DE10236941A1

DE10236941A1 - Stator für eine Synchronmaschine

Info

Publication number: DE10236941A1
Application number: DE10236941A
Authority: DE
Inventors: Holger Schunk; Rolf Vollmer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2004-03-04
Also published as: US6812612B2; US20040084989A1

Abstract

Die Nutfläche und der Kupferfüllfaktor sollen für Oberwellenmotoren, deren Rotorpolzahl ein ganzzahliges Vielfaches der Statorgrundpolzahl ist, bei gleichzeitig einfacher Montage vergrößert werden. Hierzu wird ein Statorblechpaket (1) für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine Synchronmaschine, vorgeschlagen mit einer im Wesentlichen zylinderförmigen Bohrung und einer Vielzahl an in einer Bohrung radial nach innen ragenden Polzähnen, die jeweils ein inneres freies Ende besitzen, wobei das innere Ende jedes zweiten Polzahns in Umfangsrichtung einen festen Zahnkopf (6) aufweist. In Umfangsrichtung ist zwischen jeweils zwei Polzähnen mit festem Zahnkopf ein Polzahn mit abnehmbarem Kopf (4) angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Statorblechpaket für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine Synchronoberwellenmaschine, mit einer im Wesentlichen zylinderförmigen Bohrung und eine Vielzahl an in der Bohrung radial nach innen ragenden Polzähnen, die jeweils ein inneres freies Ende besitzen, wobei das innere Ende jedes zweiten Polzahns in Umfangsrichtung einen festen Zahnkopf aufweist.
An die Statoren von sogenannten Oberwellenmotoren werden besondere Anforderungen gestellt. Dabei werden als Oberwellenmotoren Motoren bezeichnet, bei denen die Rotorpolzahl einem ganzen Vielfachen, z.B. 2, 3, 4, ... der Statorgrundpolzahl entspricht. Die Statorzähne solcher Oberwellenmotoren sollten hohe und breite Zahnköpfe besitzen und die Statornuten eine hohe Kupferfüllung haben.
In diesem Zusammenhang sind Statorblechpakete mit Nutschlitzen zwischen den Zahnköpfen bekannt, bei denen zur Fertigung des jeweiligen Stators die Wicklung durch die Nutschlitze eingezogen wird. Nachteilig ist bei dieser Technik jedoch, dass eine hohe Kupfernutfüllung nicht erreicht werden kann.
Ein gattungsgemäßes Statorblechpaket ist aus der Patentanmeldung 98 P 30 82 DE bekannt . Es besteht aus einem sogenannten Sternjochpaket, das nach innen gerichtete Pole beziehungsweise Zahnrümpfe oder Zahnhälse aufweist. Bei der Herstellung des Stators wird jeder Zahnrumpf mit einer Polspule bewickelt und ein Zahnkopf auf dem bewickelten Zahnrumpf befestigt. Derartige Statoren besitzen jedoch den Nachteil, dass sie für Oberwellenmotoren ungeeignet sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Statorblechpaket für einen Oberwellenmotor vorzuschlagen, das eine hohe Kupfernutfüllung ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Statorblechpaket für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine Synchronoberwellenmaschine, mit einer im Wesentlichen zylinderförmigen Bohrung, und einer Vielzahl an in der Bohrung radial nach innen ragenden Polzähnen, die jeweils ein inneres freies Ende besitzen, wobei das innere Ende jedes zweiten Polzahns in Umfangsrichtung einen festen Zahnkopf aufweist, und wobei in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei Polzähnen mit festem Zahnkopf ein Polzahn mit abnehmbarem Kopf angeordnet ist.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung, wonach nur jeder zweite Zahn bewickelt und nur bei jedem zweiten Zahn ein Zahnkopf aufgesteckt wird, bestehen neben der hohen Nutfüllung darin, dass kleine Fügeluftspalte, kleine magnetische Störstellen und eine einfache Montage ermöglicht werden. Ferner kann eine gleichmäßige Statorhöhe und ein reduzierter Streufluß gewährleistet werden.
Vorzugsweise haben die Zähne in Umfangsrichtung abwechselnd breitere und schmälere Zahnrümpfe, wobei die Zahnköpfe der breiteren Zahnrümpfe abnehmbar sind. Damit wird ermöglicht, dass Wicklungen auf die breiteren Zahnrümpfe ohne Weiteres aufgebracht werden können, wogegen die schmäleren Zahnrümpfe nicht umwickelt zu werden brauchen.
Für die Montage ist es günstig, wenn die abnehmbaren Zahnköpfe durch eine Schnappverbindung auf den jeweiligen Zahnrümpfen befestigt werden können. Dabei kann eine Schnappverbindungskomponente mit einer Zahnnut und die andere Schnappverbindungskomponente mit einem komplementären Vorsprung versehen werden. Beim Verbinden der beiden Komponenten greift dann der Vorsprung in die Zahnnut ein. Falls nun die Zahnnut am Nutgrund eine Ausbuchtung und der Vorsprung am distalen Ende eine Ausweitung hat, werden die Flanken der Nut beim Zusammenstecken von Zahnkopf und Zahnrumpf zunächst auseinandergedrückt, und am Ende des Vorgangs des Ineinanderschiebens schnappen die Flanken der Nut zumindest geringfügig zusammen, d.h. in Richtung auf den unbelasteten Zustand. Damit ergibt sich eine lösbare Schnappverbindung.
Vorzugsweise besitzt eine der Schnappverbindungskomponenten mindestens ein zahnförmiges Verriegelungselement, das eine elastische Komponente der Schnappverbindung im montierten Zustand in eine Verriegelungsposition drückt. Damit kann beispielsweise erzwungen werden, dass die Flanken der Zahnnut am Ende der Einschnappbewegung aufeinander zugedrückt werden, so dass die Ausweitung am distalen Ende des Schnappverbindungsvorsprungs nicht mehr ohne Weiteres aus der Ausbuchtung am Nutgrund der Zahnnut gezogen werden kann.
Die abnehmbaren Zahnköpfe sind vorzugsweise zu Leisten stanzpaketiert. Dies fördert eine kostengünstige Herstellung von Zahnköpfen, die leicht montierbar sind.
Wie bereits angedeutet wurde, können mit den genannten Statorbleckpaketen Statoren hergestellt werden, bei denen Wicklungen nur um die breiten Zahnrümpfe angeordnet sind. Derartige Statoren eignen sich insbesondere für Oberwellenmotoren.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 eine Schnittansicht senkrecht zur Drehachse eines erfindungsgemäßen Oberwellenmotors;
2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Statorblechpakets ohne Zahnköpfe;
3 eine perspektivische Ansicht eines Statorblechpakets mit zwei montierten abnehmbaren Zahnköpfen; und
4 eine perspektivische Teilansicht zur Montage eines Zahnkopfs.
Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
1 zeigt eine Querschnittsansicht durch einen erfindungsgemäßen Oberwellenmotor. Ein Statorblechpaket 1 ist mit Nuten versehen, in die Kupferwicklungen 2 eingebracht sind. Zwischen den mit Kupferwicklungen 2 gefüllten Nuten ragen in Umfangsrichtung abwechselnd breite Polzähne 3, 4 und schmale Polzähne 5, 6 nach innen. Jeder der Polzähne besteht aus einem Zahnrumpf 3, 5 und einem Zahnkopf 4, 6. Der Zahnkopf 6 der schmalen Polzähne ist fest mit dem Zahnrumpf 5 verbunden. Demgegenüber ist der Zahnkopf 4 eines breiten Polzahns von seinem Zahnrumpf 3 abnehmbar. Im Inneren des Stators 1 bis 6 läuft ein Rotor 7.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht des genuteten Statorblechpakets 1, das vorzugsweise stanzpaketiert ist. Wie bereits erwähnt befinden sich zwischen den Nuten abwechselnd breite Zähne 3 und schmale Zähne 5, 6. Aus dieser Darstellung ist deutlich zu erkennen, dass zunächst nur die schmalen Zähne einen Zahnkopf 6 besitzen.
Bei der Montage des Stators werden die Wicklungen lediglich um die breiten Zähne beziehungsweise Zahnrümpfe 3 gewickelt. Hierzu werden die Wicklungen, die in 2 nicht dargestellt sind, in die Nuten 8 zwischen einem schmalen Zahn 5, 6 und einem breiten Zahnrumpf 3 eingedrückt.
Nachdem sämtliche Wicklungen in die Nuten 8 eingebracht sind, werden gemäß 3, in der die Wicklungen auch nicht dargestellt sind, die Zahnköpfe 4 auf die breiten Zahnrümpfe 3 aufgesteckt. In der Darstellung sind symbolisch zwei Zahnköpfe 4 auf die jeweiligen Zahnrümpfe 3 aufgesteckt. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Zahnköpfe 4 der breiten Zähne breiter sind als die Zahnköpfe 6 der schmalen Zähne.
Die abnehmbaren Zahnköpfe 4 sind mit jeder beliebigen Befestigungstechnik an den Zahnrümpfen 3 befestigbar. Aus Gründen der einfachen Montage eignen sich aber besonders Schnappverbindungen. Für diese Schnappverbindung ist der breite Zahnrumpf 3 und der breite Zahnkopf 4 entsprechend profiliert. Dies ist in 3 durch einen Zahnkopfvorsprung 41 und ein Verriegelungselement 42 angedeutet.
In 4 sind die Komponenten der Schnappverbindung in einem vergrößerten Detail dargestellt. Der breite Zahnrumpf 3 weist eine Zahnrumpfnut 31 auf, die längs der Achse des Motors durch den gesamten breiten Zahn läuft. Am Grund der Zahnkopfnut 31 befindet sich eine Ausbuchtung 32. An beiden Seiten der Nut befinden sich folglich Flanken 33 und 34. Die Flanken 33 und 34 besitzen an ihren freien Enden nach außen gerichtete, d.h. von der Zahnrumpfnut 31 abgewandt, Einkerbungen 35.
Als zweite Schnappverbindungskomponente besitzt der breite Zahnkopf 4 entsprechend komplementäre Vorsprünge, die formschlüssig in die Zahnrumpfnut 31 und die Einkerbungen 35 passen. Dementsprechend hat der Zahnkopf 4 den Zahnkopfvorsprung 41, der sich vorzugsweise ebenfalls über die gesamte Länge des Zahnkopfs 4 erstreckt und im Wesentlichen keilförmig ausgebildet ist. An seiner Spitze ist eine Aufweitung 43 angeformt. Axial betrachtet befinden sich links und rechts neben dem Zahnkopfvorsprung 41 ebenfalls keilförmige Verriegelungselemente 42, die formschlüssig in die Einkerbungen 35 passen.
Bei der Montage des Zahnkopfs 4 auf den Zahnrumpf 3 werden zunächst die Flanken 33 und 34 durch die Aufweitung 43 etwas auseinander gedrückt. Beim vollständigen Einschieben des Zahnkopfvorsprungs 41 in die Zahnrumpfnut 31 rastet die Ausweitung 43 in die Ausbuchtung 32, womit die Flanken von sich aus wieder etwas zusammen gehen. Unterstützt wird diese Bewegung der Flanken aufeinander zu durch die Verriegelungselemente 42, die in der Endstellung die Flanken 33 und 34 gegen die Seitenwände des Zahnkopfsvorsprungs 41 drücken. Der Zahnkopf 4 ist damit kraftschlüssig gegen eine radiale Bewegung nach innen gesichert.
Dieses dargestellte Statorblechdesign, die Bewicklung nur jeden zweiten Polzahns des Statorjochs und die spezielle Verbindungs- beziehungsweise Einschnapptechnik, mit der auf jeden zweiten Zahn ein Zahnkopf aufgesteckt wird, erlauben eine Optimierung des Oberwellenmotors hinsichtlich großer Nutfläche, hoher Kupferfüllung und einfacher Montage.

Claims

Statorblechpaket für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine Synchronoberwellenmaschine, mit - einer im Wesentlichen zylinderförmigen Bohrung, und – einer Vielzahl an in der Bohrung radial nach innen ragenden Polzähnen, die jeweils ein inneres freies Ende besitzen, wobei das innere Ende jedes zweiten Polzahns in Umfangsrichtung einen festen Zahnkopf (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei Polzähnen mit festem Zahnkopf (6) ein Polzahn mit abnehmbarem Kopf (4) angeordnet ist.
Statorblechpaket nach Anspruch 1, das abwechselnd in Umfangsrichtung Polzähne mit breiteren (3) und schmäleren Zahnrümpfen (5) aufweist, wobei der Zahnkopf (4) auf jedem breiteren Zahnrumpf (3) abnehmbar ist.
Statorblechpaket nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder abnehmbare Zahnkopf (4) durch eine Schnappverbindung auf dem jeweiligen Zahnrumpf (3) befestigbar ist.
Statorblechpaket nach Anspruch 3, wobei eine Komponente der Schnappverbindung mit einer Zahnnut (31) und die andere mit einem komplementären Vorsprung (41) ausgestattet ist.
Statorblechpaket nach Anspruch 4, wobei die Zahnnut (31) am Nutgrund eine Ausbuchtung (32) hat und der komplementäre Vorsprung (41) am distalen Ende eine entsprechende Ausweitung (43) hat.
Statorblechpaket nach Anspruch 4 oder 5, wobei eine der Komponenten der Schnappverbindung ein Verriegelungselement (42) aufweist, das eine elastische Komponente (33, 34) der Schnappverbindung im montierten Zustand in eine Verriegelungsposition drückt.
Statorblechpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die abnehmbaren Zahnköpfe (4) zu Leisten stanzpaketiert sind.
Stator für ein elektrische Maschine mit einem Statorblechpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Wicklungen (2) in dem Statorblechpaket (1) angeordnet sind.
Stator nach Anspruch 8, wobei Wicklungen (2) nur um die Zähne mit abnehmbaren Zahnkopf (4) gewickelt sind.
Oberwellenmotor mit einem Stator nach Anspruch 8 oder 9.