DE102019218607A1

DE102019218607A1 - Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102019218607A1
Application number: DE102019218607.6A
Authority: DE
Inventors: Patrick Fruehauf; Kurt Reutlinger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-06-02
Also published as: CN112886743A

Abstract

Bei einer Maschinenkomponente (110, 120) für eine elektrische Maschine (100), mit einem Grundkörper (200), der eine geradzahlige Mehrzahl von Nuten (210) aufweist und mit einer mehrphasigen Wicklung (330) versehen ist, die zumindest ein erstes und ein zweites Teilwicklungssystem (360, 370) umfasst, wobei das erste Teilwicklungssystem (360) eine erste Mehrzahl von Phasen (331, 332, 333) und das zweite Teilwicklungssystem (370) eine zweite Mehrzahl von Phasen (334, 335, 336) aufweist, wobei jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordnete Nuten (385, 386) der Mehrzahl von Nuten mit unterschiedlichen Phasen (331, 333, 336) der mehrphasigen Wicklung belegt sind, ist eine erste Nut (385) der zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten (385, 386) ausschließlich mit einer oder mehreren Phasen (331, 333) des ersten Teilwicklungssystems (360) belegt, und eine zweite Nut (386) der zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten (385, 386) ist mindestens mit einer Phase (333) des ersten Teilwicklungssystems (360) und einer Phase (336) des zweiten Teilwicklungssystems (370) belegt.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine, mit einem Grundkörper, der eine geradzahlige Mehrzahl von Nuten aufweist und mit einer mehrphasigen Wicklung versehen ist, die zumindest ein erstes und ein zweites Teilwicklungssystem umfasst, wobei das erste Teilwicklungssystem eine erste Mehrzahl von Phasen und das zweite Teilwicklungssystem eine zweite Mehrzahl von Phasen aufweist, wobei jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordnete Nuten der Mehrzahl von Nuten mit unterschiedlichen Phasen der mehrphasigen Wicklung belegt sind.
Aus dem Stand der Technik sind derartige Maschinenkomponenten für elektrische Maschinen bekannt, insbesondere für mehrphasige elektrisch erregte Synchronmaschinen, wobei die Maschinenkomponenten jeweils einen Grundkörper aufweisen, der eine geradzahlige Mehrzahl von Nuten aufweist und mit einer mehrphasigen Wicklung versehen ist, die zumindest ein erstes und ein zweites Teilwicklungssystem umfasst. Hierbei bilden die Maschinenkomponenten z.B. Statoren der mehrphasigen elektrisch erregten Synchronmaschinen aus, können aber alternativ hierzu auch Rotoren dieser Synchronmaschinen ausbilden.
Für den Fall, dass derartige mehrphasige elektrisch erregte Synchronmaschinen mit Spannungen unter einer sogenannten Berührschutzspannung von 60 V betrieben werden sollen, steigen die Ströme in der jeweiligen mehrphasigen Wicklung, wenn eine entsprechend große Leistung gefordert wird. Um hierbei die von entsprechenden Leistungshalbleitern zu schaltenden Ströme je Phase klein zu halten, finden häufig höhere Phasenanzahlen Anwendung, z.B. sechs Phasen.
Zur Realisierung einer sechsphasigen Wicklung werden in der Regel zwei elektrisch getrennte Teilwicklungssysteme verwendet, von denen jedes aus drei Phasen besteht. Hierbei werden die zwei dreiphasigen Teilwicklungssysteme üblicherweise entweder mit einem Phasenversatz von 30° elektrisch zueinander angeordnet, oder mit einem Phasenversatz von 0°. Elektrisch erregte Synchronmaschinen mit sechsphasigen Wicklungen mit einem Phasenversatz von 30° sind sogenannte „echte“ sechsphasige Maschinen, während elektrisch erregte Synchronmaschinen mit sechsphasigen Wicklungen ohne einen Phasenversatz, bzw. mit einem Phasenversatz von 0°, Drehstrommaschinen mit Doppelsystemen sind, bei denen die zwei dreiphasigen Teilwicklungssysteme parallel geschaltet sind bzw. die sechsphasige Wicklung mit zwei parallelen Zweigen aufgebaut ist.
Bei derartigen elektrisch erregten Synchronmaschinen mit sechsphasigen Wicklungen treten im Falle von normalen verteilten Wicklungen, wie sie bei Mehrphasensystemen üblich sind, jedoch durch die vergleichsweise große magnetische Kopplung zwischen den jeweils verwendeten zwei Teilwicklungssystemen vergleichsweise geringe Induktivitäten zwischen diesen Teilwicklungssystemen auf. Hierbei haben die zwei dreiphasigen Teilwicklungssysteme mit einem Phasenversatz von 30° elektrisch die Eigenschaft, dass die Induktivitäten sich für die Frequenzen der fünften, siebten, ... Ordnung der elektrischen Drehzahl jeweils im Wesentlichen auslöschen. Die Induktivität für die Frequenzen der fünften Ordnung ist dann beispielsweise 14mal kleiner als die der Grundschwingung. Damit sind bei vergleichsweise kleinen Spannungen, die von der Synchronmaschine selbst oder aus deren Ansteuerung herrühren können, bei den besagten Ordnungen sehr große Ströme möglich, was in der Regel zu Problemen in entsprechend zugeordneten, zur Schaltung der Ströme in den einzelnen Phasen erforderlichen Leistungshalbleitern führen kann.
Bei den zwei dreiphasigen Teilwicklungssystemen mit 0° Phasenversatz liegen die Wicklungen der beiden Teilwicklungssysteme in den selben Nuten übereinander und die magnetische Kopplung zwischen den beiden Teilwicklungssystemen ist maximal. Deshalb müssen an die zwei dreiphasigen Teilwicklungssysteme dieselben Spannungen angelegt werden, um eine ungleiche Stromaufteilung zu verhindern. Bei getakteten Umrichtern muss darüber hinaus auch auf ein sehr genaues, gleichzeitiges Schalten entsprechender Halbbrücken beider parallelen dreiphasigen Teilwicklungssysteme geachtet werden, da bereits ein geringer zeitlicher Versatz beim Schalten zu unzulässig hohen Stromspitzen und somit zu einer Überlastung einer entsprechenden elektrisch erregten Synchronmaschine mit sechsphasiger Wicklung führen kann.
Als eine Konsequenz hieraus können die sechsphasigen Wicklungen derartiger elektrisch erregter Synchronmaschinen nicht mit so genannter Haarnadel- (bzw. U-Pin-) oder I-Pin-Technologie aufgebaut werden, da bei dieser Art des Aufbaus, anders als z.B. bei einer Verwendung von Einzelspulenwicklungen, die magnetische Kopplung zwischen den zwei dreiphasigen Teilwicklungssystemen besonders stark ist. Dies ist unabhängig davon, ob die zwei dreiphasigen Teilwicklungssysteme mit einem Phasenversatz von 30° elektrisch zueinander angeordnet sind, oder mit einem Phasenversatz von 0°.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine, mit einem Grundkörper, der eine geradzahlige Mehrzahl von Nuten aufweist und mit einer mehrphasigen Wicklung versehen ist, die zumindest ein erstes und ein zweites Teilwicklungssystem umfasst. Das erste Teilwicklungssystem weist eine erste Mehrzahl von Phasen auf und das zweite Teilwicklungssystem weist eine zweite Mehrzahl von Phasen auf, wobei jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordnete Nuten der Mehrzahl von Nuten mit unterschiedlichen Phasen der mehrphasigen Wicklung belegt sind. Eine erste Nut der zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten ist ausschließlich mit einer oder mehreren Phasen des ersten Teilwicklungssystems belegt. Eine zweite Nut der zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten ist mindestens mit einer Phase des ersten Teilwicklungssystems und einer Phase des zweiten Teilwicklungssystems belegt.
Somit kann eine Maschinenkomponente mit einer mehrphasigen Wicklung bereitgestellt werden, die vorteilhafterweise ein erstes und ein zweites Teilwicklungssystem aufweist, wobei die magnetische Kopplung zwischen diesen beiden Teilwicklungssystemen reduziert ist. Hierdurch ergibt sich eine vergleichsweise größere verbleibende Induktivität zwischen den beiden Teilwicklungssystemen. Darüber hinaus sind das erste und zweite Teilwicklungssystem auf einfache Art und Weise in Stecktechnik herstellbar, wobei sowohl Haarnadel- (bzw. U-Pin-), als auch I-Pin-Wicklungen realisierbar sind.
Bevorzugt ist die mehrphasige Wicklung eine gesehnte Wicklung.
Somit kann eine sichere und zuverlässige Wicklung bereitgestellt werden.
Die mehrphasige Wicklung ist bevorzugt eine sechsphasige Wicklung, die nach Art einer Zweischichtwicklung mit einer ersten Wickelschicht und einer zweiten Wickelschicht ausgebildet ist, wobei das erste und zweite Teilwicklungssystem jeweils dreiphasig ausgebildet sind.
Somit kann eine mehrphasige Wicklung bereitgestellt werden, die insbesondere bei elektrisch erregten Synchronmaschinen Anwendung finden kann, die im Niederspannungsbereich betrieben werden, mit Spannungen unter einer sogenannten Berührschutzspannung von 60 Volt.
Gemäß einer Ausführungsform weist jede Phase der ersten Mehrzahl von Phasen des ersten Teilwicklungssystems und jede Phase der zweiten Mehrzahl von Phasen des zweiten Teilwicklungssystems jeweils eine doppelte Zonenbreite auf.
Somit kann eine mehrphasige Wicklung bereitgestellt werden, die auf einfache Art und Weise ohne sogenannte Umlenkverbinder hergestellt werden kann. Hierbei ist bei der Herstellung je Phase jeweils nur ein verkürzter Bügel zum Anschluss erforderlich. Eine entsprechende Schweißseite der mehrphasigen Wicklung ist symmetrisch.
Bevorzugt sind die erste Wickelschicht und die zweite Wickelschicht um eine Nut der Mehrzahl von Nuten gegeneinander verschoben.
Somit kann vorteilhafterweise eine gesehnte mehrphasige Wicklung mit doppelter Zonenbreite bereitgestellt werden. Hierbei kann im Vergleich zur ungesehnten mehrphasigen Wicklung mit doppelter Zonenbreite eine vergrößerte Induktivität zwischen dem ersten und zweiten Teilwicklungssystem erreicht werden, die um ein Vielfaches größer ist als bei der ungesehnten mehrphasigen Wicklung. Somit ergeben sich vorteilhafterweise weniger Probleme, wenn das erste und zweite Teilwicklungssystem unterschiedlich angesteuert werden. Darüber hinaus ist auch ein Versatz in entsprechenden Schaltzeiten beider Teilwicklungssysteme durch Unterschiede in einer zugeordneten Leistungselektronik sicher und zuverlässig kompensierbar. Des Weiteren ist auch ein sogenannter Blockbetrieb durch die große Induktivität der fünften und siebten Oberschwingung realisierbar. Darüber hinaus ist aufgrund vergleichsweise guter erzielbarer Wicklungsfaktoren an zugeordneten Maschinenklemmen eine praktisch sinusförmige Spannung erreichbar. Genauer ausgedrückt, Oberschwingungen der dritten Ordnung treten an den Maschinenklemmen nicht auf und entsprechende Oberschwingungen der fünften und siebten Ordnung haben einen Wicklungsfaktor von etwa 6,7 % und werden somit im Betrieb fast nicht abgetastet.
Gemäß einer Ausführungsform weist jede Phase der ersten Mehrzahl von Phasen des ersten Teilwicklungssystems und jede Phase der zweiten Mehrzahl von Phasen des zweiten Teilwicklungssystems jeweils eine einfache Zonenbreite auf.
Somit kann auf einfache Art und Weise eine gesehnte mehrphasige Wicklung mit einfacher Zonenbreite bereitgestellt werden.
Bevorzugt ist in dieser Ausgestaltungsvariante jede zweite Nut der Mehrzahl von Nuten mit nur einer einzelnen Phase der mehrphasigen Wicklung belegt.
Hierdurch kann die Bereitstellung einer einfach und unkompliziert zu realisierenden, mehrphasigen Wicklung ermöglicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die mehrphasige Wicklung nach Art einer Steckwicklung ausgebildet, bei der bügelförmige Leiter in jeweils zwei Nuten der Mehrzahl von Nuten gesteckt sind.
Somit kann die mehrphasige Wicklung robust und auf kostengünstige Art und Weise hergestellt werden.
Bevorzugt bilden die bügelförmigen Leiter Wickelschritte von jeweils fünf oder sieben Nuten aus.
Somit kann zur Realisierung der nach Art einer Steckwicklung ausgebildeten mehrphasigen Wicklung auf lediglich zwei unterschiedliche ausgeformte bügelförmige Leiter zurückgegriffen werden. Dies vereinfacht die Herstellung und reduziert entsprechende Herstellungskosten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Maschinenkomponente für eine nach Art einer achtpoligen elektrisch erregten Synchronmaschine ausgebildeten elektrischen Maschinen vorgesehen, wobei die Mehrzahl von Nuten 48 Nuten umfasst und die mehrphasige Wicklung sechs Phasen umfasst.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung einer mehrphasigen elektrisch erregten Synchronmaschine, bei der die von entsprechenden Leistungshalbleitern zu schaltenden Ströme je Phase vergleichsweise gering gehalten werden können. Dies ermöglicht eine Reduzierung einer jeweiligen Belastung der Synchronmaschine im Betrieb und vergrößert somit vorteilhafterweise deren Lebensdauer.
Figurenliste
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine mit einer Maschinenkomponente gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine Schnittansicht eines Grundkörpers der Maschinenkomponente von 1,
3 eine schematische Ansicht eines Nutbelegungsplans für eine mehrphasige Wicklung am Grundkörper von 2 gemäß einer ersten Ausführungsform,
4 eine schematische Ansicht eines Wickelschemas einer beispielhaften Phase der mehrphasigen Wicklung von 3 gemäß dem Nutbelegungsplan von 3,
5 eine schematische Ansicht eines Wickelschemas von zwei beispielhaften Phasen der mehrphasigen Wicklung von 3 gemäß dem Nutbelegungsplan von 3,
6 eine schematische Ansicht eines Wickelschemas aller Phasen der mehrphasigen Wicklung von 3 gemäß dem Nutbelegungsplan von 3,
7 eine schematische Ansicht eines Nutbelegungsplans für eine mehrphasige Wicklung am Grundkörper von 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform,
8 eine schematische Ansicht eines Wickelschemas einer beispielhaften Phase der mehrphasigen Wicklung von 7 gemäß dem Nutbelegungsplan von 7, und
9 eine schematische Ansicht eines Wickelschemas von zwei beispielhaften Phasen der mehrphasigen Wicklung von 7 gemäß dem Nutbelegungsplan von 7.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den Figuren werden Elemente mit gleicher oder vergleichbarer Funktion mit identischen Bezugszeichen versehen und nur einmal genauer beschrieben.
1 zeigt eine beispielhafte elektrische Maschine 100, die bevorzugt sowohl als Motor, als auch als Generator, betrieben werden kann. Die elektrische Maschine 100 hat illustrativ einen Stator 110 und einen Rotor 120, wobei im Kontext der vorliegenden Erfindung sowohl der Stator 110 als auch der Rotor 120 eine Maschinenkomponente der elektrischen Maschine 100 ausbildet. Nachfolgend wird beispielhaft der Stator 110 als Maschinenkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung weiter beschreiben, während der Rotor 120 beliebig ausgestaltet sein kann. Erfindungsgemäß ist es jedoch ebenso möglich, dass auch der Rotor 120 wie die nachfolgend beschriebene Maschinenkomponente der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein kann, während der Stator 110 beliebig ausgeführt sein kann.
2 zeigt die Maschinenkomponente 110 von 1, die gemäß einer Ausführungsform als Stator der elektrischen Maschine 100 von 1 ausgebildet ist. Die Maschinenkomponente bzw. der Stator 110 hat beispielhaft einen Grundkörper 200, der eine geradzahlige Mehrzahl von Nuten 210 aufweist. Der Grundkörper 200 bildet hierbei einen Statorkern aus und die geradzahlige Mehrzahl von Nuten 210 beträgt illustrativ 48.
Die Nuten der Mehrzahl von Nuten 210 sind bevorzugt länglich und erstrecken sich parallel zu einer Rotationsachse der elektrischen Maschine 100 von 1 bzw. der Maschinenkomponente 110. Bezogen auf eine Umfangsrichtung der Maschinenkomponente 110 ist die Mehrzahl von Nuten 210 voneinander beabstandet, bzw. sind die einzelnen Nuten der Mehrzahl von Nuten 210 voneinander beabstandet.
Im dargestellten Beispiel bilden 48 Nuten die Mehrzahl von Nuten 210. Diese 48 Nuten sind entlang des Umfangs der Maschinenkomponente 110 in Winkelabständen von etwa 7,5° mechanisch angeordnet.
Bevorzugt ist die Maschinenkomponente 110 mit den 48 Nuten, die die Mehrzahl von Nuten 210 ausbilden, zur Aufnahme einer mehrphasigen Wicklung ausgebildet, die sechs Phasen umfasst und zur Ausbildung einer achtpoligen elektrisch erregten Synchronmaschine vorgesehen ist, d.h. einer elektrisch erregten Synchronmaschine mit vier Polpaaren. Hierbei sind die 48 Nuten der Mehrzahl von Nuten 210 bevorzugt jeweils doppelt belegt, d.h. jede der 48 Nuten nimmt exakt zwei Leiter auf, die jeweils einer der sechs Phasen zugeordnet sein können. Somit ist die mehrphasige Wicklung bevorzugt nach Art einer Zweischichtwicklung ausgebildet. Beispielhafte mehrphasige Wicklungen zur Realisierung einer sechsphasigen Wicklung mit der Maschinenkomponente 110 von 2, bei der 48 Nuten die Mehrzahl von Nuten 210 bilden, sind nachfolgend bei 3 bis 9 im Detail beschrieben.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine achtpolige elektrisch erregte Synchronmaschine mit einer Maschinenkomponente, die exakt 48 Nuten umfasst und eine mehrphasige Wicklung mit sechs Phasen aufweist, beschränkt ist. Vielmehr kann die vorliegende Erfindung auch bei anderen Synchronmaschinen Anwendung finden, bei denen eine geradzahlige Mehrzahl von Nuten an der Maschinenkomponente zur Ausbildung einer mehrphasigen Wicklung vorgesehen ist. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung ganz allgemein bei Drehfeldmaschinen Anwendung finden, wie z.B. bei elektrisch oder permanentmagnetisch erregten Synchronmaschinen, Reluktanzmaschinen oder Asynchronmaschinen. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung bei allen Drehfeldmaschinen mit einer mehrphasigen Wicklung Anwendung finden, bei denen die mehrphasige Wicklung sechs Phasen aufweist und n*2 Pole und n*12 Nuten vorgesehen sind, wobei n ganzzahlig ist.
3 zeigt einen einer exemplarischen mehrphasigen Wicklung 330 zugeordneten, beispielhaften Nutbelegungsplan 300 für eine illustrative Nutgruppe von 12 Nuten der 48 Nuten, die die Mehrzahl von Nuten 210 der Maschinenkomponente 110 von 2 bilden. Diese illustrative Nutgruppe zeigt ein von der mehrphasigen Wicklung 330 ausgebildetes Polpaar und wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel noch dreimal wiederholt, um eine Belegung der 48 Nuten zu realisieren und die vier Polpaare der exemplarischen mehrphasigen Wicklung 330 auszubilden.
Die Maschinenkomponente 110 hat den Grundkörper 200, an dem die 12 Nuten der gezeigten Nutgruppe ausgebildet sind, wobei die einzelnen Nuten im Rahmen eines Nutnummerierungsschemas 380 von 1 bis 12 durchnummeriert sind. Der mehrphasige Wicklung 330 ist bevorzugt eine gesehnte Wicklung und ist exemplarisch aus sechs Phasen 331, 332, 333, 334, 335, 336 aufgebaut.
Die sechsphasige Wicklung 330 umfasst bevorzugt zumindest ein erstes Teilwicklungssystem 360 und ein zweites Teilwicklungssystem 370. Das erste Teilwicklungssystem 360 umfasst eine erste Mehrzahl von Phasen, exemplarisch bestehend aus den Phasen 331, 332, 333. Das zweite Teilwicklungssystem 370 umfasst eine zweite Mehrzahl von Phasen, exemplarisch bestehend aus den Phasen 334, 335, 336. Das erste und zweite Teilwicklungssystem 360, 370 sind vorzugsweise jeweils dreiphasig ausgebildet.
Illustrativ ist die sechsphasige Wicklung 330, wie bereits bei 2 erwähnt, nach Art einer Zweischichtwicklung ausgebildet. Diese Zweischichtwicklung umfasst eine erste Wickelschicht 381 und eine zweite Wickelschicht 382. Die erste Wickelschicht 381 ist in der Maschinenkomponente 110 von 2 in der radial inneren Position und somit in 3 oben angeordnet, während die zweite Wickelschicht 382 in der Maschinenkomponente 110 von 2 radial außen angeordnet ist und sich somit in 3 in einer unteren Position der Maschinenkomponente 110 befindet.
Gemäß einer Ausführungsform sind jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordnete Nuten der Mehrzahl von Nuten 210 der Maschinenkomponente 110 mit unterschiedlichen Phasen der mehrphasigen Wicklung 330 belegt, wobei eine erste Nut der zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten ausschließlich mit mehreren Phasen des ersten Teilwicklungssystems 360 belegt ist, während eine zweite Nut der zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten mindestens mit einer Phase des ersten Teilwicklungssystems 360 und einer Phase des zweiten Teilwicklungssystems 370 belegt ist. Analog hierzu kann auch eine erste Nut der zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten ausschließlich mit mehreren Phasen des zweiten Teilwicklungssystems 370 belegt sein, während eine zweite Nut der zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten mindestens mit einer Phase des ersten Teilwicklungssystems 360 und einer Phase des zweiten Teilwicklungssystems 370 belegt ist. Bevorzugt wechseln diese beiden Wickelstrukturen sich miteinander ab.
Beispielhaft ist gemäß der ersten Wickelstruktur eine erste Nut 385 mit zwei Phasen des ersten Teilwicklungssystems 360 belegt, und zwar mit den Phasen 331, 333. Eine zweite Nut 386, die unmittelbar neben der ersten Nut 385 angeordnet ist, ist beispielhaft mit der Phase 333 des ersten Teilwicklungssystems 360 und der Phase 336 des zweiten Teilwicklungssystems 370 belegt.
Bevorzugt weist hierbei jede Phase der ersten Mehrzahl von Phasen 331, 332, 333 des ersten Teilwicklungssystems 360 und jede Phase der zweiten Mehrzahl von Phasen 334, 335, 336 des zweiten Teilwicklungssystems 370 jeweils eine doppelte Zonenbreite in einer entsprechend zugeordneten Wickelschicht der ersten und zweiten Wickelschicht 381, 382 auf. Die Belegung mit doppelter Zonenbreite bedeutet, dass jede Phase in jeder der Wickelschichten 381, 382 jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordnete Nuten belegt. Beispielsweise belegt die Phase 333 die zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten 385, 386 in der ersten Wickelschicht 381.
Darüber hinaus sind die erste Wickelschicht 381 und die zweite Wickelschicht 382 bevorzugt um eine Nut der Mehrzahl von Nuten 210 gegeneinander verschoben, um somit die gesehnte sechsphasige Wicklung 330 auszubilden. Die Verschiebung um eine Nut gegeneinander bedeutet hierbei, dass in zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten der Mehrzahl von Nuten 210 nicht nur zwei Phasen des ersten und zweiten Teilwicklungssystems 360, 370 angeordnet sein können, sondern jeweils mindestens drei Phasen angeordnet sind. Beispielsweise sind in den zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten 385, 386 wie bereits oben beschrieben die zwei Phasen 331, 333 des ersten Teilwicklungssystems 360 und die Phase 336 des zweiten Teilwicklungssystems 370 angeordnet.
Bevorzugt ist die mehrphasige Wicklung 330 nach Art einer Steckwicklung ausgebildet. Hierbei können sogenannte Haarnadel- (bzw. U-Pin-) oder I-Pin-Leiter Anwendung finden. Die Haarnadel- (bzw. U-Pin-) Leiter sind bügelförmige Leiter, die dazu geeignet sind, Wickelschritte von einer vorgegebenen Anzahl von Nuten auszubilden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante finden bügelförmige Leiter Anwendung, die jeweils in zwei Nuten der Mehrzahl von Nuten 210 gesteckt sind. Illustrativ ist ein einzelner bügelförmiger Leiter angedeutet und mit dem Bezugszeichen 351 gekennzeichnet, der in zwei Nuten der Mehrzahl von Nuten 210 eingesteckt ist, die mit den Bezugszeichen 391, 392 gekennzeichnet sind. Hierbei überspannt der bügelförmige Leiter 351 an der Seite der Maschinenkomponente 110, an der er in die Nuten 391, 392 eingesteckt ist, die zwischen diesen Nuten 391, 392 befindlichen Nuten und ragt an der gegenüberliegenden Seite der Maschinenkomponente 110 aus den Nuten 391, 392 heraus. Analog hierzu werden alle anderen Phasen der zwei Teilwicklungssysteme 360, 370 durch ähnliche bügelförmige Leiter ausgebildet.
Zur Herstellung einer ununterbrochenen Wicklung, die die jeweiligen Phasen 331, 332, 333, 334, 335, 336 ausformt, werden an der Seite der Maschinenkomponente 110, aus der die freien Enden der bügelförmigen Leiter herausragen, Schweißverbindungen hergestellt. Eine beispielhafte Schweißverbindung ist mit einer gestrichelten Linie 452 gekennzeichnet.
Die Wicklung 330 ist insbesondere für eine Herstellung mit Haarnadel- (bzw. U-Pin-) Leitern, d.h. bügelförmigen Leitern, geeignet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Herstellung der Wicklung, d.h. das Stecken und Verschweißen von bügelförmigen Leitern, als solches dem Fachmann hinreichend bekannt ist und deshalb eine Beschreibung in weiteren Einzelheiten zwecks Knappheit und Einfachheit der Beschreibung hier vermieden werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform werden zur Herstellung der sechsphasigen Wicklung 330 bevorzugt bügelförmige Leiter verwendet, die Wickelschritte von jeweils sieben Nuten aufweisen. Dies wird nachfolgend bei 4 bis 6 weiter beschrieben.
4 zeigt ein beispielhaftes Wickelschema 400, das bei einer Realisierung der sechsphasigen Wicklung 330 von 3 Anwendung finden kann. Beispielhaft zeigt das Wickelschema 400 die Phase 331 der sechsphasigen Wicklung 330 von 3, die an der Maschinenkomponente 110 angeordnet ist.
Illustrativ zeigt das Wickelschema 400 den bügelförmigen Leiter 351 von 3, sowie weitere bügelförmige Leiter 352, 353, 354, 355, 356, die in den Wickelschichten 381, 382 von 3 in zugeordnete Nuten der Mehrzahl von Nuten 210 von 3 gemäß des Nutennummerierungsschemas 380 eingesteckt sind und jeweils Wickelschritte von sieben Nuten ausbilden. An ihren freien Enden sind diese bügelförmigen Leiter 351, 352, 353, 354, 355, 356 zur Ausbildung der Phase 331 gemäß des Wickelschemas 400 über die Schweißverbindung 452 von 3 sowie weitere Schweißverbindungen 451, 453, 454, 455, 456, 457, 458 miteinander verschweißt. Hierdurch ergeben sich zwei parallele Wicklungsstränge, die die Phase 331 ausbilden und über einen verkürzten Leiterbügel 470 miteinander verbunden werden. Dieser verkürzte Leiterbügel 470 bildet illustrativ einen Wickelschritt von sechs Nuten aus.
5 zeigt ein beispielhaftes Wickelschema 500, das die Ausbildung der Phase 331 gemäß dem Wickelschema 400 von 4 zeigt, sowie die Ausbildung der Phase 334 von 3. Illustrativ werden zur Ausbildung der Phase 334 bügelförmige Leiter 551, 552, 553, 554, 555, 556 verwendet, die jeweils Wickelschritte von sieben Nuten ausbilden und deren freie Enden jeweils über zugeordnete Schweißverbindungen 561, 562, 563, 564, 565, 566, 567, 568 miteinander verbunden sind.
Analog zur Phase 331 umfasst die Phase 334 den verkürzten Leiterbügel 557. Dieser realisiert ebenfalls einen Wickelschritt von lediglich sechs Nuten.
6 zeigt ein beispielhaftes Wickelschema 600, das alle Phasen 331, 332, 333, 334, 335, 336 der sechsphasigen Wicklung 330 von 3 illustriert. Hierbei werden, wie bei den Wickelschemen 400 von 4 und 500 von 5 beschrieben, jeweils nur bügelförmige Leiter verwendet, die Wickelschritte von sieben Nuten ausbilden, sowie verkürzte Leiterbügel, die Wickelschritte von sechs Nuten ausbilden.
7 zeigt einen einer exemplarischen mehrphasigen Wicklung 730 zugeordneten, beispielhaften Nutbelegungsplan 700 für eine illustrative Nutgruppe von 12 Nuten der 48 Nuten, die die Mehrzahl von Nuten 210 der Maschinenkomponente 110 von 2 bilden. Diese illustrative Nutgruppe zeigt ein von der mehrphasigen Wicklung 730 ausgebildetes Polpaar und wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel noch dreimal wiederholt, um eine Belegung der 48 Nuten zu realisieren und die vier Polpaare der exemplarischen mehrphasigen Wicklung 730 auszubilden.
Die Maschinenkomponente 110 hat den Grundkörper 200, an dem die 12 Nuten der gezeigten Nutgruppe ausgebildet sind, wobei die einzelnen Nuten im Rahmen eines Nutnummerierungsschemas 780 von 1 bis 12 durchnummeriert sind. Der Nutbelegungsplan 700 illustriert eine beispielhafte mehrphasige Wicklung 730, die eine gesehnte Wicklung ist und exemplarisch aus sechs Phasen 731, 732, 733, 734, 735, 736 aufgebaut ist.
Die sechsphasige Wicklung 730 umfasst bevorzugt zumindest ein erstes Teilwicklungssystem 760 und ein zweites Teilwicklungssystem 770. Das erste Teilwicklungssystem 760 umfasst eine erste Mehrzahl von Phasen, exemplarisch bestehend aus den Phasen 731, 732, 733. Das zweite Teilwicklungssystem 770 umfasst eine zweite Mehrzahl von Phasen, exemplarisch bestehend aus den Phasen 734, 735, 736. Das erste und zweite Teilwicklungssystem 760, 770 sind vorzugsweise jeweils dreiphasig ausgebildet.
Illustrativ ist die sechsphasige Wicklung 730, wie bereits bei 2 erwähnt, nach Art einer Zweischichtwicklung ausgebildet. Diese Zweischichtwicklung umfasst eine erste Wickelschicht 781 und eine zweite Wickelschicht 782. Die erste Wickelschicht 781 ist in der Maschinenkomponente 110 von 2 in der radial inneren Position und somit in 7 oben angeordnet, während die zweite Wickelschicht 782 in der Maschinenkomponente 110 von 2 radial außen angeordnet ist und sich somit in 7 in einer unteren Position der Maschinenkomponente 110 befindet.
Gemäß einer Ausführungsform sind jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordnete Nuten der Mehrzahl von Nuten 210 der Maschinenkomponente 110 mit unterschiedlichen Phasen der mehrphasigen Wicklung 730 belegt, wobei eine erste Nut der zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten ausschließlich mit einer Phase des ersten Teilwicklungssystems 760 belegt ist, während eine zweite Nut der zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten mindestens mit einer Phase des ersten Teilwicklungssystems 760 und einer Phase des zweiten Teilwicklungssystems 770 belegt ist. Analog hierzu kann auch eine erste Nut der zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten ausschließlich mit einer Phase des zweiten Teilwicklungssystems 770 belegt sein, während eine zweite Nut der zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten mindestens mit einer Phase des ersten Teilwicklungssystems 760 und einer Phase des zweiten Teilwicklungssystems 770 belegt ist. Bevorzugt wechseln diese beiden Wickelstrukturen sich miteinander ab.
Beispielhaft ist gemäß der ersten Wickelstruktur eine erste Nut 785 mit einer einzelnen Phase des ersten Teilwicklungssystems 760 belegt, und zwar mit der Phase 731. Eine zweite Nut 786, die unmittelbar neben der ersten Nut 785 angeordnet ist, ist beispielhaft mit der Phase 733 des ersten Teilwicklungssystems 760 und der Phase 734 des zweiten Teilwicklungssystems 770 belegt.
Bevorzugt weist hierbei jede Phase der ersten Mehrzahl von Phasen 731, 732, 733 des ersten Teilwicklungssystems 760 und jede Phase der zweiten Mehrzahl von Phasen 734, 735, 736 des zweiten Teilwicklungssystems 770 jeweils eine einfache Zonenbreite in einer entsprechend zugeordneten Wickelschicht der ersten und zweiten Wickelschicht 781, 782 auf. Die Belegung mit einfacher Zonenbreite bedeutet, dass in jeder der Wickelschichten 781, 782 in jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten der Mehrzahl von Nuten 210 jeweils zwei unterschiedliche Phasen der ersten Mehrzahl von Phasen 731, 732, 733 und der zweiten Mehrzahl von Phasen 734, 735, 736 angeordnet sind.
Beispielsweise belegen die beiden Phasen 731, 733 die zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten 785, 786 in der ersten Wickelschicht 781, und die beiden Phasen 731, 734 belegen die zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten 785, 786 in der zweiten Wickelschicht 782.
Bevorzugt ist die mehrphasige Wicklung 730 nach Art einer Steckwicklung ausgebildet. Hierbei können sogenannte Haarnadel- (bzw. U-Pin-) oder I-Pin-Leiter Anwendung finden. Die Haarnadel- (bzw. U-Pin-) Leiter sind bügelförmige Leiter, die dazu geeignet sind, Wickelschritte von einer vorgegebenen Anzahl von Nuten auszubilden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante finden bügelförmige Leiter Anwendung, die an einer Seite der Maschinenkomponente 110 jeweils in zwei Nuten der Mehrzahl von Nuten 210 eingesteckt werden.
Zur Herstellung einer ununterbrochenen Wicklung, die die jeweiligen Phasen 731, 732, 733, 734, 735, 736 ausformt, werden an der Seite der Maschinenkomponente 110, aus der die freien Enden der bügelförmigen Leiter herausragen, Schweißverbindungen hergestellt. Eine beispielhafte Schweißverbindung ist mit einer gestrichelten Linie 751 gekennzeichnet.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Herstellung der Wicklung, d.h. das Stecken und Verschweißen von bügelförmigen Leitern, als solches dem Fachmann hinreichend bekannt ist und deshalb eine Beschreibung in weiteren Einzelheiten zwecks Knappheit und Einfachheit der Beschreibung hier vermieden werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform werden zur Herstellung der sechsphasigen Wicklung 730 bevorzugt bügelförmige Leiter verwendet, die Wickelschritte von jeweils fünf Nuten aufweisen. Dies wird nachfolgend bei 8 und 9 weiter beschrieben.
8 zeigt ein beispielhaftes Wickelschema 800, das bei einer Realisierung der sechsphasigen Wicklung 730 von 7 Anwendung finden kann. Beispielhaft zeigt das Wickelschema 800 die Phase 731 der sechsphasigen Wicklung 730 von 7, die an der Maschinenkomponente 110 angeordnet ist.
Illustrativ zeigt das Wickelschema 800 bügelförmige Leiter 851, 852, 853, 854, 855, 856, die in den Wickelschichten 781, 782 von 7 in zugeordnete Nuten der Mehrzahl von Nuten 210 von 3 gemäß des Nutennummerierungsschemas 780 eingesteckt sind und jeweils Wickelschritte von fünf Nuten ausbilden. An ihren freien Enden sind diese bügelförmigen Leiter 851, 852, 853, 854, 855, 856 zur Ausbildung der Phase 731 gemäß des Wickelschemas 800 über die Schweißverbindung 751 von 7 sowie weitere Schweißverbindungen 751, 752, 753, 754, 755, 756, 757, 758 miteinander verschweißt. Hierdurch ergeben sich zwei parallele Wicklungsstränge, die die Phase 731 ausbilden und über einen Umlenkverbinder 870 miteinander verbunden werden. Dieser Umlenkverbinder 870 bildet illustrativ ebenfalls einen Wickelschritt von fünf Nuten aus.
9 zeigt ein beispielhaftes Wickelschema 900, das die Ausbildung der Phase 731 gemäß dem Wickelschema 800 von 8 zeigt, sowie die Ausbildung der Phase 734 von 7. Illustrativ werden zur Ausbildung der Phase 734 bügelförmige Leiter 951, 952, 953, 954, 955, 956 verwendet, die jeweils Wickelschritte von fünf Nuten ausbilden und deren freie Enden jeweils über zugeordnete Schweißverbindungen 961, 962, 963, 964, 965, 966, 967, 968 miteinander verbunden sind.
Analog zur Phase 731 umfasst die Phase 734 den Umlenkverbinder 970. Dieser realisiert ebenfalls einen Wickelschritt von lediglich fünf Nuten.

Claims

Maschinenkomponente (110, 120) für eine elektrische Maschine (100), mit einem Grundkörper (200), der eine geradzahlige Mehrzahl von Nuten (210) aufweist und mit einer mehrphasigen Wicklung (330; 730) versehen ist, die zumindest ein erstes und ein zweites Teilwicklungssystem (360, 370; 760, 770) umfasst, wobei das erste Teilwicklungssystem (360; 760) eine erste Mehrzahl von Phasen (331, 332, 333; 731, 732, 733) und das zweite Teilwicklungssystem (370; 770) eine zweite Mehrzahl von Phasen (334, 335, 336; 734, 735, 736) aufweist, wobei jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordnete Nuten (385, 386; 785, 786) der Mehrzahl von Nuten (210) mit unterschiedlichen Phasen (331, 333, 336; 731, 733, 734) der mehrphasigen Wicklung (330; 730) belegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Nut (385; 785) der zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten (385, 386; 785, 786) ausschließlich mit einer oder mehreren Phasen (331, 333; 731) des ersten Teilwicklungssystems (360; 760) belegt ist, und eine zweite Nut (386; 786) der zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Nuten (385, 386; 785, 786) mindestens mit einer Phase (333; 733) des ersten Teilwicklungssystems (360; 760) und einer Phase (336; 734) des zweiten Teilwicklungssystems (370; 770) belegt ist.
Maschinenkomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrphasige Wicklung (330; 730) eine gesehnte Wicklung ist.
Maschinenkomponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrphasige Wicklung (330; 730) eine sechs-phasige Wicklung ist, die nach Art einer Zweischichtwicklung mit einer ersten Wickelschicht (381; 781) und einer zweiten Wickelschicht (382; 782) ausgebildet ist, wobei das erste und zweite Teilwicklungssystem (360, 370; 760, 770) jeweils dreiphasig ausgebildet sind.
Maschinenkomponente nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Phase der ersten Mehrzahl von Phasen (331, 332, 333) des ersten Teilwicklungssystems (360) und jede Phase der zweiten Mehrzahl von Phasen (334, 335, 336) des zweiten Teilwicklungssystems (370) jeweils eine doppelte Zonenbreite aufweist.
Maschinenkomponente nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wickelschicht (381) und die zweite Wickelschicht (382) um eine Nut der Mehrzahl von Nuten (210) gegeneinander verschoben sind.
Maschinenkomponente nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Phase der ersten Mehrzahl von Phasen (731, 732, 733) des ersten Teilwicklungssystems (760) und jede Phase der zweiten Mehrzahl von Phasen (734, 735, 736) des zweiten Teilwicklungssystems (770) jeweils eine einfache Zonenbreite aufweist.
Maschinenkomponente nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede zweite Nut (785, 787, 789) der Mehrzahl von Nuten (210) mit nur einer einzelnen Phase (731, 732, 733, 734, 735, 736) der mehrphasigen Wicklung (730) belegt ist.
Maschinenkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrphasige Wicklung (330; 730) nach Art einer Steckwicklung ausgebildet ist, bei der bügelförmige Leiter (351) in jeweils zwei Nuten (391, 392) der Mehrzahl von Nuten (210) gesteckt sind.
Maschinenkomponente nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die bügelförmigen Leiter (351) Wickelschritte von jeweils fünf oder sieben Nuten ausbilden.
Maschinenkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die für eine nach Art einer acht-poligen elektrisch erregten Synchronmaschine ausgebildete elektrische Maschine (100) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Nuten (210) 48 Nuten umfasst und die mehrphasige Wicklung (330; 730) sechs Phasen umfasst.