DE10042024A1 - Electrical machine e.g. asynchronous machine for motor vehicle, comprises slotted stator, slotted rotors and stator iron core with an essentially spiral-shaped coil - Google Patents
Electrical machine e.g. asynchronous machine for motor vehicle, comprises slotted stator, slotted rotors and stator iron core with an essentially spiral-shaped coilInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit axialem Luftspalt und auf ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine.The invention relates to an electrical machine axial air gap and on a method for producing a electrical machine.
In vielen Anwendungen benötigt man elektrische Maschinen, die kurz bauen und einen vergleichsweise großen Durchmesser aufweisen dürfen. Dies gilt z. B. für Starter-Generatoren für Kraftfahrzeuge. Daher bieten sich Maschinen-Bauweisen mit Scheibenläufern an. Weiterhin sind in den meisten Anwendungen ein hohes Anfahrdrehmoment und ein hoher Drehzahlbereich konstanter Leistung (Feldschwächbereich) gefordert.In many applications you need electrical machines that build short and a comparatively large diameter may have. This applies e.g. B. for starter generators for Motor vehicles. Therefore, machine construction methods are also available Disc rotors. Furthermore, in most applications a high starting torque and a high speed range constant power (field weakening range) required.
Derzeitiger Stand der Technik sind übliche Maschinen mit radialem Luftspalt, die die geringe Länge durch kurze Wickelköpfe erreichen, was jedoch zu einer hohen Streuung führt. Daher sind in dieser Ausführung im wesentlichen nur permanenterregte Maschinen möglich, die Nachteile bezüglich Kosten und Temperaturfestigkeit aufweisen.Current state of the art are with common machines radial air gap, the short length by short Winding heads reach, but this leads to a high spread leads. Therefore in this version are essentially only permanently excited machines possible, the disadvantages regarding Show cost and temperature resistance.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine mit einem axialen Luftspalt anzugeben, die eine kurze Bauweise mit einem hohen Drehzahlbereich konstanter Leistung gewährleistet. Außerdem soll ein Verfahren zum Herstellen einer solchen elektrischen Maschine und eine Verwendung der elektrischen Maschine angegeben werden.The invention is therefore based on the object specify electrical machine with an axial air gap, which is a short design with a high speed range guaranteed constant performance. In addition, a procedure is said to manufacture such an electrical machine and a Use of the electrical machine can be specified.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine mit axialem Luftspalt, wobei gemäß der Erfindung die Maschine als Asynchronmaschine ausgeführt ist mit einem genutetem Stator und genuteten Rotoren, wobei der Statoreisenkern eine im wesentlichen spiralförmige Wicklung aufweist, deren Achse angenähert in Umfangsrichtung zum Statoreisenkern angeordnet ist.The first-mentioned task is solved by an electrical one Machine with an axial air gap, the according to the invention Machine is designed as an asynchronous machine grooved stator and grooved rotors, the Stator iron core has a substantially spiral winding has, whose axis approximately in the circumferential direction to Stator iron core is arranged.
Hierdurch wird der Aufbau eines Asynchronmotors ermöglicht, der die angeführten Nachteile überwindet. Es wird eine kurze Bauweise bei einem hohen Drehzahlbereich konstanter Leistung erreicht.This enables the construction of an asynchronous motor that overcomes the disadvantages mentioned. It will be a short one Construction with a high speed range of constant power reached.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine, wobei die Nuten durch eine mit der Wickeldrehzahl des Stator- bzw. Rotorringkerns synchronisierte Stanzvorrichtung angebracht werden. Durch das Verfahren wird das Fertigen der Nuten wesentlich vereinfacht.The second task is solved by a method for Manufacture an electrical machine, the grooves through one with the winding speed of the stator or rotor ring core synchronized punching device can be attached. By the The process of making the grooves is considerably simplified.
Die drittgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Verwendung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine als Fahrzeugantrieb. Durch den kurz bauenden Aufbau bei zugleich hohem Drehzahlbereich ist die elektrische Maschine besonders für den Einsatz in Fahrzeugen geeignet. The third object is achieved through use the electrical machine according to the invention as Vehicle drive. Due to the short construction at the same time high speed range, the electrical machine is special suitable for use in vehicles.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.Further advantageous embodiments of the invention are in the Sub-claims reproduced.
Die Erfindung ist anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in den Figur näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on several embodiments in the Figure explained in more detail. Show it:
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer elektrischen Maschine in einem Querschnitt in schematischer Darstellung; Figure 1 shows a section of an electrical machine in a cross section in a schematic representation.
Fig. 2 einen Stator gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung; FIG. 2 shows a schematic illustration of a side view of a stator according to FIG. 1;
Fig. 3 einen Rotor gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung; und FIG. 3 shows a rotor according to Fig 1 in a side view in schematic illustration. and
Fig. 4 . einen Läufer in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung. Fig. 4. a runner in a side view in a schematic representation.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer elektrischen Maschine 2 mit einem genuteten Stator 4 und zwei genuteten Rotoren 6, 8 in schematischer Darstellung auf. Die elektrische Maschine 2 ist als Asynchronmaschine ausgeführt. Der Stator 4 ist zwischen den beiden Rotoren 6 und 8 angeordnet. Zwischen dem Stator 4 und dem Rotor 6 bzw. dem Rotor 8 befindet sich jeweils ein Luftspalt 10 bzw. 12. Die Rotoren 6, 8 sitzen auf einer gemeinsamen Welle 14. Fig. 1 shows a section of an electrical machine 2 with a grooved stator 4 and two grooved rotors 6 , 8 in a schematic representation. The electrical machine 2 is designed as an asynchronous machine. The stator 4 is arranged between the two rotors 6 and 8 . There is an air gap 10 and 12 between the stator 4 and the rotor 6 and the rotor 8 , respectively. The rotors 6 , 8 sit on a common shaft 14 .
Asynchronmotoren werden üblicherweise mit Trommelwicklungen ausgeführt. Diese weisen Wickelköpfe auf, die sich im wesentlichen über eine Polteilung erstrecken und daher erheblich in den eisenfreien Raum hinausragen. Solche Wicklungen sind nur bedingt für Axialflußmotoren geeignet, da im Innenraum des Statoreisenkerns 16 nur wenig Platz für die Wickelköpfe zur Verfügung steht.Asynchronous motors are usually designed with drum windings. These have end windings which essentially extend over a pole pitch and therefore protrude considerably into the iron-free space. Such windings are only suitable for axial flux motors to a limited extent, since there is only little space available for the winding heads in the interior of the stator iron core 16 .
Daher ist es erheblich günstiger, eine mehrsträngige im wesentlichen spiralförmige Wicklung 18 zu verwenden, die in axialer Richtung über den Statorrücken geschlossen wird. D. h. daß die Achse der Wicklung 18 relativ zum Statoreisenkern 16 angenähert in Umfangsrichtung angeordnet ist. Die Wicklung 18 kann beispielsweise als Gramme-Wicklung ausgeführt sein.It is therefore considerably cheaper to use a multi-strand, essentially spiral winding 18 which is closed in the axial direction via the back of the stator. That is, that the axis of the winding 18 is arranged approximately in relation to the stator iron core 16 in the circumferential direction. The winding 18 can be designed, for example, as a gram winding.
Fig. 2 zeigt den Stator 4, in diesem Ausführungsbeispiel mit 24 Nuten ausgeführt, in einer Seitenansicht, die z. B. als vierpolige Dreiphasen-Maschine mit 2 Nuten pro Pol verschaltet werden kann. Eine besonders gute Ausnutzung einer solchen Statorwicklung ergibt sich, wenn der Eisenkreis axial beidseitig durch die zwei Rotoren 6, 8 geschlossen wird. Dadurch wird die Statorwicklung extrem streuarm ausführbar, was zu einem hohen Feldschwächbereich beiträgt. Fig. 2 shows the stator 4 , executed in this embodiment with 24 grooves, in a side view, the z. B. can be connected as a four-pole three-phase machine with 2 slots per pole. A particularly good utilization of such a stator winding results if the iron circuit is closed axially on both sides by the two rotors 6 , 8 . As a result, the stator winding can be designed with very little scatter, which contributes to a high field weakening range.
Der Rotor 6, 8 ist beispielhaft in Fig. 3 in einer Seitenansicht dargestellt. Die Nutung der Ringkerne 20 erfolgt wie im Stator 4, jedoch i. a. mit vom Stator 4 verschiedener Nutzahl. Die Nuten 20 werden mit einem elektrisch gut leitfähigen Material einschließlich der Kurzschlußringe 22 sowie 24 vergossen. Eine Nutschrägung kann je nach Anwendung Vorteile bringen.The rotor 6 , 8 is shown by way of example in FIG. 3 in a side view. The ring cores 20 are grooved as in the stator 4 , but generally with a different number of uses from the stator 4 . The grooves 20 are cast with an electrically highly conductive material including the short-circuit rings 22 and 24 . Depending on the application, a bevel can have advantages.
Der Stator 4 wird ebenso wie der Rotor 6, 8 sinnvollerweise als Ringkern aus einem Blechstreifen gewickelt. Die axial parallelflankigen Nuten werden in diesem Ausführungsbeispiel vor dem Wickeln des Kerns durch eine mit der Drehzahl der Wickelvorrichtung synchronisierte Stanzvorrichtung eingebracht werden. In entsprechender Weise wird auch der Rotor 6, 8 gefertigt. Die Wicklung wird dann automatisiert um den genuteten Ringkern gewickelt. Im Rotor kann ein übliches Aluminium- oder Kupfergußverfahren angewendet werden.Like the rotor 6 , 8, the stator 4 is usefully wound as a ring core from a sheet metal strip. In this exemplary embodiment, the axially parallel-flanked grooves are introduced before the core is wound by a punching device which is synchronized with the speed of the winding device. The rotor 6 , 8 is also manufactured in a corresponding manner. The winding is then automatically wrapped around the grooved toroid. A conventional aluminum or copper casting process can be used in the rotor.
Weitere nicht dargestellte Ausführungsbeispiele der Axialfluß- Maschine beinhalten einen ungenuteten Stator mit einer Luftspaltwicklung für hoch ausgenutzte Maschinen.Further exemplary embodiments of the axial flow Machine include an unslotted stator with one Air gap winding for highly utilized machines.
Eine andere Ausprägung ist die Verwendung eines permanentmagnetisch erregten Läufers 26 gemäß Fig. 4. Hier werden anstelle der Rotornuten grob trapezförmige Permanentmagnetelemente 28 sowie 30 auf dem Rotor-Ringkern befestigt, beispielsweise durch Klebung oder durch auflöten. Diese sind bezogen auf den Umfang in unterschiedlicher Richtung axial aufmagnetisiert. Solche Permanentmagnetelemente 28, 30 können zur Reduktion von Wirbelstromverlusten in mehrere Plättchen aufgeteilt sein. Der Läufer 26 ist besonders in Verbindung mit der Luftspaltwicklung vorteilhaft, da permanenterregte Maschinen einen höheren Luftspalt tolerieren.Another characteristic is the use of a permanent magnet excited rotor 26 according to FIG. 4. Here, instead of the rotor grooves, roughly trapezoidal permanent magnet elements 28 and 30 are fastened to the rotor toroid, for example by gluing or by soldering. These are axially magnetized in different directions with respect to the circumference. Such permanent magnet elements 28 , 30 can be divided into a plurality of platelets in order to reduce eddy current losses. The rotor 26 is particularly advantageous in connection with the air gap winding, since permanently excited machines tolerate a higher air gap.
Zur Steigerung der Leistung der Maschine 2 vor allem bei Hochleistungsanwendungen kann auch eine Anordnung mit einer Vielzahl von Statoren und Rotoren gewählt werden, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind.To increase the performance of the machine 2 , especially in high-performance applications, an arrangement with a large number of stators and rotors can also be selected, which are arranged one behind the other in the axial direction.
Andere Anwendungen beinhalten Antriebe mit hohen Anforderungen an geringe Baulänge und/oder hohen Feldschwächbereich, wie z. B. Fahrzeugantriebe, insbesondere Hybridantriebe.Other applications include drives with high demands short overall length and / or high field weakening range, such as z. B. vehicle drives, especially hybrid drives.
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Cited By (3)
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| WO2011045479A2 (en) * | 2009-10-12 | 2011-04-21 | Julien Gillonnier | Electric machine having stationary or movable spiral coils |
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