DE102008063908A1

DE102008063908A1 - Dreiphasige elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102008063908A1
Application number: DE102008063908A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Berchten
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-06-24
Also published as: WO2010078913A2; WO2010078913A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine dreiphasige elektrische Maschine mit einem aus Statorsegmenten aufgebauten Stator, wobei jedes Statorsegment mit einer Wicklung versehen ist und wobei die Wicklungen zu einem Stern mit drei durchgehend gewickelten Wicklungssträngen verschaltet sind. Erfindungsgemäß wird eine dreiphasige elektrische Maschine bereitgestellt, die bzw. deren Wicklung eine hohe Zuverlässigkeit und Rüttelfestigkeit bei hoher Kompaktheit, Effizienz und wirtschaftlicher Herstellbarkeit aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Wicklungsstrang in vorzugsweise zwei parallel geschalteten Spulengruppen 2a-2a, 2b-2b, 2c-2caufgeteilt ist, dass die Spulengruppen 2a-2a, 2b-2b, 2c-2caus mehreren nebeneinander liegenden Statorsegmentspulen 3 gebildet sind, dass die Spulengruppen 2a-2a, 2b-2b, 2c-2cder drei Phasen in sequentieller Reihenfolge nebeneinander angeordnet sind und dass die jeweils zweite Spulengruppe 2a, 2b, 2cparallel zu der ersten Spulengruppe 2a, 2b, 2cgeschaltet ist und ein negatives Vorzeichen aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine dreiphasige elektrische Maschine mit einem aus Statorsegmenten aufgebauten Stator, wobei jedes Statorsegment mit einer Wicklung versehen ist und wobei die Wicklungen zu einem Stern mit drei durchgehend gewickelten Wicklungssträngen verschaltet sind.
Eine derartige elektrische Maschine ist aus der WO 2006/069841 A1 bekannt. Diese Maschine weist einen Stator auf, dessen Statorpaket über seinen Umfang gleichmäßig verteilte Statorsegmente (Statorzähne) mit einer mehrphasigen Einzelzahnbewicklung aufweist, wobei jede Phase einen Wicklungsstrang aufweist, der aus mehreren Einzelzahnspulen besteht, die durchgehend gewickelt sind. Dabei sind die Anfänge und Enden dieser Einzelzahnspulen jeweils über ein gemeinsames, mehreren Einzelzahnspulen zugeordnetes Kontaktteil geführt und dort mit diesem elektrisch verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dreiphasige elektrische Maschine bereitzustellen, die bzw. deren Wicklung eine hohe Zuverlässigkeit und Rüttelfestigkeit bei hoher Kompaktheit, Effizienz und wirtschaftlicher Herstellbarkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Wicklungsstrang in vorzugsweise zwei parallel geschalteten Spulengruppen aufgeteilt ist, dass die Spulengruppen aus mehreren nebeneinander liegenden Statorsegmentspulen gebildet sind, dass die Spulengruppen der drei Phasen in sequentieller Reihenfolge nebeneinander angeordnet sind und dass die jeweils zweite Spulengruppe parallel zu der ersten Spulengruppe geschaltet ist und ein negatives Vorzeichen aufweist. Die so aufgebaute Statorwicklung eines Wicklungsstranges weist nur zwei Drahtenden auf. Das heißt, dass es im Wickelkopf nur ein Minimum an Drahtenden gibt, die sich unter Umständen beim Betrieb der Maschine aus einer Kontaktierung lösen können. Damit besitzt die Verschaltung das Maximum an erreichbarer Zuverlässigkeit und Rüttelfestigkeit. Dabei wurde zudem festgestellt, dass die so aufgebaute Statorwicklung sich dämpfend auf radiale Schwingungen des Rotors auswirkt, was sich positiv auf das Laufverhalten des Antriebsstrangs auswirkt. Mit der so aufgebauten und zu einem Stern verschalteten Maschine wird zudem ein gegenüber einer entsprechend im Dreieck verschalteten Maschine verbesserter Wirkungsgrad erreicht.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Wicklungsstränge in sequentieller Folge in einer Drehrichtung durchgewickelt. Dadurch wird neben der erreichten höheren Zuverlässigkeit erreicht, dass die Wechselbewegungen für die sonst erforderlichen Zwischenkontaktierungen wegfallen. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Wickelzeit sich um bis zu 10% gegenüber einer im Dreieck geschalteten Maschine reduzieren lässt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung verlaufen drei die Spulengruppen auf der Nichteinspeisungsseite parallel schaltende und verbindende Gruppenverbinder im Wickelkopf parallel. Dadurch wird wiederum in weiterer Ausgestaltung ermöglicht, dass die Gruppenverbinder mit einem einzigen Kontaktierungsprozess kurzgeschlossen werden können und somit die Sternschaltung realisiert werden kann. Dies trägt auch zu einer hohen Betriebssicherheit bei.
In Weiterbildung der Erfindung weist die elektrische Maschine n-mal sechs Statorsegmente auf, wobei ”n” eine ganzzahlige Ziffer ist. Damit lässt sich das Wicklungskonzept im Minimum mit sechs Statorsegmenten realisieren, wobei insbesondere in Abhängigkeit der Größe der Maschine auch zwölf, achtzehn oder mehr Statorsegmente realisierbar sind.
Es wurde festgestellt, dass sich mit der beschriebenen Wicklung ein Statorsektor mit geringen Spannungsbelastungen definieren lässt. Vorzugsweise wird dieser bei einer Maschine mit horizontal liegender Achse so definiert, dass der Statorsektor nach unten zu liegen kommt. Dadurch ist die Maschine robust gegen Schwitz- und gegebenenfalls eindringendes Fremdwasser.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in der einzigen Fig. dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
In der Zeichnung sind in einer abgewickelten Darstellung insgesamt 18 Statorsegmente 1 eines Stators einer dreiphasigen elektrischen Maschine dargestellt. Die Statorsegmente 1 sind bei der gebauten Maschine in einem zylinderförmigen Statorsegmentgehäuse angeordnet und weisen mit dem jeweils freien Ende des Statorsegments 1 zu der Mittelachse des Statorsegmentgehäuses. Diese Achse bildet gleichzeitig die Motorwelle eines Rotors mit gleichmäßig am Umfang verteilt angeordneten Permanentmagneten, die mit den Statorsegmenten 1 zusammenwirken. Beim Betrieb der elektrischen Maschine wird die Motorwelle in Drehbewegung versetzt. Die so aufgebaute elektrische Maschine eignet sich besonders vorteilhaft in Verbindung mit einer selbstzündenden Brennkraftmaschine zur Darstellung eines Hybridantriebs zur Anwendung in Maschinen oder Geräten. Hierbei ist eine hohe Zuverlässigkeit und Rüttelfestigkeit der elektrischen Maschine erforderlich, was durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung erreicht wird. Um die beim Dauerbetrieb dieser elektrischen Maschine auftretenden thermischen Belastungen zu reduzieren ist es vorgesehen, das Statorgehäuse mit einem umlaufenden Kühlmantel zu versehen, der mit einer Kühlflüssigkeit beschickt wird. Dabei kann dieser Kühlflüssigkeitskreislauf vorteilhaft mit dem Kühlflüssigkeitskreislauf der Brennkraftmaschine verschaltet werden.
In dem Ausführungsbeispiel sind jeweils eine Spulengruppe 2a₁ , 2b₁ , 2c₁ , 2a₂ , 2b₂ , 2c₂ aus drei nebeneinander liegenden Statorsegmentspulen 3 gebildet. Die jeweils zu der ersten Spulengruppe 2a₁ parallel geschaltete zweite Spulengruppe 2a₂ weist ein negatives Vorzeichen auf, was durch eine zu der ersten Spulengruppe entgegengesetzten Wicklungsrichtung erreicht wird. In der Zeichnung sind im Übrigen immer jeweils zwei Wicklungen einer Statorsegmentspule 3 um ein Statorsegment 1 dargestellt. Es versteht sich aber von selbst, dass hier bei der ausgeführten elektrischen Maschine eine Vielzahl von entsprechenden Wicklungen vorgesehen ist.
Die einzelnen Spulengruppen 2a₁ –2a₂ , 2b₁ –2b₂ , 2c₁ –2c₂ sind über Gruppenverbinder 4a, 4b, 4c miteinander verbunden, wobei die Gruppenverbinder 4a, 4b, 4c auf der Nichteinspeiseseite über eine in einem einzelnen Kontaktierungsprozess hergestellte Kurzschlussverbindung 5 zu einer Sternschaltung verbunden sind.
Auf der anschlussseitigen Seite sind die Kabelenden der einzelnen Spulengruppen paarweise zusammengeführt an eine entsprechende Spannungsversorgung angeschlossen.

1: Statorsegment
2a₁, 2b₁, 2c₁, 2a₂, 2b₂, 2c₂: Spulengruppe
3: Statorsegmentspule
4, 4b, 4c: Gruppenverbinder
5: Kurzschlussverbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/069841 A1 [0002]

Claims

Dreiphasige elektrische Maschine mit einem aus Statorsegmenten aufgebauten Stator, wobei jedes Statorsegment mit einer Wicklung versehen ist und wobei die Wicklungen zu einem Stern mit drei durchgehend gewickelten Wicklungssträngen verschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wicklungsstrang in vorzugsweise zwei parallel geschaltete Spulengruppen (2a₁ –2a₂ , 2b₁ –2b₂ , 2c₁ –2c₂ ) aufgeteilt ist, dass die Spulengruppen (2a₁ –2a₂ , 2b₁ –2b₂ , 2c₁ –2c₂ ) aus mehreren nebeneinander liegenden Statorsegmentspulen (3) gebildet sind, dass die Spulengruppen (2a₁ –2a₂ , 2b₁ –2b₂ , 2c₁ –2c₂ ) der drei Phasen in sequentieller Reihenfolge nebeneinander angeordnet sind und dass die jeweilige zweite Spulengruppe (2a₂ , 2b₂ , 2c₂ ) parallel zu der ersten Spulengruppe (2a₁ , 2b₁ , 2c₁ ) geschaltet ist und ein negatives Vorzeichen aufweist.
Dreiphasige elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsstränge in sequentieller Folge in einer Drehrichtung durchgewickelt sind.
Dreiphasige elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei die Spulengruppen (2a₁ –2a₂ , 2b₁ –2b₂ , 2c₁ –2c₂ ) auf der Nichteinspeisungsseite parallel schaltende und verbindende Gruppenverbinder (4a, 4b, 4c) im Wickelkopf parallel verlaufen.
Dreiphasige elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppenverbinder (4a, 4b, 4c) mit einem einzigen Kontaktierungsprozess kurzgeschlossen sind.
Dreiphasige elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine n-mal 6 Statorsegmente (1) aufweist, wobei n eine ganzzahlige Ziffer ist.