DE10112268A1

DE10112268A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE10112268A1
Application number: DE2001112268
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Pittius
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-10-02

Abstract

Elektrische Maschine mit einem Ständer (1) und einem Läufer, wobei zumindest die die Nuten (11) bildenden Zähne (3) des Ständers (1) parallelflankig ausgeführt sind und Wicklungsträger (4) vorhanden sind, die jeweils einen Zahn (3) umfassen und mit einer Wicklung (5) versehen sind, wobei zumindest ein Ständerpolpaar (2) jeweils drei Zähne (3) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Ständer und einem Läufer, wobei zumindest die die Nuten bil denden Zähne des Ständers parallelflankig ausgeführt sind und Wicklungsträger vorhanden sind, die jeweils einen Zahn umfas sen und mit einer Wicklung versehen sind.

Elektrische Maschinen weisen vorzugsweise geblechte Ständer auf, die mit einer Wicklung versehen sind. Die Wicklung soll magnetische Felder erzeugen, oder es soll in ihnen durch Mag netfelder eine Spannung entstehen. Das Wicklungs- und Iso liersystem ist in einer fertigen Maschine nahezu eine un trennbare Einheit mit sehr komplexen Eigenschaften. Es ist dabei die Einziehwicklung bekannt, bei der die Wicklung aus Runddrähten besteht und die vorgewickelten Spulen maschinell in axialer Richtung durch die Ständerbohrung gezogen und da bei schräg radial durch die Nutschlitze in die Nut gedrückt werden. Bei kleineren Maschinen, die fast ausnahmslos eine Einschichtwicklung haben, kann man die komplette Wicklung meistens in einem Schritt einziehen. Bei größeren Maschinen lässt sich jeweils nur der Spulensatz eines Pols und Strangs einziehen. Damit können auch Zweischichtwicklungen mit ma schineller Unterstützung in die Nuten eingebracht werden. Die Drahtisolierung muss für die beim Einziehen auftretende me chanische Beanspruchung bemessen sein. Es ist aber darauf zu achten, dass kritische Drahtdurchmesser vermieden werden, die durch Selbsthemmung in den Führungskanälen des Werkzeugs zu Draht oder Maschinenschäden führen. Diese Schwierigkeit kann durch Parallelschalten dünnerer Drähte vermieden werden, in dem die Spule in Handarbeit in die Nuten gebracht (geträu felt) wird.

Um die Nachteile der aufwendigen Wicklungen zu vermeiden, ist aus der US 46 33 114 ein Träger bekannt, der die Spule hält, wobei der Träger an einem Zahn eines Blechpakets fixiert ist.

Außerdem ist aus der US 33 39 097 ein Spulenkörper bekannt, der an einem Zahn einer elektrischen Maschine positioniert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine elektrische Ma schine in einfacher Art und Weise zu schaffen, wobei insbe sondere der Aufwand zur Herstellung der Wicklung und zur Fi xierung der Wicklung im Blechpaket zu reduzieren ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass we nigstens ein Ständerpolpaar drei Zähne aufweist. Die Spulen umschließen jeweils einen Zahn.

Auf die Zähne wird der Wicklungsträger form- und/oder stoff schlüssig an den jeweiligen Zahn fixiert. Dabei sind die Wicklungsträger mit dem jeweiligen Zahn vergossen oder der Wicklungsträger weist Mittel auf, insbesondere Mittel zum Einschnappen (Schnappverbindungen), die in dementsprechende Ausnehmungen eines Zahnes eingreifen.

Durch den konstruktiven Aufbau befinden sich in jeder Nut Seiten zweier unterschiedlicher Spulen, die durch geeignete Füllstücke voneinander getrennt sind. Die Füllstücke nehmen im wesentlichen bei einem rotatorischen Motor die trapezför migen Räume zwischen den Spulen ein, die sich nach dem Einle gen der Spulen bilden. Damit wird eine ausreichende Fixierung der Wicklungsträger in den Nuten erreicht. Die Füllstücke sind aus unmagnetischem elektrisch nichtleitendem Material. Sie vermeiden außerdem das Ausbeulen der Spulen bei Stromstö ßen und gestatten insbesondere bei größeren Maschinen und bei entsprechender Gestaltung z. B. mit axialen Durchbrüchen oder Rippen, gleichzeitig die Kühlung der Maschine.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Füll stücke durch zumindest ein Filmscharnier am Wicklungsträger befestigt. Der Vorteil dieser Ausführung zeigt sich insbeson dere bei der Montage. Bei Einlegen des Wicklungsträgers in eine Nut, die bereits von einem Wicklungsträger eines Benach barten Zahnes hälftig belegt ist, klappt das Füllstück selb ständig in den verbleibenden Raum zwischen den Wicklungsträ gern.

Die Montage und die Fixierung der Wicklungsträger in den Nu ten wird insbesondere durch Füllstücke erreicht, die erst nach einem Aushärtevorgang ihre endgültige Form einnehmen.

Der Vorteil dieser sehr preiswerten Ständerwicklung zeigt sich insbesondere bei hochpoligen Maschinen, aufgrund der dort vorhandenen großen Anzahl von Spulen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt auch durch ein Ver fahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine nach An spruch 1 oder 2 durch folgende Schritte:

- Herstellen eines ein- oder mehrstückigen Ständerblechpakets mit parallelflankigen Zähnen,
- Bewickeln der Wicklungsträger,
- Aufsetzen der bewickelten Wicklungsträger auf die Zähne,
- Fixieren der Wicklungsträger am Zahn des Ständers.

Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine wird das Be wickeln der Wicklungsträger nahezu voll automatisch durchge führt. Dabei sind Hoch- und Niederspannungswicklungen auf bringbar. Wobei Hochspannungswicklungen umwickelt sind, wäh rend Niederspannungswicklungen als Isolationsschicht eine Lackschicht aufweisen. Der Wicklungsträger selbst wird auf eine Montagehilfe gespannt, der Runddraht oder die Folie wird z. B. in einen Schlitz des Wicklungsträgers gesetzt und durch Rotation des Wicklungsträgers wird dieser bewickelt. Es ent fällt somit das Umkleben der Teilleiter während des Wickelns sowie das Ziehen der Spulen und das anschließende Aufbringen der Hauptisolierung.

Durch Einsetzen oder Klappen der Füllstücke zwischen zwei be nachbarte Wicklungskörper wird der gesamte Aufbau fixiert und bei betriebsbedingten Stromstößen die Spulenausbeulung ver mieden.

Eine derartige elektrische Maschine wird vorteilhafterweise bei Direktantrieben bei Bahnmaschinen oder Windkraftanlagen eingesetzt. Besonders bevorzugt wird ein derartiger Aufbau bei elektrischen Maschinen mit permanentmagneterregtem Läu fer.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im fol genden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Ständerblech,

Fig. 2 einen Wicklungsträger in perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 einen Schnitt des Spulenträgers,

Fig. 4 das prinzipielle Vorgehen bei Bewicklung des Wicklungs trägers.

Fig. 1 zeigt den Ausschnitt eines Blechpakets eines Ständers 1 mit einem Ständerpolpaar 2, das drei Zähne 3 aufweist. Der Ständer 1 kann dabei auch in Umfangsrichtung segmentartig ausgeführt sein. Die drei Zähne 3 sind parallelflankig ausge führt, so dass sich zwischen den Zähnen, d. h. in den jeweili gen Nuten 11 trapezförmige Zwischenräume ausbilden. Die Zähne 3 weisen jeweils die gleiche Breite 6 auf. Die Zahnabstände 7 sind ebenfalls äquidistant. Somit können gleichartig aufge baute Wicklungsträger 4, die mit einer Wicklung 5 aus z. B. Runddraht versehen sind, auf die jeweiligen Zähne 3 aufge setzt werden. Die Höhe 8 der Zähne 3 entspricht im wesentli chen der Höhe des Wicklungsträgers 4. Die Wicklungsträger 4 werden an den Zähnen 3 entweder durch nicht näher dargestell te Schnappverbindungen, Imprägnieren oder durch Klebevorgänge mit dem jeweiligen Zahn 3 fixiert. Sobald sich auf den jewei ligen Zähnen 3 die Wicklungsträger 4 befinden, stellt sich aufgrund der rotatorischen Maschine zwischen den jeweiligen Wicklungsträgern 4 ein trapezförmiger Zwischenraum ein, der durch nicht näher dargestellte Füllstücke füllbar ist. Die Füllstücke können insbesondere auf den den Wicklungsträgern 4 zugewandten Seiten mit axial verlaufenden Kühlrippen ausges tattet sein, sie können ebenso axial verlaufende Kühlkanäle aufweisen. Die Füllstücke sind aus amagnetischem elektrisch isolierendem Material.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Wicklungs träger 4. an den jeweiligen Enden des Durchgriffs 12 sind Manschetten 13 angeordnet, die außer der Fixierung der Wick lung 5, insbesondere während des Herstellverfahrens auch iso latorische Wirkungen übernehmen. Es ist damit auch während der Montage ein Schutz der aufgewickelten Spulen vor mechani schen Beschädigungen vorhanden.

Fig. 3 zeigt im Querschnitt eines Wicklungsträgers 4 die radi ale Ausladung der Manschetten 13. Die Manschetten 13 haben eine maximale Ausladung, die sich aus der Hälfte der Diffe renz von Zahnabstand und Zahnbreite am Ständer-Innendurch messer ergibt.

Fig. 4 zeigt in prinzipieller Darstellung wie die Wicklungs träger 4 bewickelt werden. Die Wicklungsträger 4 werden dabei auf eine Montagehilfe 9 gesetzt. Ein in diesem Fall vorzugs weise benutzter Runddraht mit Isolierung wird auf der Innen seite des Wicklungsträgers 4 eingesetzt oder angeklebt und durch Rotation des Wicklungsträgers 4 um seine Symmetrieachse wird dieser durch einen Draht, z. B. Runddraht, der aus einem Vorratsbehälter 10 kommt, bewickelt. Der Runddraht ist dabei schon von vornherein z. B. mit einem Lacküberzug isoliert aus geführt.

Claims

1. Elektrische Maschine mit einem Ständer (1) und einem Läu fer, wobei zumindest die die Nuten (11) bildenden Zähne (3) des Ständers (1) parallelflankig ausgeführt sind und Wick lungsträger (4) vorhanden sind, die jeweils einen Zahn (3) umfassen und mit einer Wicklung (5) versehen sind, da durch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ständerpolpaar (2) jeweils drei Zähne (3) aufweist.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wicklungsträger (4) form- und/oder stoffschlüssig an dem jeweiligen Zahn (3) fi xierbar sind.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsträger (4) Mittel aufweist um am Zahn (3) einzuschnappen.

4. Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass sich in jeder Nut (11) Seiten zweier unter schiedlicher Wicklungen (5) befinden, die durch geeignete Füllstücke voneinander getrennt sind.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstücke in we sentlich axialer Richtung der elektrischen Maschine verlau fende Öffnungen aufweisen, die insbesondere der Kühlung die nen.

6. Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstücke auf zu mindest einer Längsseite des jeweiligen Wicklungsträger (4) durch zumindest ein Filmscharniere befestigt ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Herstellen eines ein- oder mehrstückigen geblechten Stän ders (1) mit parallelflankigen Zähnen (3),
- Bewickeln der Wicklungsträger (4),
- Aufsetzen der bewickelten Wicklungsträger (4) auf die Zäh ne(3) des Ständers (1),
- Fixieren der Wicklungsträger (4) am Zahn (3) des Ständers (1).

8. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten Wicklungsträgern (4) Füllstü cke einsetzbar sind.

9. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstücke aus unmagnetischem elektrisch nichtlei tendem Material hergestellt werden.

10. Verwendung einer elektrischen Maschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen bei Bahnmaschinen.