DE10048343C2 - Elektrische Maschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit mindestens einem Wicklungsstrang mit einer Vielzahl von gemeinsam gespeisten Spulen, die zwischen zwei Maschinensei­ ten angeordnet sind.

Derartige elektrische Maschinen sind allgemein bekannt. Die Spulen bilden im stromdurchflossenen Zustand eine Anzahl von Polen.

Aus der Zeitschrift EMA Elektrische Maschinen, 1967, Heft 11, Seite 338 und 339, ist eine elektrische Maschine bekannt, bei der in der Welle Ströme durch eine Induktionsspannung hervor­ gerufen werden. In der Welle können solche Spannungen durch eine Wicklungsunsymmetrie hervorgerufen werden. Der Ausgleich der induzierten Spannung kann einen Strom über die Lager zur Folge haben. Als Abhilfe wird die Isolierung der Lager oder die Überbrückung des Lagers über einen Schleifkontakt vorge­ schlagen. Nachteilig dabei ist der erhöhte Fertigungsaufwand.

Des Weiteren sind aus SEQUENZ "Die Wicklungen elektrischer Ma­ schinen", Band 1, Seite 5 und 15, Wicklungen bekannt, bei denen ein Wicklungsstrang aus zwei gleich großen Hälften besteht. Ebenso zeigt die DE-PS 7 61 310 die Teilung von Spulen und des Blechpakets aus Transportgründen.

Durch die Flankensteilheit der an den Maschinenklemmen anlie­ genden Umrichterspannung fließen aus den Spulen kapazitive Ströme gegen Erde ab. Dadurch ist der Spuleneingangsstrom größer als der Spulenausgangsstrom. Es kommt somit zu einer Axialdurchflutung der elektrischen Maschine. Dies führt zu einem die Welle umschlingenden Zirkularfluss, der eine Wel­ lenspannung induziert. Ist in der Schleife aus Welle, Lager, Lagerschild und Gehäuse keine ausreichende Lagerisolation vorhanden, so kommt es zu einem impulsförmigen, zirkulieren­ den Lagerstrom, der auf Dauer die Lager der elektrischen Ma­ schine beschädigen kann.

Es ist zwar möglich, an der Umrichtereinheit Filter vorzuse­ hen. Hierdurch werden jedoch die Kosten für die Umrichterein­ heit erhöht. Auch dicke Lagerisolierungen sind denkbar, rufen aber mechanische Probleme hervor. Erdungsbürsten sind eben­ falls unerwünscht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische Maschine zu schaffen, bei der auf einfache Weise gewährleistet ist, dass aufgrund dieses Effektes keine bzw. nur eine geringe axiale Durchflutung und damit kein oder nur ein geringer Lagerstrom auftreten.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Wicklungsstrang aus zwei gleich großen, einander parallel geschalteten Wicklungsstrang-Hälften besteht und dass je eine der Wicklungsstrang-Hälften von je einer der Maschinenseiten speisbar ist.

Dadurch heben sich die Axialdurchflutungen der beiden Wick­ lungsstrang-Hälften im wesentlichen vollständig gegenseitig auf, so dass kein Lagerstrom aufgrund dieses Effektes mehr entstehen kann.

Auch die verbleibende Restaxialdurchflutung kann auf Null re­ duziert werden, wenn die beiden Spulengruppen symmetrisch zu­ einander angeordnet sind.

Wenn die beiden Wicklungsstrang-Hälften mit dem gleichen Um­ richterausgang verbunden sind, werden zwangsweise an beide Spulengruppen stets die gleichen Spannungsverläufe angelegt.

Im Einzelfall, nämlich bei Schleifringläufern, kann der Wick­ lungsstrang eine Läuferwicklung der elektrischen Maschine bilden. In der Regel bildet der Wicklungsstrang aber eine Ständerwicklung der elektrischen Maschine.

Der Wicklungsstrang kann wahlweise als Ganz- oder als Bruch­ lochwicklung ausgebildet sein. Ebenso kann der Wicklungs­ strang wahlweise als Ein- oder als Mehrschichtwicklung, ins­ besondere als Zweischichtwicklung, ausgebildet sein.

Im Einzelfall kann die elektrische Maschine als einphasige elektrische Maschine ausgebildet sein. In der Regel ist sie aber als Drehstrommaschine ausgebildet und weist drei gleich ausgebildete Wicklungsstränge auf, die zusammen eine Wicklung der Drehstrommaschine bilden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbin­ dung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung

Fig. 1 eine elektrische Maschine im Längsschnitt und

Fig. 2 eine abgerollte Darstellung eines Ständerwicklungs­ stranges.

Gemäß Fig. 1 ist in einem Gehäuse 1 ein Ständer 2 mit einem Ständerblechpaket 2' angeordnet. Der Ständer 2 weist drei gleich ausgebildete Wicklungsstränge 3 auf, von denen in Fig. 1 nur einer sichtbar ist. Die elektrische Maschine weist fer­ ner einen Läufer 4 mit einem Läuferblechpaket 4' auf. Der Läufer 4 ist gemäß Fig. 1 als Käfigläufer ausgebildet. Die elektrische Maschine ist folglich eine Drehstrom-Asynchron­ maschine.

Das Läuferblechpaket 4' ist auf einer Welle 5 drehfest ange­ ordnet, die in Lagerschilden 6 gelagert ist. Die Lagerschilde 6 sind an den beiden Außenseiten des Gehäuses 1 befestigt, z. B. verschraubt.

Gemäß Fig. 2 weist der Wicklungsstrang 3 eine Vielzahl von Spulen 7 auf. Die Spulen 7 bilden zwei einander parallel ge­ schaltete Wicklungsstrang-Hälften 8, 9, die mit dem gleichen Umrichterausgang 10 einer Umrichtereinheit 11 verbunden sind. Sie werden somit aus dem Umrichterausgang 10 gemeinsam ge­ speist. Ersichtlich sind die beiden Wicklungsstrang-Hälften 8, 9 symmetrisch zueinander angeordnet und gleich groß. Fer­ ner ist ersichtlich je eine der beiden Wicklungsstrang-Hälf­ ten 8, 9 von je einer der beiden Maschinenseiten speisbar.

Aufgrund der Flankensteilheit der Umrichterspannung fließen aus den Spulen 7 kapazitive Ströme gegen Erde ab. Dies gilt unabhängig davon, ob die elektrische Maschine motorisch oder generatorisch betrieben wird. Jede der beiden Wicklungs­ strang-Hälften 8, 9 ruft daher eine Axialdurchflutung der elektrischen Maschine hervor. Aufgrund gleich großer Ausbil­ dung der beiden Wicklungsstrang-Hälften 8, 9 und deren Spei­ sung von je einer der beiden Maschinenseiten heben sich aber die beiden Axialdurchflutungen gegenseitig auf. In der Welle 5 der elektrischen Maschine wird somit im Gegensatz zu einer elektrischen Maschine des Standes der Technik aufgrund dieses Effektes kein Lagerstrom mehr hervorgerufen bzw. dieser auf Null bzw. auf nahezu Null reduziert.

Gemäß Fig. 2 sind die Spulen 7 des dargestellten Wicklungs­ stranges 3 in Axialnuten 12 des Ständerblechpakets 2' einge­ legt. Die beiden anderen, nicht dargestellten, aber gleich ausgebildeten Wicklungsstränge sind ebenfalls in die Axialnu­ ten 12 eingelegt. Sie sind lediglich um vier Axialnuten 12 nach links bzw. rechts versetzt angeordnet.

Obenstehend wurde eine Drehstrommaschine mit einem Innenläu­ fer beschrieben, der als Käfigläufer ausgebildet ist. Der Läufer 4 könnte aber auch als Außen- und/oder als Schleif­ ringläufer ausgebildet sein. Im letzteren Fall kann gegebe­ nenfalls auch die Läuferwicklung erfindungsgemäß ausgebildet sein.

Die elektrische Maschine muss ferner nicht zwangsweise als Asynchronmaschine ausgebildet sein. Sie kann auch als Syn­ chronmaschine der verschiedensten Ausprägungen ausgebildet sein. Auch kann die elektrische Maschine als Einphasen-Wech­ selstrommaschine ausgebildet sein.

Claims (5)

1. Elektrische Maschine mit mindestens einem Wicklungsstrang (3) mit einer Vielzahl von gemeinsam gespeisten Spulen (7), die zwischen zwei Maschinenseiten angeordnet sind, da­ durch gekennzeichnet, dass der Wick­ lungsstrang (3) aus zwei gleich großen, einander parallel ge­ schalteten Wicklungsstrang-Hälften (8, 9) besteht und dass je eine der Wicklungsstrang-Hälften (8, 9) von je einer der Ma­ schinenseiten speisbar ist.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wicklungs­ strang-Hälften (8, 9) symmetrisch zueinander angeordnet sind.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, dass die beiden Wicklungsstrang-Hälften (8, 9) mit dem gleichen Umrichter­ ausgang (10) einer Umrichtereinheit (11) verbunden sind.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, dass der Wick­ lungsstrang (3) eine Ständerwicklung der elektrischen Ma­ schine bildet.

5. Elektrische Maschine, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sie als Drehstrommaschine ausgebil­ det ist und drei gleich ausgebildete Wicklungsstränge (3) nach einem der obigen Ansprüche aufweist.