DE1924729A1 - Isolation arrangement for increased demands in electrical inductive devices, preferably small motors - Google Patents
Isolation arrangement for increased demands in electrical inductive devices, preferably small motorsInfo
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Description
PAPST - AfOTOREF KG, 77^2 St. Gear^en/SchwarzwaldPAPST - AfOTOREF KG, 77 ^ 2 St. Gear ^ en / Black Forest
14.3.69 56/Sf14.3.69 56 / Sf
TsoLa tions-Anordnung für erhöhte Ansprüche in elektrischen induktiven Geräten, vorzugsweise Klein—MotorenTsoLa tion arrangement for increased demands in electrical inductive devices, preferably small motors
Die Erfindung betrifft, eine Tsolations-Anordnung für erhöhte \nsprüche in elektrischen induktiven Geräten, vorzugsweise T-'ie i η-Mo tor en.The invention relates to a isolation arrangement for increased Proposals in electrical inductive devices, preferably T-'ie i η-motors.
Wenn bei einem Geräte- oder Motortyp vorgegebener Konstruktion verschiedene Ausführungsvarianten stark unterschiedlichen Forderungen an die Isolation genügen sollen, zwingt das unter Umständen zu einschneidenden Haßnahmen.If the construction of a device or motor type is specified different design variants should meet very different demands on the insulation, forces the hatred that can sometimes become drastic.
Der übliche Weg zur Erfüllung verschärfter Isolationsbedin-,"•ungen Ls t, die Motormaße so zu vergrößern, daß die gewünschten Tsola ti onsstärken, Luft- und Kriechstrecken erreicht werden. Dieser ¥eg erfordert jedoch mehr Material, ergibt größere Bauniaße und, insbesondere bei Motoren mit geringer leistung, eine VerschLechterung des Leistungsgewichtes des Motors bzw. seiner Vo Liimenleis tung und auch seines Wirkungsgrades. The usual way to meet stricter isolation conditions Ls t to enlarge the engine dimensions so that the desired Tsola ti onsstarke, air and creepage distances achieved will. This ¥ eg, however, requires more material, results in larger dimensions and, especially in the case of engines, with smaller performance, a deterioration in the performance-to-weight ratio of the Motor or its Vo Liimenperis tion and also its efficiency.
Bei unterschiedlichen Tsolationsverhältnxsseri der verschiedenen Ausführungsarten eines Geräte- oder Motortyps für diese verschiedenen Forderungen an die Isolation, sollen diese Forderungen jedoch alle erfüllt werden, ohne daß die Abmessungen- fies Gerätes oder des Motors bei schärferer Isolations förderung vergrößert werden müssen, und auch ohne daß die Ausführungen dieser Type für geringere Isolationsbedingungen unnötig groß, d. h. räumlich nicht ausgenützt sind; denn von den K'lnbauverhältnissen her z. B-· werden oft harte Forderungen an die Motorgröße gestellt.In the case of different isolation ratios of the various types of device or motor type for these different demands on the isolation, should However, these requirements are all met without reducing the dimensions of the device or the motor with sharper insulation Funding must be increased, and also without the designs of this type for lower insulation conditions unnecessarily large, d. H. are spatially not used; because from the K'lnbau conditions z. B- · are often tough Requirements placed on the engine size.
009849/0884009849/0884
14.3-6914.3-69
aktiven Teile unmittelbar vom sonstigen Gehäuse trennende, elektrisch isolierende Schicht, gleichzeitig als Schicht mit Dämpfwirkung zur Schall- und Schwingungsdämpfung auszubilden. (Anspruch k).electrically insulating layer separating active parts directly from the rest of the housing, at the same time as a layer with a damping effect for sound and vibration damping. (Claim k ).
Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, Metallfahnen oder Rippen in diese Trennisolationsschicht, (die gegebenenfalls auch Schutzisolierung ist) vorzugsweise an Wickelköpfen einzulassen, (Anspruch 5)t z· Ti. indem diese Metallfahnen (Kühlbleche) in Fugen im Werkzeug vor dem Vergießen oder Spritzen eingesteckt werden. (Anspruch 6). Dies bedeutet eine Oberflächeiivergrüßertmg und Verwirbelung der Luft durch Verrippung.To improve the heat dissipation in a further embodiment of the invention it is proposed that the metal lugs or ribs in this separating insulating layer (optionally also insulation) is preferably involved at the winding heads (claim 5) tz · Ti. By these metal lugs (cooling plates) in joints in the tool before after potting or spraying. (Claim 6). This means a surface enlargement and turbulence of the air by ribbing.
Hei Elektrogeräten oder Motoren, welche Formspulen auf Spulenkörpern haben, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, den Spulenformkörper als unmittelbar den elektrisch aktiven Teil vom übrigen Gehäuse trennende, lückenlose Schutzschicht auszubilden (Anspruch 1J), ln<ie.m der Formspulenkörper einen ττ-förmigen Querschnitt hat, dessen Schenkelenden z. B. mäanderförmig gewellte Oberflächen aufweisen für längere Kriechwege zur Erhöhung der Kriechfestigkeit r wobei der Ratitn über den Windungen nach dem Wickeln mit T.soliermasse gefüllt, vorzugsweise ausgegossen wird (Anspruch 8), und damit nicht nur eine durch die gewellte Oberfläche erheblich vergrößerte Kriechstrecke, sondern auch ein erheblich längerer, z. B. zick-zack- oder labyrinth—förmiger Kapillnrspalt und damit vor allem eine, auch verschärften Forderungen genügende, wesentliche größere Luftstrecke ohne zusätzliche Maßnahmen erreicht wird. Ohne Vergießen wäre zwar die Kriechstrecke vergrößert, aber die Luftstrecke noch nicht. Diese wird durch das Ausfüllen des Raumes zwischen den Schenkeln vermieden, bzw. man hat nur nonh den 1abyrinthartigen Knpi 11nrspajt. Auf diese Woise bekommt man bei minimalen Tlaumaßen für dan .Spulenkörper viol Kupfer im Onerschnjtt unter.Hei electrical devices or motors, which have the form of coils on bobbins, is proposed in a further embodiment of the invention to form the coil shape body as directly the electrically active part separated from the rest of the housing, uninterrupted protective layer (claim 1 J) ln, <ie.m the form of bobbin a ττ -shaped cross-section, the leg ends of which z. B. have meandering corrugated surfaces for longer creepage distances to increase the creep resistance r with the ratio over the turns after winding with T.solierstoff filled, preferably poured (claim 8), and thus not only a significantly increased creepage distance due to the corrugated surface, but also a considerably longer one, e.g. B. zigzag or labyrinth-shaped Kapillnrspalt and thus above all a, even more stringent requirements, a substantially larger air gap is achieved without additional measures. Without potting, the creepage distance would be increased, but not the air distance. This is avoided by filling the space between the legs, or one only has the labyrinth-like knot. In this way, with minimal Tlauma measurements, you get viol copper in the Onerschnjtt for the bobbin.
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Dies bedeutet, dnO die In der Isolation unterschiedlichen Ausführungen eines gleichen Motortyps (d. h. für eine Leistungsstufe) etwa gleiche Nennleistung haben*This means that the different in isolation Versions of the same motor type (i.e. for one power level) have approximately the same nominal power *
Moderne Isolierstoffe haben so hohe dielektrische Festigkeiten, daß man mit sehr dünnen Tsolationawandstärken die bestehenden Forderungen hinsichtlich Durchschlagsfestigkeit erfüllen kann. Damit lassen sich größere Luft- und Kriechstrecken jedoch noch nicht realisieren.Modern insulating materials have such high dielectric strengths, that with very thin Tsolationa wall thicknesses the existing Can meet requirements in terms of dielectric strength. This, however, allows larger clearances and creepage distances not yet realize.
Zur Lösung der oben angedeuteten Aufgäbet "mLt erhöhten I,uft- und Kriechstrecken ausgestattete und besser isolierte Motoren ohne wesentliche Vergrößerung der äußeren Gehäusenbmessung, der konstruktiven Daten unsw." wird erfindungBgemHß vorgeschlagen, die elektrisch und magnetisch aktiven Teile des Gerätes oder Motors, beispielsweise des Hotors pLus Stators inclusive ihrer Wicklungen durch isolierende Schichten (ζ. Π. aus Verguß-, Prell- odor Spritzmassen bestehend) unmittelbar vom übrigen derate- oder Motoraufbau zu trennen· (\nepruch 1).To solve the above-indicated task "mLt increased I, uft- and better insulated motors Without substantial enlargement of the outer dimensions of the housing, the design data etc. ", the invention proposes that the electrically and magnetically active parts of the Device or motor, for example the Hotors pLus stator including their windings through insulating layers (ζ. Π. consisting of potting, bounce odor injection compounds) directly to be separated from the rest of the derate or motor structure · (\ nepruch 1).
Tn weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, eine eventuelle zusätzliche Schutzisolierung gleichzeitig in einem Arbeitsgang mit der Imprägnierung der Wickelköpfe aufzubringen, so daß die zusätzliche Isolationsschicht gleichzeitig Tmprägnierschicht ist. (Ansprüche 2, 3). Diese vorzugsweise nach dem Vakuumverfahren aufgebrachte Imprägnier- und Vergußmasse für die zusätzlich· Isolation bedeuten Tropenfestigkeit und BestUndlgkeit in. aggressiver Umgebung, wenn man dies· Schutzmassen entsprechend wählt.In a further embodiment of the invention it is proposed that to apply any additional protective insulation at the same time in one operation with the impregnation of the winding heads, so that the additional insulation layer at the same time The waterproofing layer is. (Claims 2, 3). This impregnation and casting compound for the additional insulation, which is preferably applied by the vacuum process, is tropicalized and resistance in an aggressive environment, if one chooses this · protective masses accordingly.
Da an Elektromotoren außerdem häufig gewiss« O«räuechforderungen gestallt werden, wird In weiterer Ausgestaltung d«r Frfindung vorgeschlagen, dl···» di· elektrisch und magnetischSince electric motors are also often subject to certain “smoke requirements”, a further embodiment of the invention suggests that the electrical and magnetic properties are used
009141/0114009141/0114
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14.3.69 - 4 - 56/Sf14.3.69 - 4 - 56 / Sf
Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispielse der Erfindung. Tn Fig. 1 wird ein derartiger Außenläufer, in Fig. 2 ein erfindungsgemäßer Innenläufer, in Fig. 3 ein Spaltpolmotor mit Formspulenkörpern nach der Erfindung dargestellt.The drawings show exemplary embodiments of the invention. In FIG. 1, such an external rotor is used, in FIG. 2 internal rotor according to the invention, in FIG. 3 a shaded pole motor shown with form bobbins according to the invention.
Fig. 1 zeigt im einzelnen den Außenläufer 1, mit seinem elektromagnetisch aktiven Teil 2, zwischen welchen sich erfindungsgemäß die Isolationsschicht 3 befindet, welche zur Erfüllung der Luft- und Kriechstreckenvorschriften die Fortsätze 4 und aufweist. Das Rotorgehäuse 1 kann Luftdurchtrittsquerschnitte aufweisen, welche zwischen Rippen 7 liegen, die im Zentrum die Welle 8 über ihre Buchse 9 tragen. Der Stator 10 besitzt das Blechpaket 11 mit den Wickelköpfen 12, welche eine wenigstens 1 mm starke Imprägniervergußmasse aufweisen. Zwischen dem Statorblechpaket 11 und dem Lagertragrohr 13 befindet sich eine weitere Isolationsschicht 14, welche erfindungsgemäß die elektro-magnetisch aktiven Teile vom übrigen Gehäuse unmittelbar trennt. Diese Schicht 14 kann eine Verguß-, Spritz- oder Klebemasse oder Preßmasse sein oder auch ein vorgefertigtes Isolierrohr. Dieses Isolierrohr 14 kann beispielsweise mit der Schutzisolationskappe 15 in einem Arbeitsgang vorteilhafterweise vergossen werden mit oder ohne eingelegtem Lagerrohr. Die nach der Erfindung angeordneten Schutzschichten 4 oder können also Verguß-, Klebe- oder Preßmassen oder auch vorgefertigte Schichten oder Rohre sein^ Der elektro-magnetisch aktive Teil im Läufer kann beispielsweise eine Käfigwalze oder vorteilhafterweise ein Ring aus hysteresischem Material sein oder auch ein einfacher Wirbelstromeisenring. In die Imprägnier- und isolierschutzmasse 15 können vorteilhafterweise Kühlfahnen- oder -rippen 16 zur Oberflächenvergrößerung und Wirbelbildung eingelassen sein. Das Rotorgehäuse besteht vor- · teilhafterweise wenigstens zu einem Teil aus Kunststoff. 1 shows in detail the external rotor 1, with its electromagnetically active part 2, between which, according to the invention, the insulation layer 3 is located, which has the extensions 4 and 4 to meet the clearance and creepage distance regulations. The rotor housing 1 can have air passage cross-sections which lie between ribs 7 which in the center support the shaft 8 via their bushing 9. The stator 10 has the laminated core 11 with the winding heads 12, which have an impregnation casting compound at least 1 mm thick. Between the stator lamination stack 11 and the bearing support tube 13 there is a further insulation layer 14 which, according to the invention, directly separates the electromagnetically active parts from the rest of the housing. This layer 14 can be a potting compound, injection compound or adhesive compound or molding compound, or else a prefabricated insulating tube. This insulating tube 14 can, for example, advantageously be cast with the protective insulating cap 15 in one operation, with or without an inserted bearing tube. The protective layers 4 or 4 arranged according to the invention can therefore be potting, adhesive or molding compounds or also prefabricated layers or pipes . In the impregnation and insulating protection compound 15, cooling lugs or ribs 16 can advantageously be embedded in order to increase the surface area and to form eddies. The rotor housing is advantageously made at least partially of plastic.
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Die verschlechterte Wärmeabfuhr durch die erfindungsgemäßen Isolationsschichten. wird durch die erhöhte Ventilation und Schleuderlüfterkanäle 6, Oberflächenvergrößerung, Verrippung und Verwirbelung 16 ausgeglichen. Da das Kunststoffgehäuse bei gleicher Konstruktion weniger Wärme als das Metallgehäuse abgibt, muß die Konvektion an ihm auch verstärkt werden.The deteriorated heat dissipation through the inventive Insulation layers. is due to the increased ventilation and Centrifugal fan ducts 6, surface enlargement, ribs and turbulence 16 are balanced. As the plastic case With the same construction, it emits less heat than the metal housing, the convection at it must also be increased.
Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Ausbildung eines Innenläufer-Motors. Die elektro-magnetisch aktiven Teile 1 und 2 des Stators werden von der isolierenden Schutzschicht 3 umfaßt und gegen das Gehäuse h, das wahlweise aufgegossene« Kühlrippen 5 hat, abgetrennt. Der Rotor 6 braucht lediglich eine Isolationsschicht 7» vorzugsweise vorgefertigtes Isolationsrohr, über der Welle 8, um seine aktiven Teile 6 und 9 gegen das übrige Gehäuse zu schützen, mit den Lagern 12 und den Lagerschilden zu schützen. Der untere Längsschnitt von Fig 2 zeigt eine andere Motorausführung, wobei auf dem Kurzschlußring 91 Kühlfahnen 11 angegossen oder eingelassen sind, die durch die von der Welle abgehobene Schutzisolationsschicht 71 SeSen das Gehäuse isolierend getrennt sind. Die die aktiven Statorteile umfassende Isolationsschicht entspricht derjenigen im oberen Teil der Figur 2. Fig. 2 shows the design of an internal rotor motor according to the invention. The electromagnetically active parts 1 and 2 of the stator are encompassed by the insulating protective layer 3 and separated from the housing h, which has optionally cast cooling fins 5. The rotor 6 only needs an insulation layer 7 », preferably a prefabricated insulation tube, over the shaft 8 to protect its active parts 6 and 9 from the rest of the housing, with the bearings 12 and the end shields. The lower longitudinal section of FIG. 2 shows a different motor design, with cooling lugs 11 being cast or embedded on the short-circuit ring 9 1, which are isolated from the housing by the protective insulation layer 7 1 S e S en removed from the shaft. The insulation layer comprising the active stator parts corresponds to that in the upper part of FIG.
Fig. 3 zeigt den Querschnitt eines Teiles eines Spaltpol-Innenläufer-Motors mit Formsonderspulen auf Spulenkörpern 1. Die Wicklung ist nahezu voll in den U-förmigen Querschnitt bis an die gerippten oder gewellten Schenkelenden 3 des Spulenkörpers hineingewickelt und hat eine hohe Kupferfüllüng, verglichen mit dem Spulenformquerschnitt. Die Vergußmasse k umschließt den Kupferquerschnitt vollständig mit Isolationsmaterial, so daß die Trennung zwischen elektrisch aktivem Material und Gehäuse lückenlos ist, bzw. höchstens eine Kapillarfuge v#n größerer als der geforderten Luftstrecke bzw. Kriechstrecke besteht. Fig. 3 shows the cross-section of a part of a shaded-pole internal rotor motor with specially shaped coils on bobbins 1. The winding is almost completely wound into the U-shaped cross-section up to the ribbed or corrugated leg ends 3 of the bobbin and has a high copper filling compared to the coil shape cross-section. The potting compound k completely encloses the copper cross-section with insulation material, so that the separation between the electrically active material and the housing is seamless, or there is at most a capillary gap v # n greater than the required air gap or creepage distance .
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Fig. k zeigt einen Außenläufermotor ähnlich dem in Fig. 1, jedoch ist hier der Rotor 1 teilweise als Kunststoffteil dargestellt, in welchem der elektromagnetisch aktive Teil 2 berührungsgeschützt eingesetzt ist. Der Rotorboden 3 dagegen besteht aus Stahlblech. Er ist in das Kunststoff-Gehäuse eingespritzt und bietet somit eine größere mechanische Stabilität. Das Lagertragrohr k ist als Druckgußteil vorgesehen, auf welchem das Blechpaket 5 mit Wicklung 6 befestigt ist. Blech-. paket mit Wicklung kann entweder auf dem Lagerrohr mit Isolationsmasse 7 umgössen oder umspritzt werden, wobei die auf dem Lagerrohr vorgesehenen Ringnuten 8 eine Sicherung dieser Füge-Verbindung bewirken. Das Wicklungspaket kann aber auch getrennt innen und außen mit einer Isolationsmasse umspritzt oder umgössen werden. Anschließend erfolgt Befestigung auf dem Lagertragrohr. Der Isolationsüberzug des Wickelkopfes auf der dem Rotorboden zugewandten Wicklungsseite ist zur Erhöhung der Wärmeabfuhr mit radial verlaufenden Rippen 9 versehen.FIG. K shows an external rotor motor similar to that in FIG. 1, but here the rotor 1 is partially shown as a plastic part, in which the electromagnetically active part 2 is inserted so that it is protected from contact. The rotor base 3, however, consists of sheet steel. It is injected into the plastic housing and thus offers greater mechanical stability. The bearing support tube k is provided as a die-cast part on which the laminated core 5 with winding 6 is attached. Sheet-. The package with winding can either be encapsulated with insulation compound 7 on the bearing tube or injection-molded, with the annular grooves 8 provided on the bearing tube securing this joint. The winding package can, however, also be encapsulated or potted with an insulation compound separately on the inside and outside. Then it is attached to the bearing support tube. The insulation coating of the end winding on the winding side facing the rotor base is provided with radially extending ribs 9 to increase heat dissipation.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Isolations-Anordnung sind:The advantages of the insulation arrangement according to the invention are:
Realisierung strengerer Isolations-Vorschriften, vor allem hinsichtlich Luft- und Kriechstrecken, wobei die MotorabmessTingen nicht größer werden müssen und die Nennleistung für eine Grenztempera tür etwa gleich bleibt. Imprägnierung und Schutzisolierung in einem Arbeitsgang bei gleichzeitiger erhöhter Korrosionsbeständigkeit, auch in aggressiver Umgebung. Bei Verwendung geeigneter, doppeltlackierter Lackdrähte sind die Wicklungen für viele Anwendungsfälle ohne Phasentrtiiin- und Spulentrenn-Isolation verwendbar, da die angewandte Imprägnierung besser als normal. Geräuschdämpfung und Isolation durch eine einzige Maßnahme, da die isolierende Trennschicht als dämpfende Schicht ausgebildet ist. Wärmeabfuhr durch in die Vergußmasse eingelassene Metallrippen mit Oberflächenvergrößerung und erhöhter Verwirbelung, vorzugsweise an den Wickelköpfen. Die Wärmeleitung innerhalb der Wicklung und der Wärmeübergang zum Blechpaket wird damit erhöht. Die Motorlager und die Welle werden durch die Masse zwischen dem Lagerrohr und Wicklung gegen die Wicklung wärmeisoliert, was eine größere War tuners freiheit des Motors bedeutet,Realization of stricter insulation regulations, above all with regard to air and creepage distances, with the motor dimensions do not have to be larger and the nominal power for a limit temperature remains roughly the same. impregnation and protective insulation in one operation with increased corrosion resistance at the same time, even in an aggressive environment. When using suitable, double-coated enameled wires, the windings are for many applications without Phasentrtiiin- and coil separation isolation can be used because the applied impregnation better than normal. Noise reduction and isolation by a single measure as the isolating Separating layer is designed as a damping layer. Heat dissipation through metal ribs embedded in the potting compound Surface enlargement and increased turbulence, preferably on the winding heads. This increases the heat conduction within the winding and the heat transfer to the laminated core. The motor bearings and the shaft are thermally insulated from the winding by the mass between the bearing tube and winding, what a greater freedom of engine war tuners means,
Die Anordnung, insbesondere mit Kunststoffgehäuse, ist bei Hysterese—Sj'nchron-Motoren besonders einfach herstellbar und unkritisch. Der Vorteil des Hysterese-Außenläufer-Hotors gegenüber dem Innenläufer kann leichter genutzt werden, da der Nachteil für die Isolation, nämlich daß keine Spulenkörper verwendet werden können, an Bedeutung verliert. (Ein Innenläufer hat Formspulen mit Spulenkörper).The arrangement, especially with a plastic housing, is at Hysteresis synchronous motors are particularly easy to manufacture and uncritical. The advantage of the hysteresis external rotor hotor over the inner rotor can be used more easily, since the disadvantage for the insulation, namely that no coil formers can be used becomes less important. (An internal rotor has preformed coils with a bobbin).
Beim Innenläufer dürften bei geeigneter Wahl der Tsolationsmassen ganz besonders starke'Laufgeräuschverminderungen erreichbar sein. Bei dem erfindungsgemäßen Lab3Tinthabschluß und Verguß von Spulenkörpern mit Formspulen kann man viel größere Luft- und Kriechstrecken einhalten, ohne eine nennenswerte Vergrößerung der Profi!abmessungen der Formspule»With a suitable choice of tsolation masses, the inner runner particularly strong reductions in running noise can be achieved be. With the Lab3Tinth closure according to the invention and casting of bobbins with preformed coils, one can keep much larger air and creepage distances without a noteworthy one Enlargement of the professional! Dimensions of the preformed coil »
009849/0 8 84009849/0 8 84
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE102008003784A1 (en) | 2008-01-10 | 2009-07-16 | Baumüller Nürnberg GmbH | Stator casting method for electric motor, involves shifting stator in rotation about its longitudinal axis during and/or after insertion of pourable casting compound such that compound is distributed in even and hollow space filling manner |
Also Published As
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