DE10114014A1 - Elektrische Drehfeldmaschine mit einer zweischichtigen Wicklung in den Nuten des Ständers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische sechspolig ausgeführte Wechselstrommaschine insbesondere bei Synchronspindeln, wobei auch bei kleinen Baugrößen eine kostengünstige Fertigung bei bestimmter Maschinenperformance durch eine Reduzierung der Anzahl der Ständernuten auf 15 gewährt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine sechspolig ausgeführte elektri­ sche Drehfeldmaschine.

Elektrische Drehfeldmaschinen, welche auch z. B. als Dreh­ strommaschinen bekannt sind, in sechspoliger Ausführung mit einer zweischichtigen Wicklung in den Nuten des Ständers sind bereits bekannt. Unabhängig von der Achshöhe wird diese vor­ zugsweise mit 36 Ständernuten ausgeführt. Dies gilt insbeson­ dere für permanenterregte Drehfeldmaschinen, welche bei Werk­ zeugmaschinen, insbesondere bei Drehmaschinen, als AC- Hauptmotoren/Synchronspindeln eingesetzt werden. Drehstromma­ schinen werden in gängiger Praxis als dreiphasige Drehfeldma­ schinen ausgeführt.

Bei kleinen Achshöhen der elektrischen Drehfeldmaschine ist die Nutzahl N = 36 nachteilig, da kleine Achshöhen kleinere Abmessungen wie beispielsweise dem Ständerinnendurchmesser zur Folge haben. Je kleiner der Ständerinnendurchmesser ist, desto schwieriger gestaltet sich beispielsweise die Fertigung des Ständerwicklungssystems, d. h. der Nuten und deren Bestü­ ckung mit den Ständerwicklungen. Dies trifft insbesondere auf automatisierte Mittel zur Erstellung von Ständernuten und auf Wicklungsautomaten zu, wodurch dann eine kostenintensivere und aufwendigere Fertigung erforderlich ist. Des Weiteren er­ möglichen kleine Nutteilungen nur geringe Nutfüllfaktoren. Geringe Nutfüllfaktoren führen zu einer geringeren Aktivteil­ ausnutzung und damit zu einer geringeren Drehmomentausbeute. Ist bei kleinen Abmessungen der Nutfüllfaktor zu erhöhen, führt dies zu einem höheren fertigungstechnischen Aufwand und ist damit sowohl Zeit- als auch kostenintensiv.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Ständerwicklungssys­ tem zu schaffen, welches bei kleinen Abmessungen der elektri­ schen Maschine eine kostengünstigere Fertigung als bisher gestattet aber auch gegenüber herkömmlich bekannten elektri­ schen Drehfeldmaschinen kleinere Achshöhen ermöglicht, ohne Einbußen der Betriebsdaten zu erhalten.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt mit einer sechspo­ lig ausgeführten elektrischen Drehfeldmaschine mit einem Ständerblechpaket und Ständernuten mit einer Oberschicht- und einer Unterschichtwicklung, wobei die Anzahl der Ständernuten kleiner 36, vorzugsweise 15 ist.

Durch die Reduzierung der Anzahl der Ständernuten sind diese Nuten im Vergleich zu einem Ständer mit mehr Ständernuten in der Nutbreite der Ständernut bezüglich der räumlichen Dimen­ sionen größer ausgelegt bzw. gefertigt. Der Vorgang des Wi­ ckelns selbst, wobei hier insbesondere das Wickeln mit Hilfe von Wicklungsautomaten zu betrachten ist, wird sowohl durch die Reduzierung der Anzahl der Nuten vereinfacht als auch durch die verbesserten Platzverhältnisse.

Größere Nuten ermöglichen im Vergleich zu gattungsgemäß aus­ geführten Ständernuten einen höheren Nutfüllfaktor. Die Aus­ wahl an Wicklungsdrähten erhöht sich bei größeren Nuten, da im Vergleich zu einer elektrischen Drehstrommaschine mit 36 Ständernuten mehr Variationsmöglichkeiten in Bezug auf den Durchmesser der Wicklungsdrähte und der zulässigen Biegera­ dien der Wicklungsdrähte, welche auch in den Wicklungsköpfen von Bedeutung sind, vorhanden sind.

Aufgrund der Nutenzahlbedingung N = 6.p.q mit N = Nuten­ zahl, p = Pdpaarzahl und q = Anzahl der Nuten pro Pol und Strang, für dreisträngige Wicklungen bestehen bei sechspoli­ gen Wicklungen nur wenige Varianten, welche einen symmetri­ schen Aufbau erlauben. Ist ferner noch ein akzeptables Oberfeldverhalten zu erzielen, so kommt zunächst als minimale Ständernutzahl lediglich N = 27 in Betracht.

Abhängig von den regelungs- bzw. steuerungstechnischen Anfor­ derungen an die elektrische Drehfeldmaschine sind möglichst symmetrische Wicklungsausführungen erwünscht. Werden geringe Wicklungsunsymmetrien zugelassen, so besteht mit der Ständer­ nutzahl N = 15 eine Wicklungsvariante, welche dem Anforde­ rungsprofil vieler elektrischer Drehstrommaschinen immer noch gerecht wird. Aufgrund der Bedingung ggT (2p, N) = p gilt, dass aus den nutfrequenten Leitwertschwankungen keine Nutrastmo­ mente gebildet werden können. Die auszuführende Aktivteil­ schrägung beträgt damit 0,5 Nutteilungen. Der Winkel der Schrägung errechnet sich aus folgender Formel

wobei γ_sch der Schrägungswinkel und N die Anzahl der Ständer­ nuten ist. Unter der Aktivteilschrägung ist die Schrägung der Ständernuten im als Aktivteil bezeichneten Ständer zu verste­ hen.

Eine weitere Besonderheit des Wicklungssystems ist somit, dass das Wicklungsoberfeld der Polpaarzahl 5p nicht exis­ tiert, da der zugehörige Wicklungsfaktor identisch Null ist.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmale der Unteransprüche werden im folgen­ den anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spiels in den Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 den Zweischichtaufbau von Nuten durch die drei Phasen U, V und W.

Fig. 2 Teile einer Drehfeldmaschine.

Fig. 1 zeigt eine Oberschicht 22 und eine Unterschicht 23 ei­ ner Wicklung in Nuten eines nicht näher dargestellten Stän­ ders, welche mit 1 bis 15 bezeichnet sind. Eine Wicklung U der Phase U ist gekennzeichnet durch die in den Nuten 3, 5, 6, 8, 10, 11, 13 und 15 verlaufenden Leiter, welche zeichne­ risch entweder aus der Zeichenebene heraustreten und den Lei­ teraustritt 19 kennzeichnen oder in die Zeichenebene eintre­ ten und den Leitereintritt 20 kennzeichnen. Die Wicklungen V, W der Phase V und W verlaufen entsprechend der schematischen Darstellung in Fig. 1. Die Verbindung zwischen Leiteraus­ tritt 19 und Leitereintritt 20 wird jeweils durch eine Schleife 21 dargestellt. Die Schleife 21 bildet dabei einen Teil nicht näher dargestellter Wicklungsköpfe einer Wicklung. Die Darstellung der Wicklung einer Phase im Ständer mit einer Anzahl von 15 Nuten erfolgt in einer dem Fachmann bekannten Weise mit Punkten, welche den Leiteraustritt 19 aus der Zei­ chenebene kennzeichnen, mit Kreuzen, welche den Leiterein­ tritt 20 in die Zeichenebene kennzeichnen und mit Verbin­ dungslinien, d. h. den Schleifen 21, welche Kreuze und Punkte miteinander verbinden. Die einzelnen Phasen der Stränge wer­ den in den Strang der Phase U, den Strang der Phase V und den Strang der Phase W unterteilt und zur besseren Übersicht un­ tereinander dargestellt. In den einzeln dargestellten Strän­ gen werden von anderen Phasen eingenommene Schichten und Nu­ ten durch nicht belegte Felder 24 gekennzeichnet.

Vorzugsweise findet diese Art der Wicklung der Nuten des Ständers Anwendung in Synchronspindeln. Synchronspindeln wer­ den vorzugsweise in Werkzeugmaschinen eingesetzt.

Fig. 2 zeigt die schematische Anordnung von Ständerpaket 25, Läufer 26 einer Welle 28 und Wicklungskopf 27 innerhalb eines Gehäuses 29 einer Drehfeldmaschine.

Claims (4)

1. Elektrische dreiphasige Drehfeldmaschine, sechspolig aus­ geführt, mit einem Ständerpaket (25), einem Läufer (26), Wicklungsköpfen (27) an den Stirnseiten des Ständerpaketes (25) und Ständernuten (1-15) mit einer Oberschicht (22) und einer Unterschicht (23), wobei der Ständer 15 Nuten (1-15) aufweist.

2. Elektrische dreiphasige Drehfeldmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ak­ tivteilschrägung 0,5 Nutteilungen beträgt.

3. Elektrische dreiphasige Drehfeldmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die elektrische dreiphasige Drehfeldmaschine eine permanenterregte Synchronspindel ist.

4. Elektrische dreiphasige Drehfeldmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die elektrische dreiphasige Drehfeldmaschine Teil einer Werkzeugmaschine ist.