WO2009016196A1 - Elektrische maschine - Google Patents

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WO2009016196A1
WO2009016196A1 PCT/EP2008/059975 EP2008059975W WO2009016196A1 WO 2009016196 A1 WO2009016196 A1 WO 2009016196A1 EP 2008059975 W EP2008059975 W EP 2008059975W WO 2009016196 A1 WO2009016196 A1 WO 2009016196A1
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teeth
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Jürgen PAWELLEK
Rolf Vollmer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/12—Machines characterised by the bobbins for supporting the windings

Definitions

  • the invention relates to an electric machine with a stator having a yoke back and the air gap of the electric machine facing teeth, teeth, each having a toothed shaft and a tooth head, extending between the teeth substantially perpendicular to the direction of movement of a rotor grooves, in which at least a side of a dental coil comprising a tooth is arranged.
  • a two-part motor stand with a general annular inner iron core, from the outer surface of a plurality of teeth projects radially outward, an annular outer iron core, in the inner surface grooves for receiving the tooth tips are formed and windings, which are mounted around the central part of the teeth before the insertion of the iron cores.
  • the disadvantage here is that in this case the winding is positioned directly on the iron teeth, so that there is no galvanic isolation in addition to the insulation of the wires to the iron core.
  • the assembly of the coils is relatively expensive.
  • a disadvantage is that the bobbin is adapted exactly to the dimensions of the tooth to occur between the bobbin and tooth and thus between the coil and the tooth. Thus, there is insufficient thermal contact of the coil with the tooth, so that a
  • the invention has the object, an electrical machine to provide, in which a sufficient thermal contact between the coil and tooth is provided.
  • stator having a yoke back and teeth facing the air gap of the electric machine
  • Teeth each having a toothed shaft and a tooth tip, - extending between the teeth substantially perpendicular to the direction of movement of a rotor grooves, in which at least one side of a dental coil comprising a tooth is arranged,
  • a bobbin which is in each case arranged between the tooth coil and the stator, and thus galvanically separates the tooth coil from the stator
  • a trapezoidal configuration of the cross section of the toothed shaft and bobbin is suitable.
  • an angle of 0.1 to 7 ° is suitable for this purpose.
  • An advantageous assembly is achieved in that the stator is formed in two parts, in which represents a pact with teeth and another part of the yoke back.
  • the stator is formed by positioning the coil on the tooth shafts and nesting the packet and yoke back together.
  • Such a constructed two-part stator is particularly suitable for rotary machines both with internal rotor and with external rotor as well as for linear motors.
  • the respective packages are laminated. It is also possible to form the package and / or the yoke back with iron ferrite and thus provide one-piece parts.
  • the solution of the problem is also achieved by a method for producing an electrical machine.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section of a two-part
  • FIG. 4 shows a side view of an electrical machine.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a stator 2, which is divided coaxially, wherein the stator 2 has a yoke back 3 and a package 4, which is composed of teeth has.
  • the package 4 is formed by axially successively arranged teeth, wherein 5 grooves 16 are arranged between the teeth.
  • FIG. 2 shows the state of the art in which the bobbin 9, with the toothed coil 8, is positioned on a conventional tooth 5. This inevitably results in a gap 10 between the bobbin 9 and the tooth 5, which is extremely poor in addition to the insufficient heat conduction of the tooth coil 8 via the bobbin 9 to the tooth 10, a lack of positioning resistance on the tooth, so that the handling during the Assembly is extremely insufficient. If the bobbin 9 is made with respect to the tooth 5 to undersize to avoid these gaps, a very precise manufacturing is necessary, which unnecessarily increases the bobbin.
  • the toothed shaft 6 of the tooth 5 is now performed tapered as well as the bobbin 9.
  • This is a ne easy handling and a production of the bobbin given.
  • the bobbin 9 is now placed as before on the tooth and possibly joined by pressing with the tooth, so that there is no longer gap between the coil body and the toothed shaft.
  • the bobbin 9 is supported on a flange 15 on the tooth head 7.
  • a sleeve 17 is present, which represents an electrical insulation of the tooth coil with respect to the yoke back 3.
  • the toothed shaft has a trapezoidal shape, wherein in particular an angle ⁇ which results between one side of the trapezoid 13 and an auxiliary line 12 parallel to the axis of symmetry 11 is to be selected from 0.1 to 7 °.
  • the star package now provided with tooth coils is inserted in the yoke back, in particular in the case of a rotary motor.
  • the tooth root 18 is so formed so that it enters into a mechanically and electromagnetically sufficient connection with the yoke back.
  • the entire stator 2 is potted with resin to further increase the insulation strength and the mechanical strength.
  • a permanent magnet rotor As a rotor, not shown, a permanent magnet rotor is used, which has external or internal permanent magnets.
  • the invention is not only suitable for rotary motors in which bobbin 9 are set with toothed coil 8 on a star package, but also for linear motors in both the yoke back and the package 4 are flat.
  • the package 4 with the teeth 5 is advantageously formed from one behind the other stacked sheets.
  • the teeth can be used individually, i. be executed without mechanical connection to the adjacent tooth head, and be connected via narrow webs with the adjacent tooth head in each case. Furthermore, for reasons of strength and handling, it is possible to design only every fifth plate of this toothed toothed carton. This facilitates handling as well as a complete package with connected tooth tips 7 but is much better suited for the scattering losses.

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Abstract

Elektrische Maschine (1) mit einem Stator (2), der einen Jochrücken (3) und zum Luftspalt der elektrischen Maschine (1) weisenden Zähnen (5) aufweist, Zähne (5), die jeweils einen Zahnschaft (6) und einen Zahnkopf (7) aufweisen, zwischen den Zähnen (5) im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung eines Rotors verlaufende Nuten (16), in denen zumindest eine Seite einer einen Zahn (5) umfassenden Zahnspule (8) angeordnet ist, einem Spulenkörper (9), der jeweils zwischen Zahnspule (8) und Stator (2) angeordnet ist, und so die Zahnspule (8) vom Stator (2) galvanisch trennt, einem sich zum Jochrücken (3) hin verjüngenden Querschnitt der Zahnschäfte (6) und der Spulenkörper (9) im Bereich der Zahnschäfte (6), wobei die Verjüngung von Zahnschaft (6) und Spulenkörper (9) derart ausgebildet ist, dass der Spalt (10) zwischen Spulenkörper (9) und Zahnschaft (6) minimiert ist.

Description

Beschreibung
Elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator, der einen Jochrücken und zum Luftspalt der elektrischen Maschine weisenden Zähnen aufweist, Zähnen, die jeweils einen Zahnschaft und einen Zahnkopf aufweist, zwischen den Zähnen im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung eines Rotors verlaufenden Nuten, in denen zumindest eine Seite einer einen Zahn umfassenden Zahnspule angeordnet ist.
Aus der DE 38 33 130 C2 ist ein zweiteiliger Motorständer mit einem allgemeinen ringförmigen inneren Eisenkern, von dessen Außenfläche weg eine Vielzahl von Zähnen radial nach außen ragt, einem ringförmig äußeren Eisenkern, in dessen Innenfläche Nuten für die Aufnahme der Zahnköpfe gebildet sind und Wicklungen, die vor dem Einsetzen der Eisenkerne jeweils um den Mittelteil der Zähne herum angebracht werden. Nachteilig dabei ist, dass in diesem Fall die Wicklung direkt an den Eisenzähnen positioniert ist, so dass keine galvanische Trennung außer der Isolation der Drähte zum Eisenkern besteht. Außerdem ist damit die Montage der Spulen relativ aufwendig.
Es ist außerdem bekannt, zwischen den Zähnen und der Wicklung Isolierungen vorzusehen, insbesondere bei elektrischen Maschinen mit Zahnspulen befinden sich diese auf einem Spulenkörper, der zur Isolierung der Spule bezüglich des Eisenkörpers dient.
Nachteilig dabei ist, dass der Spulenkörper exakt genau an die Abmessungen des Zahns anzupassen ist, um Spalte zwischen Spulenkörper und Zahn und damit zwischen der Spule und dem Zahn auftreten. Damit ist ein unzureichender thermischer Kon- takt von Spule mit dem Zahn vorhanden, so dass sich eine
Überhitzung der Spule einstellen kann. Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine zu schaffen, bei der ein ausreichender thermischer Kontakt zwischen der Spule und Zahn vorgesehen ist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine elektri- sehe Maschine mit
- einem Stator, der einen Jochrücken und zum Luftspalt der elektrischen Maschine weisenden Zähnen aufweist,
- Zähne, die jeweils einen Zahnschaft und einen Zahnkopf aufweisen, - zwischen den Zähnen im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung eines Rotors verlaufende Nuten, in denen zumindest eine Seite einer einen Zahn umfassenden Zahnspule angeordnet ist,
- einem Spulenkörper, der jeweils zwischen Zahnspule und Sta- tor angeordnet ist, und so die Zahnspule vom Stator galvanisch trennt,
- einem sich zum Jochrücken hin verjüngenden Querschnitt der Zahnschäfte und der Spulenkörper im Bereich der Zahnschäfte, wobei die Verjüngung von Zahnschaft und Spulenkörper derart ausgebildet ist, dass der Spalt zwischen Spulenkörper und Zahnschaft minimiert ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung, in dem insbesondere Spulenkörper und Zahnschaft verjüngt ausgebildet sind und durch eine Pressung zusammengefügt werden geht der Spalt zwischen Zahn und Spulenkörper gegen Null. Damit ist ein ausreichend fester Sitz des Spulenkörpers auf dem jeweiligen Zahn gewährleistet, was die Handhabung bei der weiteren Montage der elektrischen Maschine als auch eine verbesserte Wärmeab- fuhr der Spule über den Spulenkörper auf dem Zahn gewährleistet.
Als Verjüngung eignet sich insbesondere eine trapezförmige Ausgestaltung des Querschnitts von Zahnschaft und Spulenkör- per.
Vorteilhafterweise eignet sich dazu ein Winkel von 0,1 bis 7°. Eine vorteilhafte Montage wird dadurch erreicht, dass der Stator zweiteilig ausgebildet ist, in dem ein Pakt mit Zähnen und ein weiterer Teil der Jochrücken darstellt. Damit wird durch Positionieren der Spule auf den Zahnschäften und ein Ineinandersetzen von dem Paket und dem Jochrücken der Stator gebildet .
Ein derart aufgebauter zweiteiliger Stator eignet sich insbesondere für rotatorische Maschinen sowohl mit Innenläufer als auch mit Außenläufer als auch für Linearmotoren.
Vorteilhafterweise sind die jeweiligen Pakete geblecht ausgeführt. Es ist ebenso möglich, dass Paket und/oder den Jochrücken mit Eisenferrit auszubilden und somit einteilige Teile vorzusehen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt auch durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche sind den schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Darin zeigt :
FIG 1 einen schematischen Querschnitt eines zweigeteilten
Stators,
FIG 2 den Stand der Technik bei Ausführung der Zähne mit Spulenkörpern,
FIG 3 die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zahnes und des Spulenkörpers,
FIG 4 eine Seitenansicht einer elektrischen Maschine.
FIG 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Stator 2, der koaxial unterteilt ist, wobei der Stator 2 einen Jochrücken 3 und ein Paket 4, das aus Zähnen aufgebaut ist, aufweist. Das Paket 4 ist durch axial hintereinander angeordnete Zähne gebildet, wobei zwischen den Zähnen 5 Nuten 16 angeordnet sind. FIG 2 zeigt den Stand der Technik, bei dem der Spulenkörper 9, mit der Zahnspule 8 auf einem herkömmlichen Zahn 5 positioniert ist. Dabei ergibt sich unweigerlich zwischen dem Spulenkörper 9 und dem Zahn 5 ein Spalt 10, der neben der unge- nügenden Wärmeleitung der Zahnspule 8 über den Spulenkörper 9 zum Zahn 10 äußerst schlecht ist, eine mangelnde Positionierfestigkeit am Zahn, so dass die Handhabung auch während der Montage äußerst ungenügend ist. Falls der Spulenkörper 9 gegenüber dem Zahn 5 auf Untermaß gefertigt ist um diese Spalte zu vermeiden, ist ein sehr exaktes Fertigen notwendig, was die Spulenkörper unnötig verteuert.
Erfindungsgemäß wird nun der Zahnschaft 6 des Zahns 5 verjüngt ausgeführt ebenso wie der Spulenkörper 9. Damit ist ei- ne leichterte Handhabe und eine Fertigung des Spulenkörpers gegeben. Bei der Montage des Spulenkörpers 9 mit der Zahnspule 8 auf den Zahn wird nunmehr der Spulenkörper 9 wie bisher auf den Zahn aufgesetzt und gegebenenfalls durch Pressung mit dem Zahn gefügt, so dass sich kein Spalt mehr zwischen Spu- lenkörper und Zahnschaft befindet. Der Spulenkörper 9 stützt sich auf einen Flansch 15 am Zahnkopf 7 ab. Damit wird eine exakte Positionierung des Spulenkörpers am Zahn 5 gewährleistet als auch eine Isolationsfestigkeit der Zahnspule 8 gegenüber dem Zahnkopf 7 gewährleistet. Des Weiteren ist eine Man- schette 17 vorhanden, die eine elektrische Isolierung der Zahnspule gegenüber dem Jochrücken 3 darstellt.
Der Zahnschaft ist erfindungsgemäß trapezförmig ausgeführt, wobei sich insbesondere ein Winkel α der sich zwischen einer Seite des Trapez 13 und einer zur Symmetrieachse 11 parallelen Hilfslinie 12 ergibt, von 0,1 bis 7° zu wählen.
Wenn die Zahnspulen 8 mit ihrem Spulenkörper 9 auf dem jeweiligen Zahn 5 in der erfindungsgemäßen Art und Weise positio- niert sind, wird insbesondere bei einem rotatorischen Motor das nunmehr mit Zahnspulen versehene Sternpaket in dem Jochrücken eingesetzt. Insbesondere der Zahnfuß 18 ist dabei so ausgebildet, dass er mit dem Jochrücken eine mechanisch und elektromagnetisch ausreichende Verbindung eingeht.
Nachträglich wird der gesamte Stator 2 mit Harz vergossen um die Isolationsfestigkeit und die mechanische Festigkeit weiter zu erhöhen.
Als nicht näher dargestellter Rotor wird dabei ein Permanentmagnetläufer eingesetzt, der außenliegende oder innenliegende Permanentmagnete aufweist.
Des Weiteren eignet sich die Erfindung nicht nur für rotatorische Motoren, bei dem Spulenkörper 9 mit Zahnspule 8 auf ein Sternpaket gesetzt werden, sondern auch für Linearmotoren bei der sowohl der Jochrücken als auch das Paket 4 eben ausgeführt sind.
Das Paket 4 mit den Zähnen 5 ist vorteilhafterweise aus hintereinander gestapelten Blechen gebildet. Dabei können die Zähne sowohl einzeln, d.h. ohne mechanische Verbindung zum benachbarten Zahnkopf ausgeführt sein, als auch über schmale Stege mit dem benachbarten Zahnkopf jeweils verbunden sein. Des Weiteren ergibt sich die Möglichkeit aus Festigkeitsgründen und Handhabungsgründen, nur jedes fünfte Blech dieses Pa- kets mit verbundenen Zahnköpfen auszuführen. Dies erleichtert die Handhabung ebenso wie ein komplettes Paket mit verbundenen Zahnköpfen 7 ist aber bezüglich der Streuverluste wesentlich besser geeignet.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine (1) mit:
- einem Stator (2), der einen Jochrücken (3)und zum Luftspalt der elektrischen Maschine (1) weisenden Zähnen (5) aufweist,
- Zähne (5), die jeweils einen Zahnschaft (6) und einen Zahnkopf (7) aufweisen,
- zwischen den Zähnen (5) im Wesentlichen senkrecht zur Bewe- gungsrichtung eines Rotors verlaufende Nuten (16), in denen zumindest eine Seite einer einen Zahn (5) umfassenden Zahnspule (8) angeordnet ist,
- einem Spulenkörper (9), der jeweils zwischen Zahnspule (8) und Stator (2) angeordnet ist, und so die Zahnspule (8) vom Stator (2) galvanisch trennt,
- einem sich zum Jochrücken (3) hin verjüngenden Querschnitt der Zahnschäfte (6) und der Spulenkörper (9) im Bereich der Zahnschäfte (6), wobei die Verjüngung von Zahnschaft (6) und Spulenkörper (9) derart ausgebildet ist, dass der Spalt (10) zwischen Spulenkörper (9) und Zahnschaft (6) minimiert ist .
2. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Querschnitt trapez- förmig gestaltet ist.
3. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Seiten des Trapezes mit der Symmetrieachse (11) des Zahns (5) einen Winkel von 0,1 bis 7° bilden.
4. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stator (2) zweiteilig in ein Paket (4) mit Zähnen (5) und einen Jochrücken (3) unterteilt ist, die ineinander- einsetzbar sind und somit den Stator (2) bilden.
5. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass nur jeder zweite Zahn einen Spulenkörper (9) mit einer Zahnspule (8) aufweist.
6. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stator (2) geblecht oder durch Eisenferrit gebildet ist, so dass das Paket (4) mit Zähnen (5) und/oder der Jochrücken (3) geblecht ausgeführt sind.
7. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Schritte: - Fertigen des Pakets (3) mit Zähnen (5) und des Jochrückens (3) , insbesondere Stanzpaketieren,
- Aufstecken der sich verjüngenden Spulenkörper (9) radial auf die Zähne (5), wobei durch Pressen der sich verjüngenden Spulenkörper (9) auf die jeweiligen Zähne (5) des Pa- kets (4) diese gefügt werden,
- Einsetzen des mit Zahnspulen (8) versehenen Pakets (4) in den Jochrücken (3) ,
- Vergießen des Blechpakets.
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