WO2009010463A2 - Elektrische maschine mit elektrisch isolierten teilwicklungen - Google Patents

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WO2009010463A2
WO2009010463A2 PCT/EP2008/059082 EP2008059082W WO2009010463A2 WO 2009010463 A2 WO2009010463 A2 WO 2009010463A2 EP 2008059082 W EP2008059082 W EP 2008059082W WO 2009010463 A2 WO2009010463 A2 WO 2009010463A2
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Bruno Heim
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/38—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation around winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine with a
  • Basic body which contains two axial end faces and grooves for receiving electrical conductors of a winding system, wherein each end face an end plate with axially projecting deflection pin is arranged, the e- lectric conductor of the winding system are guided around the deflection pins, so that at each of End sides in each case a winding head is formed, and the winding system comprises a plurality of partial windings, which are arranged in the region of the end windings at least partially axially adjacent to each other.
  • Si is designed, in particular, as an electric motor whose basic body is e.g. is designed as a stand or stator laminated core.
  • the winding system may comprise a plurality of partial windings which are successively inserted into the stator laminated core.
  • the partial windings can be the phase windings respectively associated with the phase phases of the phase, which make up the winding system.
  • the electrical conductors are deflected and guided by a groove to another groove.
  • the winding heads which determine the outer dimensions and in particular the axial overall length of the electric motor, thus result on both axial end faces.
  • the deflection of the electrical conductors in the winding head area takes place by means of separate guide shells with U-shaped or L-shaped cross-sectional profile.
  • the guide shells serve to guide and receive partial windings. They also ensure that the part windings each recorded in the winding head area are electrically isolated from each other.
  • These Guide shells are each specifically adapted to a specific motor geometry and to the winding scheme used. They can not be used with other geometries and / or with other types of wrapping. Therefore, for the guide shells either a large variety of variants vorzuhalten or they must be changed in a redesign or redesign of the electric machine with each. The first option requires a considerable amount of logistics, the second a greater amount of time. Both options are costly.
  • the guide shells have a certain amount of space, which is included in the overall dimensions of the electric machine.
  • the object of the invention is to provide an electrical machine of the type described, in which an electrical insulation between adjacent part windings in the winding head area is easy and variable to achieve.
  • the electrical machine according to the invention is one in which an electrically insulating separating layer of at least one of two partial windings arranged axially adjacent to one another in the region of the winding heads in an overlapping zone one
  • Ground state flexible mat-like material is provided.
  • the electric machine according to the invention is characterized by the particularly space-saving and in their comparatively space-saving and in their comparatively variable electrically insulating separating layers, which are provided according to the invention between axially adjacent, in particular axially adjacent partial windings.
  • the separating layers are thin and flat and have at least in their ground state, ie in particular not yet inserted state, no essential structure in the axial direction, ie in the direction of the axis of rotation of the electric machine.
  • They consist of a mat or web-like material, especially in the not yet in the electric machine built-in ground state has a mechanical flexibility. It is in this state so preferably still flexible and therefore can be stored very easily and space saving on roles.
  • the separation layer can easily produce the separation layer just needed in the current shape and size, for example, by a corresponding cutting or punching.
  • a complex storage of different variants of the separation layer is therefore not required.
  • the separating layers due to their very small thickness of, for example, less than 0.5 mm, the separating layers practically do not influence the external dimensions of the electrical machine.
  • the separating layer comprises a fiber web. These can be produced very well and inexpensively. At the same time they offer a number of favorable properties, such as high mechanical stability and tear resistance.
  • the mat-like material of the separating layer can preferably be impregnated with a resin.
  • the resin In the ground state of the material and in particular even during the placement of the release liner, the resin is in a preferably only prepolymerized state.
  • the separating layer is then still flexible and can be adapted to the conditions, in particular to the surface contour of the part winding on which it is placed or placed.
  • the material of the release liner is particularly sticky, so that it can be prefixed well in the final position.
  • the resin of the mat-like material of the separating layer is cured in the final assembled state of the winding heads. The curing of the resin takes place advantageously only after the placement of the release liner when it is in its final position. After curing wears the Separation significantly to stabilize the winding head. It ensures that the covered part of the winding remains in the desired shape.
  • the mat-like material of the release liner is thermosetting.
  • a heat treatment is easy to do. It comes in any case in different stages of production of an electric machine and thus causes no significant additional expense.
  • the conductors of the winding system can preferably also be provided with a thermosetting and, in particular, sticky surface coating.
  • Such electrical conductors which are also referred to as baked enamel wires, then have the same advantages that have already been described above in connection with the material of the separating layers.
  • post-winding heat treatment may fix the electrical conductors in the position they have been threaded into. A certain prefixing is already given before the heat treatment due to the adhesive force effect. After the heat treatment, in particular, there is a solid and, in particular, dimensionally stable composite of coalesced individual coated electrical conductors.
  • a common heat treatment for curing the surface coating of the electrical conductors of a partial winding and for curing of the resin of the separator layer placed on this partial winding can take place.
  • the conductors of a partial winding in the region of the winding heads are at least partially connected to one another, in particular glued together.
  • the partial windings and the winding head retain their overall form.
  • the separating layer nestles at least partially against the surface contour of a the two part windings arranged axially adjacent to one another, between which the separating layer is arranged. This again serves the dimensional stability and is very space-saving. The separation layer is then no longer completely flat. It at least partially assumes the unevenness present on the surface of the covered part of the winding.
  • the release liner can be made very easily and quickly in a wide variety of shapes and dimensions depending on the current application.
  • the separating layer has openings through which the deflection pins are inserted.
  • the separating layer can be very well brought to their intended end position and fixed there. An elaborate (Nach) adjustment during or after inserting the separating layer is unnecessary. Incorrect assembly with insufficient electrical insulation between the adjacent partial windings due to incorrectly inserted separating layers can be largely excluded in this way.
  • FIG 1 shows an embodiment of a teilbewickelten electric machine in a perspective
  • FIG 1 shows the electric machine of FIG 1 in a
  • FIG. 3 shows the electric machine according to FIGS. 1 and 2 in a side view.
  • FIG 1 to 3 Corresponding parts are provided in FIG 1 to 3 with the same reference numerals.
  • the electrical machine 1 designed as an electric motor comprises a main body 2 to be wound and a rotor, which is not shown rotatably about an axis of rotation 3 in FIGS. 1 to 3.
  • the main body 2 belongs to a stator of the electric machine 1 and is designed as a stator laminated core. It has two axial end faces, of which in FIGS. 1 to 3 only one end face 4 is shown. At both end faces in each case an electrically insulating end plate 5 is arranged.
  • the end disk 5 has axially projecting molded-on deflection pins 6 which are axially projecting and distributed uniformly in the circumferential direction and, in the embodiment shown, have a uniform and, in particular, round cross-section.
  • the main body 2 has a stator bore, in which the rotor is not shown in FIG 1 to 3 is placed in the final assembled state. Adjacent to an inner wall of this stator bore axially extending and circumferentially uniformly distributed grooves 7 are provided in the base body 2.
  • the Nutverlauf deviating from the exact axial direction shown in Figures 1 and 2, i. a direction parallel to the axis of rotation 3 extending direction, have a slight skew. Between the grooves 7 Nutstege 8 are arranged.
  • the insulating end plate 5 is arranged on the front side 4, that their deflection pin 6 curse with the Nutstegen 8.
  • the number of the pivot pin 6 and the Nutstege 8 is the same.
  • the main body 2 is shown in a partially wound state. Only in some of the grooves 7 electrical conductors of the winding system 9 are arranged.
  • the grooves 7 Nutstirnö réelleen 10, from which emerge the electrical conductors to be deflected outside of the base body 2 at the end face 4 and to be guided to another of the grooves 7. This deflection and guidance of the electrical conductor by means of the deflection pin 6 of the insulating end plate 5.
  • End face 4 is thus formed, as well as on the second end face, not shown in FIGS. 1 to 3, in each case one end winding of the winding system 9.
  • the end plate 5 is universally applicable. It can be used to realize winding systems 9 for different numbers of poles. In particular, two-, four-, six- or eight-pole windings are possible.
  • the winding system 9 is composed of a plurality of partial windings, of which two partial windings 11 and 12 are shown in the figure. These are arranged axially adjacent to each other in sections in the region of the axial winding head shown. They adjoin one another here within an overlapping zone 13. Within the overlapping zone 13, an electrically insulating separating layer 14 is arranged between the two axially adjacent and adjacent partial windings 11 and 12.
  • the separating layer 14 consists of a resin-impregnated fiber fabric, which is present in the manner of a flat and thin mat or fabric. Before being inserted into the winding system 9, the separating layer 14 is flexible, since the resin is not yet completely polymerized. The resin is only prepolymerized, whereby the release liner 14 in this ground state also a certain
  • the material of the release liner 14 is thermosetting, i. It can be brought into a hard final state by means of a heat treatment. This is done in particular due to the complete polymerization of the impregnating resin.
  • the separating layer 14 is a stamped part which, by means of a simple stamping step in the desired shape and size, emerges from a larger web of the resin-impregnated fiber fabric. is punched.
  • the shape and size are thus very variable.
  • the separating layer 14 has a basic shape as a circular ring segment, in which passage openings 15 and on the inner segment arc edge recesses 16 are provided.
  • the passage openings 15 have an opening geometry which corresponds approximately to the cross-sectional geometry of the deflection pin 6. In the mounted state, the deflection pins 6 are guided through the passage openings 15.
  • Edge recesses 16 have a shape that is adapted to the groove end openings 10, so that the electrical conductors of the winding system can be performed at these locations without interference via an inserted separating layer 14.
  • the stator laminated core of the main body 2 is wound with a needle winder, wherein a winding nozzle of the needle winder inserts the electrical conductor into one of the grooves 7 and moves within the stator bore in the axial direction.
  • stator geometry segment disc can be used as an auxiliary tool to guide the electrical conductors in the region of the deflection pin 6 of the end plate 5 and in this area a flat axial dimension of the partial winding 11 or 12 to effect.
  • a flat coil or partial winding chamber can be formed.
  • the release liner 14 After completion of the lower part winding 11, the release liner 14 is placed in its flexible and slightly sticky ground state by being pushed with their through holes 15 on the deflection pin 6. As a result, an exact and reproducible positioning of the separating layer 14 is achieved. The initially still to some extent flexible separating layer 14 fits tightly against the partial winding 11.
  • the partially assembled arrangement is subjected to a heat treatment, whereby the separating layer 14 hardens and fixed the electrical conductors of the partial winding 11 in.
  • the electrical conductors used for the winding system 9 can be designed as baked enamel wires, which have an additional surface coating in addition to the electrically conductive core and a paint insulation applied thereto.
  • the latter is also thermosetting and also slightly tacky in the uncured state. After curing, this surface coating causes the electrical conductors of one of the partial windings 11 and 12 are joined together to form a mechanically stable composite. As a result, a permanent fixation of the shape of the partial winding 11 or 12 is also achieved outside of the grooves 7, that is to say above all in the region of the winding heads.
  • the curing of the separating layer 14 and that of the baked enamel wires of the partial winding 11 covered by the respective separating layer 14 preferably takes place at the same time.
  • adapted to the stator geometry and in particular heatable segment disc can be placed as an auxiliary tool with or without contact pressure on the release liner 14.
  • the curing of the separating layer 14 and the baked enamel wires takes place in this area.
  • the then cured release liner 14 is adapted to the surface geometry of the covered part winding 11.
  • the Separating layer 14 is very tight and dimensionally stable, whereby the partial winding is held in shape.
  • the winding of the further partial winding 12 can be started, the electrical conductors of which do not come into mechanical or electrical contact with the conductors of the partial winding 11 due to the intermediate separating layer 14.
  • This is not only, but especially advantageous if the two adjacent partial windings 11 and 12 are assigned to different electrical phases of the winding system 9.
  • the separating layer 14 then also fulfills the function of a phase insulation.
  • the separating layer 14 is very variable in its possible applications. As a stamped part, it can be easily adapted to other requirements.
  • the variably adaptable and usable separating layers 14 also enable the automated production of winding systems 9 for higher-pole electrical machines 1 by means of direct winding technology. In particular, at least two-pole, in particular four-, six- or eight-pole, electrical machines 1 can thus be realized.
  • thermosetting separating layers 14 and by the optionally additionally provided thermosetting surface coatings of the electrical conductors are very compact. They require little space. A separate pressing of the winding heads can be omitted. Likewise, no additional fixation of the partial winding forms by means of winding head bandages is required. A completely adequate positional fixation is already achieved by the thermosetting separating layers 14 and by the optionally additionally provided thermosetting surface coatings of the electrical conductors

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  • Power Engineering (AREA)
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  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

Die elektrische Maschine (1) hat einen Grundkörper (2), der zwei axiale Stirnseiten (4) sowie Nuten (7) zur Aufnahme von elektrischen Leitern eines Wicklungssystems (9) enthält. An jeder der Stirnseiten (4) ist jeweils eine Endscheibe (5) mit axial vorstehenden Umlenkzapfen (6) angeordnet. Die elektrisehen Leiter des Wicklungssystems (9) sind um die Umlenkzapfen (6) herumgeführt, so dass an jeder der Stirnseiten (4) jeweils ein Wickelkopf gebildet ist. Das Wicklungssystem (9) umfasst mehrere Teilwicklungen (12), die im Bereich der Wickelköpfe zumindest abschnittsweise axial benachbart zueinander angeordnet sind. Zwischen zwei im Bereich der Wickelköpfe axial benachbart zueinander angeordneten Teilwicklungen (12) ist in einer Überlappungszone (13) eine elektrisch isolierende Trennlage (14) aus einem zumindest in einem Grundzustand flexiblen mattenartigen Material vorgesehen.

Description

Beschreibung
Elektrische Maschine mit elektrisch isolierten Teilwicklungen
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem
Grundkörper, der zwei axiale Stirnseiten sowie Nuten zur Aufnahme von elektrischen Leitern eines Wicklungssystems enthält, wobei an jeder der Stirnseiten jeweils eine Endscheibe mit axial vorstehenden Umlenkzapfen angeordnet ist, die e- lektrischen Leiter des Wicklungssystems um die Umlenkzapfen herumgeführt sind, so dass an jeder der Stirnseiten jeweils ein Wickelkopf gebildet ist, und das Wicklungssystem mehrere Teilwicklungen umfasst, die im Bereich der Wickelköpfe zumindest abschnittsweise axial benachbart zueinander angeordnet sind.
Eine derartige elektrische Maschine ist beispielsweise in der DE 10 2005 037 373 Al beschrieben. Si ist insbesondere als Elektromotor ausgebildet, dessen Grundkörper z.B. als Ständer oder Ständer-Blechpaket ausgeführt ist. Das Wicklungssystem kann mehrere Teilwicklungen umfassen, die nacheinander in das Ständer-Blechpaket eingebracht werden. Insbesondere kann es sich bei den Teilwicklungen um die den elektrischen Phasensträngen jeweils zugeordneten Phasenwicklungen, aus denen sich das Wicklungssystem zusammensetzt, handeln. An den axialen Stirnseiten des Grundkörpers werden die elektrischen Leiter umgelenkt und von einer Nut zu einer anderen Nut geführt. Insgesamt ergeben sich so auf beiden axialen Stirnseiten die Wickelköpfe, die die äußeren Abmessungen und insbesondere die axiale Gesamtlänge des Elektromotors mit bestimmen.
Bei der elektrischen Maschine gemäß der DE 10 2005 037 373 Al erfolgt die Umlenkung der elektrischen Leiter im Wickelkopfbereich mittels gesonderter Führungsschalen mit U- oder L- förmigem Querschnittsprofil. Die Führungsschalen dienen zur Führung und Aufnahme von Teilwicklungen. Sie gewährleisten auch, dass die jeweils aufgenommenen Teilwicklungen im Wickelkopfbereich elektrisch voneinander isoliert sind. Diese Führungsschalen sind jeweils gezielt an eine bestimmte Motorgeometrie und an das verwendete Wicklungsschema angepasst. Sie lassen sich bei anderen Geometrien und/oder bei anderen Bewicklungsvarianten nicht einsetzen. Deshalb ist für die Führungsschalen entweder eine große Variantenvielfalt vorzuhalten oder sie müssen bei einer Um- oder Neukonstruktion der elektrischen Maschine jeweils mit geändert werden. Die erste Option erfordert einen erheblichen Logistikaufwand, die zweite einen größeren Zeitaufwand. Beide Optionen sind damit kos- tenträchtig. Außerdem haben die Führungsschalen einen gewissen Platzbedarf, der in die Gesamtabmessungen der elektrischen Maschine mit einfließt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine elekt- rische Maschine der eingangs bezeichneten Art anzugeben, bei der eine elektrische Isolierung zwischen benachbarten Teilwicklungen im Wickelkopfbereich einfach und variabel zu erreichen ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine handelt es sich um eine solche, bei der zwischen zwei im Bereich der Wickelköpfe axial benachbart zueinander angeordneten Teilwicklungen in einer Überlappungszone eine elekt- risch isolierende Trennlage aus einem zumindest in einem
Grundzustand flexiblen mattenartigen Material vorgesehen ist.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine zeichnet sich durch die besonders platzsparenden und in ihren Einsatzmöglichkei- ten sehr variablen elektrisch isolierenden Trennlagen aus, die erfindungsgemäß zwischen axial benachbarten, insbesondere axial aneinander angrenzenden Teilwicklungen vorgesehen sind. Vorzugsweise sind die Trennlagen dünn und flach und haben zumindest in ihrem Grundzustand, d.h. im insbesondere noch nicht eingesetzten Zustand, keine wesentliche Struktur in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Drehachse der elektrischen Maschine. Sie bestehen aus einem matten- oder bahnartigen Material, das insbesondere in dem noch nicht in die elektrische Maschine eingebauten Grundzustand eine mechanische Flexibilität aufweist. Es ist in diesem Zustand also vorzugsweise noch biegsam und kann demnach sehr einfach und platzsparend auf Rollen gelagert werden. Außerdem lässt sich aus dem mattenartigen Grundmaterial problemlos die gerade benötigte Trennlage in der jeweils aktuellen Form und Größe herstellen, beispielsweise durch ein entsprechendes Ausschneiden oder Ausstanzen. Eine aufwändige Lagerhaltung verschiedener Varianten der Trennlage ist folglich nicht erfor- derlich. Darüber hinaus beeinflussen die Trennlagen aufgrund ihrer nur sehr geringen Dicke von beispielsweise kleiner als 0,5 mm die Außenabmessungen der elektrischen Maschine praktisch nicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.
Günstig ist eine Variante, bei der die Trennlage ein Faserge- webe umfasst. Diese lassen sich sehr gut und preisgünstig herstellen. Zugleich bieten sie eine Reihe günstiger Eigenschaften, wie hohe mechanische Stabilität und Reißfestigkeit.
Weiterhin kann das mattenartige Material der Trennlage vor- zugsweise mit einem Harz getränkt sein. Im Grundzustand des Materials und insbesondere auch noch während des Aufsetzens der Trennlage befindet sich das Harz in einem vorzugsweise nur vorpolymerisierten Zustand. Die Trennlage ist dann noch flexibel und kann an die Gegebenheiten, insbesondere an die Oberflächenkontur der Teilwicklung, auf die sie aufgesetzt oder aufgelegt wird, angepasst werden. In diesem Zustand ist das Material der Trennlage insbesondere klebrig, so dass es sich gut in der endgültigen Position vorfixieren lässt. Vorzugsweise ist das Harz des mattenartigen Materials der Trenn- läge im endmontierten Zustand der Wickelköpfe ausgehärtet. Die Aushärtung des Harzes erfolgt dabei vorteilhafterweise erst nach dem Aufsetzen der Trennlage, wenn sie sich in ihrer endgültigen Position befindet. Nach der Aushärtung trägt die Trennlage erheblich zu einer Stabilisierung des Wickelkopfs bei. Sie sorgt mit dafür, dass die abgedeckte Teilwicklung in der gewünschten Form bleibt.
Gemäß einer anderen bevorzugten Variante ist das mattenartige Material der Trennlage wärmehärtend. Eine Wärmebehandlung ist leicht vorzunehmen. Sie kommt ohnehin in verschiedenen Fertigungsstadien einer elektrischen Maschine vor und verursacht somit keinen wesentlichen Zusatzaufwand. Außerdem gibt es viele verfügbare Stoffe, wie z.B. Polymere, die die wärmehärtende Eigenschaft haben.
Vorzugsweise können außerdem auch die Leiter des Wicklungssystems mit einem wärmehärtenden und insbesondere klebrigen Oberflächenüberzug versehen sein. Derartige elektrische Leiter, die auch als Backlackdrähte bezeichnet werden, haben dann dieselben Vorteile, die vorstehend bereits im Zusammenhang mit dem Material der Trennlagen beschrieben worden sind. Darüber hinaus kann eine Wärmebehandlung nach der Bewicklung die elektrischen Leiter in der Position fixieren, in die sie beim Bewickeln gebracht worden sind. Eine gewisse Vorfixierung ist auch bereits vor der Wärmebehandlung aufgrund der Klebekraftwirkung gegeben. Nach der Wärmebehandlung liegt insbesondere ein fester und insbesondere formstabiler Verbund aus zusammengehaltenen einzelnen beschichteten elektrischen Leitern vor. Insbesondere kann eine gemeinsame Wärmebehandlung zur Aushärtung des Oberflächenüberzugs der elektrischen Leiter einer Teilwicklung und zur Aushärtung des Harzes der auf dieser Teilwicklung platzierten Trennlage erfolgen.
Vorzugsweise sind im endmontierten Zustand die Leiter einer Teilwicklung im Bereich der Wickelköpfe zumindest teilweise miteinander verbunden, insbesondere miteinander verklebt. So behalten die Teilwicklungen und der Wickelkopf insgesamt ihre Form.
Bei einer weiteren günstigen Ausgestaltung schmiegt sich die Trennlage zumindest teilweise an die Oberflächenkontur einer der beiden axial benachbart zueinander angeordneten Teilwicklungen, zwischen denen die Trennlage angeordnet ist, an. Dies dient wiederum der Formstabilität und ist sehr platzsparend. Die Trennlage ist dann nicht mehr vollständig eben. Sie nimmt zumindest teilweise die an der Oberfläche der bedeckten Teilwicklung vorhandenen Unebenheiten an.
Günstig ist weiterhin eine Variante, bei der die Trennlage ein ausgestanztes Element ist. So kann die Trennlage je nach aktuellem Anwendungsfall sehr leicht und schnell in unterschiedlichsten Formen und Abmessungen hergestellt werden.
Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung hat die Trennlage Öffnungen, durch die die Umlenkzapfen hindurch gesteckt sind. So kann die Trennlage sehr gut an ihre vorgesehene Endposition gebracht und dort fixiert werden. Eine aufwändige (Nach) Justierung beim oder nach dem Einlegen der Trennlage erübrigt sich. Fehlmontagen mit unzureichender elektrischer Isolierung zwischen den benachbarten Teilwicklungen aufgrund falsch ein- gelegter Trennlagen könne auf diese Weise weitestgehend ausgeschlossen werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh- rungsbeispiels anhand der Zeichnung.
FIG 1 ein Ausführungsbeispiel einer teilbewickelten elektrischen Maschine in einer perspektivischen TeildarStellung, FIG 2 die elektrische Maschine gemäß FIG 1 in einer
Draufsicht auf eine axiale Stirnseite, und
FIG 3 die elektrische Maschine gemäß FIG 1 und 2 in einer Seitenansicht.
Einander entsprechende Teile sind in FIG 1 bis 3 mit denselben Bezugszeichen versehen. In FIG 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer teilbewickelten elektrischen Maschine 1 in verschiedenen Ansichten gezeigt. Die als Elektromotor ausgeführte elektrische Maschine 1 umfasst einen zu bewickelnden Grundkörper 2 und einem in FIG 1 bis 3 nicht mit dargestellten um eine Drehachse 3 drehbar gelagerten Läufer. Der Grundkörper 2 gehört zu einem Ständer der elektrischen Maschine 1 und ist als Ständer- Blechpaket ausgeführt. Er weist zwei axiale Stirnseiten auf, von denen in FIG 1 bis 3 nur die eine Stirnseite 4 gezeigt ist. An beiden Stirnseiten ist jeweils eine elektrisch isolierende Endscheibe 5 angeordnet. Die Endscheibe 5 weisen a- xial vorstehende und in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete angespritzte Umlenkzapfen 6 auf, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen einheitlichen und insbeson- dere runden Querschnitt haben.
Der Grundkörper 2 hat eine Ständerbohrung, in der der in FIG 1 bis 3 nicht mit dargestellte Läufer im endmontierten Zustand platziert ist. Angrenzend an eine Innenwand dieser Ständerbohrung sind axial verlaufende und über den Umfang gleichmäßig verteilte Nuten 7 im Grundkörper 2 vorgesehen. Gegebenenfalls kann der Nutverlauf abweichend von der in FIG 1 und 2 gezeigten exakt axialen Richtung, d.h. einer parallel zur Drehachse 3 verlaufenden Richtung, eine leichte Schrägung aufweisen. Zwischen den Nuten 7 sind Nutstege 8 angeordnet .
Die isolierende Endscheibe 5 ist so an der Stirnseite 4 angeordnet, dass ihre Umlenkzapfen 6 mit den Nutstegen 8 fluch- ten. Die Anzahl der Umlenkzapfen 6 und der Nutstege 8 ist gleich.
Innerhalb der Nuten 7 werden elektrische Leiter eines in den Grundkörper 2 einzubringenden elektrischen Wicklungssystems 9 platziert. Im Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 2 in einem teilbewickelten Zustand gezeigt. Nur in einigen der Nuten 7 sind elektrische Leiter des Wicklungssystems 9 angeordnet. An der Stirnseite 4 weisen die Nuten 7 Nutstirnöffnungen 10 auf, aus denen die elektrischen Leiter hervortreten, um außerhalb des Grundkörpers 2 an der Stirnseite 4 umgelenkt und zu einer anderen der Nuten 7 geführt zu werden. Diese Umlenkung und Führung der elektrischen Leiter erfolgt mittels der Umlenkzapfen 6 der isolierenden Endscheibe 5. An der
Stirnseite 4 ist damit ebenso wie an der in FIG 1 bis 3 nicht gezeigten zweiten Stirnseite jeweils ein Wickelkopf des Wicklungssystems 9 gebildet.
Die Endscheibe 5 ist universell einsetzbar. Mit ihr lassen sich Wicklungssysteme 9 für verschiedene Polzahlen realisieren. Insbesondere sind so zwei-, vier-, sechs- oder achtpoli- ge Wicklungen möglich.
Das Wicklungssystem 9 setzt sich aus mehreren Teilwicklungen zusammen, von denen in der Figur zwei Teilwicklungen 11 und 12 gezeigt sind. Diese sind im Bereich des gezeigten axialen Wickelkopfs abschnittsweise axial benachbart zueinander angeordnet. Sie grenzen hier innerhalb einer Überlappungszone 13 aneinander an. Innerhalb der Überlappungszone 13 ist zwischen den zwei axial benachbarten und aneinander angrenzenden Teilwicklungen 11 und 12 eine elektrisch isolierende Trennlage 14 angeordnet .
Die Trennlage 14 besteht aus einem harzgetränkten Fasergewebe, das in Art einer flachen und dünnen Matte oder Stoffbahn vorliegt. Vor dem Einsetzen in das Wicklungssystem 9 ist die Trennlage 14 flexibel, da das Harz noch nicht vollständig po- lymerisiert ist. Das Harz ist nur vorpolymerisiert, wodurch die Trennlage 14 in diesem Grundzustand auch eine gewisse
Klebrigkeit aufweist. Das Material der Trennlage 14 ist warmhärtend, d.h. es kann mittels einer Wärmebehandlung in einen harten Endzustand gebracht werden. Dies erfolgt insbesondere aufgrund der vollständigen Polymerisation des Tränkharzes.
Die Trennlage 14 ist ein Stanzteil, das mittels eines einfachen Stanzschrittes in der gewünschten Form und Größe aus einer größeren Bahn des harzgetränkten Fasergewebes herausge- stanzt wird. Die Form- und Größengebung sind damit sehr variabel .
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Trennlage 14 eine Grundform als Kreisringsegment, in dem Durchgangsöffnungen 15 und am inneren Segmentbogen Randaussparungen 16 vorgesehen sind. Die Durchgangsöffnungen 15 haben eine Öffnungsgeometrie, die in etwa der Querschnittsgeometrie der Umlenkzapfen 6 entspricht. Im montierten Zustand sind die Umlenkzapfen 6 durch die Durchgangsöffnungen 15 hindurch geführt. Die
Randaussparungen 16 haben dagegen eine Gestalt, die an die der Nutstirnöffnungen 10 angepasst ist, damit die elektrischen Leiter des Wicklungssystems an diesen Stellen ohne Beeinträchtigung über eine eingesetzte Trennlage 14 geführt werden können.
Zur Fertigung einer der Teilwicklungen 11 und 12 des Wicklungssystems 9 wird das Ständer-Blechpaket des Grundkörpers 2 mit einem Nadelwickler bewickelt, wobei eine Wickeldüse des Nadelwicklers den elektrischen Leiter in eine der Nuten 7 einlegt und sich innerhalb der Ständerbohrung in axialer Richtung fortbewegt. An der Stirnseite 4 wird die Wickeldüse (= Nadel) zunächst noch ein Stück in axialer Richtung nach außen bewegt. Danach wird der elektrische Leiter um eine ent- sprechende Anzahl von Umlenkzapfen 6 kreisbogenartig herum geführt, indem das Ständer-Blechpaket z.B. so weit um die Drehachse 3 gedreht wird, bis die Nutstirnöffnung 10 derjenigen Nut 7 auf Höhe der Wickeldüse erscheint, in der der e- lektrische Leiter in umgekehrter Richtung innerhalb der Stän- derbohrung zurückgeführt wird. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite läuft der Vorgang spiegelbildlich ab. Dies wird entsprechend der für diese Teilwicklung 11 oder 12 gewünschten Windungszahl wiederholt. Ggf. kann dabei zusätzlich eine an die Ständergeometrie angepasste Segmentscheibe als Hilfs- Werkzeug eingesetzt werden, um die elektrische Leiter im Bereich der Umlenkzapfen 6 der Endscheibe 5 zu führen und in diesem Bereich eine flache axiale Abmessung der Teilwicklung 11 oder 12 zu bewirken. Insbesondere kann so eine flache Spulen- oder Teilwicklungskammer gebildet werden.
Nach Fertigstellung der unteren Teilwicklung 11 wird die Trennlage 14 in ihrem biegsamen und leicht klebrigen Grundzustand aufgelegt, indem sie mit ihren Durchgangslöchern 15 auf die Umlenkzapfen 6 aufgeschoben wird. Dadurch wird eine exakte und reproduzierbare Positionierung der Trennlage 14 erreicht. Die zunächst noch in gewissem Umfang flexible Trenn- läge 14 legt sich eng an die Teilwicklung 11 an.
Anschließend wird die teilmontierte Anordnung einer Wärmbehandlung unterzogen, wodurch die Trennlage 14 aushärtet und die elektrischen Leiter der Teilwicklung 11 in fixiert.
Bevorzugt können die für das Wicklungssystem 9 verwendeten elektrischen Leiter als Backlackdrähte ausgeführt sein, die außer dem elektrisch leitfähigen Kern und einer darauf aufgebrachten Lackisolierung einen zusätzlichen Oberflächenüberzug haben. Letzterer ist ebenfalls wärmehärtend und im ungehärteten Zustand ebenfalls leicht klebrig. Nach einer Aushärtung führt dieser Oberflächenüberzug dazu, dass die elektrischen Leiter einer der Teilwicklungen 11 und 12 zu einem mechanisch stabilen Verbund zusammengefügt sind. Dadurch wird eine dau- erhafte Fixierung der Form der Teilwicklung 11 oder 12 auch außerhalb der Nuten 7, also vor allem im Bereich der Wickelköpfe erreicht.
Vorzugsweise findet die Aushärtung der Trennlage 14 und die- jenige der Backlackdrähte der von der betreffenden Trennlage 14 abgedeckten Teilwicklung 11 zugleich statt. Hierzu kann z.B. eine an die Ständergeometrie angepasste und insbesondere beheizbare Segmentscheibe als Hilfswerkzeug mit oder ohne Anpressdruck auf die Trennlage 14 aufgesetzt werden. Mittels einer Beheizung dieser Segmentscheibe erfolgt die Aushärtung der Trennlage 14 und der Backlackdrähte in diesem Bereich. Danach ist die dann ausgehärtete Trennlage 14 an die Oberflächengeometrie der abgedeckten Teilwicklung 11 angepasst. Die Trennlage 14 liegt sehr eng und formstarr an, wodurch die Teilwicklung in Form gehalten wird.
Im Anschluss daran kann mit der Bewicklung der weiteren Teil- wicklung 12 begonnen werden, deren elektrische Leiter aufgrund der dazwischen liegenden Trennlage 14 nicht in mechanischen oder elektrischen Kontakt mit den Leitern der Teilwicklung 11 kommen. Dies ist nicht nur, aber vor allem dann von Vorteil, wenn die beiden benachbarten Teilwicklungen 11 und 12 unterschiedlichen elektrischen Phasen des Wicklungssystems 9 zugeordnet sind. Die Trennlage 14 erfüllt dann auch die Funktion einer Phasenisolation.
Die Trennlage 14 ist sehr variabel in ihren Anwendungsmög- lichkeiten. Als Stanzteil kann sie sehr einfach an andere Anforderungen angepasst werden. Die variabel anpass- und einsetzbaren Trennlagen 14 ermöglichen auch die automatisierte Herstellung von Wicklungssystemen 9 für höherpolige elektrische Maschinen 1 mittels direkter Wickeltechnik. Insbesondere lassen sich so auch mindestens zweipolige, insbesondere vier-, sechs- oder achtpolige, elektrische Maschinen 1 realisieren .
Die so gefertigten Wickelköpfe sind sehr kompakt. Sie benöti- gen wenig Platz. Eine gesonderte Pressung der Wickelköpfe kann entfallen. Ebenso ist keine zusätzliche Fixierung der Teilwicklungsformen mittels Wickelkopfbandagen erforderlich. Eine vollkommen ausreichende Lagefixierung wird bereits durch die wäremhärtenden Trennlagen 14 und durch die ggf. zusätz- lieh vorgesehenen wärmehärtenden Oberflächenüberzüge der e- lektrischen Leiter erreicht

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine mit einem Grundkörper (2), der zwei axiale Stirnseiten (4) sowie Nuten (7) zur Aufnahme von e- lektrischen Leitern eines Wicklungssystems (9) enthält, wobei a) an jeder der Stirnseiten (4) jeweils eine Endscheibe (5) mit axial vorstehenden Umlenkzapfen (6) angeordnet ist, b) die elektrischen Leiter des Wicklungssystems (9) um die Umlenkzapfen (6) herumgeführt sind, so dass an jeder der Stirnseiten (4) jeweils ein Wickelkopf gebildet ist, c) das Wicklungssystem (9) mehrere Teilwicklungen (11, 12) umfasst, die im Bereich der Wickelköpfe zumindest ab¬ schnittsweise axial benachbart zueinander angeordnet sind, und d) zwischen zwei im Bereich der Wickelköpfe axial benachbart zueinander angeordneten Teilwicklungen (11, 12) in einer Überlappungszone (13) eine elektrisch isolierende Trennla¬ ge (14) aus einem zumindest in einem Grundzustand flexib¬ len mattenartigen Material vorgesehen ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennlage (14) ein Fasergewebe umfasst .
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das mattenartige Material der Trenn¬ lage (14) mit einem Harz getränkt ist.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Harz des mattenartigen Materials der Trennlage (14) im endmontierten Zustand der Wickelköpfe ausgehärtet ist.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass das mattenartige Material der Trenn¬ lage (14) wärmehärtend ist.
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Leiter des Wicklungssystems (9) mit einem wärmehärtenden Oberflächenüberzug versehen sind.
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass im endmontierten Zustand die Leiter einer Teilwicklung (11, 12) im Bereich der Wickelköpfe zumindest teilweise miteinander verbunden sind.
8. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass sich die Trennlage (14) zumindest teilweise an die Oberflächenkontur einer der beiden axial benachbart zueinander angeordneten Teilwicklungen (11, 12), zwischen denen die Trennlage (14) angeordnet ist, anschmiegt.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Trennlage (14) ein ausgestanztes Element ist.
10. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Trennlage (14) Öffnungen (15) hat, durch die die Umlenkzapfen (6) hindurch gesteckt sind.
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