt wird, wird ein Isolierbauteil, Isoliereinsatz oder eine Isolierverkleidung 30a, 30b in axialer Richtung in jeden Kanal geschoben, der sich jeweils zwischen den am Umfang benachbarten Statorpolen befindet. Jeder Isoliereinsatz 30 ist in axialer Richtung vorzugsweise etwas länger als das Statorpaket (ohne die Anschlußplatte 20), so daß jeder Einsatz von jeder axialen Stirnseite des Statorpaketes seitlich vorsteht, bevor die Anschlußplatte 20 befestigt wird. Nachdem die Isoliereinsätze 30 plaziert sind, wird eine Anschlußplatte 20 an jeder axialen Stirnseite des Statorpaketes befestigt, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt.
  • Wie in der Fig. 1 zu sehen ist, weist der kreisförmige Hauptabschnitt der Anschlußplatte 20 im wesentlichen die gleiche Form und Größe auf wie die zugehörige axiale Stirnseite des Statorpaketes 12, mit Ausnahme einer Lippe oder Wulstkante 40, die nach außen übersteht und daher die axiale Stirnseite der angrenzenden Isoliereinlage 30 abdeckt (vgl. ebenfalls Fig. 2). Die Situation gemäß dem Stand der Technik ohne diese Wulstkante wird durch Fig. 3a veranschaulicht (in diese werden Bezugszeichen 20 und 24 lediglich verwendet, um den Leser beim Identifizieren von im wesentlichen einander entsprechenden Bauteilen zu helfen; dies soll nicht bedeuten, daß der Aufbau gemäß Fig. 2 Teil der vorliegenden Erfindung bildet). Erfindungsgemäß schützt die Lippe oder die Wulstkante 40 die axialen Stirnseiten der Isoliereinlagen 30 während des Wickelns der Spulen an den Polen 14, insbesondere wenn diese Spulen ohne Wickelformen gewickelt werden. Man hat insbesondere herausgefunden, daß wenn der Stator ohne Anschlußplatten gewickelt wird, welche eine Lippe oder Wulstkante 40 aufweisen (z.B. Anschlußplatten wie in Fig. 3a gezeigt), der aus dem Bereich A austretende Draht bspw. dazu neigt, auf dem axialen Stirnseitenabschnitt der angrenzenden Isoliereinlage 30 aufzuschlagen, die in radialer Richtung außerhalb von der Region A liegt. (Pfeile 32 zeigen die Bewegungsrichtung der Nadeln, die den Draht in diesem Beispiel wickeln.)
  • Dieses Aufschlagen auf der Isoliereinlage 30 kann etliche unerwünschte Auswirkungen mit sich bringen. Zum Beispiel kann die Isoliereinlage wellförmig verformt werden (bedingt durch das Rutschen oder Laufen des Drahtes auf der ungeschützten Oberfläche der Isoliereinlage), wodurch das Material der Isoliereinlage an andere Stellen verdrängt wird (z.B. in dem Bereich C, wo die Isoliereinlage sich radial nach innen ausbeulen kann, so daß sie gegen das Statorpaket vibrieren kann, wenn der fertiggestellte Motor in Betrieb ist, oder so daß die Isoliereinlage die Drehung des Läufers stört). Ein Aufschlagen auf der Isoliereinlage kann ebenfalls zu deren Durchbrechen und damit möglicherweise zum Verlust der Isolation zwischen Spule und dem Statorpaket führen. Der Abschnitt der Lippe oder Wulstkante 40, der radial nach außen von der Region A vorsteht, schützt diesen Teil der axialen Stirnseiten der Isoliereinlage 30, wodurch die vorher genannten möglichen Probleme eliminiert oder zumindest zum größten Teil reduziert werden.
  • Dieser Abschnitt der Lippe oder der Wulstkante 40 so wie andere Abschnitte der Lippe oder der Wulstkante 40 in der Nähe des Bereiches A sorgt für eine glatte Oberfläche (die typischerweise härter ist als die Isoliereinlage 30), auf der der Draht in Umfangsrichtung leichter und schneller sich bewegen oder laufen kann, da das Ende der (nicht gezeigten) Drahtwickelnadel oberhalb der Spitze (oder des tiefsten Punktes) des Rückhaltevorsprunges 26 vorbeiführt, um die Wicklungen eng um die Pole herum zu ziehen. Um die Umfangsbewegung der Spulendrähte während des Wickelns auf diese Weise zu vereinfachen, kann die Lippe oder Wulstkante 40 ebenfalls die entstehenden Spulen dadurch verbessern, daß diese kompakter, gleichmäßiger und dichter um die Pole gewickelt werden und daß die Wahrscheinlichkeit reduziert wird, daß sich Lücken innerhalb der Spule bilden, insbesondere in der Nähe der axialen Stirnseite des Stators, wenn das Wickeln durchgeführt wird.
  • Auf der anderen Seite jedes Poles 14 muß der zu wickelnde Draht, wenn er erneut in den Stator eintritt (z.B. in der Nähe des Bereiches B), normalerweise um eine Kante B gebogen werden, und es kann ebenfalls notwendig sein, daß er sich entlang der Kante B bewegt. Wie gesagt verhindert das Vorhandensein der Lippe oder der Wulstkante 40, die übersteht und dadurch die axialen Stirnseiten der Isoliereinlagen 30 schützt, daß der Draht die Isoliereinlagen beschädigt, was sonst zu einem möglichen Verlust der Isolation zwischen der Spule und dem Statorpaket führen kann. Die Lippe oder die Wulstkante 40 in dem Bereich B gewährleistet ebenfalls, daß der Draht eine glatte, harte Oberfläche berührt, die dessen Bewegung entlang der Kante B erleichtert. Wenn die Lippe oder die Wulstkante 40 sich in der Nähe des Bereiches A befindet, kann dies dazu beitragen, daß bessere Wicklungen hergestellt werden, indem die Kompaktheit, Gleichmäßigkeit, Dichte und Vollständigkeit der Spulen verbessert werden.
  • Ein weiterer Vorteil der Lippe oder der Wulstkante 40 auf der Anschlußplatte an beiden Stirnseiten des Statorpaketes liegt darin, daß diese Lippen oder Wulstkanten dazu beitragen, daß die Isoliereinlagen 30 in ihren vorgesehenen axialen Positionen in dem Stator festgehalten werden, und daß sie das Risiko verringern können, daß eine Isoliereinlage verschoben wird durch die Handhabung des Stators, oder bevor genug Wicklungen aufgebracht sind, um die Isoliereinlagen dauerhaft festzuhalten. Kleine lokale Klipse 34 (Fig. 3b) sind in der Vergangenheit verwendet worden, um die Isoliereinlagen 30 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung zu fixieren. Ein Aufbau mit einer fortlaufenden Lippe oder Wulstkante 40 mit allen oben beschriebenen zusätzlichen Vorteilen war vor dieser Erfindung jedoch unbekannt.
  • Zu beachten ist (wie in Fig. 2 gezeigt), daß der Abschnitt der Anschlußplatte 20 in radialer Richtung dicker ist als der direkt an das Statorpaket angrenzende Abschnitt oder aber als der Abschnitt, der den Spulenhalter 24 bildet, um zu verhindern, daß die Spulenhalter 24 durch die notwendigen angrenzenden Abschnitte der Lippe oder der Wulstkante 40 zu dick werden. Der Übergang vom Spulenhalter 24 zu diesem dickeren Abschnitt ist vorzugsweise geneigt, wie es an der Position 42 in den Figuren 2 und 5 dargestellt ist. Diese Schräge unterstützt das Laufen des zu wickelnden Drahtes in Richtung des angrenzenden Statorpoles, was dazu führt, daß die Spulen in der bereits oben erwähnten Weise verbessert werden. Es ist ebenfalls zu beachten, daß die Wulstkantenoberfläche 44 auf der anderen Seite des in Fig. 2 dargestellten Kanals vorzugsweise relativ zu beiden Längsachsen des Stators und zur axialen Stirnseite des Stators geneigt ist, so daß die Oberflächen 42 und 44 in der Richtung zum Stator muldenförmig ausgebildet sind.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen eines Stators, das die folgenden Verfahrensschritte enthält: Bereitstellen eines Statorkörpers mit einer Vielzahl von vorstehenden Polen (14a, 14b), wobei die aneinandergrenzenden Pole dazwischen einen Längskanal definieren; Auskleiden der Oberfläche eines solchen Kanals mit einem Isolierelement (30a); Wickeln einer Drahtspule um jeden Pol, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es weiterhin den Verfahrensschritt des Befestigens einer Anschlußplatte (20) auf jeder axialen Stirnseite des Statorkörpers umfaßt, so daß ein Abschnitt (40) der Anschlußplatte (20) an einer angrenzenden axialen Stirnseite des Isolierelementes (30a) vorspringt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Anschlußplatte (20) eine Hauptebene aufweist, die senkrecht zu den Längskanälen liegt, wenn die Anschlußplatte an dem Statorkörper befestigt wird, und bei dem die längste Abmessung des vorspringenden Abschnittes (40) parallel zur Hauptebene verläuft.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Verfahrensschritt des Wickelns gekennzeichnet ist durch: Ablegen des Drahtes, so daß ein Abschnitt des Drahtes nach dem Wickeln auf dem vorspringenden Abschnitt (40) der Anschlußplatte (20) verbleibt, wobei der vorspringende Abschnitt (40) als Barriere zwischen dem gewickelten Draht und der axialen Stirnseite des Isolierelementes (30a) dient.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Draht während des Verfahrensschrittes des Wickelns solange über den vorspringenden Abschnitt (40) der Anschlußplatte (20) läuft, bis er zum Stillstand kommt, so daß der Draht davor bewahrt wird, über die axiale Kante des Isolierelementes zu laufen.
5. Anschlußplatte zur Verwendung an der axialen Stirnseite eines Statorkörpers (12), der eine Vielzahl von vorstehenden Polen (24a, 24b) und ein Isolierelement (30a) aufweist, das in Längskanälen angeordnet ist, die durch aneinandergrenzende Pole definiert sind, wobei diese Anschlußplatte dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Wulstkante (40) aufweist, die sich über die restliche Anschlußplatte (20) erstreckt, wobei sich die Wulstkante (40) mindestens soweit senkrecht zur Längsachse des Statorkörpers erstreckt, um eine Stirnseite des Isolierelementes (30a) abzudecken.
6. Anschlußplatte nach Anspruch 5, bei der sich das Isolierelement (30a) in axialer Richtung über die axiale Stirnseite des Statorkörpers (12) hinaus erstreckt, und bei der die Wulstkante (40) in axialer Richtung von der Oberfläche der Anschlußplatte (20), die die axiale Stirnseite des Statorkörpers (12) berührt, in einem Abstand angeordnet ist, der größer ist als der in axialer Richtung über die axiale Stirnseite des Statorkörpers (12) hinaus reichende Vorsprung des Isolierlementes (30a).
7. Anschlußplatte nach Anspruch 5, bei der die Anschlußplatte (20) eine Hauptebene aufweist, die senkrecht zu den Längskanälen verläuft, wenn die Anschlußplatte (20) auf dem Statorkörper (12) montiert wird, und bei der die längste Abmessung der Wulstkante (40) parallel zur Hauptebene verläuft.
8. Anschlußplatte nach Anspruch 5, bei der die Wulstkante (40) mit einer axial nach außen gerichteten Oberfläche (42) versehen ist, die in Bezug auf die axiale Stirnseite des Statorkörpers (12) und auf die Längsachse des Statorkörpers (12) geneigt ist.
9. Anschlußplatte nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wulstkante (40) als eine Barriere zwischen dem um die Pole gewickelten Draht und der axialen Stirnseite des Isolierelementes (30a) dient.
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