DE10260283A1

DE10260283A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE10260283A1
Application number: DE2002160283
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dressel; Rudolf Senger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-15
Also published as: AU2003293811A1; WO2004059818A1

Abstract

Elektrische Maschine mit einem Ständer (1) und einem Läufer und einem zumindest auf dem Ständer (1) befindlichen Wicklungssystem aus Polspulen (5), wobei die Polspulen (5) aus Litzenleiter aufgebaut sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Ständer und einem Läufer und einem zumindest auf dem Ständer befindlichen Wicklungssystem, das zumindest teilweise Polspulen aufweist und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen elektrischen Maschine.
Polspulen als Alternative zu gesehnten Spulen umfassen die mechanischen Pole des Ständers. Diese sogenannten Polspulen sind entweder direkt auf die mechanische Pole gewickelt, oder werden auf Schablonen gewickelt, die wiederum an den Polen positioniert werden.

So ist unter anderem aus US 3 339 097 eine elektrische Maschine bekannt, deren Pole mit Schablonen bestückt sind, die aus Runddraht aufgebaute Polspulen aufweisen. Nachteilig dabei ist, dass diese Polspulen aus Runddraht aufgebaut sind, so dass ein schlechter Füllfaktor vorhanden ist.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine mit Polspulwicklungen zu schaffen, die gegenüber herkömmlichen Polspulen erhöhte Füllfaktoren aufweist und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Maschine anzugeben.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass die Polspulen des Ständers aus Litzenleitern gewickelt sind.

Litzenleiter besteht aus jeweils einzelnen Filamenten, die unterschiedliche Durchmesser und/oder geometrische Querschnittsformen aufweisen können. Durch die Wahl der Querschnitte der einzelnen Filamente des Litzenleiters lässt sich die Steifigkeit bzw. die Flexibilität in vorbestimmbarer Weise beeinflussen.

Ebenso können die einzelnen Filamente künstlich aufgebrachte Isolationsschichten aufweisen. Die Filamente sind aber auch blank innerhalb eines Litzenleiter einsetzbar, wobei durch Oxidation sich auch auf blanken Filamenten dünne Isolationsschichten ausbilden.

Durch Verwendung von Litzenleitern kann der Wickelraum axial und tangential gegenüber herkömmlichen Wicklungsverfahren besser genutzt werden. Der Litzenleiter mit seinen Filamenten, die miteinander verseilt, verwürgt und gegebenenfalls verpresst sind, ist nahezu beliebig verformbar. Der Litzenleiter, weist damit einen rundlichen, viereckigen oder allgemein polygonalen Querschnitt auf, und ist vorteilhafterweise mit einer Außenisolierung versehen. Die Außenisolierung besteht vorzugsweise aus elastischem Material.

Eine Polspule ist gegebenenfalls auch aus mehreren gleichen oder unterschiedlichen Litzenleitern aufbaubar, die verdrillt oder parallel verlegt sind.

Um eine Isolation insbesondere der nicht isolierten Litzenleiter gegenüber dem Blechkörper des Ständers zu erhalten, sind die Polspulen vorzugsweise auf elektrisch nicht leitende Spulenkörper aufzubringen, die auf die mechanischen Pole aufsetzbar sind.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einzelne Pole vor Montage der elektrischen Maschine separat zu bewickeln und anschließend die mechanischen Pole zusammenzufügen um so den Ständer einer elektrischen Maschine zu erhalten.

Eine weitere Möglichkeit eine elektrische Maschine herzustellen besteht darin, das stanzpaketierte Blechpaket des Ständers mit einzelnen umwickelten Polen zu versehen wird, wobei als elektrische Leiter insbesondere Litzenleiter verwendet werden. Durch die manuelle oder maschinelle Verformbarkeit der Litzenleiter ergibt sich ein vergleichsweise guter Füll grad. Innerhalb einer Phase sind die einzelnen Polspulen zusammenhängend hintereinander auf mehrere mechanische Polen aus einem Litzenleiter wickelbar. Insbesondere ist es vorteilhaft, Spulenanfang und -ende jeder Polspule räumlich voneinander zu trennen, so dass ihre jeweilige Lage unterschiedliche Erdkapazitäten aufweisen und die Lage mit der jeweils geringsten Erdkapazität einer Polspule an der jeweiligen Eingangsspannung liegt.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 prinzipielle Darstellung einer elektrischen Maschine,
2 einen Querschnitt eines Ständers mit seinen Spulen und den einzelnen Windungen,
3 einen Ausschnitt eines derartigen Ständers mit einem Zahn und der dazugehörigen Spule.
1 zeigt eine elektrische Maschine mit einem Ständer 1 und einem nicht näher dargestellten Rotor in einem Gehäuse 9. Der Ständer 1 ist wie prinzipiell dargestellt in Umfangsrichtung in Segmente 2, 2' unterteilbar. Eine nicht näher dargestellte axiale Unterteilung des Ständers 1 ist ebenfalls möglich. Die einzelnen Segmente 2, 2' sind Stoff-, form- oder reibschlüssig miteinander verbindbar. Jedes Segment 2, 2' weist bereits vorab eine Polspule auf, insbesondere einen Litzenleiter. Beim Zusammenbau der elektrischen Maschine sind lediglich die Segmente 2, 2' mechanisch und gegebenenfalls elektrisch zu verbinden.
Der erfindungsgemäße Aufbau einer elektrischen Maschine mit Polspulen aus Litzenleitern ist selbstverständlich auch bei einer nicht näher dargestellten gehäuselosen elektrischen Maschine anwendbar.
2 zeigt ein Segment 2', das mit weiteren Segmenten 2' zusammengesetzt den gesamten Ständer 1 ergibt. Der Ständer 1 weist in radialer Richtung Zähne 4 auf, die vorzugsweise von Spulenkörpern 3 umfasst sind und die jeweils Polspulen 5 aus Litzenleitern aufweisen. Dabei sind die Polspulen 5 aus runden Litzenleitern gebildet, die aus darstellerischen Gründen ohne die sie bildenden Filamenten dargestellt sind. Einen vergleichsweise besseren Füllgrad erhält man aus rechteckförmigen Litzenleiter wie in 3 dargestellt, die von Hause aus rechteckförmig sind, oder die durch einen Pressvorgang auf dem Spulenkörper 3 oder in der Nut gebildet werden.
Die Litzenleiter selbst besteht aus einzelnen Filamenten, die vorteilhafterweise verwürgt oder verseift sind. Die Spulenanfänge 6 und die Spulenenden 7 sind räumlich voneinander getrennt. Die äußere Lage am Spulenanfang 6 hat die geringste Erdkapazität, die innere Lage am Spulenende hat die größte Erdkapazität. Der Spulenanfang 6 an der Lage mit geringerer Erdkapazität wird mit. einer Klemme der elektrische Maschine, also mit einem Umrichter oder einem elektrischen Versorgungsnetz elektrisch verbunden und das Spulenende 7 an der Lage mit hoher Erdkapazität wird mit der nächsten Polspule 5 dieser Phase elektrisch leitend verbunden. Dadurch ergibt sich eine äußerst günstige Spannungsverteilung bei Vorgängen im Bereich bis zu einigen MHz.
Die Litzenleiter können selbst isoliert oder blank ausgeführt sein. Falls die isolierten Litzenleiter für die Polspulen verwendet werden ist keine zusätzliche Isolation zwischen Blechkörper des Ständers 1 und den Litzenleitern notwendig. Falls blanke Litzenleiter verwendet werden oder nur eine geringe Isolationsschicht über die Litzen bzw. die einzelnen Filamente aufgebracht ist, sind Isolierungen zwischen Blechkörper und Litze notwendig.
Eine Steigerung der Flexibilität der Litzenleiter lässt sich durch Verwendung von Filamenten unterschiedlichen Durchmessers und/oder Querschnitts erreichen.
Die Filamente sind gegebenenfalls innerhalb ihres Litzenleiters von einer elastischen Füllmasse umgeben, die vorzugsweise leitfähig ausgebildet ist.

Claims

Elektrische Maschine mit einem Ständer (1) und einem Läufer und einem zumindest auf dem Ständer (1) befindlichen Wicklungssystem, das zumindest teilweise Polspulen (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass die Polspulen (5) aus Litzenleiter aufgebaut sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polspulen auf Spulenkörper (3) gewickelt werden.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polspulen (5) einer Phase zusammenhängend aus einem Litzenleiter oder mehreren parallelen Litzenleitern wickelbar sind.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine nach Anspruch 1 durch folgende Schritte: – Stanzpaketieren zumindest des Ständers (1), – Umwickeln der einzelnen mechanischen Pole des Ständers (1) mit Litzenleitern, derart, dass ein kontinuierliches Wickeln der Polspulen (5) möglich ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Wickeln die Spulenkörper (3) auf die mechanischen Pole gesteckt werden.