DE10040469A1 - Wicklung für eine elektrische Maschine - Google Patents

Abstract

Eine Wicklung für eine elektrische Maschine weist eine Anzahl von Spulen (7) auf, die Pole der elektrischen Maschine definieren. Die Spulen (7) weisen eine Spulenweite (W) auf. Benachbarte Pole sind um eine Polteilung (P) voneinander beabstandet. Die Spulenweite (W) ist gleich einem ungeradzahligen Vielfachen (n) der Polteilung (P), ggf. verringert um eine Sehnung (S).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wicklung für eine elektrische Maschine, mit einer Anzahl von Spulen, wobei die Spulen in Axialnuten der elektrischen Maschine eingelegt sind, wobei die Axialnuten um eine Nutteilung voneinander beabstandet sind, wobei die Spulen eine Spulenweite aufweisen und im stromdurchflossenen Zustand eine Anzahl von Polen mit einer Polteilung bilden.

Derartige Wicklungen sind allgemein bekannt. Ganzformspulen werden meist als sogenannte "Spulen gleicher Weite" ausge­ führt. Bei ihnen ist die Spulenweite gleich der Polteilung, gegebenenfalls verringert um eine Sehnung.

Wicklungen für elektrische Maschinen werden in der Regel zu­ nächst gewickelt und danach bei Ganzformspulen für Mittel- und Hochspannungsmaschinen manuell oder halbautomatisch mit einem Isolierband umwickelt, mittels dessen sie gegenüber dem Ständer- oder Läuferblechpaket der Maschine isoliert werden. Erst die umwickelten Spulen werden dann in die elektrische Maschine eingesetzt.

Das (halb-)automatische Wickeln des Isolierbandes ist nur bis zu einer Minimalspulenweite möglich. Elektrische Maschinen mit einer Polteilung, die unterhalb der Minimalspulenweite liegt, werden daher entweder gar nicht verwirklicht oder aber die Spulen werden manuell mit dem Isolierband umwickelt. Au­ ßerdem ist das Einlegen von Spulen kleiner Weite sehr aufwen­ dig oder gar nicht möglich und beansprucht aufgrund der beim Einlegen notwendigen Verformungen die Wicklungsisolierung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Wicklung für eine elektrische Maschine zu schaffen, bei der trotz einer Polteilung unterhalb der Minimalspulenweite ein zumindest halbautomatisches Umwickeln der Spulen mit dem Iso­ lierband möglich ist sowie das Einlegen der Spulen ermöglicht bzw. erleichtert wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Spulenweite gleich einem ungeradzahligen Vielfachen der Polteilung, ggf. verrin­ gert um eine Sehnung, ist. Das Vielfache kann dabei prinzi­ piell beliebig sein, wenn es nur größer als 1 ist.

Im einfachsten Fall ist die Sehnung Null. Sie kann aber auch von Null verschieden sein. Wenn die Sehnung von Null ver­ schieden ist, ist die Sehnung bei Ganzlochwicklungen (Loch­ zahl q [Nuten je Pol und Strang = ganze Zahl] gleich dem ein- oder vielfachen Abstand benachbarter Nuten. Bei Bruchloch­ wicklungen (Lochzahl q gebrochene Zahl) kann die Sehnung auch ein nicht ganzzahliges Vielfaches der Nutteilung (= Abstand benachbarter Nuten) sein, z. B. S = ½ . τ_N)

Wie bereits erwähnt, ist das Vielfache prinzipiell eine be­ liebige ungerade Zahl größer 1. In der Regel wird das Vielfa­ che aber das drei- oder fünffache sein.

Die elektrische Maschine entsteht bei Stromfluss aufgrund der Wicklung eine Anzahl von Polen, z. B. Polzahl 2p = 24 Pole. Das Vielfache kann wahlweise derart gewählt werden, dass die Polzahl durch dieses Vielfache teilbar ist oder nicht. Bei dem gegebenen Beispiel mit 24 Polen wäre beispielsweise bei Wahl der Spulenweite gleich dem Dreifachen der Polteilung die Anzahl der Pole durch das Vielfache, also 3, teilbar, bei Wahl des Fünffachen hingegen nicht.

Die Wicklung kann bei 2p ≧ 6 in jedem Fall als Ständerwick­ lung ausgebildet sein. Im Einzelfall, nämlich bei Schleif­ ringläufern, kann die Wicklung aber auch als Läuferwicklung ausgebildet sein.

Prinzipiell ist die erfindungsgemäße Wicklung bei ein- und mehrphasigen elektrischen Maschinen einsetzbar. Der typische Anwendungsfall besteht aber darin, dass die elektrische Ma­ schine als Drehstrommotor oder -generator ausgebildet ist und drei erfindungsgemäße Wicklungen (sogenannte Wicklungssträn­ ge) aufweist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zei­ gen in Prinzipdarstellung

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer elektri­ schen Maschine,

Fig. 2 Ausschnitte aus Wicklungen des Standes der Technik und

Fig. 3 bis 5 Ausschnitte aus Wicklungen gemäß der vorliegen­ den Erfindung.

In Fig. 1 ist schematisch ein Querschnitt durch einen Dreh­ strommotor als Beispiel einer elektrischen Maschine darge­ stellt. Er weist einen Käfigläufer 1 und einen Ständer 2 auf. Der Ständer 2 weist drei ? Wicklungen 3 bis 5 auf. Diese sind, wie auch im Stand der Technik allgemein üblich, in Nu­ ten 6 eingelegt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind dabei in Fig. 1 nur 18 Nuten 6 dargestellt. In der Regel weist die elektrische Maschine aber erheblich mehr Nuten 6 auf.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen nun Ausschnitte von Ständern 2 dreiphasiger Drehstrommaschinen in abgerollter Darstellung.

Bei der konventionellen Ständerwicklung des Standes der Tech­ nik gemäß Fig. 2 bildet die Wicklung mehrere Spulen 7. Jede Spule 7 ist dabei in Fig. 2 durch ein Sechseck dargestellt. Die Polteilung τ_P entspricht dem 6-fachen Abstand τ_N benach­ barter Nuten 6. Die Spulenweite W der Spulen 7 ist gleich dem 5-fachen Abstand benachbarter Nuten 6. Die Pfeile in Fig. 2 sollen die jeweilige Stromflussrichtung für eine Zeitaugen­ blick der Spulen 7 andeuten.

Die beiden in Fig. 2 nicht dargestellten Wicklungen, z. B. die Wicklungen 4 und 5, sind gleichartig aufgebaut wie die darge­ stellte Wicklung 3. Sie sind lediglich um vier Nuten 6 nach links bzw. rechts versetzt angeordnet.

Ersichtlich ist in Fig. 2, also bei den Wicklungen des Standes der Technik, die Spulenweite W gleich der Polteilung P, ggf. verringert um die Sehnung S. Im Gegensatz hierzu ist in den Fig. 3 bis 5, also bei den erfindungsgemäßen Wicklungen, die Spulenweite W gleich einem ungeradzahligen Vielfachen n der Polteilung τ_P, ggf. verringert um die Sehnung S. Im einzel­ nen:
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der Ständerwicklung eines Stran­ ges einer dreiphasigen elektrischen Maschine. Ersichtlich ist die Polteilung τ_P gleich dem 6-fachen Abstand a benachbarter Nuten 6. Die Spulenweite W hingegen ist gleich dem Dreifachen der Polteilung τ_P abzüglich der Sehnung. Die Sehnung S ist bei der Wicklung gemäß Fig. 4 gleich eins.

Auch Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Wicklung für eine dreiphasige elektrische Maschine. Die Wick­ lung gemäß Fig. 4 entspricht im wesentlichen der Wicklung ge­ mäß Fig. 3. Im Unterschied hierzu ist die Spulenweite W jedoch gleich dem Fünffachen der Polteilung τ_P, Sehnung = 0, q = 1, τ_P = 3 . τ_N, Einschichtwicklung.

Fig. 5 zeigt eine der drei Wicklungen 3 bis 5 des Drehstrommo­ tors von Fig. 1, z. B. die Wicklung 3. Ersichtlich ist hier die Polteilung τ_P gleich dem 4,5-fachen des Abstands a. Die Spulenweite W hingegen ist gleich dem 13-fachen der Nuttei­ lung a. Die beiden in Fig. 5 nicht dargestellten Wicklungen, z. B. die Wicklungen 4 und 5, sind gleichartig aufgebaut wie die dargestellte Wicklung 3. Sie sind lediglich um drei Nuten 6 nach links bzw. rechts versetzt angeordnet.

Die Sehnung S ist bei der Wicklung gemäß Fig. 6 ersichtlich gleich dem halben Abstand a benachbarter Nuten. Die Spulen­ weite W ist somit gleich dem Dreifachen der Polteilung P, verringert um die Sehnung S.

17a = W = 3P - S = 3 × 6a - a.

Prinzipiell kann die Spulenweite W auch ein größeres ungerad­ zahlige Vielfaches n der Polteilung P (ggf. verringert um die Sehnung S) sein. Im Regelfall wird aber das Drei- oder Fünf­ fache ausreichen.

Die Wahl, welches Vielfache n der Polteilung τ_P herangezogen wird, ist nur von den gewünschten Abmessungen abhängig. Ins­ besondere kann die Anzahl von Polen der elektrischen Maschi­ nen durch das Vielfache n der Polteilung τ_P teilbar sein oder auch nicht.

Claims (10)

1. Wicklung für eine elektrische Maschine, mit einer Anzahl von Pole der elektrischen Maschine definierenden Spulen (7), wobei die Spulen (7) eine Spulenweite (W) aufweisen und be­ nachbarte Pole um eine Polteilung (P) voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenweite (W) gleich einem ungeradzahligen Vielfachen (n) der Polteilung (P), ggf. verringert um eine Sehnung (S), ist.

2. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Sehnung (S) Null ist.

3. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Spulen (7) in Nuten (6) eingelegt sind und die Sehnung (5) gleich dem Abstand (a) be­ nachbarter Nuten (6) ist.

4. Wicklung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenweite (W) gleich dem Dreifachen der Polteilung (P), ggf. verringert um die Sehnung (S), ist.

5. Wicklung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenweite (W) gleich dem Fünffachen der Polteilung (P), ggf. verringert um die Sehnung (S), ist.

6. Wicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Polen durch das Vielfache (n) der Polteilung (P) teilbar ist.

7. Wicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Polen nicht durch das Vielfache (n) der Polteilung (P) teilbar ist.

8. Wicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, dass sie als Ständerwicklung (3 bis 5) der elektrischen Maschine ausgebil­ det ist.

9. Elektrische Maschine mit mindestens einer Wicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Elektrische Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Drehstrommotor ausgebildet ist und drei Wicklungen (3 bis 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.