DE10259090A1

DE10259090A1 - Elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE10259090A1
Application number: DE10259090A
Authority: DE
Inventors: Klaus Happel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-22
Also published as: US7084545B2; US20040155552A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine und ein entsprechendes Verfahren zu ihrer Herstellung, wobei die Maschine einen um eine Drehachse drehbaren Außenläufer und einen koaxial zur Drehachse im Außenläufer angeordneten Ständer (2) aufweist, der Nuten (11) aufweist, die sich zur Drehachse hin verjüngen und in welche eine Ständerwicklung eingelegt ist. Um ein einfaches Bewickeln des Ständers (2) zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass der Ständer (2) aus einem Kernelement (3) und einem kammartigen Element gebildet ist, wobei das kammartige Element mit der Ständerwicklung bestückt und als Ring (10) um das Kernelement (3) herum angeordnet ist, wobei es sich mit den freien Enden seiner radial nach innen gerichteten Kammzähne (4, 5) auf dem Kernelement (3) abstützt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine und ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 10.
Allgemein bekannt sind Außenläufermotoren. Diese bestehen aus einem Außenläufer, der um eine Drehachse drehbar ist. Koaxial zu der Drehachse ist der Ständer im Innern des Außenläufers angeordnet, wobei die Ständerwicklung in Nuten angeordnet wird, die sich zur Drehachse hin verjüngen. Zur Bewicklung des Ständers sind an dessen Außenumfang schmale Schlitze in den Nuten vorgesehen.
Nachteilig ist bei den bekannten Außenläufern, dass das Bewickeln des Ständers mit einem hohen Nutfüllungsgrad aufwendig ist, da die Ständerwicklung durch schmale Nutschlitze hindurch gewickelt werden muss.
Die Spulen der Ständerwicklung können dabei mittels Nadelwickeltechnik, Flyertechnik, Einziehtechnik oder manueller Einträufeltechnik in die Nuten montiert werden. Bei der Nadel-Einwickeltechnik werden nur begrenzte Kupferfüllgrade erzielt, was die Leistungsdichte im Motor verringert. Die Einziehtechnik benötigt einen langen Wickelkopf; die Spule weist folglich einen höheren elektrischen Widerstand auf, was mit höheren Verlusten im Motor verbunden ist. Die Einträufeltechnik erfordert einen entsprechend hohen personellen Aufwand und ist somit teuer.
Insbesondere bei Polspulenwicklungen erfordern die breiten Zahnköpfe der Nuten eine flexible Kupferspule; eine automatische Bewicklung mit entsprechender Wicklungsqualität ist nicht möglich.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Außenläufermaschine und ein Verfahren zu deren Herstellung vorzuschlagen, welche die oben genannten Nachteile vermeidet.
Die Lösung dieser Aufgabe ist für die elektrische Maschine durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und für das Herstellverfahren durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale gegeben. Die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche gestalten die elektrische Maschine in vorteilhafter Weise weiter aus.
Die Lösung sieht bezogen auf die elektrische Maschine vor, dass der Ständer aus einem Kernelement und einem kammartigen Element gebildet ist, wobei das kammartige Element mit der Ständerwicklung bestückt und als Ring um das Kernelement herum angeordnet ist, wobei es sich mit den freien Enden seiner radial nach innen gerichteten Kammzähne auf dem Kernelement abstützt. Das Außenläufer-Ständerpaket besteht also aus zwei Teilen, dem Kernelement und dem kammartigen Element. Dadurch ist das Bestücken des Ständers mit der Ständerwicklung mit geringem Aufwand kostengünstig durchführbar.
Eine einfache Montage ergibt sich, wenn das kammartige Element um das Kernelement legbar oder biegbar ist.
Ein stabiler Ständer ergibt sich, wenn die Enden des Rings miteinander verbunden sind.
Kostengünstig ist es, wenn das Kernelement als ein die Form einer zylindrischen Welle aufweisendes Kernblechpaket und das kammartige Element als ein Blechpaketkamm ausgebildet ist, dessen gleichbeabstandete Kammzähne Blechpakete sind sind, auf welche die Ständerwicklung vor der Montage aufsteckbar ist. Die Kammblechpakete sind in bekannter Weise kostengünstig herstellbar.
Ein einfaches Kammblechpaket sieht vor, dass die einzelnen Blechpakete mittels Verbindungselementen verbunden sind und so den Blechpaketkamm bilden.
Ein stabiler Blechpaketkamm wird erzielt, wenn die Verbindungselemente in Form von Stanzpaketiernocken ausgebildet sind.
Ein hoher Wirkungsgrad wird erreicht, wenn die sich auf dem Kernelement abstützenden Kammzähne derart am Kernelement anliegen, dass ein guter magnetischer Schluss vorhanden ist.
Eine Erhöhung der Stabilität des Ständers ergibt sich, wenn die Spitzen der Kammzähne bei der Montage in korrespondierende Einkerbungen des Kernelements einsteckbar sind.
Ein geringerer Montageaufwand ergibt sich, wenn die Spitzen mit den Einkerbungen verrastbar sind.
Die Lösung sieht in bezug auf das Herstellverfahren vor, dass der Ständer aus einem Kernelement und einem kammartigen Element gebildet wird, wobei das kammartige Element mit der Ständerwicklung bestückt und anschließend unter Bildung eines sich mit den freien Enden seiner radial nach innen gerichteten Kammzähne auf dem Kernelement abstützenden Rings um das Kernelement herum angeordnet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 den Blechpaketkamm des Ständers,
2 der mit einer Ständerwicklung bestückte Blechpaketkamm gemäß 1,
3 ein Kernelement mit Einkerbungen auf seiner Außenseite und
4 der vollständig montierte Ständer.
1 zeigt einen Blechpaketkamm 1 für einen Ständer 2 (s. 4) einer Außenläufermaschine (nicht dargestellt), die einen um eine Drehachse drehbaren Außenläufer (ebenfalls nicht gezeigt) aufweist, in dem der feststehende Ständer 2 koaxial zur Drehachse angeordnet ist.
Der Ständer 2 umfasst zwei Elemente, ein kammartiges Element, nämlich den Blechpaketkamm 1, und ein zylindrisches Kernelement, das Kernblechpaket 3 (s. 3 und 4).
Der vor seiner Bestückung und Montage gezeigte Blechpaketkamm 1 besteht aus parallel nebeneinander beabstandet angeordneten Blechpaketen 4, 5, die mittels Verbindungselementen in Form von Stanzpaketiernocken 6 an ihren – auf 1 bezogen – oberen Enden miteinander verbunden sind, wobei sich die Struktur eines Kammes ergibt. Die Verbindung kann selbstverständlich auch mittels Nieten oder durch Kleben oder durch Schweißen hergestellt werden. Wie 1 zeigt, besteht der Blechpaketkamm 1 hier abwechselnd aus breiten und schmalen Kammzähnen 4, 5.
In 2 ist der Blechpaketkamm 1 in einer Vorderansicht dargestellt, wobei auf die breiten Blechpakete 4 jeweils eine Spule 7 aufgesteckt ist, die das zugeordnete Blechpaket 4 beidseitig umgibt. Die Spulen 7 weisen eine sich V-förmig verjüngende Form auf und sind auf nicht dargestellten isolierenden Kunststoffkörpern aufgewickelt. Das Aufstecken der Spulen 7 kann automatisch mittels einer Bestückungsmaschine erfolgen. Alle Spulen 7 zusammen bilden die Ständerwicklung des Ständers 2.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt des zylindrischen Kernblechpakets 3 mit auf seiner Umfangsfläche ausgebildeten Einkerbungen 8, 9.
In 4 ist ein Querschnitt des montierten Ständers 2 gezeigt, wobei der mit den Spulen 7 bestückte Blechpaketkamm 1 um das Kernblechpaket herumgelegt ist, wobei er je nach Ausführung der Verbindungselemente 6 dazu auch gebogen werden muss. Auf diese Weise bildet der Blechpaketkamm 1 einen um das Kernblechpaket 3 herum angeordneten Ring. Die Enden des Rings 10 (s. auch 2) liegen hierbei aneinander an und sind fest miteinander verbunden. Die Breite der beiden Enden entspricht zusammen der Breite eines schmalen Blechpakets 5. Wie 4 zu entnehmen ist, stützen sich die radial nach innen gerichteten Blechpakete 4, 5, die Kammzähne, auf dem Kernblechpaket 3 ab, wobei die freien Enden der Kammzähne (Blechpakete 4, 5) in die entsprechenden Vertiefungen 8, 9 eingreifen. Der Eingriff kann auch verrastbar ausgebildet sein. Die Anlage der Kammzähne an dem Kernblechpaket 3 erfolgt so, dass sich ein guter magnetischer Schluss ergibt. Bei dem montierten Ständer 2 füllen die Spulen 7 und damit die Ständerwicklung die sich zur Drehachse hin verjüngenden Nuten 11 nahezu vollständig aus. In 4 sind hier nur zwei Spulen 7 eingezeichnet; selbstverständlich weist der montierte Ständer 2 in allen Nuten eine Spule 7 auf.

1: Blechpaketkamm
2: Ständer
3: Kernblechpaket
4: Blechpaket (Kammzähne)
5: Blechpaket (Kammzähne)
6: Verbindungselement
7: Spule
8: Einkerbung
9: Einkerbung
10: Ring
11: Nut

Claims

Elektrische Maschine mit einem um eine Drehachse drehbaren Außenläufer und einem koaxial zur Drehachse im Außenläufer angeordneten Ständer (2), der Nuten (11) aufweist, die sich zur Drehachse hin verjüngen und in welche eine Ständerwicklung eingelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (2) aus einem Kernelement (3) und einem kammartigen Element gebildet ist, wobei das kammartige Element mit der Ständerwicklung bestückt und als Ring (10) um das Kernelement (3) herum angeordnet ist, wobei es sich mit den freien Enden seiner radial nach innen gerichteten Kammzähne (4, 5) auf dem Kernelement (3) abstützt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kammartige Element um das Kernelement (3) legbar oder biegbar ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Rings (10) fest miteinander verbunden sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (3) als ein die Form einer zylindrischen Welle aufweisendes Kernblechpaket und das kammartige Element als ein Blechpaketkamm (1) ausgebildet ist, dessen gleichbeabstandete Kammzähne Blechpakete (4, 5) sind, auf welche die Ständerwicklung vor der Montage aufsteckbar ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Blechpaketen (4, 5) mittels Verbindungselementen (6) Blechpaketkamm (1) gebildet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (6) in Form von Stanzpaketiernocken ausgebildet sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Blechpaketen (4, 5) der Kammzähne und dem Blechpaket (4, 5) des Kernelements (3) ein magnetischer Rückschluss ausgebildet ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 4–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzen der Kammzähne (4, 5) bei der Montage in korrespondierende Einkerbungen (8, 9) des Kernelements (3) einsteckbar sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzen mit den Einkerbungen (8, 9) verrastbar sind.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine mit einem um eine Drehachse drehbaren Außenläufer und einem koaxial zur Drehachse im Außenläufer angeordneten Ständer (2), der Nuten (11) aufweist, die sich zur Drehachse hin verjüngen und in welche eine Ständerwicklung eingelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (2) aus einem Kernelement (3) und einem kammartigen Element gebildet wird, wobei das kammartige Element mit der Ständerwicklung bestückt und anschließend unter Bildung eines sich mit den freien Enden seiner radial nach innen gerichteten Kammzähne (4, 5) auf dem Kernelement (3) abstützenden Rings (10) um das Kernelement (3) herum angeordnet wird.