DE19838335A1 - Stator für einen elektrischen Antriebsmotor - Google Patents

Abstract

Um einen Stator für einen elektrischen Antriebsmotor mit einer Anzahl durch Nuten getrennte Statorzähne und mit einer beispielsweise mehrsträngigen Drehstromwicklung, wobei ein Strang mehrere Spulen (20 bis 23) umfaßt und einzelne Spulen jeweils mehrere Zähne umfassen, dahingehend zu verbessern, daß eine höhere Nutfüllung und damit ein höherer Wirkungsgrad zustande kommt, wird vorgeschlagen, daß jeweils mehrere Statorzähne (4, 5, 6), vorzugsweise auf etwa halber Höhe des Zahnhalses, zu einem Zahn mit mehreren Zahnköpfen zusammengefaßt werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Stator für einen elek­ trischen Antriebsmotor mit einer Anzahl durch Nuten getrennte Statorzähne und mit einer mehrsträngigen Wicklung, insbesondere Drehstromwicklung, wobei ein Strang mehrere Spulen umfaßt und einzelne Spulen jeweils mehrere Zähne umfassen.

Genutete Statoren für elektrische Antriebsmotoren mit einer Anzahl symmetrischer Statorzähne und einer mehr­ strängigen Drehstromwicklung sind bekannt.

Ein Beispiel für einen bekannten 24-nutigen Stator ist in Fig. 1 dargestellt. Üblicherweise ist eine drei- oder mehrsträngige Drehstromwicklung (Sternwicklung) so aufgebaut, daß die einzelnen Spulen 1, 2 jeweils mehrere Zähne 3 umfassen und sich gegenseitig überlappen. Die tiefer liegenden Spulen 1 verhindern, daß die nachfolgenden Spulen bis in den Nutengrund gleiten können. Die Nuten werden daher schlecht ausgenutzt. Ferner ergibt sich ein hoher Wickelkopf durch die sich überlagernden Spulen. In Fig. 1 ist der Übersichtlichkeit halber nur ein Teil der Spulen gezeichnet. Die beschriebenen Nachteile nehmen nach außen hin immer mehr zu.

Bekanntlich wird der Wirkungsgrad eines Stators wesent­ lich von seiner Nutfüllung, d. h. dem gesamten Leiter­ querschnitt in bezug auf die Gesamtfläche des Stators, bestimmt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stator für elektrische Antriebsmotoren der gattungs­ gemäßen Art derart zu verbessern, daß eine höhere Nutfüllung ermöglicht wird.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird bei einem Stator für einen elektrischen Antriebsmotor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils mehrere Statorzähne, vorzugsweise auf etwa halber Höhe des Zahnhalses, zu einem Zahn zusammengefaßt werden (zusammengefaßter Zahn).

Die Zusammenfassung mehrerer Statorzähne zu einem Zahn hat den wichtigen Vorteil, daß durch die unsymmetrische, spezifische Gestaltung der Statorzähne ein hoher Leiter­ querschnitt je Nutfläche, das heißt ein hoher Nutfüll­ faktor, erreicht wird und dadurch eine hohe Leistungs­ dichte sowie ein hoher Wirkungsgrad des elektrischen Antriebsmotors zustande kommt.

Der erfindungsgemäße Stator ermöglicht zudem die Ver­ wendung eines niedrigeren und einfacheren Wickelkopfes. Dies reduziert die Wicklungszeiten und den Wicklungswiderstand. Letzteres hat ebenfalls eine höhere Leistungsdichte und einen höheren Wirkungsgrad des elektrischen Antriebsmotors zur Folge.

Auf den erfindungsgemäßen Stator werden die Spulen zwar magnetisch überlappend gewickelt, sind aber vorteilhafterweise mechanisch voneinander getrennt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Stators sieht vor, jeweils drei Statorzähne, vorzugsweise auf halber Höhe des Zahnhalses, zu einem Zahn mit drei Zahnköpfen zusammenzufassen.

Ein zusätzlicher Vorteil ist es, wenn die Zahnköpfe der äußeren Zähne des zusammengefaßten Zahns unsymmetrisch an ihre jeweiligen Zahnhälse angeordnet sind. Durch diese Unsymmetrie läßt sich die aktive Nutfläche nochmals vergrößern.

Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Stator von Vorteil, daß der Nutengrunddurchmesser geringer als bei vergleichbaren herkömmlichen Statoren sein kann, da nicht alle Nuten nach innen geführt werden und sich die einzelnen Nuten nach innen hin nicht so stark verjüngen. Dies gilt insbesondere für vielnutige Statoren. Dadurch wird ermöglicht, daß der untere Bereich des Zahnfußes des zusammengefaßten Zahns breiter sein kann als der Zahnfuß der ursprünglichen einzelnen Zähne. Außerdem wird durch den geringeren Nutengrunddurchmesser eine bessere Ausnutzung des Bauraumes, d. h. eine höhere Leistungsdichte erreicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß auf jeweils einen zusammen­ gefaßten Zahn ein alleinstehender folgt und diese Anord­ nung auf dem Statorumfang sich mehrere Male, insbesondere 6mal, wiederholt.

Prinzipiell können unterschiedliche Wicklungsschemata zur Anwendung kommen. Eine vorteilhafte Ausführung sieht beispielsweise vor, daß die Wicklung drei Stränge und vier Spulen pro Strang umfaßt.

Vorzugsweise sind zur Ausbildung eines Stranges jeweils zwei Spulen in den außen liegenden oberen Nuten angeord­ net, während die beiden anderen Spulen in den innen liegenden unteren Nuten angeordnet sind.

Zusätzlich können vorteilhafterweise die beiden oben und die beiden unten liegenden Spulen eines Stranges mitein­ ander elektrisch in Reihe geschaltet werden. Dadurch ist der Wicklungswiderstand aller Stränge gleich.

Bezüglich der Anordnung der zusammengefaßten Zähne auf dem Statorumfang sind auch andere Ausführungen denkbar. So kann beispielsweise vorgesehen werden, daß sich auf dem Statorumfang nur zusammengefaßte Zähne befinden.

Zeichnung

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen­ stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekann­ ten, obenbeschriebenen Stator,

Fig. 2 zeigt schnittbildlich einen Stator mit 24 Zähnen, wobei 6mal jeweils drei Statorzähne zu einem Zahn mit drei Zahnköpfen zusammengefaßt sind. Das dreisträngige Wicklungsschema mit vier Spulen pro Strang ist ebenfalls gezeigt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem beispielhaft beschriebenen Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 2, handelt es sich um einen 24-nutigen Stator mit einer dreisträngigen Sternwicklung und einem 8-poligen Magnetkreis. Somit bilden jeweils drei Statorzähne einen magnetischen Pol. Die Spulen der Wicklung, insbesondere der Drehstromwicklung umfassen entsprechend je drei Zähne, wobei jeweils nur der Nordpol (oder alternativ der Südpol) bewickelt wird.

Der Blechschnitt des Statorpaketes ist derart gestaltet, daß jeweils drei Zähne 4, 5 und 6, auf etwa halber Höhe des Zahnhalses 7, zu einem Zahn zusammengefaßt werden. Der vierte Zahn 8 steht einzeln.

Diese Anordnung wiederholt sich auf dem Umfang 6mal. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß durch diese Anordnung der Zähne die innen liegenden Spulen 20 einen größeren Wickelraum erhalten und der Nutfüllfaktor gegenüber herkömmlichen Statoren entsprechend größer ist.

Da die Wicklungsdrähte der außenliegenden Spulen 21 jeweils nur an einer Seite der Zähne 4 und 6 anliegen, können die Zahnköpfe 9 der äußeren Zähne des zusammengefaßten Zahns unsymmetrisch an ihren jeweiligen Zahnhälsen 10 angeordnet werden.

Als Folge des erfindungsgemäßen Raumgewinns am Nutengrund wird der untere Bereich 11 des Zahnfußes des zusammengefaßten Zahns breiter bemessen als der Zahnfuß der ursprünglichen einzelnen Zähne.

Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel weist drei Spulenstränge auf. Zur Ausbildung eines Stranges müssen vier Spulen 20 bis 23 gewickelt werden, wobei jeweils zwei Spulen 21 und 23 in die außen liegenden oberen Nuten fallen, während die beiden anderen Spulen 20 und 22 in die innen liegenden unteren Nuten kommen. Dies gilt für alle drei Stränge gleichermaßen. Der Wicklungswiderstand ist in den unteren und oberen Spulen als Folge der unterschiedlichen Drahtlängen zunächst verschieden. Bezogen auf den gesamten Strang wird dies jedoch wieder ausgeglichen, da jeder Strang aus zwei unteren- und zwei oberen in Reihe geschalteten Spulen aufgebaut wird. Die Stränge haben demnach gleiche Wider­ stände, und die Bestromung ist symmetrisch.

Claims (10)

1. Stator für einen elektrischen Antriebsmotor mit einer Anzahl durch Nuten getrennte Statorzähne und mit einer mehrsträngigen Wicklung, insbesondere Drehstromwicklung, wobei ein Strang mehrere Spulen umfaßt und einzelne Spulen jeweils mehrere Zähne umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Statorzähne (4, 5, 6), vorzugsweise auf etwa halber Höhe ihres Zahnhalses, zu einem Zahn mit mehreren Zahnköpfen zusammengefaßt werden (zusammengefaßter Zahn).

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei Statorzähne (4, 5, 6) vorzugsweise auf etwa halber Höhe des Zahnhalses, zu einem Zahn mit drei Zahnköpfen zusammengefaßt werden.

3. Stator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnköpfe (9) der äußeren Zähne des zusammengefaßten Zahns unsym­ metrisch an ihren jeweiligen Zahnhälsen (10) ange­ ordnet sind.

4. Stator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Bereich (11) des Zahnfußes des zusammengefaßten Zahns breiter ist als der Zahnfuß nicht zusammengefaßter einzelner Zähne.

5. Stator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeweils einen zusammengefaßten Zahn ein alleinstehender Zahn (8) folgt und sich diese Anordnung auf dem Statorumfang mehrere Male wiederholt.

6. Stator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anordnung auf dem Statorumfang 6mal wiederholt.

7. Stator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung drei Stränge und vier Spulen pro Strang umfaßt.

8. Stator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung eines Stranges jeweils zwei Spulen (21, 23) in den außen liegenden oberen Nuten angeordnet sind, während die beiden anderen Spulen (20, 22) in den innen liegenden unteren Nuten angeordnet sind.

9. Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden oben und die beiden unten liegenden Spulen elektrisch in Reihe geschaltet sind.

10. Stator nach Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Statorumfang nur zusammengefaßte Zähne befinden.