DE102005028743A1

DE102005028743A1 - PM-Synchronmaschine

Info

Publication number: DE102005028743A1
Application number: DE200510028743
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Jöckel; Thomas Koch; Carsten Mauss
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2006-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine PM-Synchronmaschine mit einem Läufer (1) und einem Ständer (2), wobei an dem Läufer (1) Permanentmagnete (3) angebracht sind und der Ständer (2) Ständernuten (4) aufweist, in welche Drahtwicklungen (5) eingelegt sind, wobei die Ständernuten an ihrer Öffnung (7) eine Breite (11) aufweisen, die ungefähr der Breite (10) in den Ständernuten (4) entspricht. DOLLAR A Eine derartige Ständernut (4) hat also nicht eine halbgeschlossene Form, sondern eine offene Form. Damit lässt sich das Einlegen von Drahtwicklungen (5) in den Ständernuten (4) des erfindungsgemäßen PM-Synchronmotors vereinfachen, wodurch die Fertigungszeiten reduziert werden und die Kosten des PM-Synchronmotors gesenkt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine PM-Synchronmaschine mit einem Läufer und einem Ständer, wobei an dem Läufer Permanentmagnete angebracht sind und der Ständer Ständernuten aufweist, in welche Drahtwicklungen eingelegt sind.
Elektrische Maschinen werden in sehr vielen technischen Bereichen verwendet. Bei elektrischen Maschinen ist zu unterscheiden zwischen Gleichstrommaschinen, Wechselstrommaschinen und Drehstrommaschinen. Drehstrommaschinen können unterteilt werden in Drehstrom-Synchronmaschinen und Drehstrom-Asynchronmaschinen. Alle diese elektrischen Maschinen enthalten u. a. einen ruhenden Ständer und einen drehbar gelagerten Läufer.
Eine Ausführungsform für eine Drehstrom-Synchronmaschine ist die PM-Synchronmaschine, bei der der Läufer mit Permanentmagneten (PM) bestückt ist. Der Ständer der PM-Synchronmaschine ist mit einem Wicklungssystem versehen, welches aus mehreren Drahtwicklungen besteht und in Ständernuten eingelegt wird.

In EP 1139548 A2 und auch in DE 4402411 C2 sind Ständer gezeigt, welche in PM-Synchronmaschinen verwendet werden. Bei beiden Schriften sind die Ständernuten halbgeschlossen ausgeführt, um Feldeinbrüche zu verringern und um den Carter-Faktor abzusenken.

Nachteilig ist aber, dass beim Einlegen der Drahtwicklung in eine Ständernut nur wenige Teilleiter gleichzeitig eingelegt werden können, was die Fertigungszeit und die Herstellungskosten erhöht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine PM-Synchronmaschine anzugeben, bei der das Einlegen der Wicklung vereinfacht und damit beschleunigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ständernuten an ihrer Öffnung eine Breite aufweisen, die ungefähr der Breite in den Ständernuten entspricht.

Eine derartige Ständernut hat also nicht eine halbgeschlosse Form, sondern eine offene Form. Damit lässt sich das Einlegen von Drahtwicklungen in die Ständernuten des erfindungsgemäßen PM-Synchronmotors vereinfachen, wodurch die Fertigungszeiten reduziert werden und die Kosten des PM-Synchronmotors gesenkt werden.

Weiterhin können die Drahtwicklungen Runddrahtwicklungen sein, welche in die Ständernuten eingeträufelt werden. Durch die offenen Ständernuten wird nun vorteilhaft erreicht, dass das Einträufeln der Runddrahtwicklungen vereinfacht wird.

Alternativ können die Drahtwicklungen auch Formspulenwicklungen sein, welche in die Ständernuten eingepasst werden. Gerade aber das vorteilhafte Einpassen wird erst ermöglicht durch die erfindungsgemäßen offenen Ständernuten. Die Wicklungen können dabei als Einschicht- oder Zweischichtwicklungen ausgebildet sein. Im Fall einer Zweischichtwicklung wird vorteilhafter Weise eine Isolierschicht zwischen den Wicklungen vorgesehen.

Darüber hinaus werden an den Öffnungen der Ständernuten Nutkeile angebracht, welche die Drahtwicklungen in den Ständernuten fixieren. Damit wird vorteilhaft erreicht, dass die Drahtwicklungen nicht während des Betriebs oder während des Transports der PM-Synchronmaschine verrutschen. Die Nutkeile werden aus unmagnetischem Material hergestellt und sind damit einfacher und billiger herzustellen, als magnetische Nutverschlusskeile. Unter Magnetismus ist hier insbesondere Ferromagnetismus zu verstehen.

Die Nutkeile können parallele Seiten aufweisen und als Nutverschlusskeile ausgebildet sein. Zur Fixierung und Führung der Nutverschlusskeile weisen die Seitenwände der Ständernuten vorteilhafter Weise Rillen auf.

Durch den erfindungsgemäßen PM-Synchronmotor ist es nun auch möglich, eine erfindungsgemäße Vorrichtung anzugeben, die den Nut-Füllfaktor einer erfindungsgemäßen PM-Synchronmaschine optimiert. Dabei weist die Vorrichtung ein Mittel auf, mit dem die eingelegten Drahtwicklungen in den offenen Ständernuten komprimiert werden, so dass der Nut-Füllfaktor erhöht wird. Das Mittel kann dabei die Funktion eines Stempels haben. Gerade durch die erfindungsgemäße offene Form der Ständernuten kann ein Stempel in vorteilhafter Weise in die Ständernuten eingeführt werden.

Für die angegebene erfindungsgemäße Vorrichtung zur Optimierung des Nut-Füllfaktors wird nun auch ein korrespondierendes erfindungsgemäßes Verfahren angegeben: Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Optimierung des Nut-Füllfaktors einer PM-Synchronmaschine werden die in den Ständernuten eingelegten Drahtwicklungen komprimiert, so dass der Nut-Füllfaktor vorteilhaft erhöht wird. Die Drahtwicklung kann vorteilhafter Weise auch mit einem Stempel komprimiert werden. Dabei wird der Stempel einmal oder mehrmals in die Ständernuten eingeführt und komprimiert mit einer einstellbaren Kraft die bereits eingelegten Drahtwicklungen.

Weiterhin können die Drahtwicklungen in mehreren Schritten in die Ständernuten eingelegt werden, wobei der Stempel nach jedem Schritt zur Kompression der bereits eingelegten Drahtwicklungen in die Ständernuten eingeführt wird. Damit wird eine besonders effiziente Kompression erreicht.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel erfolgt; es zeigen:
1 einen Teil eines Ständers eines PM-Synchronmotors gemäß dem Stand der Technik;
2 einen Teil eines erfindungsgemäßen Ständers.
1 zeigt einen Teil eines Ständers 2 eines PM-Synchronmotors gemäß dem Stand der Technik. Weiterhin zu sehen ist ein Teil des Läufers 1, an dem Permanentmagnete 3 angebracht sind. Die Ständernuten 4 sind halbgeschlossen und besitzen halbgeschlossene Öffnungen 6. In die Ständernuten 4 werden die Drahtwicklungen 5 eingelegt.
Üblicherweise werden die Drahtwicklungen 5 durch die halbgeschlossenen Öffnungen 6 in die Ständernuten eingeträufelt. Dies ist zeitaufwendig und erhöht somit die Herstellungskosten. Weiterhin können die Drahtwicklungen 5 nicht in den Ständernuten 4 komprimiert werden, da geeignete Werkzeuge nicht durch die Öffnung 6 passen.
2 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäßen Ständers 2. Weiterhin zu sehen ist ein Teil des Läufers 1, an dem Permanentmagnete 3 angebracht sind. Die Ständernuten 4 sind offen ausgeführt und besitzen Öffnungen 7. Ein Merkmal der erfindungsgemäßen Ständernuten 4 ist, dass sie an ihrer Öffnung 7 eine Breite 11 aufweisen, die ungefähr der Breite 10 in den Ständernuten 4 entspricht, wobei die Breite 10 etwa auf halber Höhe in den Ständernuten gemessen wird. Die Differenz der beiden Breiten 10 und 11 sollte maximal 25% von der Breite 11 betragen. Die Innenflächen der Ständernuten 4 sind in 2 im Wesentlichen parallel und sollen um höchstens 15°gegeneinander verdreht sein. D.h., die Innenflächen der Ständernuten 4 laufen mit einem Winkel von höchstens 15° in radialer Richtung auseinander. In die Ständernuten 4 werden die Drahtwicklungen 5 eingelegt. Weiterhin werden Nutkeile 8, welche in Rillen 9 geführt werden, dazu verwendet, die Drahtwicklungen 5 in den Ständernuten 4 zu fixieren.
Damit ist es möglich, das Einlegen der Drahtwicklungen zu vereinfachen, was die Herstellungskosten verringert, und die Drahtwicklungen 5 mit einem Stempel zu komprimieren.

Claims

PM-Synchronmaschine mit einem Läufer (1) und einem Ständer (2), wobei an dem Läufer (1) Permanentmagnete (3) angebracht sind und der Ständer (2) Ständernuten (4) aufweist, in welche Drahtwicklungen (5) eingelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ständernuten an ihrer Öffnung (7) zum Luftspalt eine Breite (11) aufweisen, die ungefähr der Breite (10) in den Ständernuten (4) entspricht.
PM-Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtwicklungen (5) Runddrahtwicklungen sind, welche in die Ständernuten (4) eingeträufelt werden.
PM-Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtwicklungen (5) Formspulenwicklungen sind, welche in den Ständernuten (4) positioniert sind.
PM-Synchronmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtwicklungen (5) Einschicht- oder Zweischichtwicklungen sind.
PM-Synchronmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweischichtwicklungen durch zumindest eine Isolierschicht getrennt sind.
PM-Synchronmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Öffnungen (7) der Ständernuten (4) Nutkeile (8) angebracht sind, welche die Drahtwicklungen (5) in den Ständernuten (4) fixieren.
PM-Synchronmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutkeile (8) aus unmagnetischem Material hergestellt sind.
PM-Synchronmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände der Ständernuten (4) Rillen aufweisen, welche zur Führung der Nutkeile (8) dienen.
Vorrichtung zur Optimierung des Nut-Füllfaktors einer PM-Synchronmaschine mit einem Läufer (1) und einem Ständer (2), wobei an dem Läufer (1) Permanentmagnete (3) angebracht sind und der Ständer (2) Ständernuten (4) aufweist, in welche Drahtwicklungen (5) eingelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ständernuten an ihrer Öffnung (7) eine Breite (11) aufweisen, die ungefähr der Breite (10) in den Ständernuten (4) entspricht und die Vorrichtung ein Mittel aufweist, mit dem die eingelegten Drahtwicklungen (5) in den Ständernuten (4) komprimiert werden, so dass der Nut-Füllfaktor erhöht wird.
Vorrichtung zur Optimierung des Nut-Füllfaktors einer PM-Synchronmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel die Funktion eines Stempels hat.
Verfahren zur Optimierung des Nut-Füllfaktors einer PM-Synchronmaschine mit einem Läufer (1) und einem Ständer (2), wobei an dem Läufer (1) Permanentmagnete (3) angebracht sind und der Ständer (1) Ständernuten (4) aufweist, in welche Drahtwicklungen (5) eingelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ständernuten an ihrer Öffnung (7) eine Breite (11) aufweisen, die ungefähr der Breite (10) in den Ständernuten (4) entspricht und die eingelegten Drahtwicklungen (5) komprimiert werden, so dass der Nut-Füllfaktor erhöht wird.
Verfahren zur Optimierung des Nut-Füllfaktors einer PM-Synchronmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtwicklung (5) mit einem Stempel komprimiert wird.
Verfahren zur Optimierung des Nut-Füllfaktors einer PM-Synchronmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel einmal oder mehrmals in die Ständernuten (4) eingeführt wird und die bereits eingelegten Drahtwicklungen (5) komprimiert.
Verfahren zur Optimierung des Nut-Füllfaktors einer PM-Synchronmaschine nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel die bereits eingelegten Drahtwicklungen (5) mit einer einstellbaren Kraft komprimiert.
Verfahren zur Optimierung des Nut-Füllfaktors einer PM-Synchronmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtwicklungen (5) in mehreren Schritten in die Ständernuten (4) eingelegt werden, wobei der Stempel nach jeden Schritt zur Kompression der bereits eingelegten Drahtwicklungen (5) in die Ständernuten (4) eingeführt wird.