WO2006029992A1 - Permanenterregte synchronmaschine mit flachdrahtwicklungen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a permanent-magnet Syn ⁇ chronmaschine with a stator which has parallelflankige grooves, which are provided with flat wire windings, in each case the flat wire coil includes a tooth and is designed as a tooth coil.
  • the coil can be made of copper press rope to avoid the above-mentioned disadvantages, but this has increased costs of the coil coil.
  • the solution of the problem is achieved in that the flat wires are wound edgewise, so that each has the narrower side of the flat wire to the tooth and each tooth coil has at least two layers of flat wires.
  • the inventive arrangement of the flat wire orien ⁇ the winding cross section advantage particularly in the direction the groove width and only minimally in the direction of the groove height. Since ⁇ by the current displacement effect reduces what the wesent ⁇ to ⁇ rate losses compared to other winding arrangements Lich reduced.
  • such toothed coils can be used with open grooves pointing in the direction of the stator bore with parallel-fluted pairs of grooves, which causes a considerable facilitation of the equipping of the stator by means of tooth coils.
  • the tooth coils are placed from the outside on a star package and then positioned in a yoke back.
  • the flat wires used in each case can be processed with bending data that are below the permissible ranges specified in the wire standards.
  • An inventive structure is particularly suitable for stators of torque motors, there u.a. increased demands on the compactness of this engine.
  • the tooth coils are pre-defined on carriers positio ⁇ or wrapped.
  • the toothed coils with or without support are positioned on the teeth from the outside of the stator bore or, in the case of a two-part stator, and fixed in a yoke back.
  • FIG. 1 shows a detail of the flat wire winding
  • FIG. 2 shows a dental coil constructed with a flat wire
  • 3 shows cross-section of an electrical machine with Inventive ⁇ according winding
  • FIG 4 basic series circuit, 5 shows a perspective view of a carrier.
  • FIG. 1 shows a detailed view of a stator 1 of an electrical machine ⁇ rule. This detail view shows a tooth 3 with adjacent grooves 4, which are executed parallelflankig. In the grooves 4, the flat wires 5 arranged one above the other and next to one another are shown.
  • Tooth coil 6 is wound so that the winding layer 7 located directly on the tooth 3 extends radially from the groove bottom 8 to the stator bore and also the second layer extends from the groove base 8 to the stator bore.
  • the juxtaposed winding layers 7 of the flat wires 5 in a groove are electrically switchable both in series and in parallel. As a result, two different numbers of turns can be realized with a flat wire dimension.
  • a sectionlei- terisoltechnik 20 is not necessarily required, since the Flach ⁇ wires 5 are designed insulated paint.
  • Such a toothed coil 6, as shown by way of example in FIG. 2, is advantageously processed with bending radii which lie below the permissible range described in the wire standards.
  • the toothed coil 6 has a main insulation 11 opposite the iron sheet 12 of the stator 1. Beginning 9 and end 10 of the tooth coil 6 allow energizing of this tooth coil 6 with electrically parallel-connected flat wires 5.
  • the flat wires 5 have, as needed, a corrugation 21 or other processing, which can be processed e.g. the winding of the toothed coil 6 easier.
  • cable-tie-like means 22 are used for further fixation of the tooth coil 6.
  • toothed coil 6 is wound on a support 23, at least on the side facing the tooth 3, it is possible to access the main part of the tooth 3. be omitted insulation 11, since then the material of the carrier 23 already assumes this function or includes.
  • FIG. 3 shows the structure of an electric machine, in particular a permanent-magnet synchronous machine 2, in which the stator 1 has teeth 3 with grooves 2 running in parallel in pairs and the trapezoidal shaped unwound teeth 13 lying between them.
  • the stator 1 is inserted into a housing 16.
  • means for cooling the Syn ⁇ chron machine 2 are provided. These include cooling fins for air cooling or in the housing 16 located meandering or wen ⁇ deiförmig arranged cooling channels for liquid cooling.
  • On the rotor 14 are located on the peripheral surface of permanent magnets 15, which are held by suitable means such as a bandage 17.
  • the rotor 14 itself has means for cooling, eg cooling channels 18.
  • the rotor 14 is positioned, for example, on a spindle 19 which forms part of a production or machine tool, not shown in more detail.
  • FIG. 5 shows by way of example a carrier 23 in a perspective view, which can be provided with flat wires 5. Da ⁇ in takes over the inner side 24 of the carrier 23, the Hauptiso ⁇ lation between the flat wires 5 and the tooth. 3

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  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
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Abstract

Um eine erhöhte Kupferfüllung in Nuten (4) einer permanenterregte Synchronmaschine (2) zu schaffen, wird eine gattungsgemäße Maschine vorgeschlagen, mit einem Stator (1), der parallelflankige Nuten (4) aufweist, die mit einem Wicklungssystem aus Flachdrähten (5) versehen sind, wobei die Flachdrähte (5) jeweils einen Zahn (3) umfassen und als Zahnspule (6) ausgeführt ist wobei die Flachdrähte (5) hochkant gewickelt sind, so dass jeweils die schmalere Seite des Flachdrahtes (5) zum Zahn (3) weist und jede Zahnspule (6) zumindest zwei Lagen Flachdrähten (5) aufweist.

Description

Beschreibung
Permanenterregte Synchronmaschine mit Flachdrahtwicklungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine permanenterregte Syn¬ chronmaschine mit einem Stator, der parallelflankige Nuten aufweist, die mit Flachdrahtwicklungen versehen sind, wobei die Flachdrahtwicklung jeweils einen Zahn umfasst und als Zahnspule ausgeführt ist.
Um Stromverdrängungseffekte und damit die Wärmeeintrag in die elektrische Maschine zu reduzieren, ist es bekannt, die Spu¬ len aus einem verdrillten oder verseilten Leiterbündel aus einzelnen Runddrähte zu wickeln. Nachteilig dabei ist der er- höhte Fertigungsaufwand und die Reduzierung des Kupferfüll¬ faktors in der Nut der elektrischen Maschine.
Die Spule kann um oben genannte Nachteile zu vermeiden auch aus Kupferpressseil hergestellt werden, was aber erhöhte Kos- ten der Spule zur Folge hat.
Aus der EP 1 255 344 Al ist eine Spulenanordnung bekannt, die aus Flachdraht aufgebaut ist.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ei¬ ne permanenterregte Synchronmaschine zu schaffen, die mit re¬ duzierten Herstellungsaufwand einen erhöhten Kupferfüllfaktor aufweist bei gleichzeitig einem vergleichsweise niedrigem Zu¬ satzVerlustfaktor.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass die Flachdrähte hochkant gewickelt sind, so dass jeweils die schmalere Seite des Flachdrahtes zum Zahn weist und jede Zahnspule zumindest zwei Lagen Flachdrähten aufweist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Flachdrahtes orien¬ tiert sich der Wicklungsquerschnitt insbesondere in Richtung der Nutbreite und nur minimal in Richtung der Nuthöhe. Da¬ durch reduziert sich der Stromverdrängungseffekt, was die Zu¬ satzverluste gegenüber anderen Wicklungsanordnungen wesent¬ lich verringert. Insbesondere können derartige Zahnspulen bei in Richtung der Statorbohrung weisende offenen Nuten mit pa- rallelflankigen Nutenpaaren eingesetzt werden, was eine er¬ hebliche Erleichterung der Bestückung des Stators durch Zahnspulen verursacht.
Bei koaxial aufgebauten Statoren, werden die Zahnspulen von außen auf ein Sternpaket gesetzt und anschließend in einem Jochrücken positioniert.
Die dabei jeweils verwendeten Flachdrähte können mit Biegera- dien verarbeitet werden, die unterhalb der in den Drahtnormen angegebenen zulässigen Bereiche liegen.
Ein erfindungsgemäßer Aufbau ist insbesondere für Statoren von Torquemotoren geeignet, da dort u.a. erhöhte Anforderun- gen an die Kompaktheit dieses Motors gestellt werden.
Für die Montage der permanenterregten Synchronmaschine ist es vorteilhaft, wenn die Zahnspulen vorab auf Trägern positio¬ niert oder gewickelt werden.
Die Zahnspulen mit oder ohne Träger werden von der Statorboh¬ rung oder bei einem zweigeteilten Stator von außen auf den Zähnen positioniert und in einem Jochrücken fixiert.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im fol¬ genden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 einen Detailausschnitt der Flachdrahtwicklung, FIG 2 eine mit Flachdraht aufgebaute Zahnspule, FIG 3 Querschnitt einer elektrischen Maschine mit erfindungs¬ gemäßer Wicklung,
FIG 4 prinzipielle Reihenschaltung, FIG 5 perspektivische Darstellung eines Trägers.
FIG 1 zeigt eine Detailansicht eines Stators 1 einer elektri¬ schen Maschine. Diese Detailansicht zeigt einen Zahn 3 mit benachbarten Nuten 4, die parallelflankig ausgeführt sind. In den Nuten 4 sind die übereinander und nebeneinander angeord- neten Flachdrähte 5 dargestellt. Eine derartig aufgebaute
Zahnspule 6 ist so gewickelt, dass die unmittelbar am Zahn 3 befindliche Wicklungslage 7 sich vom Nutgrund 8 radial zur Statorbohrung erstreckt und sich auch die zweite Lage vom Nutgrund 8 zur Statorbohrung erstreckt. Die nebeneinanderlie- genden Wicklungslagen 7 der Flachdrähte 5 in einer Nut sind elektrisch sowohl in Reihe als auch parallel schaltbar. Da¬ durch lassen sich mit einer Flachdrahtabmessung zwei ver¬ schiedene Windungszahlen realisieren. Bei Parallelschaltung, wie z.B. in FIG 2 prinzipiell dargestellt, ist eine Teillei- terisolierung 20 nicht unbedingt erforderlich, da die Flach¬ drähte 5 lackisoliert ausgeführt sind.
Eine derartige Zahnspule 6 wie beispielhaft in FIG 2 gezeigt, ist vorteilhafterweise mit Biegeradien verarbeitet, die un- terhalb des in den Drahtnormen beschriebenen zulässigen Be¬ reichs liegen. Im Bereich der Nuten 4 weist die Zahnspule 6 eine Hauptisolierung 11 gegenüber dem Eisenblech 12 des Sta¬ tors 1 auf. Anfang 9 und Ende 10 der Zahnspule 6 gestatten eine Bestromung dieser Zahnspule 6 mit elektrisch parallelge- schalteten Flachdrähten 5. Die Flachdrähte 5 weisen bedarfs¬ weise eine Riffelung 21 oder sonstige Bearbeitung auf, die eine Verarbeitung z.B. das Wickeln der Zahnspule 6 erleich¬ tern. Zu weiteren Fixierung der Zahnspule 6 werden kabelbin- derähnliche Mittel 22 eingesetzt.
Falls die Zahnspule 6 auf einen Träger 23 gewickelt ist, kann zumindest auf der dem Zahn 3 zugewandten Seite auf die Haupt- isolierung 11 verzichtet werden, da dann das Material des Trägers 23 bereits diese Funktion übernimmt bzw. beinhaltet.
FIG 3 zeigt den Aufbau einer elektrischen Maschine, insbeson- dere einer permanenterregten Synchronmaschine 2, bei der der Stator 1 Zähne 3 mit paarweise parallelflankigen Nuten 4 und den jeweils dazwischen liegenden trapezförmig gestalteten un- bewickelten Zähnen 13 aufweist. Der Stator 1 ist in ein Ge¬ häuse 16 eingesetzt. Im oder am Gehäuse 16 sind vorteilhaft- erweise nicht näher dargestellte Mittel zur Kühlung der Syn¬ chronmaschine 2 vorgesehen. Dies sind u.a. Kühlrippen zur Luftkühlung oder im Gehäuse 16 befindliche mäander- oder wen¬ deiförmig angeordnete Kühlkanäle zur Flüssigkeitskühlung. Am Rotor 14 befinden sich an der Umfangsflache Permanentmagnete 15, die durch geeignete Mittel z.B. eine Bandage 17 gehalten werden. Der Rotor 14 selbst weist Mittel zur Kühlung, z.B. Kühlkanäle 18 auf.
Der Rotor 14 ist beispielsweise auf einer Spindel 19 positio- niert, die einen Teil einer nicht näher dargestellten Produk¬ tions- oder Werkzeugmaschine bildet.
FIG 4 zeigt eine Zahnspule 6, deren Flachdrähte 6 wie prinzi¬ piell dargestellt, über eine Verbindung 23 elektrisch in Rei- he geschaltet sind. Aufgrund der nunmehr zwischen den Lagen herrschenden Spannungsdifferenzen sind Teilleiterisolierungen 20 notwendig.
FIG 5 zeigt beispielhaft einen Träger 23 in perspektivischer Darstellung, der mit Flachdrähten 5 versehen werden kann. Da¬ bei übernimmt die Innenseite 24 des Trägers 23 die Hauptiso¬ lation zwischen den Flachdrähten 5 und dem Zahn 3.

Claims

Patentansprüche
1. Permanenterregte Synchronmaschine (2) mit einem Stator (1), der parallelflankige Nuten (4) aufweist, die mit einem Wicklungssystem aus Flachdrähten (5) versehen sind, wobei die Flachdrähte (5) jeweils einen Zahn (3) umfassen und als Zahn¬ spule (6) ausgeführt ist, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die Flachdrähte (5) hochkant gewi¬ ckelt sind, so dass jeweils die schmalere Seite des Flach- drahtes (5) zum Zahn (3) weist und jede Zahnspule (6) zumin¬ dest zwei Lagen Flachdrähten (5) aufweist.
2. Permanenterregte Synchronmaschine (2) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Flachdraht jeder Lage vom Nutgrund aus gewickelt ist.
3. Permanenterregte Synchronmaschine (2) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass lediglich jeder zweite Zahn (3) eine Zahnspule (6) aufweist, so dass die Nuten (4) jeweils von einer Zahnspulenhälfte be¬ legt sind und sich eine Abfolge von unbewickelten und bewi¬ ckelten Zähnen (3,13) ergibt.
4. Permanenterregte Synchronmaschine (2), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stator (1) koaxial aufgebaut ist.
5. Permanenterregte Synchronmaschine (2) nach einem oder meh¬ reren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass die Zahnspulen (6) zumindest im Bereich der Nutenabschnitte im Stator (1) eine Hauptiso¬ lierung (11) aufweisen.
6. Permanenterregte Synchronmaschine (2) nach einem oder meh- reren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Zahnspule (6) auf einen Träger (23) gewickelt ist, so dass die Zahnspule (6) zusammen mit dem Träger (23) an dem Zahn (3) positionierbar ist.
7. Permanenterregte Synchronmaschine (2) nach einem oder meh¬ reren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Flachdrähte (5) einer Zahnspule (6) elektrisch parallel oder in Reihe schaltbar sind.
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