DE102004038723A1 - Winding for electrical machine with discrete flexible wires, has non-insulated part of flexible wires in stranded conductor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Wicklung für eine elektrische Maschine, aufweisend mehrere mit einer elektrischen Isolationsschicht isolierte Einzellitzen, die zu einem Litzenleiter verseilt sind.The Invention relates to a winding for an electrical machine, comprising a plurality of insulated with an electrical insulation layer Individual strands stranded into a stranded conductor.
Wie
aus der
Die Einzellitzen werden gewöhnlich mit einer elektrisch isolierenden Lackschicht versehen. Da sich die Wirbelstromverluste durch das Läuferfeld im Ständer desto wirksamer reduzieren lassen, je geringer der Leiterdurchmesser der Einzellitzen ist, wird ein möglichst geringer Durchmesser der Einzellitzen angestrebt. Bei einem Litterdurchmesser von 0,2 mm und einer Schichtdicke der Lackschicht von üblicherweise 21 μm nimmt beispielsweise jedoch das Isoliermaterial rund 20% des gesamten Wicklungsquerschnittes ein. Dies wirkt sich entsprechend auf die Baugröße des Stators der elektrischen Maschine aus, da die Querschnittsfläche, die von der Isolierung belegt wird, nicht zur Erreichung des geforderten Leiterquerschnitts der Wicklung zur Verfügung steht.The Individual strands become ordinary provided with an electrically insulating paint layer. That I the eddy current losses through the rotor field in the stator the more reduce more effectively, the smaller the diameter of the conductor Single stranding is one's possible desired small diameter of the individual strands. With a litter diameter of 0.2 mm and a layer thickness of the lacquer layer of usually 21 microns takes For example, however, the insulating material about 20% of the total Winding cross section. This affects the size of the stator accordingly the electrical machine, because the cross-sectional area, the is demonstrated by the insulation, not to achieve the required Conductor cross section of the winding is available.
Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, eine Wicklung für eine elektrische Maschine anzugeben, mit der sich ver gleichsweise geringe Baugrößen der elektrischen Maschine erreichen lassen.The The object of the invention is therefore to provide a winding for an electrical Specify machine with the comparatively small sizes of electrical machine can be achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem Litzenleiter ein Teil der Einzellitzen unisoliert ist, wobei die unisolierten Einzellitzen zumindest zum größten Teil isolierten Einzellitzen benachbart sind. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu nutze, dass eine Isolation der einzelnen Litzen gegeneinander auch dann in hinreichender Weise erfolgt, wenn nur eine isolierende Lackschicht zwischen den jeweils benachbarten Einzellitzen vorhanden ist, d. h. dass nur eine der Einzellitzen mit einer isolierenden Lackschicht beschichtet ist, während die andere Einzellitze unisoliert vorliegt. Bei sehr kleinen Durchmessern der Einzellitzen wird die Dicke der Lackschicht nämlich nicht durch die geforderte Isolationswirkung sondern durch rein technische Aspekte bei ihrer Herstellung bestimmt. D. h., dass die Schichtdicke des Isolationslackes nicht beliebig verringert werden kann, ohne Gefahr zu laufen, dass die Lackschicht die Leiteroberfläche der Einzellitze nicht vollständig bedeckt. Dies bedeutet aber, dass bei einer fortschreitenden Herabsetzung des Leiterdurchmessers der Einzellitzen zwar ein Wirkungsgradgewinn wegen der zunehmenden Reduzierung von Wirbelstromeffekten erreicht werden kann, aber andererseits der Flächenanteil des Isoliermaterials im Wicklungsquerschnitt überdimensional zunimmt, so dass sich eine Querschnittsverringerung der Einzellitzen wegen der Abnahme des Flächenanteils des leitenden Materials in der Wicklung über einen gewissen Grad hinaus nicht lohnt.These Task is inventively characterized solved, that in the stranded conductor a part of the individual strands is uninsulated, wherein the uninsulated Einzellitzen at least for the most part isolated individual strands are adjacent. The invention is made to use the knowledge that an isolation of the individual strands against each other even then done in a sufficient manner, if only an insulating lacquer layer between the adjacent individual strands is present, d. H. that only one of the single strands with an insulating Paint layer is coated while the other single strand is uninsulated. For very small diameters namely, the thickness of the varnish layer does not become the thickness of the individual strands by the required isolation effect but by purely technical Aspects determined during their production. This means that the layer thickness of the insulating varnish can not be arbitrarily reduced, without Danger to run, that the lacquer layer the conductor surface of the Single strand not complete covered. This means, however, that with a progressive reduction Although the conductor diameter of the individual strands an efficiency gain achieved because of the increasing reduction of eddy current effects can be, but on the other hand, the area ratio of the insulating material in the winding cross-section increases oversized, so that a cross-sectional reduction of the individual strands due the decrease of the area fraction of the conductive material in the winding beyond a certain degree not worth it.
Dieses Verhältnis wird erfindungsgemäß jedoch günstig dadurch verschoben, dass ein Anteil an Einzellitzen in die Wicklung aufgenommen wird, welche keine Lackschicht zur Isolierung tragen. Der Anteil an unisolierten Einzellitzen muss je nach Wicklungsart so bestimmt werden, dass eine Ausbildung von Kurzschlüssen zwischen zwei unisolierten Einzellitzen zumindest im Wesentlichen ausgeschlossen werden kann, d. h. dass die unisolierten Einzellitzen zumindest zum größten Teil isolierten Einzellitzen benachbart sein müssen. Ein Kurzschluss in Einzelfällen ist jedoch hinnehmbar, da hierdurch die Funktion der elektrischen Maschine nicht beeinträchtigt wird, sondern lediglich durch lokale Ausbildung von Wirbelströmen in den kurzgeschlossenen Litzen der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine geringfügig sinkt.This relationship is according to the invention, however Cheap shifted by a proportion of individual strands in the winding is taken, which do not wear paint layer for insulation. The proportion of uninsulated individual strands must depend on the type of winding be determined so that training short circuits between two uninsulated individual strands are at least substantially excluded can, d. H. that the uninsulated Einzellitzen at least for the most part must be adjacent isolated isolated strands. A short circuit in individual cases is However, it is acceptable, because this is the function of the electric machine not impaired is, but only by local training of eddy currents in the Shorted strands of the efficiency of the electric machine slightly decreases.
Bei der Festlegung des Füllungsgrades an unisolierten Einzellitzen im Verhältnis zu isolierten Einzellitzen muss daher der positive Effekt der Steigerung des Füllgrades an Leiterquerschnitt gegen den negativen Effekt vereinzelter Kurzschlüsse aufgewogen werden. Letzterer Effekt wird um so wahrscheinlicher, je höher der Anteil an unisolierten Einzellitzen ist, so dass sich konstruktionsabhängig ein Optimum für den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Wicklung einstellt, der jedoch vorteilhaft in jedem Falle zu einem höheren Wirkungsgrad führt, als bei einer Wicklung mit nur isolierten Einzellitzen. Die Wicklung kann insbesondere in einem Stator einer elektrischen Maschine mit supraleitendem Rotor, aber auch im Rotor selbst Verwendung finden.at the determination of the degree of filling on uninsulated single strands in relation to isolated single strands must therefore have the positive effect of increasing the degree of filling At conductor cross-section against the negative effect of isolated short circuits outweighed become. The latter effect becomes more likely the higher the Proportion of uninsulated single strands is, so that depends on the design an optimum for the Efficiency of the winding according to the invention However, the advantageous in any case to a higher efficiency leads, as in a winding with only isolated individual strands. The winding can in particular in a stator of an electric machine with superconducting rotor, but also find use in the rotor itself.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Litzenleiter kompaktiert ist. Durch die Kompaktierung des Litzenleiters wird erreicht, dass die Zwischenräume, die sich insbesondere bei der Stapelung runder Einzellitzen im Querschnitt der Wicklung ergeben, verringert werden, so dass der Flächeninhalt der Wicklung besser ausgenutzt werden kann. Hierdurch lässt sich vorteilhaft eine zu sätzliche Steigerung des Wirkungsgrades der Wicklung (bei gleich bleibenden Bauraum) erreichen. Insbesondere werden vorteilhaft die Zwischenräume ausgefüllt, die sich durch die fehlende Lackisolierung der unisolierten Einzellitzen ergeben.According to one advantageous embodiment of the invention it is provided that the Stranded conductor is compacted. By compaction of the stranded conductor it is achieved that the interstices, in particular in the stacking of round single strands in the cross section of the winding be reduced, so that the surface area of the winding better utilized can be. This leaves advantageous to an additional Increasing the efficiency of the winding (at the same Space) reach. In particular, the intermediate spaces are advantageously filled, the by the lack of paint insulation of the uninsulated individual strands result.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Litzenleiter aus mehreren Wicklungslagen, bestehend aus jeweils dicht nebeneinander angeordneten Einzellitzen, aufgebaut ist, wobei benachbarte Wicklungslagen abwechselnd jeweils ausschließlich aus isolierten Einzellitzen und jeweils aus einer abwechselnden Folge von einer isolierten Einzellitze und eine unisolierten Einzellitze bestehen. Eine derartig konfigurierte Wicklung lässt sich vorteilhaft besonders einfach und sicher herstellen. Da nämlich die Lagen, die unisolierte Einzellitzen enthalten jeweils durch eine Lage, die komplett aus isolierten Einzellitzen besteht, getrennt werden, können Kurzschlüsse zwischen unisolierten Einzellitzen ausgeschlossen werden. Dies gilt auch, wenn sich die Wicklungslagen untereinander verschieben sollten, was beim Setzen der Wicklungslagen oder auch beim Kompaktieren passieren kann.According to a particular embodiment of the invention it is provided that the stranded conductor of several winding layers, each consisting of closely juxtaposed individual strands, on is constructed, wherein adjacent winding layers alternately each consist exclusively of isolated individual strands and each of an alternating sequence of an insulated single strand and an uninsulated Einzellitze. Such a configured winding can be advantageous particularly easy and safe to produce. Since the layers containing uninsulated single strands are each separated by a layer consisting entirely of insulated individual strands, short circuits between uninsulated strands of individual strands can be ruled out. This also applies if the winding layers should shift with each other, which can happen when setting the winding layers or when compacting.
Gemäß einer anderen speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Litzenleiter aus mehreren Wicklungslagen, bestehend aus jeweils dicht nebeneinander angeordneten Einzellitzen, aufgebaut ist, wobei jede Wicklungslage aus einer abwechselnden Folge von einem Paar von isolierten Einzellitzen und einer einzelnen unisolierten Einzellitze besteht und benachbarte Wicklungslage jeweils mit einem Versatz von einer halben Litzenbreite derart aufeinander liegen, dass die einzelnen unisolierten Einzellitzen jeweils an die Paare von isolierten Einzellitzen der benachbarten Wicklungslage sto ßen. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist in jeder Wicklungslage ein Anteil von unisolierten Einzellitzen vorgesehen, wodurch sich vorteilhaft der Anteil an unisolierten Einzellitzen steigern lässt. Bei Einhaltung der richtigen Wickelfolge der Wicklungslagen, d. h. bei Gewährleistung der Tatsache, dass jeweils das Paar isolierter Einzellitzen in die Nachbarschaft der unisolierten Einzellitze der vorhergehenden Wickellage gerät, ist ein Kurzschluss einzelner unisolierter Einzellitzen immer noch zu verhindern.According to one Another special embodiment of the invention provides that the stranded conductor of several winding layers, each consisting of tightly juxtaposed individual strands, is constructed, wherein each winding layer of an alternating sequence of a pair of isolated single strands and a single uninsulated stranded strand exists and adjacent winding layer each with an offset of half a strand width lie on each other so that the individual uninsulated individual strands each to the pairs of isolated Individual strands of the adjacent winding layer butts. In this embodiment The invention is a proportion of uninsulated in each winding layer Provided single strands, which advantageously the proportion of increase uninsulated single strands. In keeping with the right one Winding sequence of the winding layers, d. H. while ensuring the fact that each pair of isolated individual strands in the neighborhood of uninsulated Einzellitze the previous winding layer device is a Short circuit of single uninsulated single strand still to prevent.
Der Anteil an unisolierten Einzellitzen kann sogar noch gesteigert werden, wenn jede Wickellage aus einer abwechselnden Folge von einer isolierten Einzellitze und einer unisolierten Einzellitze besteht. In diesem Fall muss auf einer unisolierten Einzellitze in der folgenden Wickellage jeweils eine isolierte Einzellitze zu liegen kommen bzw. anders herum. Hierbei sind einzelne Kurzschlüsse jedoch nicht mehr auszuschließen, wobei, wie bereits erwähnt, der Gewinn für den Flächenanteil von Leitermaterial (Wirkungsgradsteigerung) und das Auftreten vereinzelter Wirbelstromeffekte (Wirkungsgradverlust) gegeneinander abgewägt werden muss.Of the Proportion of uninsulated single strands can even be increased if each winding layer of an alternating sequence of an isolated stranded strand and an uninsulated Einzellitze. In this case, must on an uninsulated single strand in the following winding layer respectively to come to rest an isolated strand or vice versa. in this connection are individual shorts but can not be ruled out whereby, as already mentioned, the profit for the area fraction of conductor material (increase in efficiency) and the occurrence of isolated eddy current effects (Loss of efficiency) must be weighed against each other.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Dabei sind gleichen oder sich entsprechenden Zeichnungselementen jeweils die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, welche nur insoweit mehrmals erläutert werden, wie sich Unterschiede zwischen den Figuren ergeben. Es zeigenFurther Details of the invention are described below with reference to the drawing explained. There are the same or corresponding drawing elements each assigned the same reference numerals, which only insofar explained several times become, how differences arise between the figures. Show it
In
Der
Litzenleiter ist aus Wicklungslagen
Eine
andere Ausführungsform
mit einem Anteil von rund 50% an unisolierten Einzellitzen erhält man,
wenn man die in
Gemäß
In
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DE200410038723 DE102004038723A1 (en) | 2004-08-06 | 2004-08-06 | Winding for electrical machine with discrete flexible wires, has non-insulated part of flexible wires in stranded conductor |
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DE (1) | DE102004038723A1 (en) |
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