DE10143870A1

DE10143870A1 - Rotor or stator for electric motor device, has holding elements with first contact surfaces facing base body, and winding bearers with contact surfaces facing towards first contact surfaces

Info

Publication number: DE10143870A1
Application number: DE2001143870
Authority: DE
Inventors: Werner Eberle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2003-04-03

Abstract

The device has individual pole windings with an accommodating body (5) with a base body and holding elements extending away from the base body with gaps between the holding elements for separately wound winding bearers (20). Each holding element has at least one first contact surface facing at least partly towards the base body and each bearer has at least one second contact surface facing at least partly towards the first contact surface.

Description

Die Erfindung betrifft einen Läufer oder Stator für eine elektromotorisch arbeitende Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a rotor or stator for an electric motor Working device according to the preamble of claim 1.

Im Zusammenhang mit elektrischen Maschinen ist es seit langem vorbekannt, Einzelpolwicklungen zur Vermeidung der Überschneidung von Leitern vorzusehen, um eine besonders kompakte Wicklung zu erreichen. Problematisch im Zusammenhang mit derartigen Einzelpolwicklungen ist, dass infolge der konstant breiten Polkerne, die zur Vergleichmäßigung der Flussdichte bevorzugt eingesetzt werden, bei Rotationsmotoren die Aufnahmenuten für die Wicklung sich nach außen hin radial erweitern, so dass ein insgesamt unbefriedigender Nutfüllfaktor erzielt wird. In connection with electrical machines, it has long been known Single pole windings to avoid the overlap of conductors to provide a particularly compact winding. Problematic in Connection with such single pole windings is that due to the constant wide pole cores, which are preferred to even out the flux density with rotary motors, the slots for the winding follow expand radially on the outside, so that an overall unsatisfactory slot filling factor is achieved.

Ein weiteres Problem derartiger elektrischer Maschinen ist, dass im Falle eines Leitungsbruches entweder der Läufer oder der Rotor insgesamt ausgewechselt werden muss, oder aber die betreffenden Teile vollständig neu bewickelt werden müssen. Another problem with such electrical machines is that in the case of a Line break either the rotor or the rotor replaced as a whole must be, or the relevant parts are completely rewound have to.

Zur Lösung der oben genannten Probleme ist daher in der DE 199 06 484 A1 eine elektrische Maschine mit einer Einzelpolwicklung vorgeschlagen, die im wesentlichen aus zwei Körpern aufgebaut ist, wobei der eine Körper im wesentlichen aus zwei Aufnahmekörpern segmentweise zusammengesetzt ist, und wobei jedes Trägersegment zur betriebsfesten Aufnahme von wenigstens jeweils separat bewickelbaren Bewicklungsträgern geeignet ist. DE 199 06 484 A1 therefore describes a solution to the problems mentioned above electrical machine with a single pole winding proposed in is essentially made up of two bodies, one body consisting essentially of two receiving bodies is assembled in segments, and each Carrier segment for the operational reception of at least separately windable winding carriers is suitable.

Die Verbindung zwischen dem Aufnahmekörper und den Wicklungsträgern erfolgt hier mittels Bolzen, die sich parallel zur Rotationsachse oder im Falle eines Linearmotores senkrecht zur Bewegungsrichtung erstrecken. The connection between the receiving body and the winding carriers is made here using bolts that are parallel to the axis of rotation or in the case of a Linear motor extend perpendicular to the direction of movement.

Es hat sich nun herausgestellt, dass hinsichtlich der in der DE 199 06 484 A1 vorgeschlagenen Befestigungsart keine befriedigenden Ergebnisse erzielen lassen. Aufgrund der hohen und schnell wechselnden Radialkräfte, die auf die Wicklungsträger wirken, führen diese periodische Radialschwingungen - im Falle eines Linearmotores Linearbewegungen senkrecht zur Bewegungsrichtung - aus. Dererlei Bewegungen sind natürlich unerwünscht, da es durch sie einerseits unmöglich wird, das ideale Spaltmaß einzuhalten. Weiterhin stehen solche Bewegungen einem idealen Wirkungsgrad entgegen, die Geräuscherzeugung erhöht sich und auf lange Sicht kann es zu mechanischen Beschädigung des Motors kommen. It has now been found that with regard to the in DE 199 06 484 A1 proposed type of attachment can not achieve satisfactory results. Due to the high and rapidly changing radial forces acting on the Winding carriers act, they cause periodic radial vibrations - in the case a linear motor linear movements perpendicular to the direction of movement - off. Such movements are, of course, undesirable because of it on the one hand it becomes impossible to maintain the ideal gap size. There are still such Movements towards an ideal efficiency that increases the generation of noise itself and in the long run it can cause mechanical damage to the engine come.

Um diesen Effekten entgegenzuwirken ist es notwendig, die Wicklungsträger zusätzlich im Aufnahmekörper, also im Stator oder im Rotor, einzugießen, wodurch wieder das Problem auftritt, dass bei einem Leitungsbruch der komplette Rotorder komplette Stator ausgetauscht werden muss. In order to counteract these effects, it is necessary to use the winding carriers additionally pour into the receiving body, i.e. in the stator or in the rotor, whereby again the problem arises that the complete Rotor the complete stator needs to be replaced.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, den gattungsgemäßen Läufer oder Stator dahingehend weiterzubilden, dass die einzelnen Wicklungsträger leicht ausgetauscht werden können und gleichzeitig eine Relativbewegung der Wicklungsträger im Verhältnis zum sie aufnehmenden Aufnahmekörper zuverlässig verhindert wird. Based on this prior art, it is an object of the invention to generic runner or stator to the extent that the individual winding carriers can be easily replaced and at the same time one Relative movement of the winding carriers in relation to the one receiving them Receiving body is reliably prevented.

Diese Aufgabe wird mit einem Läufer oder Stator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This task is done with a rotor or stator with the characteristics of Claim 1 solved.

Wie im Stand der Technik besteht der Läufer oder Stator aus einem Aufnahmekörper, der einen Grundkörper mit sich vom Grundkörper wegerstreckenden Halteelementen aufweist, und separat bewickelbaren Wicklungsträgern, die in Aufnahmen gehalten werden, die durch die Halteelemente gebildet sind. As in the prior art, the rotor or stator consists of one Receiving body, which has a base body extending away from the base body Has holding elements, and separately windable winding carriers, which in Recordings are held, which are formed by the holding elements.

Erfindungsgemäß werden hierbei die Radiallkräfte/Normalkräfte, die vom Wicklungsträger auf den Grundkörper übertragen werden müssen, flächig von den Wicklungsträgern auf die Halteelemente übertragen. According to the invention, the radial forces / normal forces, which are from Winding carriers must be transferred to the base body, flat from the Transfer winding carriers to the holding elements.

Es kann ein permanenter Formschluss zwischen Wicklungsträger und Halteelementen erzielt werden, so dass eine Radial/Normalbewegung der Wicklungsträger bezüglich des Läufers oder Stators unmöglich wird. There can be a permanent positive connection between the winding carrier and Holding elements are achieved so that a radial / normal movement of the Winding carrier with respect to the rotor or stator becomes impossible.

Dadurch, dass zur Kraftübertragung die gesamte Tiefe des Läufers/Stators genutzt werden kann, können die erfindungsgemäßen Motoren im Prinzip in beliebiger axialer Tiefe gebaut werden, da mit zunehmender axialer Tiefe, d. h. mit zunehmender Krafteinwirkung auf die einzelnen Wicklungsträger, auch die zur Kraftübertragung zur Verfügung stehende Kontaktfläche anwächst. Because the entire depth of the rotor / stator is used for power transmission can be used, the motors according to the invention can in principle in any axial depth can be built, because with increasing axial depth, d. H. With increasing force on the individual winding carriers, including those for Power transmission available contact area grows.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ergibt sich aus Anspruch 3. Durch die dort angegebenen zusätzlichen Merkmale kann eine mechanische Vorspannung zwischen Wicklungsträger und Läufer/Stator aufgebaut werden, wodurch eine Schwingungsfreiheit und Verformungsfreiheit auch bei größten Kräften sichergestellt werden kann. A particularly preferred embodiment results from claim 3 the additional features specified there can be a mechanical Preload between the winding carrier and the rotor / stator are built up, whereby freedom from vibration and freedom from deformation even with the greatest of forces can be ensured.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Further advantageous configurations result from the others Dependent claims.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen: The invention will now be described using an exemplary embodiment with reference to the Figures explained in more detail. Show it:

Fig. 1 Eine perspektivische Teilansicht eines Rotors, Fig. 1 is a partial perspective view of a rotor,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Aufnahmekörper aus Fig. 1, Fig. 2 is a plan view of the receptacle body of Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Wicklungsträger, Fig. 3 is a plan view of a winding support,

Fig. 4 den Aufnahmekörper aus Fig. 2 mit eingesetzten Wicklungsträgern, Fig. 4 shows the containment body of Fig. 2 with inserted winding carriers,

Fig. 5 das Rotorelement aus Fig. 4 mit einem eingeschlagenen Klemmbolzen. Fig. 5, the rotor element of Fig. 4 with a hammered-in clamping bolt.

Die Fig. 1 zeigt einen Teil eines Rotors für einen Elektromotor. Hierbei sind in einen Aufnahmekörper 5 Wicklungsträger 20 eingesetzt. Die Wicklungsträger 20 sind maschinell bewickelt; die Wicklungen sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Aufnahmekörper 5 und Wicklungsträger 20 sind jeweils parallel zur Motorachse schichtweise aus einer Vielzahl von identischen Blechausschnitten zusammengesetzt, um die Wirbelstromverluste gering zu halten. Zusätzlich kann der Aufnahmekörper 5 in Segmente unterteilt sein - ein solches Segment ist beispielsweise in Fig. 2 dargestellt - eine solche Segmentierung ist jedoch nicht in allen Anwendungsfällen zwingend erforderlich. Fig. 1 shows a portion of a rotor for an electric motor. 5 winding carriers 20 are inserted into a receiving body. The winding carriers 20 are wound by machine; the windings are not shown here for the sake of clarity. Receiving body 5 and winding support 20 are each composed of layers of a plurality of identical sheet metal cutouts parallel to the motor axis in order to keep the eddy current losses low. In addition, the receiving body 5 can be subdivided into segments - such a segment is shown, for example, in FIG. 2 - however, such segmentation is not absolutely necessary in all applications.

Der Aufnahmekörper besteht aus zwei unterschiedlichen Grundelementen, nämlich dem Grundkörper 10, welcher direkt oder indirekt mit der Motorachse in Verbindung steht und die auftretenden Kräfte in diese Achse einleitet, und Halteelementen 12, die sich vom Grundkörper 10 radial nach außen erstrecken. Die Trennung zwischen Grundkörper 10 und Halteelementen 12 ist hier rein funktional zu verstehen; in Fig. 2 ist beispielsweise ein einstückiges Blechstanzteil dargestellt. The receiving body consists of two different basic elements, namely the basic body 10 , which is directly or indirectly connected to the motor axis and introduces the forces occurring into this axis, and holding elements 12 , which extend radially outward from the basic body 10 . The separation between base body 10 and holding elements 12 is to be understood purely functionally here; in Fig. 2 a one-piece stamped sheet metal part is shown, for example.

Zwischen den identischen und symmetrisch ausgebildeten Halteelementen 12 befinden sich die Aufnahmen A, die zur Aufnahme der Wicklungsträger 20 dienen. Between the identical and symmetrically designed holding elements 12 there are the receptacles A, which serve to receive the winding carriers 20 .

Mit Bezug auf die Fig. 2 wird nun der Aufbau der Halteelemente 12 näher beschrieben. Jedes Halteelement 12 weist im wesentlichen drei Abschnitte auf: Die obere Abschlussfläche 13, die das Halteelement 12 in Richtung des Luftspaltes abschließt, den Mittelbereich 11 und den Haltebereich 15, der einerseits das Halteelement 12 mit dem Grundkörper 10 verbindet und andererseits zur Ankopplung der Wicklungsträger 20 an den Aufnahmekörper 5 dient. The structure of the holding elements 12 will now be described in more detail with reference to FIG. 2. Each holding element 12 essentially has three sections: the upper end surface 13 , which closes the holding element 12 in the direction of the air gap, the central region 11 and the holding region 15 , which on the one hand connects the holding element 12 to the base body 10 and on the other hand for coupling the winding supports 20 serves on the receiving body 5 .

Der Haltebereich 15 weist jeweils zwei erste Anlageflächen 16 auf, die jeweils in Kontakt mit einem Fußbereich 24 eines Wicklungsträgers 20 stehen (siehe beispielsweise Fig. 4). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel setzt sich jede erste Anlagefläche 16 aus vier Abschnitten 16A bis 16D zusammen. Hierbei weisen der erste Abschnitte 16A und der zweite Abschnitt 16B der ersten Anlagefläche in Richtung des Grundkörpers 10. The holding area 15 has two first contact surfaces 16 , each of which is in contact with a foot area 24 of a winding support 20 (see, for example, FIG. 4). In the present exemplary embodiment, each first contact surface 16 is composed of four sections 16 A to 16 D. Here, the first sections 16 A and the second section 16 B of the first contact surface point in the direction of the base body 10 .

Die Wicklungsträger 20 sind passend zu den Halteelementen 12 gestaltet. Ein solcher Wicklungsträger ist in Fig. 3 dargestellt. Der Fußbereich 24 eines jeden Wicklungsträgers weist jeweils zwei zweite Anlageflächen 26 auf. Die zweiten Anlageflächen 26 weisen entsprechend den ersten Anlageflächen 16 vier Abschnitte auf, wobei die Abschnitte der zweiten Anlagefläche jeweils das Negativ zu den Abschnitten der ersten Anlagefläche bilden, wie dies beispielsweise in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Fußbereich 24 und der Wicklungsträger 20 die Form eines Schwalbenschwanzes. The winding supports 20 are designed to match the holding elements 12 . Such a winding carrier is shown in Fig. 3. The foot region 24 of each winding support has two second contact surfaces 26 . The second contact surfaces 26 have four sections corresponding to the first contact surfaces 16 , wherein the sections of the second contact surface each form the negative to the sections of the first contact surface, as is shown, for example, in FIGS. 4 and 5. In the present exemplary embodiment, the foot region 24 and the winding support 20 have the shape of a dovetail.

Durch die jeweils ersten und zweiten Abschnitte werden die radial nach außen wirkenden Kräfte von den Wicklungsträgern in den Aufnahmekörper 5 eingeleitet. Die Krafteinleitung erfolgt hier über die gesamte Tiefe, so dass eine Verformung der Wicklungsträger 20, insbesondere eine Ausbeulung in der Mitte ausgeschlossen werden kann. The radially outward forces are introduced by the winding carriers into the receiving body 5 through the respective first and second sections. The force is applied over the entire depth, so that a deformation of the winding carrier 20 , in particular a bulge in the middle can be excluded.

Mittels der Durchgangsbohrungen 18 und der Trägerbohrungen 27 wird der Rotor mittels zweier Abschlussplatten in Axialrichtung verschraubt. Somit sind die Wicklungsträger sowohl in radialer als auch in axialer Richtung am Aufnahmekörper 5 gesichert. Bei Leitungsbruch in einer der Spulen muss nur eine der beiden Abschlussplatten entfernt werden, dann kann der entsprechende Wicklungsträger aus dem Aufnahmekörper herausgezogen werden, um durch einen entsprechend intakten Wicklungsträger ersetzt zu werden. By means of the through bores 18 and the carrier bores 27 , the rotor is screwed in the axial direction by means of two end plates. The winding carriers are thus secured to the receiving body 5 both in the radial and in the axial direction. In the event of a line break in one of the coils, only one of the two end plates has to be removed, then the corresponding winding carrier can be pulled out of the receiving body in order to be replaced by a correspondingly intact winding carrier.

In Fig. 5 ist ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei wird in Klemmbohrungen 28, die sich im Fußbereich 24 der Wicklungsträger 20 befinden, und die sich parallel zur Motorachse erstrecken, ein Klemmbolzen 30 eingeschlagen. Durch diesen Klemmbolzen 30 wird eine Vorspannung F zwischen den Wicklungsträgern 20 und dem Aufnahmekörper 5 erzeugt, was zu einem Formschluss bezüglich der ersten und zweiten Abschnitte der Anlageflächen führt. Hierdurch kann auch bei größten Radialkräften eine Schwingungsfreiheit der Wicklungsträger 20 bezüglich des Aufnahmekörpers 5 garantiert werden. Im Bedarfsfall, d. h. bei Ausfall einer Spule, können die Klemmbolzen 30 auch wieder aus den Klemmbohrungen 28 herausgeschlagen werden, so dass der betroffene Wicklungsträger 20 aus dem Aufnahmekörper 5 entfernt werden kann. In Fig. 5, a particularly preferred embodiment is shown. In this case, a clamping bolt 30 is hammered into clamping bores 28 , which are located in the foot region 24 of the winding supports 20 and which extend parallel to the motor axis. A preload F is generated between the winding carriers 20 and the receiving body 5 by this clamping bolt 30 , which leads to a positive connection with respect to the first and second sections of the contact surfaces. As a result, freedom of vibration of the winding carriers 20 with respect to the receiving body 5 can be guaranteed even with the greatest radial forces. If necessary, ie in the event of a coil failure, the clamping bolts 30 can also be knocked out of the clamping bores 28 again, so that the winding carrier 20 concerned can be removed from the receiving body 5 .

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde ein Rotor beschrieben. Es ist jedoch klar, dass das beschriebene Prinzip auch auf einen anders geformten Läufer, insbesondere für einen Linearmotor oder auf einen Stator angewendet werden kann. Bezugszeichenliste 5 Aufnahmekörper
10 Grundkörper
12 Halteelemente
13 obere Abschlussfläche
15 Haltebereich
16 erste Anlagefläche
16A erster Abschnitt der ersten Anlagefläche
16B zweiter Abschnitt der ersten Anlagefläche
16C dritter Abschnitt der ersten Anlagefläche
16D vierter Abschnitt der ersten Anlagefläche
18A-C Durchgangsbohrungen
20 Wicklungsträger
21 Wicklungsbereich
22 Kopf
24 Fußbereich
26 zweite Anlagefläche
26A erster Abschnitt der zweiten Anlagefläche
26B zweiter Abschnitt der zweiten Anlagefläche
26C dritter Abschnitt der zweiten Anlagefläche
26D vierter Abschnitt der zweiten Anlagefläche
27A, B Trägerbohrungen
28 Klemmbohrung
30 Klemmbolzen
A rotor has been described in the present exemplary embodiment. However, it is clear that the principle described can also be applied to a differently shaped rotor, in particular for a linear motor or on a stator. List of reference numerals 5 receiving body
10 basic bodies
12 holding elements
13 upper end surface
15 stopping area
16 first contact surface
16 A first section of the first contact surface
16 B second section of the first contact surface
16 C third section of the first contact surface
16 D fourth section of the first contact surface
18A-C through holes
20 winding carriers
21 winding area
22 head
24 foot area
26 second contact surface
26 A first section of the second contact surface
26 B second section of the second contact surface
26 C third section of the second contact surface
26 D fourth section of the second contact surface
27A, B support holes
28 clamping bore
30 clamping bolts

Claims

1. Läufer oder Stator für eine elektromotorisch arbeitende Vorrichtung mit Einzelpolwicklungen mit einem Aufnahmekörper, der einen Grundkörper und sich von diesem Grundkörper wegerstreckenden Halteelemente aufweist, wobei zwischen den Halteelementen Aufnahmen ausgebildet sind, und separat bewickelte Wicklungsträger, die in den Aufnahmen gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente jeweils wenigstens eine erste Anlagefläche aufweisen, die zumindest abschnittsweise in Richtung des Grundkörpers weisen, und dass jeder Wicklungsträger wenigstens eine zweite Anlagefläche aufweist, die zumindest abschnittsweise in Richtung einer ersten Anlagefläche weist. 1. rotor or stator for an electromotive device with single-pole windings with a receptacle body, which has a base body and extending from this base body holding elements, wherein between the holding elements receptacles are formed, and separately wound winding carriers, which are held in the receptacles, characterized that the holding elements each have at least one first contact surface, which point at least in sections in the direction of the base body, and that each winding support has at least one second contact surface, which at least in sections points in the direction of a first contact surface.

2. Läufer oder Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente und die Wicklungsträger symmetrisch aufgebaut sind. 2. rotor or stator according to claim 1, characterized in that the Holding elements and the winding supports are constructed symmetrically.

3. Läufer oder Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass pro Wicklungsträger wenigstens ein mechanisches Beaufschlagungsmittel vorhanden ist, das die zweiten Anlagefläche der Wicklungsträgers gegen die ersten Anlageflächen der Halteelemente presst. 3. rotor or stator according to claim 1 or 2, characterized in that at least one mechanical loading means per winding carrier is present against the second contact surface of the winding support presses the first contact surfaces of the holding elements.

4. Läufer oder Stator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsträger in Richtung des Grundkörpers offene Klemmbohrungen aufweisen, in die jeweils ein Klemmbolzen eingeschlagen oder eingepresst ist. 4. rotor or stator according to claim 3, characterized in that the Winding carriers open clamping holes in the direction of the main body have, in each of which a clamping bolt is hammered or pressed is.

5. Läufer oder Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper und/oder die Wicklungsträger schichtweise aus Blechen aufgebaut sind. 5. rotor or stator according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the receiving body and / or the winding carrier are built up in layers of sheet metal.

6. Läufer oder Stator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche gegeneinander isoliert sind. 6. rotor or stator according to claim 5, characterized in that the Metal sheets are insulated from each other.

7. Läufer oder Stator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist. 7. rotor or stator according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the receiving body consists of several segments is composed.