DE19961760A1

DE19961760A1 - Permanenterregte Synchronmaschine

Info

Publication number: DE19961760A1
Application number: DE1999161760
Authority: DE
Inventors: Gerhard Huth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-07-05

Abstract

Um bei einfacher Herstellung die Drehmomentenwelligkeit zu unterdrücken, wird eine permanenterregte Synchronmaschine mit folgenden Merkmalen vorgeschlagen: DOLLAR A - einem Ständer (1) und einem Läufer, wobei der Ständer (1) zwölf Nuten (4) aufweist, DOLLAR A - ein aus Zahnspulen (5) gebildetes Wicklungssystem, DOLLAR A - einer Polzahl 2p = 10, DOLLAR A - zwei unterschiedliche, sich wiederholende Wicklungsfaktoren, DOLLAR A - ein dreisträngiges Wicklungssystem, das zu einem Sternpunkt (7) verschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine permanenterregte Synchronmaschi ne.

Permanenterregte Synchronmaschinen weisen eine ständerseitige Drehfeldwicklung und eine läuferseitige Permanenterregung auf. Die Ständerdurchflutung wird von einer Drehstromwicklung aufgebracht, die bei den herkömmlichen Systemen im Regelfall dreisträngig ausgeführt ist. Permanenterregte Synchronmaschi nen werden derzeit mit einem verteilten Ständerwicklungssys tem ausgeführt. Besonders hohe Anforderungen werden insbeson dere im Werkzeugmaschinenbau an die Rundlaufgüte gestellt, so daß die Drehmomentwelligkeit durch geeignete Maßnahmen unter drückt werden muß. Erreicht wird das bei herkömmlichen perma nenterregten Synchronmaschinen durch eine Zweischicht- Ganzlochwicklung, wobei der Stator zusätzlich um eine Nuttei lung geschrägt ausgeführt ist. Dabei kommt bisher ein sechs poliges Wicklungssystem mit folgenden Eigenschaften zum Ein satz:

- Ständernutzahl: N = 36
- Polzahl: 2p = 6
- Sehnung: W/τ = 5/6
- Schrägung: γ = 10°.

Das Wicklungssystem einer derartigen permanenterregten Syn chronmaschine ist in der Herstellung ebenso wie der Aufbau eines derartigen Ständers sehr aufwendig.

Die Aufgabe der Erfindung liegt demnach darin, einen Aufbau eines Ständers zu schaffen, der wesentlich einfacher herzu stellen ist und gleichzeitig die Drehmomentwelligkeit stark unterdrücken kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine perma nenterregte Synchronmaschine mit folgenden Merkmalen

- einem Ständer und einem Läufer, wobei der Ständer zwölf Nu ten aufweist,
- ein aus Zahnspulen gebildetes Wicklungssystem,
- einer Polzahl 2p = 10,
- zwei unterschiedliche sich wiederholende Wicklungsfaktoren,
- ein dreisträngiges Wicklungssystem, das zu einem Sternpunkt verschaltet ist.

Durch die Verwendung von Zahnspulen, wird die Herstellung ei nes derartigen Ständers wesentlich vereinfacht, da derartige Zahnspulen bereits vorgefertigt in die Nuten geträufelt oder eingesetzt werden können. Bei einem konzentrisch zweigeteil ten Stator werden die Zahnspulen vorzugsweise von außen auf die Zähne geschoben. Bei einer Ständernutzahl von N = 12 läßt sich durch derartige Zahnspulen eine Polzahl 2p = 10 reali sieren. Dabei sind die einzelnen Wicklungssysteme, die aus Zahnspulen aufgebaut sind, zu einem Sternpunkt verschaltet. Für die betrachteten Polpaarzahlen existieren genau zwei un terschiedliche Wicklungsfaktoren, die sich periodisch wieder holen. Die Wicklungsfaktoren für p = 5 und N = 12 sind ξ₁ = 0,93, ξ_5,7 = 0,67, ξ_11,13 = 0,93, ξ_17,19 = 0, 067, . . . Die Wirkung der nutharmonischen Oberfelder kann in vorteilhafter Weise zusätzlich durch die Schrägung des Ständerblechpakets unterdrückt werden. Der Schrägungswinkel γ beträgt dabei

Bei einer Polpaarzahl von p = 5 ergibt sich eine Schrägung von 10°. Durch die Verwendung von Zahnspulen zum Aufbau des Wicklungssystems entsteht ein kleiner Wickelkopf, so daß der Einbauraum des Motors reduziert und die Ausnutzung des Aktivteils steigt.

Vorteilhafterweise werden aus wirtschaftlichen Gründen die Bleche des Ständers einteilig ausgeführt. Damit sind zusätz liche Arbeitsschritte in der Montage eingespart.

Das Wicklungssystem kann sowohl als Zweischicht als auch als Einschicht-Wicklungssystem mit den Zahnspulen aufgebaut sein, dabei kann jede Zahnspule entweder nur in der Ober- oder nur in der Unterschicht als auch eine Seite der Zahnspule in O berschicht und eine in Unterschicht eingesetzt werden. Bei Realisierung des Einschicht-Wicklungssystems umfaßt jede Zahnspule einen Zahn. Vorstellbar ist auch, daß nur jeder zweite Zahn komplett mit einer Zahnspule belegt ist, so dass in jeder Nut nur eine Seite einer Zahnspule liegt. Die Zahnspulen sind direkt auf die Zähne gewickelt oder sie be finden sich auf Spulenkörpern, die auf die Zähne gesteckt werden.

Der erfindungsgemäße Aufbau des Ständers eignet sich insbe sondere für permanenterregte Synchronmaschinen. Dabei sind die Permanentmagnete im Läufer oder am Läufer angeordnet. Es sind dabei jeweils Maßnahmen getroffen, die die Permanentmag nete auch bei hohen Drehzahlen positionsfest verharren las sen. Z. B. Bandagen, Ausnehmungen zur Aufnahme der Permanent magnete in Blechpaket, Vergießen etc.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmale der Unteransprüche werden im folgen den anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1, 2 und 3 einen Teil eines Querschnitts eines erfin dungsgemäßen Ständers,

Fig. 4 den Wicklungsplan eines Stranges für die Polpaarzahl 2p = 10.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Querschnitts eines Ständers 1, der aus Zähnen 2 mit den dazugehörigen Zahnköpfen 3 besteht. Zwischen den Zähnen 2 befinden sich die Nuten 4. In die Nuten befinden sich die Zahnspulen 5, d. h. zumindest eine Seite ei ner Zahnspule 5. Unterschiedliche Zahnspulen in der Nut 4 werden durch Isolierelemente 6 getrennt.

Vorzugsweise sind die Zahnköpfe 3 an den Zähnen 2 oder die Zähne 2 an dem Ständer 1 formschlüssig positionierbar, um die Bestückung mit den Zahnspulen 5 zu erleichtern.

Fig. 2 zeigt den selben Ständer 1 mit einer Zweischicht-Wick lungsausführung der Zahnspule 5. Dabei befindet sich eine Seite der Zahnspule 5 in der Unterschicht und eine Seite der Zahnspule 5 in der Oberschicht. Beide Seiten der Zahnspule 5 umfassen denselben Zahn 2. Zwischen oder Ober- und Unter schicht befinden sich Isolierelemente 6, die die unterschied lichen Schichten elektrisch voneinander trennen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Ständers mit dem dazugehörigen Wicklungssystem. Dabei handelt es sich wieder um eine Zweischicht-Wicklung, bei der die einzelnen Zahnspu len 5 entweder als Unterschicht-Wicklung oder Oberschicht- Wicklung ausgeführt sind. Jede Zahnspule 6 umfaßt wiederum nur einen Zahn 2.

Diese Zweischicht-Wicklung kennzeichnet somit, daß jeder Zahn zumindest von zwei Seiten einer Zahnspule 5 umgeben ist.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung den Wicklungsplan einer Phase U mit vier Zahnspulen 5 und dem Sternpunkt 7, auf den sämtliche Stränge geschaltet sind.

Claims

1. Permanenterregte Synchronmaschine mit folgenden Merkmalen:

- einem Ständer (1) und einem Läufer, wobei der Ständer (1) zwölf Nuten (4) aufweist,
- ein aus Zahnspulen (5) gebildetes Wicklungssystem,
- einer Polzahl 2p = 10,
- zwei unterschiedliche sich wiederholende Wicklungsfaktoren,
- ein dreisträngiges Wicklungssystem, das zu einem Sternpunkt (7) verschaltet ist.

2. Permanenterregte Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (4) des Blechpakets des Ständers (1) einen Schrägungswinkel von
aufweist, wobei p die Polpaarzahl ist.

3. Permanenterregte Synchronmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechpaket des Ständers (1) aus einteiligen Blechschnitten aufgebaut ist.

4. Permanenterregte Synchronmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Wicklungssystem ein Zweischicht- Wicklungssystem ist.

5. Permanenterregte Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wicklungssystem ein Einschicht-Wicklungssystem ist. 6. Permanenterregte Synchronmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Läufer innenliegende Permanent magnete aufweist.

7. Permanenterregte Synchronmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Läufer Permanentmagnete aufweist, die am Luftspalt der Synchronmaschine angeordnet sind.