DE102017206390A1 - Component of an electrical machine, in particular rotor or stator - Google Patents
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Abstract
Es sind schon Statoren von elektrischen Maschinen bekannt mit einer Anordnung von übereinander gestapelten, als Blechlamellen ausgebildeten Trägerschichten. Die übereinander gestapelten Blechlamellen bilden ein sogenanntes Statorblechpaket, das Nuten aufweist, in denen elektrische Spulen angeordnet sind, die jeweils aus einem elektrischen Leiter gebildet sind. Nachteilig ist, dass sich das Statorblechpaket durch magnetische Verluste erwärmt und diese Verluste bei der Auslegung berücksichtigt werden müssen. Außerdem ist das Statorblechpaket vergleichsweise schwer.
Bei der erfindungsgemäßen Komponente ist das Gewicht der Komponente erheblich reduziert, so dass eine höhere Dynamik und eine höhere elektrische Leistung mit der elektrischen Maschine erzielbar ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Trägerschichten (2) elektrisch nichtleitend und die elektrischen Leiter (4) als elektrisch leitende Fasern ausgebildet sind, die einer elektrischen Phase (u,v,w) zugeordnet sind und auf den Trägerschichten (2) derart verlaufen, dass jeweils eine oder mehrere Spulenwindungen (5) pro elektrischer Phase (u,v,w) auf der jeweiligen Trägerschicht (2) gebildet sind, und dass phasengleiche Spulenwindungen (5) von mehreren Trägerschichten (2) zusammen jeweils eine elektrische Spule (3) bilden.
There are already known stators of electric machines with an array of stacked, designed as laminations carrier layers. The stacked laminations form a so-called laminated stator core, which has grooves in which electrical coils are arranged, which are each formed from an electrical conductor. The disadvantage is that the laminated stator core is heated by magnetic losses and these losses must be taken into account in the design. In addition, the laminated stator core is comparatively heavy.
In the component according to the invention, the weight of the component is significantly reduced, so that a higher dynamics and a higher electrical power can be achieved with the electric machine.
According to the invention, it is provided that the carrier layers (2) are electrically nonconductive and the electrical conductors (4) are formed as electrically conductive fibers which are assigned to an electrical phase (u, v, w) and run on the carrier layers (2) such that one or more coil turns (5) are formed per electrical phase (u, v, w) on the respective carrier layer (2), and that in-phase coil turns (5) of several carrier layers (2) together form an electrical coil (3) ,
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Komponente einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to a component of an electrical machine according to the preamble of the main claim.
Es ist schon ein Stator einer elektrischen Maschine, beispielsweise aus der
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Komponente einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass das Gewicht der Komponente erheblich reduziert ist, so dass eine höhere Dynamik und eine höhere elektrische Leistung mit der elektrischen Maschine erzielbar ist. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Trägerschichten elektrisch nichtleitend und die elektrischen Leiter als elektrisch leitende Fasern ausgebildet sind, die einer elektrischen Phase zugeordnet sind und auf den Trägerschichten derart verlaufen, dass jeweils eine oder mehrere Spulenwindungen pro elektrischer Phase auf der jeweiligen Trägerschicht gebildet sind, und indem phasengleiche Spulenwindungen von mehreren Trägerschichten zusammen jeweils eine elektrische Spule bilden.The component of an electrical machine according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the weight of the component is significantly reduced, so that a higher dynamics and higher electrical power can be achieved with the electric machine. This is inventively achieved by the carrier layers are electrically non-conductive and the electrical conductors are formed as electrically conductive fibers which are associated with an electrical phase and extend on the carrier layers such that in each case one or more coil turns per electrical phase are formed on the respective carrier layer, and by making in-phase coil turns of a plurality of carrier layers together each form an electrical coil.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Komponente einer elektrischen Maschine möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the main claim component of an electric machine are possible.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Trägerschichten nach einem ersten Ausführungsbeispiel durch das Aufrollen eines einzigen Trägerelementes oder nach einem zweiten Ausführungsbeispiel durch das Stapeln von mehreren separaten Trägerelementen gebildet sind. Das erste Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass alle Spulenwindungen der Komponente durchgängig auf einem ebenen, beispielsweise von einer Endlosrolle abwickelbaren Trägerelement hergestellt werden können. Das zweite Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass die einzelnen Trägerelemente einzeln fertigbar sind und in einer Fertigung einfacher handhabbar sind.It is particularly advantageous if the carrier layers are formed according to a first embodiment by the rolling of a single carrier element or according to a second embodiment by the stacking of a plurality of separate carrier elements. The first exemplary embodiment has the advantage that all the coil turns of the component can be produced continuously on a flat support element that can be developed, for example, by an endless roll. The second embodiment has the advantage that the individual carrier elements are individually manufacturable and easier to handle in a production.
Weiterhin vorteilhaft ist, dass phasengleiche Spulenwindungen von unterschiedlichen Trägerschichten in axialer oder radialer Richtung bezüglich einer Komponentenachse der Komponente gesehen übereinanderliegen, da auf diese Weise die elektrischen Spulen gebildet werden.It is also advantageous that in-phase coil windings of different carrier layers in the axial or radial direction with respect to a component axis of the component are superimposed, since in this way the electric coils are formed.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn die elektrisch leitenden Fasern auf den Trägerschichten befestigt, insbesondere aufgenäht, eingewebt oder aufgeklebt, sind, da die Spulenwindungen auf diese Weise in hoher Geschwindigkeit mit bekannten Textilverfahren gefertigt werden können. Beispielsweise können die Spulenwindungen von allen elektrischen Phasen zeitlich gesehen parallel, also gleichzeitig in einem einzigen Verfahrensschritt hergestellt werden.It is very advantageous if the electrically conductive fibers are fastened, in particular sewn, woven or glued on the carrier layers, since the coil turns can be manufactured in this way at high speed with known textile processes. For example, the coil turns of all electrical phases in time parallel, so be produced simultaneously in a single process step.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung sind auf einer Trägerschicht jeweils elektrisch leitende Fasern von mehreren, insbesondere drei, sechs oder neun, elektrischen Phasen vorgesehen.According to an advantageous embodiment, electrically conductive fibers of several, in particular three, six or nine, electrical phases are provided on a carrier layer.
Auch vorteilhaft ist, wenn die elektrisch leitenden Fasern Kohlenstoffnanoröhren und/oder Graphen umfassen, insbesondere aus Kohlenstoffnanoröhren, also sogenannten Nanotubes, und/oder Graphen hergestellt sind. Beispielsweise sind die elektrisch leitenden Fasern als Garn ausgebildet, das aus mehreren Fasern bestehen kann. Derartige Fasern haben eine höhere Leitfähigkeit als Kupfer oder Aluminium, so dass die elektrischen Verluste der elektrischen Maschine deutlich verringert werden können. Dadurch ergibt sich eine geringere Erwärmung der Komponente.It is also advantageous if the electrically conductive fibers comprise carbon nanotubes and / or graphene, in particular made of carbon nanotubes, that is to say so-called nanotubes, and / or graphene. For example, the electrically conductive fibers are formed as a yarn, which may consist of several fibers. Such fibers have a higher conductivity than copper or aluminum, so that the electrical losses of the electrical machine can be significantly reduced. This results in less heating of the component.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die die Komponente umfassende elektrische Maschine als eine Axialflussmaschine, insbesondere als ein Scheibenläufer, oder als eine Radialflussmaschine, insbesondere als ein Zylinderläufer, oder als ein Linearmotor ausgebildet ist.Furthermore, it is advantageous if the electric machine comprising the component is designed as an axial flow machine, in particular as a disk rotor, or as a radial flux machine, in particular as a cylinder rotor, or as a linear motor.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Komponente einen Stator bildet und der Rotor der elektrischen Maschine Permanentmagnete aufweist. Alternativ kann die Komponente der elektrischen Maschine einen Rotor oder einen Schlitten bilden und der Stator Permanentmagnete aufweisen.Moreover, it is advantageous if the component forms a stator and the rotor of the electric machine has permanent magnets. Alternatively, the component of the electric machine may form a rotor or a slide and the stator may comprise permanent magnets.
Figurenlistelist of figures
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
1 zeigt eine vereinfacht dargestellte Komponente nach einem ersten Ausführungsbeispiel, -
2 eine Ansicht einer Radialflussmaschine mit einer aufgewickelten Komponente nach1 , -
3 eine vereinfacht dargestellte Komponente nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, -
4 eine Ansicht einer Axialflussmaschine mit einer Komponente nach3 , -
5 zeigt eine vereinfacht dargestellte Komponente nach einem dritten Ausführungsbeispiel und -
6 eine Ansicht eines Linearmotors mit einer Komponente nach5 .
-
1 shows a simplified illustrated component according to a first embodiment, -
2 a view of a radial flux machine with a wound component after1 . -
3 a simplified illustrated component according to a second embodiment, -
4 a view of an axial flow machine with a component after3 . -
5 shows a simplified illustrated component according to a third embodiment and -
6 a view of a linear motor with a component after5 ,
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Die erfindungsgemäße Komponente
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Trägerschichten
Die elektrisch leitenden Fasern
Das Trägerelement
Die elektrisch leitenden Fasern
Die elektrisch leitenden und Spulenwindungen
Durch das Aufrollen des Trägerelementes
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die Trägerschichten
Die Spulenwindungen
Die Trägerelemente
Die phasengleichen Spulenwindungen
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel werden die Trägerschichten
Die Spulenwindungen
Die phasengleichen Spulenwindungen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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