DE3101423C2

DE3101423C2 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE3101423C2
Application number: DE3101423A
Authority: DE
Inventors: Stig Lennart Västra Frölunda Hallerbäck
Original assignee: SKF GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1980-01-29
Filing date: 1981-01-17
Publication date: 1986-09-25
Also published as: GB2070343B; FR2474778A1; US4358692A; SE8000677L; IT8119315A0; DE3101423A1; JPS56110455A; JPS6156699B2; GB2070343A; IT1135169B; FR2474778B1; SE428620B

Abstract

Bei einer elektrischen Maschine mit einem ringförmigen Stator und einem in diesem konzentrisch angeordneten Rotor besteht der Stator aus mindestens zwei längsgeteilten Statorsegmenten. Jedes Statorsegment weist axial verlaufende Längsbleche (1 bis 8) eines Jochteiles (9) auf, deren umfangsseitigen Endabschnitte radial nach innen zum Rotor weisend umgebogen sind. Zwecks wirtschaftlicher Fertigung des Stators mit einer verhältnismäßig geringen Menge von elektrisch isolierendem Werkstoff, wobei der Stator im Betrieb auch ohne Ventilator wirkungsvoll gekühlt wird, besitzt jedes Statorsegment an seinen beiden axialen Enden ein quer zur Achse des Stators radial verlaufendes Seitenblech (10). Auf seiner zu den Längsblechen (1 bis 8) gerichteten Seitenfläche weist jedes Seitenblech (10) stegartige Vorsprünge (12) aus elektrisch isolierendem Werkstoff (Kunststoff) auf, welche zum Halten der Längsbleche (1 bis 8) in einem bestimmten Abstand voneinander zwischen die gegenüberliegenden axialen Endabschnitte der einzelnen Längsbleche (1 bis 8) eingreifen.

Description

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Stators wirksam luftgekühlt, ohne daß ein Ventilator zur Bewegung und Durchströmung der Umgebungsluft benötigt wird.

Die radialen Lappen der Seitenbleche der einzelnen Statorsegmenle können durch Nieten oder Punktschweißen aneinander befestigt sein.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Ei findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird erreicht, daß die Seitenbleche jedes Statorsegmentes einfach niit stegartigen Vorsprüngen aus elektrisch isolierendem Werkstoff versehen sind, die im Gießverfahren auf die Seitenbleche aufgebracht sein können. Dabei sind auch die Seitenbleche, welche z. B. aus Stahlblech im spanlosen Stanz- und/oder Preßverfahren hergestellt sein können, durch die Schicht aus elektrisch isolierendem Werkstoff von den Längsblechen isoliert, so daß im Betrieb der elektrischen Maschine zwischen den Seitenblechen und den Längsblechen eines Blechpaketes keine schädlichen Wirbelströme übertreten können.

Die in Anspruch 3 gekennzeichnete Ausgestaltung der elektrischen Maschine vereinfacht den Zusammenbau der Längsbleche mit den seitlich anzusetzenden beiden Seitenblechen, denn die zu ihren Enden hin verjüngten Vorsprünge können zwischen die einzelnen Bleche eingeschoben und einfach eingedrückt werden.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist eine wirtschaftliche Befestigung des Lagerträgers des Rotors an den Statorsegmenten eines Stators gegeben, weil die Statorsegmente am Umfang des in die Nuten eingreifenden ringförmigen Lagerträgers radial von außen aufgesetzt werden können.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 5, 6 und 7 haben /um Ziel, die Herstellung des Stators weiter zu vereinfachen.

Schließlich ist mit der Ausgestaltung nach Anspruch 8 eine besonders wirkungsvolle Kühlung der elektrischen Maschine gegeben, weil die Luft zwischen die Längsbleehe hindurch radial nach außen abströmen kann, so daß cine selbsttätige Luftzirkulation im Stator entsteht.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine der angegebenen Gattung wird in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, welches in den Zeichnungen dargestellt ist, näher eriäutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines als Statorhälfte ausgebildeten Statorsegmentes einer elektrischen Maschine,

F i g. 2 einen teilweisen Längsschnitt entlang der Linie A-A durch die in F i g. 1 gezeigte Statorhälfte,

F i g. 3 einen teilweisen Längsschnitt entlang der Linie B-B durch die in F i g. 1 gezeigte Statorhälfte,

F i g. 4 einen Längsschnitt entlang der Linie C-C durch die in F i g. 1 gezeigte Statorhälfte,

F i g. 5 einen teilweisen Querschnitt entlang der Linie D-D durch die in F i g. 1 gezeigte Statorhälfte,

Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie E-E durch den in F i g. 5 gezeigten teilweisen Querschnitt der Statorhälfte,

F i g. 7 eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie F-F durch den in F i g. 6 gezeigten Teil einer Statorhälfle.

In F i g. 1 ist ein längsgeteiltes Statorsegment eines ringförmigen Stators einer elektrischen Maschine dargestellt, welches im vorliegenden Fall zur Bildung eines zweiteiligen längsgeteilten Stators als Statorhälfte ausgebildet ist. Die elektrische Maschine besteht also aus zwei identischen, den ringförmigen Stator bildenden Statorhälften und einem im Stator konzentrisch angeordneten Rotor (nicht gezeigt).

In der perspektivischen Ansicht in Fig. 1 sind die Kanten der radial nach innen zum Rotor (nicht gezeigt) weisend umgebogenen umfangssei'igen Endabschnitte der axial verlaufenden Längsbleche 1 bis 8 eines jochteiles 9 zu sehen. Die Statorhälfte besitzt an ihren beiden axialen Enden je ein quer zur Achse des Stators radial verlaufendes Seitenblech 10. Jedes Seitenblech 10 trägt

ίο auf seinen beiden Seitenflächen eine Schicht 11 aus elektrisch isolierendem Werkstoff, im vorliegenden Fall aus Kunststoff. Auf der zu den Längsblechen 1 bis 8 weisenden Seitenfläche jedes Seitenbleches 10 sind stegartige Vorsprünge 12 aus diesem elektrisch isolierenden Kunststoff angegossen. Die stegartigen Vorsprünge 12 sind also integral zusammenhängend mit der auf dem Seitenblech 10 aufgebrachten Schicht 11 aus elektrisch isolierendem Kunststoff im Gießverfahren (Spritzgießen) hergestellt.

Die Isolierschicht 14 umfaßt die Seitenbleche 10 und die Längsbleche 1 bis 8, so daß die außen aufgebrachte Wicklung 15 des Jochteiles 9 gegenüber den Blechen 1 bis 8, 10 elektrisch isoliert ist. Die Längsbleche 1 bis 8 und Seitenbleche 10 werden bei der Montage des Stators zu einem Blechpaket zusammengesetzt, welches anschließend in die zweiteilige Isolierschicht 14 eingeschoben werden kann. Durch das Aufbringen der Wicklung 15 wird die Statorhälfte zu der in F i g. 1 gezeigten selbsthaltenden Baueinheit vervollständigt.

In Fig. 2 ist deutlich gemacht, daß die stegartigen Vorsprünge 12 der Seitenbleche 10 zwischen die gegenüberliegenden axialen Endabschnitte der einzelnen Längsbleche 1 bis 8 eingreifen und diese somit in einem bestimmten Abstand voneinander halten.

Am Umfang der beiden Seitenbleche 10 jeder Statorhälfte sind axial durchgehende Öffnungen 19 durch Stanzen oder dgl. angebracht, welche mit dem Kunststoff der Schicht 11 gefüllt sind. Diese Öffnungen bewirken eine feste Verankerung des Kunststoffes der Schicht 11 am betreffenden Seitenblech 10.

Die dünne Schicht 11 aus elektrisch isolierendem Kunststoff, welche auf der inneren Seitenfläche jedes Seitenbleches 10 aufgebracht ist, verhindert, daß schädliche Wirbelströme von den Längsblechen 1 bis 8 zu den Seitenblechen 10 weitergeleitet werden. In der Bohrungsfläche der dicken Schicht 11, welche auf der äußeren Seitenfläche jedes Seitenbleches 10 aufgebracht ist, ist eine in Umfangsrichtung verlaufende radiale Nut 13 eingeformt, welche sich in der Bohrungsfläche dieser

so Schicht 11 befindet. Ein Lagerträger (nicht gezeigt) für den Rotor kann in die Nuten 13 der Statorsegmente eingesetzt werden.

Die Bohrungsfläche 16 der Seitenbleche 10 begrenzt den Rotorraum radial nach außen, sie bildet mit dem Rotor (nicht gezeigt) einen Luftspalt.

Aus der mit strichpunktierten Linien eingezeichneten Darstellung in Fig. 2 ist zu ersehen, daß jedes Seitenblech 10 der Statorhälfte des Stators mit Mitteln zum gegenseitigen Befestigen der beiden Statorhälften versehen ist. Im vorliegenden Fall sind diese Mittel durch aneinander zu befestigende einstückige radiale Lappen 17 der Seitenbleche 10 gebildet. Diese Lappen 17 haben Eindrückungen 18, an denen die Lappen 17 zweier Seiten'j'eche 10 der beiden Statorhälften formschlüssig miteinander befestigt werden können. Die Seitenbleche 10 der beiden Statorhälften werden mit ein und dcselben Form, z. B. im Preßverfahren, hergestellt, so daß sich die Fertigung dieser in der elektrischen Maschine

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einheitlichen Seitenbleche 10 wesentlich vereinfacht.

In Fig. 3 ist der teilweise Längsschnitt entlang der Linie B-Bdurch die in Fig. ! gezeigte Statorhälfte dargestellt. Es ist zu ersehen, daß zwischen den einzelnen Längsblechen 1 bis 8 ein in den Rotorraum einmündender freier Zwischenraum 20 gebildet ist. In diesen Zwischenraum 20 strömt die Luft des Rotorraumes ein und kühlt somit die Längsbleche 1 bis 8 der Statorhälfte. Im Betrieb wird die in den Zwischenräumen 20 befindliche Luft wegen der Drehbewegung des Rotors (nicht gezeigt) infolge Fliehkrafteinwirkung in Bewegung versetzt und radial nach außen in die äußere Umgebung der elektrischen Maschine gefördert (Luftzirkulation). Die Luft strömt seitlich aus den Zwischenräumen 20 zwischen den im Abstand voneinander gehaltenen Längsblechen 1 bis 8 in Richtung der Pfeile 21,22 in die radial nach außen führenden Kanäle. Diese Kanäle sind an der Stelle 23 in der zu den Längsblechen 1 bis 8 gerichteten Seitenfläche der beiden Seitenbleche 10 der Statorhälfte durch axiales Nach-außendrücken einer im wesentlichen radial verlaufenden Rille angeformt.

F i g. 4 zeigt die Anordnung der Wicklung 15, welche das Jochteil 9 umschließt. Das jochteil 9 wird durch die Längsbleche 1 bis 8 und die Seitenbleche 10 der Statorhälfte gebildet. Im übrigen sind die Längsbleche 1 bis 8 und die beiden Seitenbleche 10 des Jochteiles 9 durch die zweiteilige Isolierschicht 14 von der Wicklung 15 getrennt. Da jedes Seitenblech 10 sich innerhalb der Wicklung 15 befindet, ist in den Seitenblechen 10 kein parasitärer Magnetfluß möglich. In bezug auf die vorgesehene axiale Breite der elektrischen Maschine (z. B. Motor) ist die axiale Länge der Längsbleche 1 bis 8 relativ kurz, denn diese wird um die doppelte Dicke eines Seitenbieches 10 verkleinert.

Die stegartigen Vorsprünge 12 der Seitenbleche 10 haben eine Form, die aus den Darstellungen in F i g. 5, 6 und 7 hervorgeht. Sie entspricht dem Verlauf der Umbiegung der umfangsseitigen Endabschnitte der einzelnen Längsbleche 1 bis 8. welche radial nach innen zum Rotor weisen. Die stegartigen Vorsprünge 12 verjüngen sich in axialer Richtung zu ihren freien Enden hin.

Beim Zusammenbau der elektrischen Maschine mit den in Fig. 1 bis 7 dargestellten Statorhälften wird zuerst das Paket der Längsbleche 1 bis 8 der betreffenden Statorhäifte zusammengestellt. Dann werden die beiden Seitenbleche 10 jeder Statorhälfte axial angesetzt, so daß die stegartigen Vorsprünge 12 zwischen die einzelnen Längsbleche 1 bis 8 greifen und diese im vorgeschriebenen Abstand voneinander festhalten. Alsdann wird das aus den Längsblechen 1 bis 8 und den beiden Seitenblechen 10 bestehende Blechpaket jeder Statorhälfte mit der Isolierschicht 14 versehen und die Wicklung 15 aufgebracht. Die beiden von je einer Wicklung 15 zusammengehaltenen Statorhälften werden nun mit ihren Nuten 13 auf die beidseitigen Lagerträger (nicht gezeigt) radial von außen aufgesetzt. Schließlich werden die Lappen 17 der betreffenden Seitenbleche 10 der beiden Statorhälften durch Nieten oder Punktschweißen miteinander verbunden, so daß die elektrische Maschine fertig hergestellt ist.

Vergleichsversuche wurden mit einer elektrischen Maschine (Motor) der vorliegenden Erfindung und einer entsprechenden herkömmlichen elektrischen Maschine, bei der die Längsbleche des Stators vollständig in Kunststoff eingebettet waren und außerdem ein Kühlveniüator außen angebracht war, durchgeführt. Die elektrische Maschine der vorliegenden Erfindung zeigte dabei eine niedrigere Lauftemperatur, obwohl bei dieser kein Kühlventilator angebracht war.

Die oben beschriebene elektrische Maschine läßt sich im Rahmen des Erfindungsgedankens konstruktiv abändern. Insbesondere braucht die Isolierschicht für die Wicklungen des Jochteiles nicht als von der Schicht der Seitenfläche getrenntes Teil hergestellt zu sein. Vielmehr kann es auch montagemäßige Vorteile bringen, wenn diese Isolierschicht im Gießverfahren mit der bzw. den Schichten der beiden Seitenbleche eines Statorsegmentes direkt verbunden ist. Dadurch stellt jeweils eine Hälfte der zweiteiligen Isolierschicht mit einem der beiden Seitenbleche ein integriertes Teil dar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

31 Ol 423 SE? Kr Patentansprüche:

1. Elektrische Maschine mit einem ringförmigen Stator und einem in diesem konzentrisch angeordne ten Rotor, wobei der Stator aus mindestens zwei längsgeteilten Statorsegmenten besteht und jedes Statorsegment axial verlaufende Längsbleche eines Jochteiles aufweist, deren umfangsseitige Endabschnitte radial nach innen zum Rotor weisend umgebogen sind dadurch gekennzeichnet, daß jedes Statorsegment an seinen beiden axialen Enden ein quer zur Achse des Stators radial verlaufendes Seitenblech (10) aufweist, welches jeweils einen einstückigen radialen Lappen (17) zum gegenseitigen Befestigen der Statorsegmente sowie auf seiner zu den Längsblechen (1 bis 8) gerichteten Seitenfläche zum Halten dieser Längsbleche in einem bestimmten Abstand voneinander zwischen die gegenüberliegenden axialen Endabschnitte der einzelnen Längsbleche (1 bis 8) eingreifende stegartige Vorsprünge (12) aus elektrisch isolierendem Werkstoff besitzt.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stegartigen Vorsprünge (12) integral zusammenhängend mit einer auf dem Seitenblech (10) aufgebrachten Schicht (U) aus elektrisch isolierendem Werkstoff, z. B. Kunststoff, ausgebildet sind.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stegartigen Vorsprünge (12) sich in axialer Richtung zu ihren freien Enden hin verjüngen.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Seitenfläche beider Seitenbleche (10) jedes Statorsegmentes eine Schicht aus elektrisch isolierendem Werkstoff, i. B. Kunststoff, trägt, welche in ihrer Bohrungsfläche eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut (13) zur Aufnahme eines Lagerträgers aufweist

5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenbleche (10) und die Längsbleche (1 bis 8) jedes Statorsegmentes mit einer Isolierschicht (14) zur Trennung von der diese umschließenden Wicklung (15) des Jochteiles (9) versehen sind.

6. Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (14) für die Wicklung (15) des Jochteiles im Gießverfahren mit den beiden Seitenblechen (10) jedes Statorsegmentes direkt verbunden ist.

7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenbleche (10) der Statorsegmente des Stators ein- und dieselbe Form aufweisen.

8. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein im wesentlichen radial nach außen in die Umgebung der Maschine führender, zwischen den im Abstand voneinander gehaltenen Längsblechen (1 bis 8) einmündender Kanal in der zu den Längsblechen gerichteten Seitenfläche mindestens eines der beiden Seitenblechc (10) jedes Statorsegmentes eingearbeitet ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine elektrische Maschine der genannten Gattung ist zusammen mit dem zugehörigen Herstellverfahren in der DE-OS 23 60 820 beschrieben, die einen Stator aufweist, dessen axial verlaufende Bleche bzw.

Längsbleche in einem elektrisch isolierenden Werkstoff oder dgl. eingebettet und somit in ihrer vorgeschriebenen Lage festgehalten sind.

Diese bekannte elektrische Maschine,

ίο z. B. ein Motor, besitzt sehr gute Laufeigenschaften.

Die Herstellung der bekannten elektrischen Maschine ist in manchen Fällen umständlich, weil beim Umgießen der Längsbleche diese mit komplizierten Haltcwerkzeugen in der Gießmatrize festgehalten werden müssen.

Die bekannte elektrische Maschine ist auch kostspielig, weil für die Herstellung des Stators eine relativ große Menge von teurem Kunststoff benötigt wird.

Es besteht das Bedürfnis, an diesem elektrisch isolierenden Werkstoff (Kunststoff) zu sparen.

Schließlich bereitet ein Stator mit im Kunststoff vollständig eingebetteten Längsblechen Schwierigkeiten, weil die Längsbleche durch die Luft der Umgebung der elektrischen Maschine wegen der Wärmeisolierung durch den Kunststoff nicht so wirkungsvoll gekühlt werden können.

Bei einer anderen bekannten elektrischen Maschine ist der Stator durch ein einziges Paket von axial verlaufenden Längsblechen gebildet, welches an seinen, den Polabschnitt bildenden Enden jeweils mit einem quer zur Achse des Stators verlaufenden Seitenblech verschen ist (US-PS 24 49 021).

Dieses Blechpaket muß aber sehr genau gebogen werden und dazu steif und kompakt gebaut sein, damit die Seitenbleche der Polabschnitte zentrisch zur Rotorachse festgehalten sind. F.ine wirkungsvolle Kühlung des Stators durch vorbeiströmende Luft der Umgebung ist außerdem gehindert.

Eine weitere elektrische Maschine ist bekannt, bei welcher einzelne Längsblechpakete des am Umfang geschlossenen (nicht längsgeteilten) Stators durch slegartige Vorsprünge von Seitenblechen im vorgeschriebenen gegenseitigen Abstand voneinander gehalten sind (US-PS 38 14 963).

Die Fertigung dieser bekannten elektrischen Maschine ist aufwendig und teuer.

Der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegi die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der bei einfacher und wirtschaftlicher Fertigung des Stators eine verhältnismäßig geringe Menge von elektrisch isolierendem Werkstoff (Kunststoff) erforderlich ist.

Der Stator der elektrischen Maschine soll außerdem durch die Luft der Umgebung auch dann wirkungsvoll gekühlt werden, wenn kein Ventilator an der elektrischen Maschine vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Mit der Anordnung nach der Erfindung wird erreicht, daß die Längsbleche des Jochteiles und die Seitenblechc wirtschaftlich hergestellt und einfach zu Siaiorscgtncnten zusammengebaut werden können.

Außerdem wird

bo bei der Herstellung der Statorsegmentc eine relativ geringe Menge an elektrisch isolierendem Werkstoff (Kunststoff) benötigt.

Dadurch werden die Werkstoffkosten niedrig gehalten.

Zwischen den in einem bestimmten Abstand voneinander gehaltenen Längsblc-

b5 chen wird übrigens ein freier, zum Rotor hin offener Zwischenraum gebildet, in den vom drehenden Rotor bewegte Luft infolge Flichkrafteinwirkung eintritt.

Auf diese Weise werden die Längsblcchc des lochieiles ties