DE3712226A1 - Elektrische maschine mit einem eine wicklung tragenden blechpaket und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einem eine Wicklung tragenden Blechpaket, insbesonde­ re für den Stator, dessen Nuten mit einer Auskleidung und dessen Stirnseiten mit je einer den Nutenquerschnit­ ten angepaßte Ausschnitte aufweisenden Platte aus elek­ trisch isolierendem Material versehen sind, wobei die Auskleidungen an den Platten festgehalten sind, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Maschine.

Bei einer bekannten elektrischen Maschine dieser Art (DE-PS 11 05 978) sind die Nutauskleidungen an beiden Enden mit je einer die Stirnfläche des Blechpakets zumin­ dest teilweise abdeckenden Isolierplatte derart verbun­ den, daß die äußeren Flächen der Isolation eben sind. Eine Möglichkeit der Herstellung besteht darin, daß die Nutauskleidungen an einem Ende einstückig mit der Platte hergestellt und in die Nuten des Blechpakets eingeführt werden. Sie ragen so weit über die Stirnfläche des Blech­ pakets hinaus, daß sie in die Ausschnitte der zweiten Platte eingreifen. Dort werden die Auskleidungsenden durch einen beheizbaren Stempel mit der zweiten Platte verschweißt. Bei der bekannten Vorrichtung ist es ein erheblicher Nachteil, daß es hier schwierig ist, einen Flansch mit mehreren Nutauskleidungen in die Nuten zu führen, insbesondere wird eine maschinelle Montage der Statoren dadurch sehr kompliziert.

Es ist ferner bekannt (US-PS 27 78 964), die Nutausklei­ dungen an den Enden mit einem umgebogenen Kragen zu verse­ hen, der über die Stirnseite des Blechpakets übersteht, wodurch die axiale Lage der Nutauskleidung sichergestellt ist. Die Kragen ragen bei dieser Vorrichtung über die Stirnseite des Blechpakets hinaus, und auf diese Weise wird der Kriechstrompfad zwischen einer Teilwicklung und dem Statorblechpaket vergrößert. Allerdings müssen bei dieser Ausführung die Wickelköpfe erheblich über das Blechpaket überstehen, um die normierten Sicherheits­ abstände zum Statorblechpaket einzuhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer elek­ trischen Maschine der eingangs beschriebenen Art die konstruktiven Voraussetzungen dafür zu schaffen, daß kleinere Wickelköpfe verwendet werden können und hier­ durch Kupfer gespart werden kann, und daß die Forderungen an Kriechstromabstände trotzdem erfüllt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Platten an ihrer freien Stirnseite mit kontinuierlich rings um die Umrisse der Nuten verlaufenden Rippen verse­ hen sind und daß die der Nutenwand zugekehrte Seite der Rippe eine Anlagefläche für jeweils ein in die Nut einge­ setztes, einzelnes Auskleidungsstück bildet.

Bei dieser Ausgestaltung kann zumindest ein Teil der Wicklungsdrähte unmittelbar beim Austritt aus der Nut über die benachbarte Rippe verhältnismäßig scharf abgebo­ gen und dann nahe der Stirnseite des Blechpakets entlang­ geführt werden. Die Rippen können dabei so bemessen wer­ den, daß die über diesen abgestützten Wicklungsteile den geforderten Kriechstromabstand (2,4 mm) vom Blechpaket haben. Die Rippen sorgen dafür, daß die aus den überdeckten Nuten austretenden Drähte beim scharfen Umlenken nicht die Nutauskleidung durchschneiden. Insgesamt lassen sich daher die Verbindungsstränge des Wickelkopfes sehr viel dichter an der Stirnseite des Blechpakets anordnen als bisher, was zu erheblichen Kupfereinsparungen führt.

Insbesondere erstreckt sich die Nutauskleidung bis zur Oberkante der Rippe. Hierbei werden auch die aus der Nut tretenden Wicklungsteile, die an der Rippe anliegen, nicht durch einen zu kleinen Kriechstrom-Abstand gefähr­ det.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Rippen einen Querschnitt mit nach außen konvergierenden Seiten­ flächen haben. Dies ergibt eine besonders gute Anlageflä­ che.

Insbesondere kann der Rippenquerschnitt zwischen benach­ barten Nuten etwa die Form eines gleichschenkligen Drei­ ecks haben. Hierbei kann vorzugsweise dessen Höhe größer als dessen Breite sein. Dies ergibt eine Rippenform, die verhindert, daß der einzelne Draht in einem Winkel von nahezu 90° umgebogen und dadurch möglicherweise be­ schädigt wird.

Vorzugsweise ist zur Bildung eines umlaufenden Randes entlang der Nutenausschnitte die Rippenbreite schmaler als die der radial verlaufenden Stege der isolierenden Platte, so daß die Rippe in einem Abstand von der Nuten­ wand liegt. Der Rand bildet eine horizontale Anlage vor den schrägen Seitenflächen der Rippen, was nach der Wärme­ prägung einen besonders guten Sitz für die Nutauskleidung darstellt, so daß diese axial gut festgehalten wird. Hiermit wird auch ein noch längerer Kriechstromweg sicher­ gestellt.

Vorzugsweise hat die Nutauskleidung die Form einer ent­ lang der Nutenwand verlaufenden Hülse, deren gegen die Nutenöffnung gekehrte Enden selbstblockierende Klappen haben. Hierbei können die sonst üblichen Nutenkeile fort­ gelassen und trotzdem die Nuten geschlossen gehalten werden, so daß keine Wicklungsdrähte von innen herausge­ preßt werden. Gleichzeitig kann zum Einziehen der Wick­ lung das Werkzeug einfacher und kleiner, insbesondere mit kleinerem Durchmesser, gemacht werden, so daß mehr Platz für den Einziehvorgang zur Verfügung steht und die Wicklungsköpfe an beiden Seiten des Ständerpakets kleiner ausgestaltet werden können. Hierbei wird der Aufwand an Kupfer noch mehr verringert und die Möglichkeit gegeben, den Motor noch kleiner zu bauen.

Vorzugsweise bestehen die Klappen aus in einen Winkel gebogenen Enden der Nutauskleidung, deren bei der Nuten­ öffnung schräg nach innen weisende Enden gegeneinander anliegen. Hierbei kann die Klappenlänge derart bemessen werden, daß bei einem Andrücken von innen nach außen in Richtung der Nutöffnung die Klappen nicht aneinander vorbei geschwenkt werden können. Hierdurch wird ein Her­ auspressen von Wicklungsteilen effektiv verhindert.

Bevorzugt sind die Drähte eines jeden Wicklungsteils dadurch formhaltig miteinander verbunden, daß die Draht­ isolationen miteinander verklebt sind. Bei den sehr klei­ nen Wicklungsköpfen, die hier dicht an den Stirnflächen des Ständerpakets angeordnet sind, ist ein Bandagieren der Spulenteile mit Schnur sehr schwierig, wenn nicht unmöglich. Für die Festlegung der Drahtisolationen zuein­ ander durch Verkleben kann beispielsweise ein bekannter durch Erwärmen klebfähiger Isolierlack verwendet werden. Dies erlaubt es, letzten Endes die Wickelköpfe axial kürzer zu halten und trotzdem an Ort und Stelle zu fixie­ ren. Als geeigneten Lack für diesen Zweck kann z.B. ein Typ SDW 5 der Firma Fujimura, Japan, genannt werden.

Für die Herstellung empfiehlt es sich, daß die aus den Nuten ragenden Enden der Nutauskleidung durch Wärmeprä­ gung so geformt werden, daß sie an der Seitenfläche der Rippe anliegen. Dies führt zu einer sehr einfachen Fixie­ rung der Nutauskleidungen.

Die Wärmeprägung erfolgt vorzugsweise durch eine Warmkol­ ben-Verformung mit einer nachfolgenden Kaltkolben-Pressung zur Fixierung der Deformation. Dieser Vorgang ist einfa­ cher und problemloser als etwa ein Schweißvorgang.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnun­ gen dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Stirnseite eines Stators einer zweipoligen elektrischen Asynchronmaschine,

Fig. 2 eine vergrößerte Draufsicht auf den Stator im Bereich des Kreises A der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine noch nicht gefüllte Nut,

Fig. 4 einen Teil des Blechpakets mit Isolierplatte,

Fig. 5 den gleichen Teil des Blechpakets nach Einbringen der Nutisolation,

Fig. 6 den gleichen Teil des Blechpakets nach Einbringen der Wicklung,

Fig. 7 einen Teilschnitt längs der Linie B-B in Fig. 2 und

Fig. 8 einen Teilschnitt längs der Linie C-C in Fig. 2.

Das Blechpaket 1 eines Stators besitzt eine Anzahl von Nuten, beispielsweise 24 Nuten, darunter größere Nuten 2 und kleinere Nuten 3, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die Wicklungen bestehen aus Spulen und Teilspulen. Die Nuten sind in üblicher Weise mit Spulen 4 einer Hauptwicklung, Spulen 5 einer Hilfswicklung oder mit beiden versehen, wie es die Fig. 2 zeigt. Die Spulen werden durch die Spuleneinziehmaschine durch die Eintrittsspalte 6 der Nuten eingezogen. Eine Nutauskleidung 7 besitzt selbst­ sperrende Klappen 8, welche die Einzeldrähte oder Teil­ spulen daran hindert, aus der Nut wieder auszutreten. Die durch Klebelack zusammengehaltenen Wicklungen 4, 5 sind durch die sich verjüngende Form der Nuten an Ort und Stelle sicher festgehalten. Deshalb kann auf die üblichen Nutkeile verzichtet werden. Die einzelnen Spulen der Nuten sind außerhalb des Blechpakets 1 über einen Wickelkopf 9 miteinander verbunden. Es gibt Kopfteile 10 der Hauptwicklung und Kopfteile 11 der Hilfswicklung.

An den Stirnseiten des Blechpakets 1 befindet sich eine Platte 12 aus elektrisch isolierendem Material. Sie be­ sitzt Ausschnitte 13, welche dem Querschnitt der zugehöri­ gen Nut 2 entsprechen. Die Platte 12 weist radiale Stege 14 auf, deren Breite dem Abstand zwischen benachbarten Nuten entspricht. Rippen 15 erstrecken sich auf den Ste­ gen, also zwischen benachbarten Nuten; sie folgen ohne Unterbrechung jeweils dem Umriß des Ausschnittes 13. Die Seitenflächen 16 bzw. 17 der Rippe 15 verlaufen schräg nach außen, so daß sich an der Oberseite eine Stützflä­ che oder -kante 18 ergibt. Auf dem Steg 14 zwischen zwei Nuten konvergieren zwei schräge Seitenflächen gegeneinan­ der (Fig. 7). Über den Rest der Rippe 15 wird lediglich eine schräge Seitenfläche benötigt, während die Außensei­ te der Rippe steil abfallen kann (Fig. 8).

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Rippe 15 im Bereich des Steges 14 einen Querschnitt in der Form eines gleichschenkligen Dreiecks. Es kommen aber auch andere Querschnitte, wie Trapezquerschnitte, gerundete Querschnitte o.dgl., in Betracht. Da die Grundfläche der Rippen 15 schmaler ist als der Steg 14, ergibt sich ein ringsum laufender Rand 19. Bei einem Ausführungsbei­ spiel haben die Stege 14 eine Dicke von 1 mm und eine Breite von 3 mm, während die Rippen eine zusätzliche Höhe von 2 mm und eine Breite an der Grundfläche von 1 mm besitzen.

Die einzelnen Nuten 4, 5 sind - wie erwähnt - jeweils mit einer Auskleidung 7 aus elektrisch isolierendem Mate­ rial versehen. Deren aus dem Blechpaket 1 herausragenden Endabschnitte 20 sind aufgeweitet und durch eine Wärmebe­ handlung der Form der Rippen 15 und des Randes 19 über einen Teil ihrer Länge angepaßt. Dies geschieht durch einen warmen Kolben, der die Endabschnitte 20 an Rippe und Rand drückt, und eine Nachbehandlung mit einem kalten Kolben, der die Verformung fixiert. Die Kolben haben eine der Profilierung der Platte 12 angepaßte Stirnseite. Die Endabschnitte 20 reichen bis an die Kante 18 der Rippen 15. Diese Maßnahme wird auf beiden Seiten des Blechpakets getroffen. Alsdann können die Wicklungen eingebracht werden.

Wie Fig. 6 zeigt, tritt aus der Nut 2 eine Spule 4 der Hauptwicklung und eine Spule 5 der Hilfswicklung aus. Die Spule 5 der Hilfswicklung wird scharf über die benach­ barte Rippe 15 umgebogen, wobei sich wegen des aufgeweite­ ten Teils 20 der Nutauskleidung 7 und der schrägen Seiten­ fläche 16 der Rippe trotz des geringen zur Verfügung stehenden Platzes eine allmähliche Umlenkung ergibt. Die Spule 4 der Hauptwicklung wird jeweils nach hinten umgelenkt, so daß sie am äußeren Ende der Nut austritt. Durch die Rippen 15 werden die Spulenteile 11 des Wickel­ kopfes 9 in einem solchen Abstand von der Stirnfläche des Blechpakets 1 gehalten, daß die Umlenkung der Strän­ ge 4 keinerlei Probleme mit sich bringt. Eine scharfe Umlenkung der einzelnen Stränge der Spulen an einer ein­ zelnen Kante könnte es sonst mit sich bringen, daß die Kunststoffolie der Nutauskleidung 7 an der Umbiegestelle durchgeschnitten werden würde. Besonders wichtig ist es, daß der geforderte Kriechstromabstand der Wicklung vom Eisen des Blechpakets 1, beispielsweise 2,4 mm, einge­ halten ist.

Insgesamt kann daher der Wickelkopf 9 außerordentlich flach gehalten und dadurch sehr viel Kupfer gespart wer­ den.

Die Drähte der Wicklung sind mit einem Lack isoliert, der bei Erwärmung über einen vorgegebenen Grenzwert kle­ bend wird. Hierfür kommt beispielsweise ein Klebelack wie z.B. Typ SDW 5 der Firma Fujimura, Japan, in Betracht. Beim Wickeln des Statorblechpakets 1 werden die Kopfteile 10 und 11 des Wickelkopfes 9 ausgerichtet, und dann wird die Gesamtanordnung über den Grenzwert erwärmt. Hierdurch verkleben die Isolationen miteinander, so daß sich eine kompakte Einheit ergibt.

Claims (10)

1. Elektrische Maschine mit einem eine Wicklung tragenden Blechpaket, insbesondere für den Stator, dessen Nuten mit einer Auskleidung und dessen Stirnseiten mit je einer den Nutenquerschnitten angepaßte Ausschnitte aufweisenden Platte aus elektrisch isolierendem Mate­ rial versehen sind, wobei die Auskleidungen an den Platten festgehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (12) an ihrer freien Stirnseite mit kontinuierlich rings um die Umrisse der Nuten (2, 3) verlaufenden Rippen (15) versehen sind und daß die der Nutenwand zugekehrte Seite (16, 17) der Rippe eine Anlagefläche für jeweils ein in die Nut eingesetz­ tes, einzelnes Auskleidungsstück (7) bildet.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutauskleidung (7) sich bis zur Oberkante der Rippe (15) erstreckt.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rippen (15) einen Querschnitt mit nach außen konvergierenden Seitenflächen (15, 16) haben.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rippenquerschnitt zwischen benachbarten Nuten (2, 3) etwa die Form eines gleichschenkligen Dreiecks hat.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines umlaufenden Randes (19) entlang der Nutenausschnitte (13) die Rippenbreite schmaler als die der radial verlaufenden Stege (14) der isolierenden Platte (12) ist, so daß die Rippe (15) in einem Abstand von der Nutenwand liegt.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutauskleidung (7) die Form einer entlang der Nutenwand verlaufenden Hülse hat, deren gegen die Nutenöffnung (6) gekehrten Enden selbstblockierende Klappen (8) haben.

7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (8) abgewinkelt gebogene Enden der Nutauskleidung (7) sind, deren bei der Nutenöffnung (6) schräg nach innen weisenden Enden gegeneinander anliegen.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte eines jeden Wicklungs­ teils (4, 5) dadurch formhaltig miteinander verbunden sind, daß die Drahtisolationen miteinander verklebt sind.

9. Verfahren zur Herstellung der elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die aus den Nuten ragenden Enden der Nutaus­ kleidung durch Wärmeprägung so geformt werden, daß sie an der Seitenfläche der Rippe anliegen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeprägung durch eine Warmkolben-Verformung mit einer nachfolgenden Kaltkolben-Pressung zur Fi­ xierung der Deformation erfolgt.