-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse einer Einlegegüte einer in einem Blechpaket für eine rotierende elektrische Maschine aufgenommenen Wicklung. Daneben betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, eine Einrichtung zur Analyse einer Einlegegüte einer in einem Blechpaket für eine rotierende elektrische Maschine aufgenommenen Wicklung sowie einer Anordnung.
-
Nach dem Stand der Technik werden Einzelleiter einer Wicklung parallel zueinander in Nuten eines Blechpakets für eine rotierende elektrischen Maschine, beispielsweise eines Blechpakets eines Stators, eingelegt. Die Einzelleiter sind mithin parallel zueinander auf ihrem Weg in die Nut und aus der Nut heraus angeordnet. Beim Betrieb eines solchen Stators können, insbesondere bei hohen Leistungen, Stromverdrängungseffekte innerhalb der Nut durch ein Nutstreufeld entstehen. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Stromdichte in den Einzelleitern, was wiederum eine erhöhte Wärmeentwicklung bewirkt und dadurch die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine verringert.
-
Eine Statorspule, bei der dieser Effekt beobachtet werden kann, ist beispielsweise aus der
DE 10 2018 104 113 A1 bekannt. Diese offenbart ein Elektromotor mit mindestens einer Statorspule, bestehend aus einem Spulenkörper und sieben bis 20 Drähten, die den Spulenkörper wenigstens einmal umlaufen und dabei eine Windung ausbilden. Die Drähte der Windung sind um einen Winkel von 90 bis 270 Grad außerhalb einer Nut verdreht und innerhalb der Nut parallel geführt. Bei einer solchen Statorspule wird das Prinzip des Röbelstabs angewendet.
-
Es ist möglich, die zuvor beschriebene Wärmeentwicklung der fertig montierten elektrischen Maschine während ihres rotierenden Betriebs an einem Prüfstand zu bewerten. Liegen Wärmeentwicklung bzw. Leistungsverluste außerhalb vorgegebener Grenzen muss jedoch die gesamte elektrische Maschine verworfen werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur frühzeitigen Erkennung unerwünschter Wärmeentwicklungen und Leistungsverluste in einer elektrischen Maschine mit einer eine Vielzahl von Einzelleitern aufweisenden Wicklung anzugeben.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Analyse einer Einlegegüte einer in einem Blechpaket für eine rotierende elektrische Maschine aufgenommenen Wicklung, die eine Vielzahl von Einzelleitern aufweist, aufweisend: Ansteuern einer Schalteinheit, die Einzelleiteranschlüsse für ein Leiterende eines jeweiligen Einzelleiters und eine Anschlussanordnung, die mit einer Erregungseinheit verbunden ist und mit einer Messeinheit verbunden ist, aufweist, derart, dass gemäß einem Messprotokoll zeitlich aufeinanderfolgend mehrere Schaltzustände, in welchen jeweils einer der Einzelleiteranschlüsse über die Anschlussanordnung mit der Erregungseinheit und einer der Einzelleiteranschlüsse über die Anschlussanordnung mit der Messeinheit verbunden ist, eingenommen werden; Ansteuern der Erregungseinheit zum Erzeugen einer Erregungsspannung; Erhalten von Messdaten, die wenigstens eine während des Erzeugens der Erregungsspannung gemessene elektrische Messgröße beschreiben, für einen jeweiligen Schaltzustand von der Messeinheit; Verarbeiten der Messdaten in Abhängigkeit der Schaltzustände; und Erzeugen von Grafikdaten, welche ein Ergebnis des Verarbeitens der Messdaten zur Analyse der Einlegegüte visualisieren.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Analyse einer Einlegegüte einer Wicklung. Die Wicklung ist in einem Blechpaket für eine rotierende elektrische Maschine aufgenommen. Die Wicklung weist eine Vielzahl von Einzelleitern auf. Das Verfahren weist auf: Ansteuern einer Schalteinheit derart, dass gemäß einem Messprotokoll zeitlich aufeinanderfolgend mehrere Schaltzustände eingenommen werden. Die Schalteinheit weist Einzelleiteranschlüsse für ein Leiterende eines jeweiligen Einzelleiters auf. Die Schalteinheit weist ferner eine Anschlussanordnung auf. Die Anschlussanordnung ist mit einer Erregungseinheit und mit einer Messeinheit verbunden. In einem jeweiligen Schaltzustand ist jeweils einer der Einzelleiteranschlüsse über die Anschlussanordnung mit der Erregungseinheit und einer Einzelleiteranschlüsse über die Anschlussanordnung mit der Messeinheit verbunden. Das Verfahren weist ferner auf: Ansteuern der Erregungseinheit zum Erzeugen einer Erregungsspannung. Das Verfahren weist ferner auf: Erhalten von Messdaten für einen jeweiligen Schaltzustand von der Messeinheit. Die Messdaten beschreiben wenigstens eine während des Erzeugens der Erregungsspannung gemessene elektrische Messgröße. Das Verfahren weist ferner auf: Verarbeiten der Messdaten in Abhängigkeit der Schaltzustände. Das Verfahren weist ferner auf: Erzeugen von Grafikdaten. Die Grafikdaten visualisieren ein Ergebnis des Verarbeitens der Messdaten zur Analyse der Einlegegüte.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Einlegegüte der Einzelleiter innerhalb des Blechpakets einen erheblichen Einfluss auf das Entstehen von Wärme und von Leistungsverlusten beim Betrieb einer die Wicklung aufweisenden elektrischen Maschine hat, da bei einer geringen Einlegegüte Stromverdrängungseffekte durch ein Nutstreufeld stärker ausgeprägt sind. Während eines Einlegens bzw. Einziehens der Einzelleiter in das Blechpaket kann es nämlich vorkommen, dass die Einzelleiter nicht in ihrer geforderten, möglichst gleichmäßigen Anordnung in eine Nut des Blechpakets gelangen. Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt dazu die Verwendung der Schalteinheit vor, mittels welcher die Einzelleiter gemäß dem Messprotokoll mit der Messeinheit und der Erregungseinheit verbunden werden können. Von der Messeinheit können dann die Messdaten für einen jeweiligen Schaltzustand erhalten werden und in Abhängigkeit des gemäß dem Messprotokoll aktuell vorgegebenen Schaltzustands für die Erzeugung der Grafikdaten zur Analyse der Einlegegüte verarbeitet werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt somit keine Messdaten, die erst nach Fertigstellung einer elektrischen Maschine bei deren rotierenden Betrieb erfasst werden können. Vorteilhafterweise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Bewertung der Einlegegüte bereits nach der Anordnung der Wicklung im Blechpaket, also nach einem verhältnismäßig frühen Schritt während der Fertigung der elektrischen Maschine. Dadurch kann das Auftreten der Stromverdrängungseffekte bereits vor Abschluss der Fertigung der elektrischen Maschine prognostiziert werden, sodass nicht die gesamte elektrische Maschine verworfen werden muss, sondern lediglich eine neue Wicklung in das Blechpaket eingelegt werden kann.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht mithin eine Einsparung von Kosten und eine vorzeitige Qualitätskontrolle. Daneben ist das erfindungsgemäße Verfahren einfach automatisierbar und ermöglicht eine prozesssichere Fertigung des mit der Wicklung bewickelten Blechpakets für rotierende elektrische Maschinen mit einer hohen Leistungsdichte. Ferner kann die Wärmeentwicklung im bewickelten Blechpaket während ihres Betriebs reduziert werden, was den Wirkungsgrad bzw. die Leistungsfähigkeit erhöht.
-
Die Einzelleiter sind insbesondere Drähte aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Kupfer. Die Einzelleiter sind bevorzugt gegeneinander elektrisch isoliert. Die Einzelleiter können einen runden Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise umfasst eine Wicklung wenigstens drei, bevorzugt wenigstens sieben, besonders bevorzugt wenigstens zehn Einzelleiter.
-
Die Schalteinheit kann eine Vielzahl von Schaltelementen, insbesondere zwei Schaltelemente je Einzelleiteranschluss, umfassen, die dazu eingerichtet sind, den jeweiligen Schaltzustand gemäß dem Messprotokoll zwischen der Anschlussanordnung und den Einzelleiteranschlüssen herzustellen. Die Schaltelemente können als elektromechanische Schalter, beispielsweise als Relais, ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die mit einem jeweiligen Einzelleiteranschluss verbundenen Schaltelemente parallelgeschaltet. Bevorzugt umfasst die Schalteinheit mehrere Leiterplatten, auf denen jeweils mehrere Schaltelemente angeordnet sein können. Die Schaltelemente können eine Schaltmatrix ausbilden. Vorzugsweise umfasst die Schalteinheit ein Netzteil, das zum elektrischen Versorgen der Schaltelemente eingerichtet ist. Die Einzelleiteranschlüsse sind bevorzugt durch eine Einzeldrahtanschlussleiste ausgebildet.
-
Es kann ein Messgerät, insbesondere ein LCR-Meter, verwendet werden, welches die Erregungseinheit und die Messeinheit ausbildet. Es wird ferner bevorzugt, wenn ein weiteres Leiterende eines jeweiligen Einzelleiters mit einem Referenzknoten, insbesondere einem Sternpunkt, verbunden ist. Der Referenzknoten kann ein Referenzpotenzial für die Erregungsspannung und für die elektrische Messgröße sein.
-
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Grafikdaten auf einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise auf einem Monitor, wiedergegeben werden. In einer einfachen Ausgestaltung enthalten die Grafikdaten beispielsweise eine textliche Darstellung des Ergebnisses des Verarbeitens, beispielsweise in Tabellenform.
-
Die Messdaten sind insbesondere Rohdaten. Die elektrische Messgröße kann eine elektrische Widerstandsgröße, beispielsweise eine Impedanz, sein. Vorzugsweise werden die erhaltenen Messdaten mit dem jeweiligen Schaltzustand registriert.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass das Verarbeiten ein Ermitteln einer Eigeninduktivität für ein jeweiligen Einzelleiter umfasst. Die Eigeninduktivität, auch Selbstinduktivität genannt, eines jeweiligen Einzelleiters kann in einem der Schaltzustände ermittelt werden, in welchem sowohl die Erregungseinheit als auch die Messeinheit mit dem Einzelleiteranschluss für den jeweiligen Einzelleiter verbunden sind. Dabei kann aus einer gleichmäßigen Verteilung der Eigeninduktivitäten auf eine hohe Einlegegüte geschlossen werden.
-
Alternativ oder zusätzlich kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass das Verarbeiten ein Ermitteln einer Gegeninduktivität für ein jeweiliges Paar von Einzelleitern umfasst. Die Gegeninduktivität kann insbesondere in einem Schaltzustand ermittelt werden, in welchem ein Einzelleiter des Paars mit der Messeinheit verbunden ist und der andere Einzelleiter des Paars mit der Erregungseinheit verbunden ist. Durch die Gegeninduktivität können zusätzliche Informationen über die Einlegegüte gewonnen werden.
-
Besonders bevorzugt umfassen die Grafikdaten einen Grafikdatensatz, der ein insbesondere dreidimensionales, Diagramm der Gegeninduktivität für das jeweilige Paar und/oder der Eigeninduktivität für den jeweiligen Einzelleiter enthält. Dabei wird es bevorzugt, wenn Werte der Gegeninduktivität und der Eigeninduktivität über eine Fläche, welche Indizes der Einzelleiter als Achsen enthält, aufgetragen sind.
-
Allgemein kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Erregungsspannung während eines jeweiligen Schaltzustands innerhalb eines vorgegebenen Frequenzintervalls veränderlich ist. Das Frequenzintervall kann null Hertz, also einen Gleichspannungsfall, als untere Grenze aufweisen. Eine obere Grenze des Frequenzintervall kann wenigstens 800 Hertz, bevorzugt 1000 Hertz, besonders bevorzugt wenigstens 1200 Hertz, und/oder höchstens 2000 Hertz, bevorzugt höchstens 1750 Hertz, besonders bevorzugt höchstens 1500 Hertz, betragen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass das Verarbeiten ein Ermitteln wenigstens einer einen Zusammenhang zwischen einem Strom und einer Spannung auf einem jeweiligen Einzelleiter beschreibenden elektrischen Größe umfasst. Die wenigstens eine elektrische Größe kann komplexwertig und/oder reellwertig sein.
-
Besonders bevorzugt beschreibt eine elektrische Größe einen Wirkanteil des Zusammenhangs auf dem jeweiligen Einzelleiter. Die elektrische Größe beschreibt insbesondere eine Resistanz, auch Wirkwiderstand genannt, oder eine Konduktanz, auch Wirkleitwert genannt, des Einzelleiters. Alternativ oder zusätzlich kann eine elektrische Größe einen Blindanteil des Zusammenhangs auf dem jeweiligen Einzelleiter beschreiben. Diese elektrische Größe kann eine Reaktanz, auch Blindwiderstand genannt, oder eine Suszeptanz, auch Blindleitwert genannt, des Einzelleiters beschreiben.
-
In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Grafikdaten einen Grafikdatensatz umfassen, der ein Diagramm der den Wirkanteil beschreibenden elektrischen Größe und/oder der den Blindanteil beschreibenden elektrischen Größe innerhalb des Frequenzintervalls für einen jeweiligen Einzelleiter enthält. Dabei kann vorgesehen sein, dass die den Wirkanteil beschreibende elektrische Größe und die den Blindanteil beschreibende elektrische Größe eine Koordinatenebene des Diagramms aufspannen, in welcher eine von der Frequenz im Frequenzintervall abhängige Ortskurve für einen jeweiligen Einzelleiter dargestellt wird. Dabei lässt sich aus einer geringen Auffächerung der Ortskurven mit steigender Frequenz auf eine hohe Einlegegüte schließen.
-
Bevorzugt kann ferner vorgesehen sein, dass die Grafikdaten einen Datensatz umfassen, der ein Diagramm eines, insbesondere normierten, Mittelwerts der elektrischen Größe, insbesondere eines Mittelwerts eines Scheinwiderstands oder eines Scheinleitwerts der Einzelleiter, über das Frequenzintervall enthält. Der Scheinwiderstand ist der Betrag der komplexwertigen Impedanz. Der Scheinleitwert ist der Betrag der komplexwertigen Admittanz. Der auf den Gleichspannungsfall normierte frequenzabhängige Mittelwert des Scheinwiderstands wird auch als Widerstandserhöhungsfaktor bezeichnet. Bevorzugt ist in dem Diagramm der Mittelwert über die Frequenz aufgetragen. Aus einer geringen Ausprägung des Mittelwerts für hohe Frequenzen kann auf eine hohe Einlegegüte geschlossen werden.
-
Das Verarbeiten kann ferner ein Durchführen einer thermischen und/oder elektromagnetischen Simulation eines Betriebs der Wicklung umfassen. Insbesondere bei der Verwendung der den Zusammenhang zwischen dem Strom und der Spannung auf dem jeweiligen Einzelleiter beschreibenden elektrischen Größe über das Frequenzintervall können Verluste im Rahmen der Simulation realistisch dargestellt werden. Durch die Simulation kann entschieden werden, ob ein Prozess für das Einlegen der Einzelleiter in die Nut eine Verfehlung der technischen Anforderungen an die Wicklung zur Folge hat. Dies ermöglicht eine Identifikation eines Optimierungspotentials des Einlegeprozesses. Je nach Lage der Einzelleiter in der Nut sind die durch die Stromverdrängungseffekte bewirkten Wärmeverluste unterschiedlich, was z.B. durch den Widerstandserhöhungsfaktor in der Simulation berücksichtigt werden kann.
-
Alternativ oder zusätzlich kann das Verarbeiten ein Ermitteln einer Stromaufteilung entlang der Einzelleiter und/oder eines Phasengangs umfassen.
-
Die Anschlussanordnung kann einen gemeinsamen Anschluss für die Erregungseinheit und die Messeinheit umfassen. Dann kann eine Zweileitermessung durchgeführt werden.
-
Es wird jedoch bevorzugt, wenn die Anschlussanordnung einen Erregungsanschluss, der mit der Erregungseinheit verbunden ist, und einen davon getrennten Messanschluss, der mit der Messeinheit verbunden ist, aufweist und die Schalteinheit derart angesteuert wird, dass der über die Anschlussanordnung mit der Erregungseinheit verbundene Einzelleiteranschluss mit dem Erregungsanschluss verbunden ist und der über die Anschlussanordnung mit der Messeinheit verbundene Einzelleiteranschluss mit dem Messanschluss verbunden ist. Dadurch kann eine Vierleitermessung durchgeführt werden. Dies verbessert die Genauigkeit der Analyse der Einlegegüte.
-
Bevorzugt umfasst das Messprotokoll jede Kombination einer Verbindung eines jeweiligen Einzelleiters mit der Messeinheit und einer Verbindung eines jeweiligen Einzelleiters mit der Erregungseinheit. Mit anderen Worten können erste bis N-te Einzelleiter vorgesehen sein, wobei das Messprotokoll für jede Verbindung des i-ten Einzelleiters mit der Messeinheit jede Verbindung des j-ten Einzelleiters mit der Erregungseinheit für alle 1 ≤ i ≤ N und alle 1 ≤ j ≤ N umfasst.
-
Die zuvor beschriebenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können mittels eines Computers, insbesondere mittels eines PC, durchgeführt werden.
-
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird es ferner bevorzugt, dass ein Stator, umfassend die Wicklung und das Blechpaket, das eine Vielzahl von ersten und zweiten Nuten aufweist und mit der Wicklung bewickelt ist, verwendet wird. Alternativ kann auch ein Rotor, umfassend die Wicklung und das Blechpaket, das eine Vielzahl von Nuten aufweist und mit der Wicklung bewickelt ist, verwendet werden.
-
Vorzugsweise ist die Wicklung in den Nuten aufgenommen. Die Nuten des Blechpakets sind insbesondere nicht parallelflankig.
-
Ferner kann das Blechpaket derart bewickelt sein, dass die Wicklung in den ersten Nuten gegensinnig zu den zweiten Nuten durchströmt wird und die Einzeldrähte in den zweiten Nuten um einen Winkel zwischen 90 und 270 Grad verdreht sind. Insbesondere ist eine Radialposition der Einzelleiter in den ersten Nuten gegenüber einer Radialposition der Einzelleiter in den zweiten Nuten invertiert.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
-
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Einrichtung zur Analyse einer Einlegegüte einer in einem Blechpaket für eine rotierende elektrische Maschine aufgenommenen Wicklung, die aus einer Vielzahl von Einzelleitern gebildet ist, aufweisend: eine Erregungseinheit, die zum Erzeugen einer Erregungsspannung eingerichtet ist, eine Messeinheit, die zum Messen wenigstens einer elektrischen Messgröße während des Erzeugens der Erregungsspannung eingerichtet ist, und eine Schalteinheit, die Einzelleiteranschlüsse für ein Leiterende eines jeweiligen Einzelleiters, und eine Anschlussanordnung, die mit der Erregungseinheit und mit der Messeinheit verbunden ist, aufweist, und zum Einnehmen mehrerer Schaltzustände, in welchen jeweils einer der Einzelleiteranschlüsse über die Anschlussanordnung mit der Erregungseinheit verbunden ist und einer der Einzelleiteranschlüsse über die Anschlussanordnung mit der Messeinheit verbunden ist, eingerichtet ist; und eine Steuer- und Auswertungseinheit, die zum Ansteuern der Schalteinheit derart, dass gemäß einem Messprotokoll zeitlich aufeinanderfolgend mehrere der Schaltzustände eingenommen werden, Ansteuern der Erregungseinheit zum Erzeugen der Erregungsspannung, Erhalten von Messdaten, die die wenigstens eine während des Erzeugens der Erregungsspannung gemessene elektrische Messgröße beschreiben, für einen jeweiligen Schaltzustand von der Messeinheit, Auswerten der Messdaten in Abhängigkeit der Schaltzustände und Erzeugen von Grafikdaten, welche ein Ergebnis des Verarbeitens der Messdaten zur Analyse der Einlegegüte visualisieren, eingerichtet ist.
-
Sämtliche Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Einrichtung übertragen, sodass auch mit dieser die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt werden können.
-
Insbesondere ist die Steuer- und Auswertungseinheit der Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann ferner die Anzeigeeinheit, auf welcher die Grafikdaten anzeigbar sind, umfassen.
-
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Anordnung, aufweisend eine erfindungsgemäße Einrichtung, das Blechpaket und die Wicklung. Das Blechpaket und die Wicklung können einen Stator ausbilden. Das Blechpaket kann eine Vielzahl von ersten und zweiten Nuten aufweisen und mit der Wicklung bewickelt sein. Alternativ können das Blechpaket und die Wicklung einen Rotor ausbilden. Dabei kann das Blechpaket eine Vielzahl von Nuten aufweisen und mit der Wicklung bewickelt sein.
-
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Blechpaket derart bewickelt ist, dass die Wicklung in den ersten Nuten gegensinnig zu den zweiten Nuten durchströmt wird und die Einzeldrähte in den zweiten Nuten um einen Winkel zwischen 90 und 270 Grad verdreht sind.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemä-ßen Anordnung und
- 2 bis 8 jeweils ein Diagramm.
-
1 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung 1, aufweisend ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung 2, eine Wicklung 4 und ein Blechpaket 5. Das Blechpaket 5 ist mit der Wicklung 4 bewickelt. Das Blechpaket 5 und die Wicklung 4 bilden hier exemplarisch einen Stator 3 einer rotierenden elektrischen Maschine aus. Die Wicklung 4 ist aus einer Vielzahl von Einzelleitern 6 gebildet. Die Einzelleiter 6 können aus gegeneinander isolierten Drähten aus Kupfer mit einem runden Querschnitt gebildet sein.
-
Die Einrichtung 2 ist eine Einrichtung zur Analyse einer Einlegegüte der im Blechpaket 5 aufgenommenen Wicklung 4 und weist eine Erregungseinheit 7, die zum Erzeugen einer Erregungsspannung eingerichtet ist, auf. Daneben weist die Einrichtung 2 eine Messeinheit 8 auf, die zum Messen wenigstens einer elektrischen Messgröße während des Erzeugens der Erregungsspannung eingerichtet ist. Die Erregungseinheit 7 und die Messeinheit 8 können durch ein Messgerät, beispielsweise durch ein LCR-Meter, ausgebildet sein.
-
Die Einrichtung 2 umfasst ferner eine Schalteinheit 10, die Einzelleiteranschlüsse 11 für ein Leiterende eines jeweiligen Einzelleiters 6 aufweist. Daneben umfasst die Schalteinheit 10 eine Anschlussanordnung 12, die mit der Erregungseinheit 7 und der Messeinheit 8 verbunden ist. Die Anschlussanordnung 12 kann einen Erregungsanschluss 13, der mit der Erregungseinheit 7 verbunden ist, und einen Messanschluss 14, der mit der Messeinheit 8 verbunden ist, aufweisen. Die Erregungseinheit 7 und die Messeinheit 8 können ferner mit einem Sternpunkt Y der Einzelleiter 6, welcher ein Referenzpotential bildet, verbunden sein.
Durch den vom Erregungsanschluss 13 separierten Messanschluss 14 wird eine präzise Vierleitermessung ermöglicht.
-
Die Schalteinheit 10 ist dazu eingerichtet, mehrere Schaltzustände einzunehmen, in welchen jeweils einer der Einzelleiteranschlüsse 11 über die Anschlussanordnung 12 mit der Erregungseinheit 7 und einer der Einzelleiteranschlüsse 11 über die Anschlussanordnung 12 mit der Messeinheit 8 verbunden ist. Dazu kann die Schalteinheit 10 zwei Schaltelemente 16, 17 je Einzelleiteranschluss 11 aufweisen. Bei dem Schaltelement 16 können einer seiner Anschlüsse mit dem Erregungsanschluss 13 und ein weiterer seiner Anschlüsse mit einem der Einzelleiteranschlüsse 11 verbunden sein. Bei dem Schaltelement 17 können einer seiner Anschlüsse mit dem Messanschluss 14 und einer seiner Anschlüsse mit dem Einzelleiteranschluss 11 verbunden sein. Die Schaltelemente 17 können als elektromechanischer Schalter, hier exemplarisch als Relais, ausgebildet sein. Die Schaltelemente 16, 17 für einen jeweiligen Einzelleiter 6 können parallelgeschaltet sein.
-
Die Schaltelemente 16, 17 können eine Schaltmatrix 18 ausbilden und auf mehreren Leiterplatten, auf denen jeweils mehrere Schaltelemente angeordnet sind, angeordnet sein. Daneben kann die Schalteinheit 10 ein Netzteil 19 aufweisen, welches zum elektrischen Versorgen der Schaltelemente 16, 17 eingerichtet ist. Die, hier exemplarisch als Einzeldrahtanschlussleiste ausgebildeten, Einzelleiteranschlüsse 11, die Schaltmatrix 18, dass Netzteil 19 und die Anschlussanordnung 12 können auf einer Trägerplatte (nicht gezeigt) angeordnet sein.
-
Daneben weist die Einrichtung 2 eine Steuer- und Auswertungseinheit 20 auf. Diese ist zum Durchführen eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Analyse der Einlegegüte der im Blechpaket 5 aufgenommenen Wicklung 4 eingerichtet. Das Verfahren wird im Folgenden anhand der Einrichtung 2 näher erläutert:
- Das Verfahren umfasst einen Schritt des Ansteuerns der Schalteinheit 10, insbesondere ihrer Schaltelemente 16, 17, derart, dass gemäß einem Messprotokoll zeitlich aufeinanderfolgend mehrere Schaltzustände, in welchen jeweils einer der Einzelleiteranschlüsse 11 über die Anschlussanordnung 12, insbesondere über den Erregungsanschluss 13, mit der Erregungseinheit 7 verbunden ist und einer der Einzelleiteranschlüsse 11 über die Anschlussanordnung 12, insbesondere über den Messanschluss 14, mit der Messeinheit 8 verbunden ist.
-
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ansteuerns der Erregungseinheit 7 zum Erzeugen der Erregungsspannung. Die Erregungsspannung kann dabei während eines jeweiligen Schaltzustands innerhalb eines vorgegebenen Frequenzintervalls, hier exemplarisch zwischen 0 und 1200 Hz, veränderlich erzeugt werden. In einem weiteren Schritt des Verfahrens erhält die Steuer- und Auswertungseinheit 20 Messdaten 21 von der Messeinheit 8. Die Messdaten 21 beschreiben wenigstens eine während des Erzeugens der Erregungsspannung gemessene elektrische Messgröße, beispielsweise eine komplexwertige Impedanz, des gemäß dem Messprotokoll mit der Messeinheit 8 verbundenen Einzelleiters 6. Die Steuer- und Auswertungseinheit 20 registriert dabei die erhaltenen Messdaten 21 mit den gemäß dem Messprotokoll vorgegebenen Schaltzuständen.
-
Außerdem weist das Verfahren einen Schritt des Verarbeitens der Messdaten 21 in Abhängigkeit der Schaltzustände und einen Schritt des Erzeugens von Grafikdaten auf, welche ein Ergebnis des Verarbeitens der Messdaten zur Analyse der Einlegegüte visualisieren. Dazu kann die Einrichtung 2 eine Anzeigeeinheit 22, beispielsweise einen Monitor, aufweisen, welche die Grafikdaten 21 erhält und das Ergebnis des Verarbeitens visualisiert.
-
Das Verarbeiten kann ein Ermitteln einer Eigeninduktivität für ein jeweiligen Einzelleiter 6 und einer Gegeninduktivität für ein jeweiliges Paar von Einzelleitern 6 umfassen. Zum Ermitteln der Eigeninduktivität für den jeweiligen Einzelleiter 6 sieht das Messprotokoll vor, dass ein Schaltzustand eingenommen wird, in dem sowohl die Erregungseinheit 7 als auch die Messeinheit 8 bzw. sowohl der Erregungsanschluss 13 als auch der Messanschluss 14 mit dem Einzelleiteranschluss 11 für den jeweiligen Einzelleiter 6 verbunden sind. Für das Ermitteln der Gegeninduktivität des jeweiligen Paares von Einzelleitern 6 sieht das Messprotokoll vor, dass der Einzelleiteranschluss 11 für einen der Einzelleiter 6 des jeweiligen Paares mit der Erregungseinheit 7 bzw. mit dem Erregungsanschluss 13 verbunden ist und der Einzelleiteranschluss 11 für den anderen Einzelleiter 6 des Paares mit der Messeinheit 8 bzw. mit dem Messanschluss 14 verbunden ist. Wenn die Wicklung 4 einen ersten bis N-ten Einzelleiter 6 aufweist, kann das Messprotokoll mithin für jede Verbindung des i-ten von N Einzelleitern 6 mit der Messeinheit 8 jede Verbindung des j-ten Einzelleiters mit der Erregungseinheit 7 für alle 1 ≤ i ≤ N und alle 1 ≤ j ≤ N umfassen.
-
2 zeigt ein erstes Diagramm 23 der Gegeninduktivität für das jeweilige Paar von Einzelleitern 6 und der Eigeninduktivität für den jeweiligen Einzelleiter 6 als dreidimensionales Diagramm. Dazu sind die Gegeninduktivität und die Eigeninduktivität sind über eine Fläche, welche Indizes der Einzelleiter 6 als Achsen aufweist, aufgetragen.
-
3 zeigt ein weiteres erstes Diagramm 23 zum Vergleich. Beim ersten Diagramm 23 gemäß 2 sind die sich entlang einer Diagonalen gezeigten Eigeninduktivitäten wesentlich gleichmäßiger verteilt als beim ersten Diagramm 23 gemäß 3. Aus der gleichmäßigen Verteilung der Eigeninduktivitäten beim ersten Diagramm gemäß 2 kann auf eine höhere Einlegegüte der Wicklung 4 im Vergleich zu einer anderen Wicklung 4 im Fall des ersten Diagramms 23 gemäß 3 geschlossen werden.
-
Der Schritt des Verarbeitens umfasst ferner ein Ermitteln elektrischer Größen, welche einen Zusammenhang zwischen einem Strom und einer Spannung auf einem jeweiligen Einzelleiter 6 beschreiben. Die elektrischen Größen beschreiben einen Wirkanteil des Zusammenhangs in Form einer Resistanz und ein Blindanteil des Zusammenhangs in Form einer Reaktanz. Alternativ könne die elektrischen Größen auch eine Konduktanz und eine Suszeptanz beschreiben.
-
4 zeigt ein zweites Diagramm 24 der den Wirkanteil beschreibenden Größe und der den Blindanteil beschreibenden elektrischen Größe innerhalb des Frequenzintervalls für einen jeweiligen Einzelleiter 6. Dazu spannen die den Wirkanteil beschreibende elektrische Größe und die den Blindanteil beschreibende elektrische Größe eine Koordinatenebene des Diagramms auf, in welcher eine von der Frequenz im Frequenzintervall abhängige Ortskurve für einen jeweiligen Einzelleiter 6 dargestellt wird.
-
5 und 6 zeigen jeweils weitere zweite Diagramme 24 zum Vergleich. Aus der wesentlich geringeren Auffächerung der Ortskurven im zweiten Diagramm 24 gemäß 4 gegenüber den zweiten Diagrammen gemäß 5 und 6 kann auf eine höhere Einlegegüte der Wicklung 4, welche dem zweiten Diagramm 24 gemäß 4 zugrunde liegt, als bei Wicklungen 4, denen die zweiten Diagramme 24 gemäß 5 und 6 zugrunde liegen, geschlossen werden.
-
7 zeigt ein drittes Diagramm eines normierten Mittelwerts der elektrischen Größe, hier eines Mittelwerts eines Scheinwiderstands der Einzelleiter, über das Frequenzintervall. Die Mittelwerte sind auf den Gleichspannungsfall (null Hertz) normiert und werden auch als Widerstandserhöhungsfaktor bezeichnet. Das dritte Diagramm 25 zeigt den Verlauf des Widerstandserhöhungsfaktors über die Frequenz.
-
8 zeigt ein drittes Diagramm 25 zum Vergleich. Beim dritten Diagramm 20 gemäß 7 verläuft der Widerstandserhöhungsfaktor für hohe Frequenzen wesentlich niedriger als beim dritten Diagramm 25 gemäß 8. Aus dem niedrigeren Verlauf kann geschlossen werden, dass die Wicklung 4, welcher dem dritten Diagramm 25 gemäß 7 zugrunde liegt, eine höhere Einlegegüte aufweist als eine Wicklung 4, welcher das dritte Diagramm 25 gemäß 8 zugrunde liegt.
-
Die Diagramme 23, 24, 25 sind in einem Grafikdatensatz der Grafikdaten enthalten und werden der Anzeigeeinheit 22 von der Steuer- und Auswertungseinheit 20 bereitgestellt.
-
Ferner kann der Schritt des Verarbeitens ein Durchführen einer thermischen und/oder elektromagnetischen Simulation eines Betriebs der Wicklung 4 enthalten. Der Schritt des Verarbeitens kann ferner ein Ermitteln einer Stromaufteilung über die Einzelleiter 6 und/oder eines Phasengangs umfassen. Die Ergebnisse der Simulation, des Ermittelns der Stromaufteilung und des Phasengangs können ebenfalls als Grafikdatensätze in den Grafikdaten 21 enthalten sein.
-
Bei dem Stator 3 ist insbesondere vorgesehen, dass das Blechpaket 5 erste und zweite Nuten aufweist, die mit der Wicklung 4 derart bewickelt sind, dass die Wicklung 4 in den ersten Nuten gegensinnig zu den zweiten durchströmt wird und die Einzeldrähte in den jeweiligen Nuten um einen Winkel zwischen 90 und 270 Grad, bevorzugt um 180 Grad verdreht sind. Die Nuten sind insbesondere nicht parallelflankig. Dadurch kann mit der Wicklung 4 der Effekt eines Röbelstabs bei einer Einzeldrahtwicklung realisiert werden. Ein solcher Stator wird beispielsweise in der
DE 10 2018 104 113 A1 detailliert beschrieben.
-
Die Einlegegüte bezieht sich hier insbesondere auf eine lagerichtige Anordnung Einzelleiter 6 innerhalb einer jeweiligen Nut. Das zweite Diagramm 24 gemäß 4 bezieht sich dabei auf einen Fall, in dem die Einzelleiter 6 korrekt in den Nuten eingelegt sind. 5 bezieht sich auf einen Fall, in dem auf die Verdrehung der Einzelleiter 6 verzichtet wurde und das Einlegen lagerichtig erfolgt ist. Das zweite Diagramm 24 gemäß 6 bezieht sich auf einen Fall, in dem auf das Verdrehen verzichtet wurde und die Einzelleiter 6 ohne besondere Berücksichtigung ihrer Lage, d.h. chaotisch, in die Nuten eingelegt wurden.
-
Die Einrichtung 2 und das Verfahren erlauben eine anschauliche Bewertung der Einlegegüte zu einem frühen Fertigungszeitpunkt, zu dem erst das Blechpaket 5 bewickelt wurde, und eine den Stator 3 umfassende elektrische Maschine noch nicht vollständig gefertigt ist. Dadurch kann eine außerhalb der Anforderungen liegende Einlegegüte wesentlich früher als an einem Prüfstand für die fertiggestellte elektrische Maschine erkannt werden.
-
Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele bilden die Wicklung 4 und das Blechpaket 5 einen Rotor (nicht gezeigt) für eine rotierende elektrische Maschine aus.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102018104113 A1 [0003, 0057]
