WO2011098247A1 - Vorrichtung zum wandeln von elektrischer in mechanische energie und/oder umgekehrt, wickelkörper für eine solche vorrichtung und verfahren zum herstellen einer solchen vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum wandeln von elektrischer in mechanische energie und/oder umgekehrt, wickelkörper für eine solche vorrichtung und verfahren zum herstellen einer solchen vorrichtung Download PDF

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WO2011098247A1
WO2011098247A1 PCT/EP2011/000571 EP2011000571W WO2011098247A1 WO 2011098247 A1 WO2011098247 A1 WO 2011098247A1 EP 2011000571 W EP2011000571 W EP 2011000571W WO 2011098247 A1 WO2011098247 A1 WO 2011098247A1
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pole
winding
winding body
stator yoke
radially
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PCT/EP2011/000571
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English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Halm
Original Assignee
Richard Halm
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • 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

Definitions

  • Apparatus for converting electrical energy into mechanical energy and / or vice versa bobbins for such a device and method for producing such a device
  • the invention relates to a device for converting electrical energy into mechanical energy and / or vice versa, in particular one
  • Canned motor for a circulation pump a winding body for such a device and a method for producing such a device.
  • Heating circulation pump is used.
  • the stator windings are subjected to an alternating voltage and the rotor is as
  • Statorwicklungs the speed of such devices is adjustable.
  • the stator usually has a plurality of pole pairs, which are integrally connected to the stator yoke, wherein the poles and the associated
  • Polwicklept are spaced apart. If the pole windings of a pole pair are to be wound continuously, a complicated winding technique is required, for example using a needle winding machine. Here are only comparatively small
  • Statorjoch separated and individually wrapped in separate bobbins and each have two terminal ends of the winding. These compared to a composite winding, for example, six additional electrical connection points affect the reliability and are costly. In addition, the pole shoes separated from the yoke must costly with the stator yoke in the recesses of the yoke
  • Statorabdeck moments are inserted in opposite directions in the axial direction in the stator core under mutual overlap of the mutually associated ends.
  • a stator for a device according to the preamble of claim 1 is known.
  • inner and outer yoke segments are integrally formed, wherein the outer yoke segments form a circle segment.
  • the pole shoes are integrally connected to the respective yoke segment, therefore, it is necessary to form the winding support split, so that they each consist of two U-shaped half-shells, which are pushed together in the axial direction from two opposite sides and
  • the invention is therefore based on the object, a device for converting electrical energy into mechanical energy and / or vice versa, in particular a canned motor for a circulating pump, or in other words an electric machine, a winding body for such a device and a method for producing such
  • the device should be simple
  • the invention solves the problem, for example, in a device with three pole pairs to provide a stator construction, with the winding of the pole pairs connected in a composite from a first pole to the opposite second pole without interruption in an energy-efficient and exact layer winding quickly and
  • Each pair of poles is using a the Polwicklitch the pole pair receiving and preferably
  • the winding body is designed such that the pole shoes belonging to the poles can each be accommodated offset by 180 ° from the winding body.
  • pole shoes have previously been separated from the stator yoke, so that the pole shoes can be inserted into exceptional openings formed by the winding body.
  • the separation takes place in such a way that in a merging of the pole piece and stator yoke in the context of producing the device, a large-area system is guaranteed.
  • Polwicklungen takes place by a bridge, which is initially extended axially from the two Pölspulen of the bobbin partially so far that they can then extend radially and in particular diametrically extending frontally over the can of the device.
  • the magnetic flux well-conducting pole pieces are over a
  • Pole coil winding body have for this purpose in a radial direction with respect to the axis of rotation extending opening.
  • pole coil or pole coil winding body is used below to designate the body onto which the pole winding can be applied, or to designate the electrical component having the pole winding.
  • three bobbins can be used. These may be substantially the same design and only in training, in particular in the axial height of the the two pole coils or Polspulenwickel stresses together
  • the equipped with the pole pieces winding body can in the
  • Manufacture of the device can be used in the annular stator yoke. Subsequently, the can of the device in the
  • the split tube comes into abutment against the radially inner end of the pole pieces.
  • the pole shoes of the individual winding bodies are pressed radially outwards and thereby pressed into contact with the annular stator yoke and fixed there.
  • connection between pole piece and stator yoke can still be secured, for example by gluing, soldering, welding or compression.
  • the object is achieved by a device for converting electrical energy into mechanical energy and / or vice versa, in particular by a canned motor for a circulating pump, with a rotor rotating about a rotation axis and a stator, the stator having a pole pair with pole windings, and where the
  • Winding are wound continuously and are electrically connected to each other without interruption.
  • a cost-effective and reliable layer winding machine can be used for winding the pole coils.
  • an orderly layer winding can be ensured by simple means by which in turn a high Fül factor is achievable, in particular a higher filling factor than by a winding made with a needle winder. In turn, a higher energy efficiency of the device can be achieved.
  • Needle winding machine is the case.
  • the connecting line of the winding between two pole windings of a pole pair runs at least partially diametrically from a first pole winding of the pole pair to the second pole winding of the pole opposite the axis of rotation
  • the device has a plurality of pole pairs, in particular three pole pairs each having two pole windings, d. H. a total of six pole windings.
  • the connections in particular plug-in or screw terminals, are arranged for the electrical power supply of all pole windings.
  • a first winding body of the first pole pair in the region of one or both pole coils each have a connection element.
  • the connecting element has at least one, preferably a plurality of receiving openings for the insertion of electrical contact members, by means of which the pole windings are electrically contacted and / or connectable to each other.
  • the connection element can, for example a number corresponding to the number of pole pairs
  • the respective second connecting lines of the pole windings of all pole pairs can be supplied, which can be electrically connected to each other there, for example, to provide a star-shaped interconnection of the windings of the pole pairs.
  • connections of the first pole windings of the further pole pairs adjacent to the first pole winding of the first pole pair extend in the circumferential direction to the first pole winding of the first pole pair, in particular to the first connection element of FIG
  • Winding body of the first pole pair supplied.
  • the associated connection lines can be short.
  • the remaining terminals of all pole windings are electrically connected to one another in the region of a second pole winding of the first pole pair.
  • the terminals may be in an axial direction in the direction of the axis of rotation of the stator windings
  • connection element of the winding body can have a length such that the electrical contact elements inserted into the receiving openings of the connection element are arranged in the axially arranged manner
  • the stator yoke and / or the winding body have first positioning means, by means of which the winding body is positioned on the stator yoke and is preferably fixed by positive locking.
  • the positioning means may be formed, for example, by a recess on the stator yoke, in which the outer end of the stator yoke fitting end disk of the bobbin positively locks.
  • the thus achieved positioning of the bobbin in the stator yoke also offers the advantage that the pole shoes subsequently inserted into the winding body are also positioned and guided during insertion, whereby the pole shoes are fixed at a predetermined position.
  • the stator yoke and / or the pole shoes have fastening means by which the pole shoes are positioned on the stator yoke and fixed by frictional and / or positive locking.
  • Pole shoes can in particular be plugged together with the Statorjoch, in particular be clamped together.
  • Positioning of the winding body and / or pole shoes can also be transmitted to the stator yoke in a simple manner in the circumferential direction.
  • the pole pieces are through a canned the
  • the device has a connection element for electrically contacting the pole windings.
  • the connecting element may be formed separately from the winding body and be fixable in one of a plurality of predeterminable positions on the winding body.
  • the connecting element can preferably be releasably plugged together in one of a plurality of predefinable positions with the winding body.
  • a winding body for a device described above wherein the winding body has two pole coils or Polspulenwickel Sciences to which the pole windings of a pole pair continuously and electrically uninterrupted be wound, and wherein the two pole coils or Polspulenwickel Sciences a radially with respect to the Rotation axis of the device extending connecting element are mechanically interconnected.
  • About the connecting element of the two pole windings of the pole pair electrically connecting portion of the winding is feasible.
  • Each of the pole coils or Polspuleneffort takes in each case one of the magnetic Fl uss well-conducting pole piece in it and has for this purpose a receiving opening.
  • the pole piece is preferably used only when the pole coil or the Polspulenwickel Sciences is wound with the pole winding.
  • the connecting element at least in sections, a guide means, for example a groove-like depression, for the guidance of the connecting portion of the winding.
  • a guide means for example a groove-like depression, for the guidance of the connecting portion of the winding.
  • connection element or the connection elements for receiving the electrical contact elements are integrally formed together with the pole coils or the Polspulenwickel Sciencesn and the connecting element.
  • the connecting element of the winding body for the connection lines of the pole windings to be contacted externally can be arranged radially (with respect to the axis of rotation) inside (with respect to the adjacent pole coil).
  • the connection element can be formed with sufficient mechanical stability and a relatively large length, in particular with a length through which the connection element projects into the axially arranged connection space or connection box of the device.
  • connection element is at least
  • This can provide a perfect layer winding with high winding density.
  • the object is also achieved by a method for producing a device described above, in which during winding of the stator poles by winding the winding body or the bobbin initially a first pole winding of a pole pair is wound and then without interruption of the winding line, the second pole winding of the pole pair is wound , A first with the second pole winding of the pole pair connecting connecting portion is guided at least partially radially with respect to the axis of rotation running.
  • the winding body can be rotated for winding about an axis which is perpendicular to the axis of rotation of the device.
  • the winding body can be rotated about an axis which runs parallel to the opening for the insertion of the pole shoes.
  • the wire guide can be moved parallel to the axis about which the bobbin is rotated.
  • Winding machine can be made and also with short winding times precise windings are made. For winding both pole coils of the bobbin must not be implemented in the winding machine.
  • the winding body can be used in such a sheet winding machine that first the first pole coil of the winding body is wound with a ply winding. Subsequently, the winding body can be rotated by 180 ° used in the winding machine and then the second pole winding are wound on the second pole coil.
  • a wound body is wound in this way per pole pair.
  • a device with three pole pairs In a device with three pole pairs
  • Pole coil openings of the winding body can be used. You can do this Polschuhs were separated by a Stanzunier Kunststoff of a stator yoke. The separation can during the
  • winding bodies are then arranged around the axis of rotation around, for example, used in an annular stator yoke, wherein adjacent winding body can be brought into abutment against each other.
  • the mutually associated contact surfaces, abutment lines or contact points of adjacent winding body are designed such that a self-adjustment of the arrangement of
  • the pole pieces are pressed by the insertion of a can in the space bounded by the winding bodies interior radially outward and brought into abutment against the Polschuh radially outwardly comprehensive Statorjoch.
  • the pole pieces are pressed by inserting a split tube and / or a preferably partially conical mandrel radially outward and thereby brought into clamping connection with the Polschuh radially outwardly comprehensive stator yoke. This is not just a positioning of the pole pieces in relation to the
  • Stator yoke given, but also a fixation of the pole pieces. Since significant forces are required for the impressions of the pole shoes, a mandrel can be used for this purpose before the insertion of the can, which mandrel can be removed again after the pole shoes have been connected to the stator yoke. The subsequent insertion of the can then has in
  • Fig. 1 shows a perspective view of an inventive
  • FIG. 2 shows a section through the device of FIG. 1, FIG.
  • Fig. 3 shows an enlarged section III of the apparatus of Fig. 2
  • Fig. 4 shows a perspective view of a first winding body
  • Fig. 5 shows a first possible arrangement for winding the
  • Fig. 6 shows a front view of a second embodiment of a
  • FIG. 7 shows a side view of the wound body of FIG. 6, FIG.
  • FIG. 8 shows a plan view of the winding body of FIG. 6,
  • Fig. 9 shows a second possibility of the Bewickins of
  • Fig. 10 shows a section transverse to the axis of rotation by another
  • FIG. 1 1 shows an enlargement of a detail XI of FIG. 10,
  • Fig. 13 shows a section through the device transverse to
  • FIG. 14 shows a comparison with the illustration of FIG. 1 3 enlarged
  • FIG. 1 5 shows a corresponding section of another
  • Fig. 16 shows a perspective view of a second
  • Fig. 1 7 shows a perspective view of another
  • FIG. 1 shows a perspective view of a device 1 according to the invention for converting electrical into mechanical energy and / or vice versa, in particular an electrical machine, as used for example as a canned motor for a heating circulation pump.
  • an electrical machine as used for example as a canned motor for a heating circulation pump.
  • Circulation pump A far more complete sectional drawing is shown and described as FIG. 1 in DE 10 2004 030 721 B3, which is based on the same applicant.
  • the device 1 has a rotor 2 rotating around a rotation axis 10 (FIG. 2) and a stator 4.
  • the stator has three pole pairs, each with two pole windings 12, 22; 14, 24; 16, 26 on.
  • the first pole winding 12 and the second pole winding 22 of the first pole pair are continuously wound and electrically connected to one another via an at least partially radially with respect to the axis of rotation 10 extending connecting portion 18.
  • the connecting portion 18 is initially a little way out in the axial direction of the first pole winding 12, to then be guided in the radial or diagonal direction to the second pole winding 22 of the first pole pair.
  • the first and second pole windings 14, 24 of the second and third are also
  • Pole pair with the associated second pole windings 16, 26 respectively a connecting portion 20, 28 electrically connected to each other.
  • the connecting sections 18, 20, 28 are guided at different axial distances from the associated pole pairs or to the stator 4. 2 shows a section through the device 1 of FIG. 1,
  • FIG. 3 shows an enlarged section III of FIG
  • the rotor 2 of the device 1 is rotatably connected to a rotatable about the axis of rotation 10 shaft 6.
  • the shaft 6 may be rotatably connected, for example, for driving a pump with an impeller of the pump, which is not shown in Fig. 2.
  • the rotor 2 carries in the circumferential direction about the axis of rotation 10 distributed permanent magnets 30 which lag a generated by the stator windings rotating field and thereby the shaft 6 in
  • the gap tube 8 is located radially outwardly directly into contact with the pole pieces 38 of the stator 4 and presses them to the in the
  • FIG. 4 shows a perspective view of a first wound body 42, on which the first and second pole windings 12, 22 of the first pole pair can be wound.
  • the first winding body 42 has two pole coils 44, 46 or pole coil winding bodies, onto which the first or second pole windings 12, 22 in each case one layer winding, ie with high winding density, can be wound up.
  • the two pole coils 44, 46 or PolspulenwickelSystem are mechanically connected to each other via a radially extending with respect to the axis of rotation 10 of the device 1 connecting member 48, over which the two
  • Connecting portion 18 is feasible.
  • the connecting element 48 in this case has a guide means, in the exemplary embodiment, a groove-shaped depression for the guidance of the connecting portion 18.
  • the first bobbin 42 also has in the region of the first pole coil 44, a first connection element 50 which has at its axial end a plurality of, in the embodiment, three receiving openings 52 for the insertion of electrical contact members, by means of which the free end of the first pole winding 12 of the first pole pair electrical
  • Connection element 50 projects into an axially spaced from the stator 4 of the device 1 electrical connection space, in particular in an electrical connection box. In this way, in the
  • Connection element 50 is arranged radially inwardly with respect to the first pole coil 44, the first connection element 50 does not interfere with the winding of the first pole coil 44, so that there a layer winding can be wound with high packing density.
  • a second connection element 54 is arranged radially on the outside, in particular integrally formed by the first coil body 42, which likewise has receiving openings 56 for the insertion of electrical contact elements.
  • the free winding ends of the second pole windings 22, 24, 36 of the first, second and third pole pair can be inserted and
  • each other optionally electrically connected to each other, for example for producing a star connection.
  • Pole coil 44, 46 bounded by an integrally formed by the first bobbin 42 limiting element 58.
  • the limiting element 58 projects beyond the first and second pole windings 12, 22 applied to the first and second pole coils 44, 46, axially and / or radially, and forms a contact or guide surface for the first or the second pole winding
  • connection element 50, 54 towards leading ends of the pole windings 12, 14, 16, 22, 24, 26.
  • the free winding end 60 of the first pole winding 12 is guided to the first contact member in the first connection element 50.
  • Winding end 62 of the first pole winding 14 of the second pole pair is in the circumferential direction over an angle of about 60 ° to the first
  • connection element 50 out.
  • the free winding end 64 of the first pole winding 16 of the third pole pair is also guided in the circumferential direction along the limiting element 58 to the first connection element 50.
  • the free coil ends of the second pole windings 22, 24, 26 are circumferentially along the
  • Limiting elements 58 led to the second connection element 54. Since only one angular range of approximately 60 ° is to be bridged even for the pole windings of the second and third pole pair, the line lengths up to the first and second connection element 50, 54 are low.
  • the bobbins for the second and third pole pair are in the
  • the limiting elements 58 of adjacent winding bodies in the circumferential direction are in the mounted state shown in FIG. 1 in abutment with each other. In contrast, there is an air gap between two circumferentially adjacent pole pieces.
  • the winding bodies preferably have in one piece a section which forms an abutment region on which adjacent winding bodies are in abutment with one another in the assembled state of the device 1.
  • the abutment region can be formed by the limiting element 58, as in the case of the first wound body 42.
  • the contact area can have one or more point-like, linear or planar abutment points for a corresponding system of adjacent winding bodies.
  • the winding body in particular when inserting the winding body in the stator yoke 40, the winding body can be brought into abutment against each other. This resulted in an automatic positioning and self-adjustment of the winding body with the stator coils 44, 46 to each other and with respect to the axis of rotation 10 and thus the poles and pole pairs of the device first Fig. 5 shows a first possible arrangement for winding the
  • Winding body 64 as it can be used for example for the first, second or third pole pair.
  • the winding body 64 is substantially axially symmetrical to the axis of rotation 10.
  • the winding body 64 has radially with respect to the axis of rotation 10 aligned bearing surfaces 65, by means of which adjacent winding body 64 when inserted into the stator yoke 40 in abutment are brought together and therefore themselves position. With respect to the axis of rotation 10 each other
  • first pole coil 66 and a second pole coil 68 each one in the radial direction
  • Production state is already wound on the first pole coil 66, the first pole winding 12 as a layer winding.
  • the second pole winding 22 is applied with a layer winding machine.
  • the layer winding machine has a winding bell 74.
  • the pole pieces 70, 72 are pressed radially outward by inserting the split tube 8 and thereby brought into abutment against the stator yoke 40.
  • Fig. 6 shows a front view of a second embodiment of the bobbin 142
  • the Fig. 7 shows the associated side view
  • Fig. 8 is the top view. Numerous features of this second
  • Embodiment are identical to the first bobbin 42 shown in perspective in Fig. 4, and the corresponding features are supplemented by the amount 100 reference numerals
  • Embodiment consists in the radial offset 1 76 of the radially outer surface 1 78 of the first connection element 1 50. This is the offset 1 76 relative to the radially inner wall 180 of the first
  • Pole coil 144 offset radially inward. This makes it possible to guide the winding wire 96 (FIG. 9) in such a way that a perfect layer winding can be introduced into the first pole coil 144 even in the edge regions. If the first connection element 1 50 is arranged radially outside with respect to the first pole coil 144, such an offset 76 can be provided radially outward. In a corresponding manner, in the region of the second pole coil 146, the second connection element 154 can also be arranged radially offset with respect to a wall of the second pole coil 146, if appropriate.
  • the axial length 182 of the first connection element 1 50 can be chosen so that the receiving opening 1 52 for the contact member into a separate junction box of the device, which may be arranged axially, for example.
  • the winding wires are inserted into a slot 184 widening at the axial end of the first connecting element 150 and thereby electrically connected to the contact element inserted in the receiving opening 152.
  • Both the first connection element 1 50 and the second connection element 1 54 each have three such slots 184.
  • FIG. 9 shows a second possibility of winding the bobbin 142.
  • the bobbin 142 is in a winding mandrel 86
  • winding body 142 which serves for the further production of the device 1 for receiving the pole shoes 70.
  • the winding body 142 is clamped between the tailstock 90 and the drive spindle 92 of the winding machine and set in rotation about the winding axis 94.
  • the wire 96 is thereby wound over a wire guide 98, which is movable along the double arrow 99, in the winding chamber of the first pole coil 144.
  • the second pole winding 122 is already completely wound on the second pole coil 146, wherein after
  • Connecting element 148 has been laid.
  • the winding body 142 has been fixed in the position shown in FIG. 9 until the wire guide 98 has guided the wire 96 into the region of the first pole coil 144.
  • the winding body 142 is again set in rotation about the winding axis 94 and thereby the first pole coil 144 is wound. This makes it possible to produce the two bobbin without interrupting the winding process and in particular without changing the winding sense of the winding machine.
  • FIG. 10 shows a section transverse to the axis of rotation 10 through a further embodiment of a device 101 according to the invention, and Fig. 1 1 shows an enlarged section XI of Fig. 10.
  • the opposite pole pieces 1 70, 172 of a pole pair are on their radial
  • the stator yoke 140 has first positioning means 141, in particular recesses, through which the winding body 42 (not shown in FIG. 10) on the
  • Statorjoch 140 is positioned.
  • the first positioning means 141 can thereby form-fit with the winding body 42, for example, with an edge of the limiting element 58 of the winding body 42
  • Winding body 42 with respect to the Statorjoch 140 ensures, but also a fixation with respect to the forces occurring for example due to the magnetic field in the circumferential direction about the axis of rotation 10.
  • the stator yoke 140 may have for each pole coil 44, 46 a plurality, in particular two first positioning means 141 ,
  • the Statorjoch 140 has fastening means 145, in particular each formed by a recess into which a pole piece 1 70, 1 72 used is.
  • the pole piece 1 70, 1 72 on its radially outer surface on a contour which is adapted to the fastening means 145 and in turn a fastening means 147 of the pole piece 1 70, 1 72 forms.
  • the fastening means 145 of the Statorjochs 140 has in sections a chamfer or rounding, so that there is a self-centering when inserting the pole piece 1 70, 1 72 in the stator yoke 140.
  • the pole pieces 1 70, 1 72 On their radially inner side, the pole pieces 1 70, 1 72 have a radius 151 simulated to the can 8, which is smaller than the radius of the can 8 in the undeformed state shown in the upper half of FIG.
  • the pole pieces 1 70, 1 72 By inserting the can 8, the pole pieces 1 70, 1 72 pressed radially outward and placed in secure contact with the stator yoke 140 and / or secured in the secure system to the stator yoke 140. In the lower half of Fig. 10, this state is shown.
  • FIG. 12 shows a section through a device 101 according to the invention parallel to the axis of rotation 10 and FIG. 1 3 shows a section through the device 1 transverse to the axis of rotation 10.
  • the positioning of the wound body 42 by means of the limiting element 1 58 visible that with its tangential with respect to the axis of rotation 10 extending wall end forms first positioning means 143 which engage in the recesses formed by the first positioning means 141 in the stator yoke 140.
  • This positioning of the winding body 42 is also already a guide and pre-centering for the insertion of the pole pieces 1 70 given. These are included with the insert their radial end forming the fastening means 147 in the recess formed by the fastening means 145 in the stator yoke 140.
  • the pole windings 1 12 of a Polshelles are connected via the connecting element 148 connected to each other, which is integral with the two
  • Pole coil winding bodies is formed and forms the winding body 42, which is rigid but resilient deformable.
  • the connecting element 148 extends axially spaced from the pole winding 1 1 2 and in particular also axially spaced from the rear bearing 1 55 of the drive shaft 106th
  • FIG. 14 shows an enlarged section of a cross section transverse to the axis of rotation 10 of a further exemplary embodiment of the device 201 compared with the representation of FIG. 13, and FIG. 1 5 shows a corresponding section of a further embodiment of a device 301 according to the invention.
  • the pole piece 270 is only in contact, in particular in a frictional clamping arrangement, on the inside of the stator yoke 240. The clamping force is applied through the split tube 208. A positioning of the
  • the bobbin is given by the first positioning means 241 in the stator yoke 240, with the tangential by the tangential with respect
  • Rotation axis 10 extending boundary element 258 formed first positioning member 243 cooperates such that the winding body is securely positioned with respect to the stator yoke 240 and against a
  • the stator yoke 340 has a recess or recess substantially rectangular in the illustrated cross-section, which forms a fastening means 345 into which the radial end section forming the fastening means 347 of the pole piece 370 is used clamped.
  • a preferably at least sectionally conically shaped mandrel is inserted into the rotor area and thereby the pole shoes 370 are pressed radially outwards and into the recess in the stator yoke 340.
  • connection between pole piece 370 and stator yoke 340 is clamping, so that the gap tube 308 used after the removal of the mandrel essentially has only a securing function.
  • 15 shows the cylindrical and perpendicular to the plane of recess or punching in Statorjoch 340 with the depressed pole piece 370. Due to the positive positioning of the bobbin on Statorjoch 340 is an accurate determination of the recess or punching of Statorjochs 340 for
  • Fig. 16 shows a perspective view of a second
  • FIG. 1 7 shows a perspective view of another embodiment of a device according to the invention 401 with a total of three such a
  • Winding bodies 442 and the attached connection element 450 The two pole coil winding bodies of the winding body 442 have radially in each case a delimiting element 458 and are connected via a connecting element 448 formed integrally with the pole coil winding bodies connected with each other.
  • the limited space of the limiting elements 458 receiving space for the pole windings is aligned inside plan and tangential. As a result, a layer winding with a high packing density can be produced particularly advantageously with a layer winding machine.
  • the winding body 442 has a stop means 457 which forms a stop when the winding body 442 is inserted,
  • Stop means 457 has a recess into which a nose-like
  • connection element 450 Projection of the connection element 450 can intervene.
  • the winding body 442 has connecting means 461 for connecting to the
  • Connection element 450 for example, openings into which a suitably shaped connecting means 463 of the connection element 450 can be inserted.
  • Winding body 442 is preferably detachable, so that even a once selected position of the connecting element 450 again to the
  • the connecting element 450 is formed separately from the winding body 442 and may be fixable in one of preferably a plurality of predeterminable positions on the winding body 442 by the
  • connection element 450 can optionally be arranged in the most suitable position in the circumferential direction, irrespective of the winding bodies 442 used, which differ substantially only by the axial spacing of the connection element 448 from the pole coils.

Landscapes

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  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Wandeln von elektrischer in mechanische Energie und/oder umgekehrt, insbesondere Spaltrohrmotor für eine Umwälzpumpe, mit einem um eine Rotationsachse (10) rotierenden Rotor (2) und einem Stator (4), wobei der Stator (4) ein Polpaar mit Polwicklungen (12, 22; 14, 24; 16, 26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung separat von einem vorzugsweise ringförmigen Statorjoch (40) ausgebildete Polschuhe (70, 72) aufweist, dass die Polwicklungen (12, 22; 14, 24; 16, 26) des Polpaares über einen mindestens teilweise radial in Bezug auf die Rotationsachse (10) verlaufenden Verbindungsabschnitts (18; 20; 28) der Wicklung unter Verwendung einer kostengünstigen und betriebssicheren Lagenwickelmaschine durchgehend auf von einem Wickelkörper (42) gebildete Polspulen (44, 46) gewickelt sind und unterbrechungsfrei elektrisch miteinander verbunden sind, und dass nach dem Wickeln die Polschuhe (70, 72) in die Polspulen (44, 46) eingesetzt und radial nach außen in Anlage an das die Polschuhe (70, 72) radial außenseitig umfassende Statorjoch (40) gebracht sind, sowie einen Wickelkörper (42) für eine solche Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung (1).

Description

Vorrichtung zum Wandeln von elektrischer in mechanische Energie und/oder umgekehrt, Wickelkörper für eine solche Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wandeln von elektrischer in mechanische Energie und/oder umgekehrt, insbesondere einen
Spaltrohrmotor für eine Umwälzpumpe, einen Wickelkörper für eine solche Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung.
Aus der DE 10 2004 030 721 B3 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, wie sie beispielsweise für den Antrieb von
Heizungsumwälzpumpen eingesetzt wird. Die Statorwicklungen werden mit einer Wechselspannung beaufschlagt und der Rotor ist als
Kurzschlussläufer ausgebildet.
Weiterentwicklungen derartiger Vorrichtungen werden als Magnetmotoren bezeichnet, bei denen der Rotor Permanentmagnete aufweist, die einem von den Statorwicklungen erzeugten, um die Rotationsachse rotierenden Magnetfeld folgen. Durch die Wahl der Frequenz der
Statorwicklungsspannung ist die Drehzahl derartiger Vorrichtungen regelbar.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Der Stator weist in der Regel mehrere Polpaare auf, die mit dem Statorjoch einstückig verbunden sind, wobei die Pole und die zugehörigen
Polwicklungen voneinander beabstandet sind. Wenn die Polwicklungen eines Polpaares durchgehend gewickelt werden sollen, ist eine aufwendige Wickeltechnik erforderlich, beispielsweise unter Verwendung einer Nadelwickelmaschine. Dabei sind nur vergleichsweise geringe
Windungszahlen pro Wickelraum möglich, insbesondere sind keine raumsparenden Lagenwicklungen möglich. Außerdem müssen zwischen den zu bewickelnden Wickelkörpern Zwischenräume bestehen bleiben, durch welche die Nadel hindurch die Bewicklung bewerkstelligen kann. Dies führt zu einer weiteren nachteiligen Einschränkung des verfügbaren Wickelraumes. Dadurch wird die Sättigung und Magnetisierung
beeinträchtigt und damit die Leistung der Vorrichtung bzw. des Motors. Bei einer anderen bekannten Vorrichtung werden die Polschuhe vom
Statorjoch getrennt und in separaten Spulenkörpern einzeln bewickelt und weisen jeweils zwei Anschlussenden der Wicklung auf. Diese gegenüber einer Verbundwicklung beispielsweise sechs zusätzlichen elektrischen Verbindungsstellen beeinträchtigen die Betriebssicherheit und sind kostenaufwendig. Außerdem müssen die vom Joch getrennten Polschuhe mit dem Statorjoch aufwendig in die Ausnehmungen des Jochs
hineingepresst und wieder verbunden werden.
Aus der DE 103 37 916 A1 ist ein Reluktanzmotor und ein Verfahren zum Wickeln eines Reluktanzmotor bekannt, bei dem ein zweiteiliger
Statorabdeckkörper vorgesehen ist, wobei beide Teile des
Statorabdeckkörpers gegensinnig in axialer Richtung in den Statorkern eingeschoben werden unter gegenseitiger Überlappung der einander zugeordneten Enden. Aus der EP 1 499 000 AI ist ein Stator für eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Bei dem bekannten Stator sind innere und äußere Jochsegmente einstückig ausgebildet, wobei die äußeren Jochsegmente ein Kreissegment bilden. Die Polschuhe sind mit dem jeweiligen Jochsegment einstückig verbunden, deshalb ist es erforderlich, die Wicklungsträger geteilt auszubilden, so dass sie jeweils aus zwei U- förmigen Halbschalen bestehen, welche in axialer Richtung von zwei entgegengesetzten Seiten her zusammengeschoben werden und
anschließend mit dem Wicklungsdraht umwickelt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Wandeln von elektrischer in mechanische Energie und/oder umgekehrt, insbesondere einen Spaltrohrmotor für eine Umwälzpumpe, oder in anderen Worten eine elektrische Maschine, einen Wickelkörper für eine solche Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen
Vorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden. In einer Ausführungsart soll die Vorrichtung einfach
herstellbar sein, eine hohe Energieeffizienz aufweisen und einen dauerhaft sicheren Betrieb gewährleisten.
Das Problem ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung und durch den im nebengeordneten Anspruch bestimmten Wickelkörper sowie das im nebengeordneten Anspruch bestimmte Herstel lverfahren gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
Die Erfindung löst insbesondere die Aufgabe, beispielsweise bei einer Vorrichtung mit drei Polpaaren, eine Statorkonstruktion zu schaffen, mit der das Bewickeln der Polpaare zusammenhängend im Verbund von einem ersten Pol zum gegenüberliegenden zweiten Pol ohne Unterbrechung in einer energieeffizienten und exakten Lagenwicklung schnell und
kostengünstig möglich ist. Jedes Polpaar wird unter Verwendung eines die Polwicklungen des Polpaares aufnehmenden und vorzugsweise
einstückigen Wickelkörpers hergestellt. Der Wickelkörper ist derart ausgebildet, dass die zu den Polen zugehörigen Polschuhe jeweils um 180° versetzt von dem Wickelkörper aufgenommen werden können. Die
Polschuhe sind hierzu zuvor von dem Statorjoch getrennt worden, so dass die Polschuhe in von dem Wickelkörper ausgebildete Ausnahmeöffnungen eingesetzt werden können. Das Trennen erfolgt dabei derart, dass bei einem Zusammenführen von Polschuh und Statorjoch im Rahmen des Herstellens der Vorrichtung eine großfläche Anlage gewährleistet ist.
Die elektrische Verbindung der einander gegenüberliegenden
Polwicklungen erfolgt durch eine Brücke, die ausgehend von den beiden Pölspulen des Wickelkörpers zunächst abschnittsweise axial so weit verlängert ist, dass sie anschließend radial und insbesondere diametral verlaufend stirnseitig über das Spaltrohr der Vorrichtung hinweg verlaufen kann.
Die den magnetischen Fluss gut leitenden Polschuhe sind über ein
Stanzpaketierverfahren von einem vorzugsweise ringförmig verlaufenden Statorjoch getrennt worden. Die so vereinzelten Polschuhe werden in die Polspulen des Wickelkörpers eingesetzt. Die Polspulen oder
Polspulenwickelkörper weisen hierfür eine in Radial richtung in Bezug auf die Rotationsachse verlaufende Öffnung auf. Entsprechend dem jeweiligen Kontext ist nachfolgend der Begriff Polspule oder Polspulenwickelkörper zur Bezeichnung des Körpers verwendet, auf den die Polwicklung aufbringbar ist, oder zur Bezeichnung des die Polwicklung aufweisenden elektrischen Bauelements.
Bei einer Vorrichtung mit drei Polschuhpaaren können drei Wickelkörper verwendet werden. Diese können im Wesentlichen gleich ausgebildet sein und sich lediglich in der Ausbildung, insbesondere in der axialen Höhe, des die beiden Polspulen oder Polspulenwickelkörper miteinander
verbindenden Verbindungselements unterscheiden.
Die mit den Polschuhen bestückten Wickelkörper können bei der
Herstellung der Vorrichtung in das ringförmige Statorjoch eingesetzt werden. Anschl ießend wird das Spaltrohr der Vorrichtung in die
ringförmige Anordnung der Wickelkörper eingesetzt. Dabei kommt das Spaltrohr in Anlage an das radial innere Ende der Polschuhe. Die Polschuhe der einzelnen Wickelkörper werden radial nach außen gedrückt und dabei in Anlage an das ringförmige Statorjoch gepresst und dort fixiert.
Die Verbindung zwischen Polschuh und Statorjoch kann noch gesichert werden, beispielsweise durch Kleben, Löten, Schweißen oder Stauchen.
In einer Ausführungsart ist die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Wandeln von elektrischer in mechanische Energie und/oder umgekehrt, insbesondere durch einen Spaltrohrmotor für eine Umwälzpumpe, mit einem um eine Rotationsachse rotierenden Rotor und einem Stator, wobei der Stator ein Polpaar mit Polwicklungen aufweist, und wobei die
Polwicklungen des Polpaares über einen mindestens teilweise radial in Bezug auf die Rotationsachse verlaufenden Verbindungsabschnitt der
Wicklung durchgehend gewickelt sind und unterbrechungsfrei elektrisch miteinander verbunden sind.
Dadurch ist es nicht erforderlich, die Pol Wicklungen des Polpaares durch eine Kontaktstel le elektrisch miteinander zu verbinden. Durch das
Einsparen einer solchen Kontaktstelle ist die Betriebssicherheit der
Vorrichtung erhöht. Weiterhin ist vorteilhaft, dass eine kostengünstige und betriebssichere Lagenwickelmaschine zum Wickeln der Polspulen eingesetzt werden kann. Außerdem kann mit einfachen Mitteln eine geordnete Lagenwicklung gewährleistet werden, durch die wiederum ein hoher Fül lfaktor erreichbar ist, insbesondere ein höherer Füllfaktor als durch eine mit einer Nadelwickelmaschine hergestellten Wicklung. Damit wiederum ist eine höhere Energieeffizienz der Vorrichtung erreichbar.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Verbindungsabschnitte zwischen den Polwicklungen eines Polpaares bei einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung kurz sind, und dadurch ein geringerer Materialeinsatz erforderlich ist und geringere Verluste entstehen, gegenüber einer
Ausführung, bei welcher die Verbindungsabschnitte zwischen den
Polwicklungen eines Polpaares radial außenseitig in Umfangsrichtung verlegt werden, wie dies beispielsweise bei der Verwendung einer
Nadelwickelmaschine der Fall ist.
In einer Ausführungsart verläuft die Verbindungsleitung der Wicklung zwischen zwei Polwicklungen eines Polpaares mindestens teilweise diametral von einer ersten Polwicklung des Polpaares zu der in Bezug auf die Rotationsachse gegenüberliegenden zweiten Polwicklung des
Polpaares. Dadurch ist ein möglichst kurzer Verbindungsabschnitt gewährleistet. In einer Ausführungsart weist die Vorrichtung mehrere Polpaare auf, insbesondere drei Polpaare mit jeweils zwei Polwicklungen, d. h. insgesamt sechs Polwicklungen. Im Bereich der Polwicklungen eines ersten Polpaares sind die Anschlüsse, insbesondere Steck- oder Schraubanschlüsse, für die elektrische Energieversorgung aller Polwicklungen angeordnet. Hierzu kann ein erster Wickelkörper des ersten Polpaares im Bereich einer oder beider Polspulen jeweils ein Anschlusselement aufweisen.
Das Anschlusselement weist mindestens eine, vorzugsweise mehrere Aufnahmeöffnungen für das Einsetzen von elektrischen Kontaktorganen auf, mittels denen die Polwicklungen elektrisch kontaktierbar und/oder miteinander verbindbar sind. Das Anschlusselement kann beispielsweise eine mit der Anzahl der Polpaare übereinstimmende Anzahl von
Aufnahmeöffnungen aufweisen. Zu einem ersten Anschlusselement des Wickelkörpers können alle Anschlussleitungen der Polwicklungen aller Polpaare zugeführt werden, die von extern mit einer elektrischen
Versorgungs- oder Betriebsspannung beaufschlagt werden müssen. Zu dem gegenüberliegenden zweiten Anschlusselement des Wickelkörpers können die jeweils zweiten Anschlussleitungen der Polwicklungen aller Polpaare zugeführt werden, die dort miteinander elektrisch verbindbar sein können, beispielsweise zum Bereitstellen einer sternförmigen Verschaltung der Wicklungen der Polpaare.
In einer Ausführungsart sind die Anschlüsse der zur ersten Polwicklung des ersten Polpaares benachbarten ersten Polwicklungen der weiteren Polpaare in Umfangsrichtung verlaufend zu der ersten Polwicklung des ersten Polpaares, insbesondere zu dem ersten Anschlusselement des
Wickelkörpers des ersten Polpaares, zugeführt. Dadurch können die zugehörigen Anschlussleitungen kurz sein. In einer Ausführungsart sind im Bereich einer zweiten Polwicklung des ersten Polpaares die verbleibenden Anschlüsse aller Polwicklungen miteinander elektrisch verbunden.
In einer Ausführungsart sind die Anschlüsse für die elektrische
Energieversorgung aller Polwicklungen axial beabstandet von den
Polwicklungen angeordnet. Insbesondere können die Anschlüsse in einen axial in Richtung der Rotationsachse von den Statorwicklungen
beabstandeten Anschlussraum der Vorrichtung hineingeführt sein. Hierzu kann das Anschlusselement des Wickelkörpers eine solche Länge aufweisen, dass die in die Aufnahmeöffnungen des Anschlusselements eingesetzten elektrischen Kontaktorgane in den axial angeordneten
Anschlussraum der Vorrichtung hineinragen. Auf diese Weise ist eine einfache und sichere elektrische Kontaktierung der Wicklungsenden unmittelbar im Anschlussraum der Vorrichtung gewährleistet, ohne dass es hierfür weiterer elektrischer Verbindungselemente bedarf.
In einer Ausführungsart weisen das Statorjoch und/oder der Wickelkörper erste Positionierungsmittel auf, durch welche der Wickelkörper an dem Statorjoch positioniert und vorzugsweise durch Formschluss fixiert ist. Die Positionierungsmittel können beispielsweise durch eine Aussparung am Statorjoch gebildet sein, in welche sich die außen am Statorjoch anliegende Endscheibe des Spulenkörpers formschlüssig einlagert. Die dadurch erreichte Positionierung des Spulenkörpers im Statorjoch bietet auch den Vorteil, dass die anschließend in den Wickelkörper eingesetzten Polschuhe ebenfalls positioniert und beim Einstecken geführt sind, wodurch auch die Polschuhe an einer vorbestimmten Position fixiert sind. In einer Ausführungsart weisen das Statorjoch und/oder die Polschuhe Befestigungsmittel auf, durch welche die Polschuhe an dem Statorjoch positioniert und durch Reib- und/oder Formschluss fixiert sind. Die
Polschuhe können insbesondere mit dem Statorjoch zusammensteckbar sein, insbesondere klemmend zusammensteckbar sein. Durch die
Positionierung der Wickelkörper und/oder Polschuhe können auch auf einfache Weise in Umfangsrichtung wirkende Kräfte auf das Statorjoch übertragen werden.
In einer Ausführungsart sind die Polschuhe durch ein Spaltrohr der
Vorrichtung in der an dem Statorjoch anliegenden Position gesichert.Durch das Eindrücken des Spaltrohres, dessen Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser der Statorbohrung, der durch die dem Spaltrohr unmittelbar gegenüberstehenden Polschuhe vorgegeben ist, und durch eine geeignete Formgebung der dem Spaltrohr zugewandten Polschuhfüße, wird der größere Umfang des Spaltrohres in einem Hinterschnitt der
Polschuhfüße aufgenommen. Die dadurch entstehende leichte Wellierung des Spaltrohres wird zwangsläufig mit Spannung beaufschlagt, die auf die Polschuhe wirkt und diese fest an das Joch drückt.
In einer Ausführungsart weist die Vorrichtung ein Anschlusselement für das elektrische Kontaktieren der Polwicklungen auf. Das Anschlusselement kann separat von dem Wickelkörper ausgebildet sein und in einer von mehreren vorgebbaren Positionen an dem Wickelkörper festlegbar sein. Das Anschlusselement kann in einer von mehreren vorgebbaren Positionen mit dem Wickelkörper vorzugsweise lösbar zusammensteckbar sein.
Die Aufgabe ist auch gelöst durch einen Wickelkörper für eine vorstehend beschriebene Vorrichtung, wobei der Wickelkörper zwei Polspulen oder Polspulenwickelkörper aufweist, auf welche die Polwicklungen eines Polpaares durchgehend und elektrisch unterbrechungsfrei wickelbar sind, und wobei die beiden Polspulen oder Polspulenwickelkörper über ein radial in Bezug auf die Rotationsachse der Vorrichtung verlaufendes Verbindungselement mechanisch miteinander verbunden sind. Über das Verbindungselement ist der die beiden Polwicklungen des Polpaares elektrisch verbindende Verbindungsabschnitt der Wicklung führbar. Jede der Polspulen bzw. Polspulenkörper nimmt dabei jeweils einen den magnetischen Fl uss gut leitenden Polschuh in sich auf und weist hierfür eine Aufnahmeöffnung auf. Der Polschuh wird vorzugsweise erst eingesetzt, wenn die Polspule oder der Polspulenwickelkörper mit der Polwicklung bewickelt ist.
In einer Ausführungsart weist das Verbindungselement mindestens abschnittsweise ein Führungsmittel, beispielsweise eine rinnenartige Vertiefung, für die Führung des Verbindungsabschnitts der Wicklung auf. Dadurch kann ein möglichst kurzer Verbindungsabschnitt gewährleistet werden und dieser außerdem mechanisch gegen Beschädigungen geschützt werden. In einer Ausführungsart sind die Polspulen oder die Polspulenwickelkörper und das Verbindungselement einstückig von dem Wickelkörper
ausgebildet. Vorzugsweise ist auch das Anschlusselement oder sind die Anschlusselemente für die Aufnahme der elektrischen Kontaktorgane einstückig zusammen mit den Polspulen oder den Polspulenwickelkörpern und dem Verbindungselement ausgebildet. Das Anschlusselement des Wickelkörpers für die von extern zu kontaktierenden Anschlussleitungen der Polwicklungen kann dabei radial (in Bezug auf die Rotationsachse) innen (in Bezug auf die benachbarte Polspule) liegend angeordnet sein. Dadurch ist das Lagenwickeln der Spulenkörper nicht beeinträchtigt oder behindert. Außerdem kann das Anschlusselement mit ausreichender mechanischer Stabilität und verhältnismäßig großer Länge ausgebildet werden, insbesondere mit einer Länge, durch welche das Anschlusselement in den axial angeordneten Anschlussraum oder Anschlusskasten der Vorrichtung hineinragt.
In einer Ausführungsart ist das Anschlusselement mindestens
abschnittsweise gegenüber der Polspule bzw. dem Polspulenkörper radial versetzt, beispielsweise radial nach innen versetzt. Dadurch kann die
Drahtführung beim Bewickeln der Polspule bzw. des Polspulenkörpers bis an den radialen inneren Rand herangeführt werden. Dadurch kann eine perfekte Lagenwicklung mit hoher Wicklungsdichte bereitgestellt werden. Die Aufgabe ist auch durch ein Verfahren zum Herstellen einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung gelöst, bei dem beim Wickeln der Statorpole durch Bewickeln des Wickelkörpers bzw. des Spulenkörpers zunächst eine erste Polwicklung eines Polpaares gewickelt wird und anschließend ohne Unterbrechung der Wicklungsleitung die zweite Polwicklung des Polpaares gewickelt wird. Ein die erste mit der zweiten Polwicklung des Polpaares verbindender Verbindungsabschnitt wird mindestens teilweise radial in Bezug auf die Rotationsachse verlaufend geführt.
Der Wickelkörper kann zum Bewickeln um eine Achse rotiert werden, die rechtwinklig zur Rotationsachse der Vorrichtung verläuft. Beispielsweise kann der Wickelkörper um eine Achse rotiert werden, die parallel zu der Öffnung für das Einsetzen der Polschuhe verläuft. Die Drahtführung kann parallel zu der Achse, um welche der Wickelkörper rotiert wird, bewegt werden. Nachdem der Polspulenwickelkörper für die erste Polspule gewickelt ist, kann der Wickelkörper in eine geeignete Winkelposition gefahren werden, so dass durch eine Verschiebung der Drahtführung der Verbindungsabschnitt der Wicklung auf dem Verbindungselement positioniert wird und anschließend durch Rotation des Wickelkörpers der Polspulenwickelkörper der zweiten Polspule bewickelt wird. Dies hat den Vorteil, dass das Bewickeln mit einer einfachen und robusten
Wickelmaschine erfolgen kann und zudem mit kurzen Wickelzeiten präzise Wicklungen hergestellt werden. Für das Bewicklen beider Polspulen muss der Wickelkörper nicht in der Wickelmaschine umgesetzt werden. Alternativ kann der Wickelkörper derart in eine Lagenwickelmaschine eingesetzt werden, dass zunächst die erste Polspule des Wickelkörpers mit einer Lagenwicklung bewickelt wird. Anschließend kann der Wickelkörper um 180° gedreht in die Wickelmaschine eingesetzt werden und dann die zweite Polwicklung auf die zweite Polspule gewickelt werden.
In einer Ausführungsart wird je Polpaar ein Wickelkörper in dieser Art bewickelt. Bei einer Vorrichtung mit drei Polpaaren werden
dementsprechend drei Wickelkörper in dieser Art bewickelt. Anschließend können magnetisch leitfähige Polschuhe in die
Polspulenöffnungen der Wickelkörper eingesetzt werden. Hierzu können Polschuhe verwendet werden, die durch ein Stanzpaketierverfahren von einem Statorjoch getrennt wurden. Die Trennung kann dabei beim
Statorblechstanzen erfolgen, wodurch die Herstellkosten reduziert sind. Die Wickelkörper werden anschließend um die Rotationsachse herum angeordnet, beispielsweise in ein ringförmiges Statorjoch eingesetzt, wobei benachbarte Wickelkörper in Anlage aneinander gebracht werden können. In einer Ausführungsart der Erfindung sind die einander zugeordneten Anlageflächen, Anlagelinien oder Anlagepunkte benachbarter Wickelkörper derart ausgebildet, dass sich eine Selbstjustierung der Anordnung der
Wickelkörper ergibt. Radial außenseitig verläuft das den magnetischen Fluss gut leitende ringförmige Statorjoch.
Anschließend werden die Polschuhe durch das Einsetzen eines Spaltrohres in den von den Wickelkörpern begrenzten Innenraum radial nach außen gedrückt und in Anlage an das die Polschuhe radial außenseitig umfassende Statorjoch gebracht. Dadurch gibt sich eine Selbstjustierung der Polschuhe in Bezug auf das Statorjoch, weil die Polschuhe durch die Wickelkörper justiert sind.
In einer Ausführungsart werden die Polschuhe durch Einsetzen eines Spaltrohres und/oder eines vorzugsweise abschnittsweise kegelförmigen Dorns radial nach außen gedrückt und dabei in klemmende Verbindung mit dem die Polschuhe radial außenseitig umfassenden Statorjoch gebracht. Damit ist nicht nur eine Positionierung der Polschuhe in Bezug auf das
Statorjoch gegeben, sondern auch eine Fixierung der Polschuhe. Da für das Eindrücken der Polschuhe erhebliche Kräfte erforderlich sind, kann hierfür vor dem Einführen des Spaltrohrs ein Dorn eingesetzt werden, der nach dem Verbinden der Polschuhe mit dem Statorjoch wieder entfernt werden kann. Das anschließende Einsetzen des Spaltrohres hat dann im
Wesentlichen nur noch eine die Position der Polschuhe sichernde Wirkung. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung der Fig. 1,
Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Abschnitt III der Vorrichtung der Fig. 2, Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Wickel körpers, Fig. 5 zeigt eine erste mögliche Anordnung zum Bewickeln des
Wickel körpers,
Fig. 6 zeigt eine Frontansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines
Wickel körpers,
Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht des Wickelkörpers der Fig. 6,
Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf den Wickelkörper der Fig. 6,
Fig. 9 zeigt eine zweite Möglichkeit des Bewickeins des
Wickelkörpers, und
Fig. 10 zeigt einen Schnitt quer zur Rotationsachse durch ein weiteres
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 1 zeigt vergrößert einen Ausschnitt XI der Fig. 10,
Fig. 12 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung paral lel zur Rotationsachse,
Fig. 13 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung quer zur
Rotationsachse,
Fig. 14 zeigt einen gegenüber der Darstellung der Fig. 1 3 vergrößerten
Ausschnitt eines Querschnitts quer zur Rotationsachse eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung, Fig. 1 5 zeigt einen entsprechenden Ausschnitt eines weiteren
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 16 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten
Ausführungsbeispiels eines Wickelkörpers, und
Fig. 1 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Wandeln von elektrischer in mechanische Energie und/oder umgekehrt, insbesondere einer elektrischen Maschine, wie sie beispielsweise als Spaltrohrmotor für eine Heizungsumwälzpumpe eingesetzt wird. Dabei sind bestimmte Bestandteile der Vorrichtung 1 , wie beispielsweise das Gehäuse, nicht dargestellt, ebensowenig wie Teile der von der Vorrichtung 1 im Ausführungsbeispiel angetriebenen
Umwälzpumpe. Eine insoweit vollständigere Schnittzeichnung ist als Fig. 1 in der auf denselben Anmelder zurückgehenden DE 10 2004 030 721 B3 dargestellt und beschrieben.
Die Vorrichtung 1 weist einen um eine Rotationsachse 10 rotierenden Rotor 2 (Fig. 2) und einen Stator 4 auf. Im Ausführungsbeispiel weist der Stator drei Polpaare mit jeweils zwei Polwicklungen 12, 22; 14, 24; 16, 26 auf. Die erste Polwicklung 12 und die zweite Polwicklung 22 des ersten Polpaares sind dabei durchgehend gewickelt und unterbrechungsfrei über einen mindestens teilweise radial in Bezug auf die Rotationsachse 10 verlaufenden Verbindungsabschnitt 18 elektrisch miteinander verbunden. Hierzu ist der Verbindungsabschnitt 18 zunächst ein Stück weit in axialer Richtung von der ersten Polwicklung 12 weg geführt, um anschließend in radialer oder diagonaler Richtung auf die zweite Polwicklung 22 des ersten Polpaares hin geführt zu werden. In entsprechender Weise sind auch die ersten und zweiten Polwicklungen 14, 24 des zweiten bzw. dritten
Polpaares mit den zugehörigen zweiten Polwicklungen 16, 26 über jeweils einen Verbindungsabschnitt 20, 28 elektrisch miteinander verbunden. Die Verbindungsabschnitte 18, 20, 28 sind dabei in unterschiedlichem axialen Abständen zu den zugehörigen Polpaaren bzw. zu dem Stator 4 geführt. Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung 1 der Fig. 1 ,
insbesondere durch die erste und zweite Polwicklung 12, 22 des ersten Polpaares. Die Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Abschnitt III aus der
Darstellung der Fig. 2. Der Rotor 2 der Vorrichtung 1 ist mit einer um die Rotationsachse 10 rotierbaren Welle 6 drehfest verbunden. Die Welle 6 kann beispielsweise zum Antrieb einer Pumpe mit einem Flügelrad der Pumpe drehfest verbunden sein, was in der Fig. 2 nicht dargestellt ist.
Der Rotor 2 trägt in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 10 verteilt angeordnete Permanentmagneten 30, die einem von den Statorwicklungen erzeugten Drehfeld nacheilen und dadurch die Welle 6 in
Rotationsbewegung versetzen. Die Trennung zwischen Rotor 2 und Stator 4 erfolgt mittels eines Spaltrohres 8, das an seinem in der Fig. 2 oberen Ende durch ein Abschlussteil 32 topfförmig ausgebildet ist. Das Abschlussteil 32 bildet radial innenliegend eine Aufnahme für ein erstes Lager 34 der Welle 6. Ein zweites Lager 36 ist auf der axial gegenüberliegenden Seite des Rotors 2 angeordnet.
Das Spaltrohr 8 liegt radial außenseitig unmittelbar in Anlage an den Polschuhen 38 des Stators 4 und drückt diese dadurch an das im
Ausführungsbeispiel ringförmig verlaufende und die Polwicklungen 12, 14, 16, 22, 24, 26 umfassende Statorjoch 40.
Die Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Wickelkörpers 42, auf den die erste und zweite Polwicklung 12, 22 des ersten Polpaares gewickelt werden kann. Der erste Wickelkörper 42 weist hierzu zwei Polspulen 44, 46 oder Polspulenwickelkörper auf, auf welche die erste bzw. zweite Polwicklung 12, 22 in jeweils einer Lagenwicklung, d. h. mit hoher Wickeldichte, aufgewickelt werden kann. Die beiden Polspulen 44, 46 oder Polspulenwickelkörper sind über ein radial in Bezug auf die Rotationsachse 10 der Vorrichtung 1 verlaufendes Verbindungselement 48 mechanisch miteinander verbunden, über das der die beiden
Polwicklungen 12, 22 des ersten Polpaares elektrisch verbindende
Verbindungsabschnitt 18 führbar ist. Das Verbindungselement 48 weist dabei ein Führungsmittel, im Ausführungsbeispiel ein rinnenförmige Vertiefung, für die Führung des Verbindungsabschnitts 18 auf. Der erste Wickelkörper 42 weist außerdem im Bereich der ersten Polspule 44 ein erstes Anschlusselement 50 auf, das an seinem axialen Ende mehrere, im Ausführungsbeispiel drei Aufnahmeöffnungen 52 für das Einlegen von elektrischen Kontaktorganen aufweist, mittels denen das freie Ende der ersten Polwicklung 12 des ersten Polpaares elektrisch
kontaktierbar ist. Die sich nach dem Einstecken der Kontaktorgane ergebende Kontaktstelle ist dabei axial so weit von der erste Polspule 44 und auch dem Verbindungselement 48 entfernt, dass das erste
Anschlusselement 50 in einen axial von dem Stator 4 der Vorrichtung 1 beabstandeten elektrischen Anschlussraum, insbesondere in einen elektrischen Anschlusskasten, hineinragt. Auf diese Weise kann im
Anschlusskasten unmittelbar eine elektrische Kontaktierung der ersten Polwicklungen 12, 14, 16 erfolgen. Dadurch, dass das erste
Anschlusselement 50 radial innen in Bezug auf die erste Polspule 44 angeordnet ist, stört das erste Anschlusselement 50 auch nicht beim Bewickeln der ersten Polspule 44, so dass dort eine Lagenwicklung mit hoher Packungsdichte aufgewickelt werden kann.
Im Bereich der zweiten Polspule 46 ist radial außenseitig ein zweites Anschlusselement 54 angeordnet, insbesondere einstückig von dem ersten Wickelkörper 42 ausgebildet, das ebenfalls Aufnahmeöffnungen 56 für das Einlegen von elektrischen Kontaktorganen aufweist. In diesem Bereich können die freien Wicklungsenden der zweiten Polwicklungen 22, 24, 36 des ersten, zweiten und dritten Polpaares eingelegt werden und
gegebenenfalls elektrisch miteinander verbunden werden, beispielsweise zum Herstellen einer Sternschaltung.
Radial innenseitig werden die Wickelräume der ersten und zweiten
Polspule 44, 46 durch ein von dem ersten Wickelkörper 42 einstückig ausgebildetes Begrenzungselement 58 begrenzt. Das Begrenzungselement 58 ragt über die auf die erste und zweite Polspule 44, 46 aufgebrachte erste und zweite Polwicklung 12, 22 axial und/oder radial hinaus und bildet eine Anlage- oder Führungsfläche für die zu dem ersten oder zweiten
Anschlusselement 50, 54 hin führenden Enden der Polwicklungen 12, 14, 16, 22, 24, 26. So ist in dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel das freie Wicklungsende 60 der ersten Polwicklung 12 zu dem ersten Kontaktorgan im ersten Anschlusselement 50 geführt. Das freie
Wicklungsende 62 der ersten Polwicklung 14 des zweiten Polpaares ist in Umfangsrichtung über einen Winkel von etwa 60° zu dem ersten
Anschlusselement 50 geführt. Das freie Wicklungsende 64 der ersten Polwicklung 16 des dritten Polpaares ist ebenfalls in Umfangsrichtung entlang dem Begrenzungselement 58 zu dem ersten Anschlusselement 50 geführt. In entsprechender Weise sind die freien Wicklungsenden der zweiten Polwicklungen 22, 24, 26 in Umfangsrichtung entlang den
Begrenzungselementen 58 zu dem zweiten Anschlusselement 54 geführt. Da selbst für die Polwicklungen des zweiten und dritten Polpaares nur jeweils ein Winkelbereich von etwa 60° zu überbrücken ist, sind die Leitungslängen bis zum ersten bzw. zweiten Anschlusselement 50, 54 gering.
Die Wickelkörper für das zweite und dritte Polpaar stimmen im
Wesentlichen mit dem ersten Wickelkörper 42 überein, wobei lediglich die axiale Höhe des Verbindungselements 58 unterschiedlich ist, insbesondere bei dem Wickelkörper für das zweite und dritte Polpaar größer ist als bei dem ersten Wickelkörper 48. Außerdem weisen die Wickelkörper für das zweite und dritte Polpaar im Ausführungsbeispiel keine Anschlusselemente auf.
Die Begrenzungselemente 58 von in Umfangsrichtung benachbarten Wickelkörpern sind in dem in der Fig. 1 dargestellten montierten Zustand in Anlage zueinander. Demgegenüber ist zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Polschuhen ein Luftspalt vorhanden.
Die Wickelkörper weisen vorzugsweise einstückig einen Abschnitt auf, der einen Anlagebereich bildet, an dem benachbarte Wickelkörper im zusammengebauten Zustand der Vorrichtung 1 in Anlage aneinander sind. Der Anlagebereich kann wie bei dem ersten Wickelkörper 42 durch das Begrenzungselement 58 gebildet sein. Der Anlagebereich kann eine oder mehrere punktförmige, linienförmige oder flächige Anlagestellen aufweisen für eine entsprechende Anlage benachbarter Wickelkörper. Beim
Zusammenbauen der Vorrichtung 1 , insbesondere beim Einsetzen der Wickelkörper in das Statorjoch 40, sind die Wickelkörper in Anlage aneinander bringbar. Dadurch erfolgte eine automatische Positionierung und Selbstjustierung der Wickelkörper mit den Statorspulen 44, 46 zueinander und in Bezug auf die Rotationsachse 10 und damit der Pole und Polpaare der Vorrichtung 1 . Die Fig. 5 zeigt eine erste mögliche Anordnung zum Bewickeln des
Wickelkörpers 64, wie er beispielsweise für das erste, zweite oder dritte Polpaar verwendet werden kann. Der Wickelkörper 64 ist im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Rotationsachse 10. Der Wickelkörper 64 weist radial in Bezug auf die Rotationsachse 10 ausgerichtete Anlageflächen 65 auf, mittels denen benachbarte Wickelkörper 64 beim Einsetzen in das Statorjoch 40 in Anlage aneinander bringbar sind und sich daher selbst positionieren. In Bezug auf die Rotationsachse 10 einander
gegenüberliegend weist der Wickelkörper 64 eine erste Polspule 66 und eine zweite Polspule 68 auf, die jeweils eine in Radialrichtung
durchgehend verlaufende Öffnung zum Einsetzen eines ersten bzw.
zweiten Polschuhs 70, 72 aufweist. In dem in der Fig. 5 dargestellten
Fertigungszustand ist auf die erste Polspule 66 bereits die erste Polwicklung 12 als Lagenwicklung aufgewickelt. Auf die zweite Polspule 68 wird mit einer Lagenwickelmaschine die zweite Polwicklung 22 aufgebracht. Die Lagenwickelmaschine weist hierzu eine Wickelglocke 74 auf.
Nach Fertigstellung der zweiten Polwicklung 22 und Anordnung der Wickelkörper 64 aller Polpaare um die Rotationsachse 10 werden durch Einstecken des Spaltrohrs 8 die Polschuhe 70, 72 radial nach außen gedrückt und dadurch in Anlage an das Statorjoch 40 gebracht.
Die Fig. 6 zeigt eine Frontansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Wickelkörpers 142, die Fig. 7 zeigt die zugehörige Seitenansicht und die Fig. 8 die Draufsicht. Zahlreiche Merkmale dieses zweiten
Ausführungsbeispiels sind identisch ausgebildet wie der in der Fig. 4 perspektivisch dargestellte erste Wickelkörper 42, und die entsprechenden Merkmale sind mit um den Betrag 100 ergänzten Bezugszeichen
gekennzeichnet. Ein wesentlicher Unterschied des zweiten
Ausführungsbeispiels besteht in dem radialen Versatz 1 76 der radial äußeren Fläche 1 78 des ersten Anschlusselements 1 50. Diese ist um den Versatz 1 76 gegenüber der radial inneren Wandung 180 der ersten
Polspule 144 nach radial innen versetzt. Dadurch ist es möglich, den Wickeldraht 96 (Fig. 9) derart zu führen, dass auch in den Randbereichen eine perfekte Lagenwicklung in die erste Polspule 144 eingebracht werden kann. Sofern das erste Anschlusselement 1 50 radial außen in Bezug auf die erste Polspule 144 angeordnet ist, kann ein solcher Versatz 76 nach radial außen vorgesehen sein. In entsprechender Weise kann im Bereich der zweiten Polspule 146 auch das zweite Anschlusselement 154 radial versetzt in Bezug auf eine Wandung der zweiten Polspule 146 angeordnet sein, sofern dies zweckdienlich ist.
Die axiale Länge 182 des ersten Anschlusselements 1 50 kann dabei so gewählt werden, dass die Aufnahmeöffnung 1 52 für das Kontaktorgan bis in einen separaten Anschlusskasten der Vorrichtung, der beispielsweise axial angeordnet sein kann, hineinragt. Die Wicklungsdrähte werden in einen am axialen Ende des ersten Anschlusselements 150 sich aufweitenden Schlitz 184 eingelegt und dadurch elektrisch mit dem in der Aufnahmeöffnung 152 eingesetzten Kontaktorgan verbunden. Sowohl das erste Anschlusselement 1 50 wie auch das zweite Anschlusselement 1 54 weisen jeweils drei solcher Schlitze 184 auf.
Die Fig. 9 zeigt eine zweite Möglichkeit des Bewickeins des Wickelkörpers 142. Dabei wird der Wickelkörper 142 in einem Wickeldorn 86
aufgenommen, oder der Wickeldorn 86 wird in die Öffnung 188 (Fig. 6) des Wickelkörpers 142 eingesetzt, die bei der weiteren Herstellung der Vorrichtung 1 zur Aufnahme der Polschuhe 70 dient. Der Wickelkörper 142 wird zwischen dem Reitstock 90 und der Antriebsspindel 92 der Wickelmaschine eingespannt und in Rotation um die Wickelachse 94 versetzt. Der Draht 96 wird dabei über eine Drahtführung 98, die entlang dem Doppelpfeil 99 bewegbar ist, in die Wickelkammer der ersten Polspule 144 gewickelt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Polwicklung 122 bereits vollständig auf die zweite Polspule 146 gewickelt, wobei nach
Fertigstellung der zweiten Polwicklung 122 die Drahtführung 198 um den Betrag des Abstandes der beiden Polspulen 144, 146 linear bewegt wurde und dabei der Verbindungsabschnitt 120 der Wicklung entlang dem
Verbindungselement 148 gelegt wurde. Hierzu wurde der Wickelkörper 142 in der in der Fig. 9 dargestellten Position fixiert, bis die Drahtführung 98 den Draht 96 in den Bereich der ersten Polspule 144 geführt hat.
Anschließend wird der Wickelkörper 142 wieder in Rotation um die Wickelachse 94 versetzt und dadurch die erste Polspule 144 gewickelt. Dadurch ist es möglich, die beiden Spulenkörper ohne Unterbrechung des Wickelvorgangs herzustellen und insbesondere ohne den Wickelsinn der Wickelmaschine zu ändern.
Die Fig. 10 zeigt einen Schnitt quer zur Rotationsachse 10 durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 101 , und die Fig. 1 1 zeigt vergrößert einen Ausschnitt XI der Fig. 10. Die einander gegenüberliegenden Polschuhe 1 70, 172 eines Polpaares sind auf ihrer radialen Außenseite in vorzugsweise ganzflächiger Anlage an dem die Polschuhe 1 70, 1 72 umfassenden Statorjoch 140. Das Statorjoch 140 weist erste Positionierungsmittel 141 auf, insbesondere Vertiefungen, durch welche der in der Fig. 10 nicht dargestellte Wickelkörper 42 an dem
Statorjoch 140 positioniert ist. Die ersten Positionierungsmittel 141 können dabei mit dem Wickelkörper 42, beispielsweise mit einer Kante des Begrenzungselements 58 des Wickelkörpers 42, formschlüssig
zusammenwirken. Dadurch ist nicht nur eine Positionierung des
Wickelkörpers 42 in Bezug auf das Statorjoch 140 gewährleistet, sondern auch eine Fixierung im Hinblick auf die beispielsweise aufgrund des magnetischen Feldes auftretenden Kräfte in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 10. Das Statorjoch 140 kann für jede Polspule 44, 46 mehrere, insbesondere zwei erste Positionierungsmittel 141 aufweisen. Das Statorjoch 140 weist Befestigungsmittel 145 auf, insbesondere jeweils gebildet durch eine Vertiefung, in welche ein Polschuh 1 70, 1 72 einsetzbar ist. Hierzu weist der Polschuh 1 70, 1 72 an seiner radial äußeren Fläche eine Kontur auf, die an das Befestigungsmittel 145 angepasst ist und ihrerseits ein Befestigungsmittel 147 des Polschuhs 1 70, 1 72 bildet. Das Befestigungsmittel 145 des Statorjochs 140 weist dabei abschnittsweise eine Fase oder Verrundung auf, so dass sich beim Einsetzen des Polschuhs 1 70, 1 72 in das Statorjoch 140 ein Selbstzentrierung ergibt.
Auf ihrer radial inneren Seite weisen die Polschuhe 1 70, 1 72 einen dem Spaltrohr 8 nachgebildeten Radius 151 auf, der kleiner ist als der Radius des Spaltrohres 8 in dem in der oberen Bildhälfte der Fig. 10 dargestellten unverformten Zustand. Durch das Einsetzen des Spaltrohres 8 werden die Polschuhe 1 70, 1 72 nach radial außen gedrückt und in sichere Anlage an das Statorjoch 140 gebracht und/oder in der sicheren Anlage an dem Statorjoch 140 gesichert. In der unteren Bildhälfte der Fig. 10 ist dieser Zustand dargestellt. Wie sich insbesondere aus der Vergrößerung der Fig. 1 1 ergibt, verformt sich das Spaltrohr 8 jedenfalls teilweise
federelastisch in den durch den kleineren Radius 151 des Polschuhs 1 70, 1 72 begrenzten Hohlraum hinein und übt aufgrund der Federkraft eine die Position der Polschuhe 1 70, 1 72 sichernde Wirkung aus.
Die Fig. 12 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 101 parallel zur Rotationsachse 10 und die Fig. 1 3 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung 1 quer zur Rotationsachse 10. Im Querschnitt der Fig. 13 ist die Positionierung des Wickelkörpers 42 mittels des Begrenzungselements 1 58 sichtbar, das mit seiner tangential in Bezug auf die Rotationsachse 10 verlaufenden Wandung endseitig erste Positionierungsmittel 143 bildet, welche in die durch die ersten Positionierungsmittel 141 im Statorjoch 140 gebildeten Aussparungen eingreifen. Durch diese Positionierung des Wickelkörpers 42 ist auch bereits eine Führung und Vorzentrierung für das Einsetzen der Polschuhe 1 70 gegeben. Diese fügen sich beim Einsetzen mit ihrem das Befestigungsmittel 147 bildenden radialen Ende in die durch das Befestigungsmittel 145 im Statorjoch 140 gebildete Aussparung ein.
Die Polwicklungen 1 12 eines Polpaares sind über das Verbindungselement 148 geführt miteinander verbunden, das einstückig mit den beiden
Polspulenwickelkörpern ausbildet ist und den Wickelkörper 42 bildet, der biegesteif aber federelastisch verformbar ist. Wie sich insbesondere aus dem Schnitt der Fig. 12 ergibt, verläuft das Verbindungselement 148 axial beabstandet zur Polwicklung 1 1 2 und insbesondere auch axial beabstandet vom rückseitigen Lager 1 55 der Antriebswelle 106.
Die Fig. 14 zeigt einen gegenüber der Darstellung der Fig. 13 vergrößerten Ausschnitt eines Querschnitts quer zur Rotationsachse 10 eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 201 , und die Fig. 1 5 zeigt einen entsprechenden Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 301 . Im Ausführungsbeispiel der Fig. 14 ist der Polschuh 270 lediglich in Anlage, insbesondere in reibschlüssig klemmender Anlage, an der Innenseite des Statorjochs 240. Die Klemmkraft wird durch das Spaltrohr 208 aufgebracht. Eine Positionierung des
Polschuhs 240 und insbesondere des die Polwicklung 212 tragenden
Wickelkörpers ist durch das erste Positionierungsmittel 241 im Statorjoch 240 gegeben, das mit dem durch das tangential in Bezug auf die
Rotationsachse 10 verlaufenden Begrenzungselement 258 gebildeten ersten Positionierungselement 243 derart zusammenwirkt, dass der Wickelkörper sicher in Bezug auf das Statorjoch 240 positioniert ist und gegen ein
Drehen um die Rotationsachse 10 gesichert ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 15 weist das Statorjoch 340 eine im dargestellten Querschnitt im Wesentlichen rechtwinklige Aussparung oder Ausstanzung auf, die ein Befestigungsmittel 345 bildet, in welches der das Befestigungsmittel 347 des Polschuhs 370 bildende radiale Endabschnitt klemmend eingesetzt ist. In einer Ausführungsart wird hierzu nach dem Einsetzen der Polschuhe 370 in die Wickelkörper ein vorzugsweise jedenfalls abschnittsweise kegelförmig geformter Dorn in den Rotorbereich eingesetzt und dadurch die Polschuhe 370 radial nach außen und in die Aussparung im Statorjoch 340 hineingedrückt. Die Verbindung zwischen Polschuh 370 und Statorjoch 340 ist dabei klemmend, so dass das nach dem Entfernen des Dorns eingesetzte Spaltrohr 308 im Wesentlichen nur noch sichernde Funktion hat. Die Figur 15 zeigt die zylindrische und senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Ausnehmung bzw. Ausstanzung im Statorjoch 340 mit dem eingedrückten Polschuh 370. Durch die formschlüssige Positionierung des Wickelkörpers am Statorjoch 340 wird eine genaue Bestimmung der Ausnehmung bzw. Ausstanzung des Statorjochs 340 für die
selbsthemmende Befestigung der Polschuhe 370 im Statorjoch 340 ermöglicht. Dies führt dazu, dass die in den Wickelkörper eingesetzten Polschuhe 370 genau in die Ausnehmung geleitet werden. Da für das Eindrücken erhebl iche Kräfte erforderlich sind, werden die Polschuhe 370 durch einen geeigneten Stahldorn nach außen selbsthemmend eingedrückt und befestigt.
Die Fig. 16 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten
Ausführungsbeispiels eines Wickelkörpers 442 und eines separat ausgebildeten Anschlusselements 450 für das elektrische Kontaktieren der Polwicklungen (12, 22; 14, 24; 16, 26), und die Fig. 1 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 401 mit insgesamt drei solchen
Wickelkörpern 442 und dem angesetzten Anschlusselement 450. Die beiden Polspulenwickelkörper des Wickelkörpers 442 weisen radial innen jeweils ein Begrenzungselement 458 auf und sind über ein einstückig mit den Polspulenwickelkörpern ausgebildetes Verbindungselement 448 miteinander verbunden. Der von den Begrenzungselementen 458 begrenzte Aufnahmeraum für die Polwicklungen ist innenseitig plan und tangential ausgerichtet. Dadurch ist mit einer Lagenwickelmaschine besonders vorteilhaft eine Lagenwicklung mit hoher Packungsdichte herstellbar.
Radial außen weist der Wickelkörper 442 ein Anschlagmittel 457 auf, das beim Einsetzen des Wickelkörpers 442 einen Anschlag bildet,
beispielsweise indem es in Anlage an das Statorjoch kommt.. Das
Anschlagmittel 457 weist eine Aussparung auf, in die ein nasenartiger
Vorsprung des Anschlusselements 450 eingreifen kann. Der Wickelkörper 442 weist Verbindungsmittel 461 zum Verbinden mit dem
Anschlusselement 450 auf, beispielsweise Öffnungen, in welche ein geeignet geformtes Verbindungsmittel 463 des Anschlusselements 450 einsteckbar ist. Die Verbindung des Anschlusselements 450 mit dem
Wickelkörper 442 ist dabei vorzugsweise lösbar, so dass auch eine einmal gewählte Position des Anschlusselements 450 noch einmal an den
Anwendungsfal l angepasst werden kann. Wie insbesondere aus den Figuren 14 und 15 ersichtlich ist, sind die
Verbindungsmittel 261 , 361 des Wickelkörpers 442 in einem Abschnitt des Wickelkörpers 442 angeordnet, der eine vorzugsweise gekrümmte Kante oder Fläche 265 für die Anlage des Wickelkörpers am Polschuh 270 bildet ' und/oder eine radial verlaufende Kante oder Fläche 267 für die Anlage des Wickelkörpers an dem benachbarten Wickelkörper.
Das Anschlusselement 450 ist separat von dem Wickelkörper 442 ausgebildet und kann in einer von vorzugsweise mehreren vorgebbaren Positionen an dem Wickelkörper 442 festlegbar sein, indem die
Verbindungsmittel 461 , 463 miteinander in Wirkverbindung gebracht werden. Dadurch ist die Herstellung der vorzugsweise durch Gießen oder Spritzgießen hergestellten Wickelkörper 442 vereinfacht. Außerdem kann das Anschlusselement 450 wahlweise an der geeignetsten Position in Umfangsrichtung angeordnet werden, unabhängig von den verwendeten Wickelkörpern 442, die sich im Wesentlichen nur durch den axialen Abstand des Verbindungselements 448 von den Polspulen unterscheiden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Vorrichtung (1 ) zum Wandeln von elektrischer in mechanische Energie und/oder umgekehrt, insbesondere Spaltrohrmotor für eine Umwälzpumpe, mit einem um eine Rotationsachse (10) rotierenden Rotor (2) und einem Stator (4), wobei der Stator (4) ein Polpaar mit Pol Wicklungen (12, 22; 14, 24; 16, 26) aufweist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung separat von einem
vorzugsweise ringförmigen Statorjoch (40) ausgebildete Polschuhe (70, 72) aufweist, dass die Polwicklungen (12, 22; 14, 24; 16, 26) des Polpaares über einen mindestens teilweise radial in Bezug auf die Rotationsachse (10) verlaufenden Verbindungsabschnitts (18; 20; 28) der Wicklung unter Verwendung einer kostengünstigen und betriebssicheren Lagenwickelmaschine durchgehend auf von einem Wickelkörper (42) gebildete Polspulen (44, 46) gewickelt sind und unterbrechungsfrei elektrisch miteinander verbunden sind, und dass nach dem Wickeln die Polschuhe (70, 72) in die Polspulen (44, 46) eingesetzt und radial nach außen in Anlage an das die Polschuhe (70, 72) radial außenseitig umfassende Statorjoch (40) gebracht sind.
Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (18; 20; 28) der Wicklung mindestens teilweise diametral von einer ersten Polwicklung (12; 14; 1 6) des Polpaares zu der in Bezug auf die Rotationsachse (10) gegenüberliegenden zweiten Polwicklung (22; 24; 26) des Polpaares verläuft.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mehrere Polpaare aufweist, insbesondere drei Polpaare, und dass im Bereich der Polwicklungen (1 2, 22) eines ersten Polpaares die
Anschlüsse für die elektrische Energieversorgung aller Polwicklungen (12, 22; 14, 24; 16, 26) angeordnet sind, insbesondere dass die Anschlüsse für die elektrische Energieversorgung aller Polwicklungen (12, 22; 14, 24; 1 6, 26) im Bereich einer ersten Polwicklung (12) des ersten Polpaares angeordnet sind.
Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorjoch (40) und/oder der Wickelkörper (42) erste Positionierungsmittel (241 , 243) aufweisen, durch welche der Wickelkörper (42) an dem Statorjoch (40) positioniert und vorzugsweise durch Formschluss fixiert ist.
Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorjoch (340) und/oder die Polschuhe (370) Befestigungsmittel (345, 347) aufweisen, durch welche die Polschuhe (370) an dem Statorjoch (340) durch Reib- und/oder Formschluss fixiert sind, insbesondere dass die Polschuhe (370) selbstklemmend mit dem Statorjoch (340) verbunden sind.
Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe (70, 72) durch ein Spaltrohr (8) der Vorrichtung (1 ) in der an dem Statorjoch (40) anliegenden Position gesichert sind, insbesondere dass das Spaltrohr (8) durch das Einsetzen in die Vorrichtung (1 ) federelastisch verformt wird und durch die Federkraft die Position der Polschuhe (70, 72) sichert.
Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) ein Anschlusselement (450) für das elektrische Kontaktieren der
Polwicklungen (12, 22; 14, 24; 16, 26) aufweist, und dass das Anschlusselement (450) separat von dem Wickelkörper (442) ausgebildet ist und in einer von mehreren vorgebbaren Positionen an dem Wickelkörper (442) festlegbar ist, insbesondere in einer von mehreren vorgebbaren Positionen mit dem Wickelkörper (442) vorzugsweise lösbar zusammensteckbar ist.
Wickelkörper (42) für eine Vorrichtung (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Wickelkörper (42) zwei Polspulen (44, 46) aufweist, auf weiche die Polwicklungen (12, 22; 14, 24; 16, 26) eines Polpaares durchgehend und elektrisch unterbrechungsfrei wickelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Polspulen (44, 46) über ein radial in Bezug auf die
Rotationsachse (10) der Vorrichtung (1 ) verlaufendes
Verbindungselement (48) biegesteif, aber federelastisch verformbar miteinander verbunden sind, über das der die beiden Polwicklungen (12, 22; 14, 24; 16, 26) des Polpaares elektrisch verbindende Verbindungsabschnitt (18; 20; 28) der Wicklung führbar ist, und dass nach dem Wickeln unter Verwendung einer kostengünstigen und betriebssicheren Lagenwickel maschine Polschuhe (70, 72) in die Polspulen (44, 46) des Wickelkörpers (42) einsetzbar und radial nach außen in Anlage an ein die Polschuhe (70, 72) radial außenseitig umfassendes Statorjoch (40) bringbar sind.
Wickelkörper (42) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkörper (42) ein Anschlusselement (50, 54) mit mindestens einer, vorzugsweise mehreren Aufnahmeöffnungen (52, 56) für das Einlegen von elektrischen Kontaktorganen aufweist, mittels denen die Polwicklungen (12, 22; 14, 24; 16, 26) elektrisch kontaktierbar und/oder miteinander verbindbar sind. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei beim Wickeln der Polspulen (44, 46) aufweisenden Statorpole zunächst eine erste Polwicklung (12; 14; 16) eines Polpaares gewickelt wird und anschließend ohne
Unterbrechung der Wicklungsleitung die zweite Polwicklung (22; 24; 26) des Polpaares gewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Polwicklungen (12, 22; 14, 24; 16, 26) unter Verwendung einer kostengünstigen und betriebssicheren Lagenwickelmaschine gewickelt werden, dass ein die erste mit der zweiten Polwicklung (12, 22; 14, 24; 16, 26) des Polpaares verbindender Verbindungsabschnitt (18; 20; 28) mindestens teilweise radial in Bezug auf die Rotationsachse (10) verlaufend geführt wird, und dass nach dem Wickeln Polschuhe (70, 72) in die Polspulen (44, 46) eingesetzt und radial nach außen in Anlage an ein die Polschuhe (70, 72) radial außenseitig umfassendes Statorjoch (40) gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Polwicklungen (1 2, 22; 14, 24; 16, 26) auf Polspulenwickelkörper (44, 46) gewickelt werden, die von einem Wickelkörper (42) ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelkörper (42) der Polpaare in einem vorzugsweise
ringförmigen Statorjoch (40) angeordnet werden, und dass dabei durch einen Formschluss benachbarter Wickelkörper (42) eine
Selbstjustierung der Position der Wickelkörper (42) und damit eine Positionierung der Pole in der Vorrichtung (1) erfolgt. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 1 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Statorjoch (240) und/oder ein die Polspulenwickelkörper (44, 46) bildender Wickelkörper (42) erste Positionierungsmittel (241 , 243) aufweisen, durch welche der Wickelkörper (42) an dem Statorjoch (240) positioniert und vorzugsweise durch Formschluss fixiert ist, und dass durch die Positionierung des Wickelkörpers (42) der Polschuh (270) beim Einsetzen in die Polspulenwickelkörper (44, 46) punktgenau in eine im Statorjoch (240) vorgesehene Ausnehmung geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass durch das Einsetzen eines Spaltrohres (8) der Vorrichtung (1) die Polschuhe (70, 72) radial nach außen in Anlage an das die Polschuhe (70, 72) radial außenseitig umfassende Statorjoch (40) gebracht und/oder gehalten werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Polschuhe (70, 72) durch Einsetzen eines Spaltrohres (8) und/oder eines Dorns radial nach außen bewegt und dabei in klemmende Verbindung mit dem die Polschuhe (70, 72) radial außenseitig umfassenden Statorjoch (40) gebracht werden.
PCT/EP2011/000571 2010-02-09 2011-02-08 Vorrichtung zum wandeln von elektrischer in mechanische energie und/oder umgekehrt, wickelkörper für eine solche vorrichtung und verfahren zum herstellen einer solchen vorrichtung WO2011098247A1 (de)

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