EP1305868A1 - Rotating electrical machine and method for production thereof - Google Patents

Rotating electrical machine and method for production thereof

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Publication number
EP1305868A1
EP1305868A1 EP01955332A EP01955332A EP1305868A1 EP 1305868 A1 EP1305868 A1 EP 1305868A1 EP 01955332 A EP01955332 A EP 01955332A EP 01955332 A EP01955332 A EP 01955332A EP 1305868 A1 EP1305868 A1 EP 1305868A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
slots
rotor
stator
segments
wound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01955332A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jinxing Shen
Tom Porteous
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland, ABB Research Ltd Sweden filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Publication of EP1305868A1 publication Critical patent/EP1305868A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/024Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with slots
    • H02K15/026Wound cores

Abstract

The invention relates to a rotating electrical machine (1) with an internal rotor (2) and an external stator (3). Both are rolled from a strip (5, 6). Each strip (5, 6) is divided into segments (51, 61) which match the internal and external radius of curvature of the rotor (2) or the stator (3). Each segment (51, 61) has a defined number of slots (52, 62), which, on rolling the rotor (2) or the stator (3) are arranged exactly behind one another, such as to form cavities (2H, 3H) for the fixing of electrical windings.

Description

Rotierende elektrische Maschine und Verfahren zu deren Herstellung Rotating electrical machine and process for its manufacture
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf eine rotierende elektrische Maschine sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentansprüche 1 und 6.The invention relates to a rotating electrical machine and a method for its production in accordance with the preamble of claims 1 and 6.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine rotierende elektrisch Maschine mit einem kompakten Aufbau zu schaffen, sowie ein Verfahren aufgezeigt werden, mit dem eine solche rotierende elektische Machine hergestellt werden kann.The invention has for its object to provide a rotating electrical machine with a compact structure, and a method are shown with which such a rotating electrical machine can be manufactured.
Die Aufgabe, die Maschine betreffend, wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.The object relating to the machine is achieved by the features of patent claim 1.
Die Aufgabe, das Verfahren betreffend, wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 6 gelöst.The object relating to the method is solved by the features of patent claim 6.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine rotierende elektrische Maschine unter Verwendung von weniger elektrischem Stahl hergestellt werden als das bis her der Fall ist. Bei der erfindungsgemäßen Maschine wird sowohl der Rotor als auch der Stator aus jeweils einem Band gewickelt, das in Segmente unterteilt ist, die mit speziell ausgebildeten Schlitzen versehen ist. Die Verbindungsstellen der Segmente sind so minimiert, daß das Band während dem weiteren Herstellungsprozeß nicht unterbrochen werden kann. Der innere und äußere Krümmungsradius eines jeden Segments ist an den inneren und äußeren Krümmungsradius von Stator oder Rotor angepasst.With the method according to the invention, a rotating electrical machine can be produced using less electrical steel than has been the case up to now. In the machine according to the invention, both the rotor and the stator are each wound from a band which is divided into segments which are provided with specially designed slots. The connection points of the segments are minimized so that the band cannot be interrupted during the further manufacturing process. The inner and outer radius of curvature of each segment is matched to the inner and outer radius of curvature of the stator or rotor.
Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.Further inventive features are characterized in the dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of schematic drawings.
Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße rotierende elektrische Maschine im Vertikalschnitt,Show it: 1 shows a rotating electrical machine according to the invention in vertical section,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Band, mit dem der Stator gewickelt wird,2 shows a section of a tape with which the stator is wound,
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem weiteren Band zum Wickeln des Stators,3 shows a detail from a further band for winding the stator,
Fig. 4 die Herstellung von Bändern gemäß Fig. 2 aus einem bandförmigen Bauelement,4 shows the production of strips according to FIG. 2 from a strip-shaped component,
Fig. 5 das Wickeln des Stators ,5 the winding of the stator,
Fig. 6 eine Ansicht von der äußeren Begrenzungsfläche des Stators,6 is a view of the outer boundary surface of the stator,
Fig. 7 einen Ausschnitt aus einem Band zum Wickeln des Rotors,7 shows a section of a band for winding the rotor,
Fig. 8 einen Ausschnitt aus einem weiteren Band zum Wickeln des Rotors,8 shows a detail from a further band for winding the rotor,
Fig. 9 die Herstellung von Bändern gemäß Fig. 7 aus einem bandförmigen Werkstoff,9 the production of strips according to FIG. 7 from a strip-like material,
Fig. 10 das Wickels des Rotors,10 the winding of the rotor,
Fig. 11 eine Ansicht von der äußeren Begrenzungsfläche des Rotors,11 is a view of the outer boundary surface of the rotor,
Fig. 12 die Verdrehung des Rotorkerns zum Ausrichten der Stege zwischen den Schlitzen.Fig. 12 shows the rotation of the rotor core for aligning the webs between the slots.
Die in Fig. 1 gezeigte rotierende elektrisch Maschine 1 ist mit einem Rotor 2 und einem Stator 3 ausgerüstet. Der Rotor 2 ist, wie der Vertikalschnitt zeigt, innerhalb des Stators 3 angeordnet. Seine Abmessungen sind so gewählt, dass zwischen ihm und dem Stator 3 ein kleiner Luftspalt 4 verbleibt. Durch die Längsachse des Rotors 2 wird die Achse (hier nicht dargestellt) der rotierenden elektrischen Maschine geführt. Der Rotor 2 und der Stator 3 sind aus speziell geformten Bändern 5 und 6 gewickelt, wie in den Figuren 2; 3, 6 und 7 dargestellt und jn den zugehörigen Beschreibungen erläu- tert. Der Kern 3K und das Joch 3J des Stators 3 bilden eine Einheit. Zum Wickeln des Stators 3 wird beispielsweise ein Band 5 verwendet, das in Fig. 2 im Ausschnitt dargestellt ist. Das Band 5 ist in Segmente 51 unterteilt, deren innerer und äußerer Krümmungsradius an den inneren und äußeren Krümmungsradius des Stators 3 an- gepasst ist. Die Segmente 51 sind alle gleich groß. Jeweils zwei benachbarte Segmente 51 sind an ihren seitlichen Begrenzungsflächen ganz außen annähernd punkt- förmig miteinander verbunden. Jedes Segment 51 ist mit Schlitzen 52 versehen, die bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel alle einen etwa rechteckigen Querschnitt aufweisen und gleich groß sind. Die Querschnitte können auch anders gestaltetet sein. Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die hier dargestellte Ausführungsform. Vielmehr schließt sie alle funktionsfähigen Formen ein. Die Schlitze 52 sind zum kleineren Krümmungsradius der Segmente 51 hin offen. Jeweils zwei benachbarte Schlitze 52 sind durch einen wie beispielsweise in den Figuren 1 bis 5 dargestellten T-förmigen Steg 53 voneinander getrennten. Dessen Fuß ist mit dem geschlossenen Bereich des Bandes 5 verbunden, der das Joch 3J des Stators 3 bildet, Jeweils zwei benachbarte Schlitze 52 werden durch das Querstück eines Stegs 53 teilweise nach außen verschlossen, das zu den Längsachsen der Schlitze 52 senkrecht ausgerichtet ist. Die Abmessungen und Anordnungen der Schlitze 52 sowie die Abmessungen der Segmente 51 werden so gewählt, dass die Trennlinie 54 zwischen zwei Segmenten 51 entweder mittig durch einen Schlitz 52 wie in Fig. 3 dargestellt oder wie bei der in Fig. 2 dargestellten Variante eines Bandes 5 durch einen Steg 53 geführt ist. Das innerhalb des Bandes 5 liegende Ende einer Trennlinie 54 mündet in eine runde Ausnehmung 55, die beim Wickeln des Stators 3 zur Konzentration und Reduzierung der mechanischen Verformung dient.The rotating electrical machine 1 shown in FIG. 1 is equipped with a rotor 2 and a stator 3. As the vertical section shows, the rotor 2 is arranged inside the stator 3. Its dimensions are chosen so that a small air gap 4 remains between it and the stator 3. The axis (not shown here) of the rotating electrical machine is guided through the longitudinal axis of the rotor 2. The rotor 2 and the stator 3 are wound from specially shaped strips 5 and 6, as in FIGS. 2; 3, 6 and 7 and explained in the associated descriptions. tert. The core 3K and the yoke 3J of the stator 3 form a unit. For winding the stator 3, for example, a tape 5 is used, which is shown in detail in FIG. 2. The band 5 is divided into segments 51, the inner and outer radius of curvature of which is matched to the inner and outer radius of curvature of the stator 3. The segments 51 are all the same size. In each case, two adjacent segments 51 are connected to one another at their lateral boundary surfaces in an approximately point-like manner. Each segment 51 is provided with slots 52, which in the exemplary embodiment shown here all have an approximately rectangular cross section and are of the same size. The cross sections can also be designed differently. The invention is not limited to the embodiment shown here. Rather, it includes all functional forms. The slots 52 are open to the smaller radius of curvature of the segments 51. In each case two adjacent slots 52 are separated from one another by a T-shaped web 53, for example as shown in FIGS. 1 to 5. Whose foot is connected to the closed area of the band 5, which forms the yoke 3J of the stator 3, two adjacent slots 52 are partially closed to the outside by the cross piece of a web 53 which is oriented perpendicular to the longitudinal axes of the slots 52. The dimensions and arrangements of the slots 52 and the dimensions of the segments 51 are selected such that the dividing line 54 between two segments 51 is either centered through a slot 52 as shown in FIG. 3 or as in the variant of a band 5 shown in FIG. 2 is guided by a web 53. The end of a dividing line 54 lying within the band 5 opens into a round recess 55 which serves to concentrate and reduce the mechanical deformation when the stator 3 is wound.
Fig. 4 zeigt ein flächiges bandförmiges Bauelement 10 aus einem dünnen metallischen Material, das als Elektroblech ausgebildet ist. Das Bauelement 10 ist so breit wie zwei gegeneinander gelegte Bänder 5 gemäß Fig. 3. Aus diesem Bauelement 10 werden zwei solche Bänder 5 zum Wickeln des Stators 3 gemäß diesem hier dargestellten Muster ausgeschnitten. Um Material zu sparen, kann das Bauelement 10 auch etwa schmaler als das Muster sein, derart, dass beispielsweise die nach außen gerichteten Rundungen 51 R der Segmente 51 entfallen. Der gewickelte Stator 3 weist dann auf der Außenfläche teilweise abgeflachte Bereiche auf (hier nicht dargestellt) auf, was jedoch keine wesentlichen Nachteile mit sich bringt. Der Grund für die Auswahl dieses Musters ist die Minimierung des Materials.Fig. 4 shows a flat band-shaped component 10 made of a thin metallic material which is designed as an electrical sheet. The component 10 is as wide as two strips 5 placed against one another according to FIG. 3. Two such strips 5 are cut out of this component 10 for winding the stator 3 in accordance with the pattern shown here. In order to save material, the component 10 can also be somewhat narrower than the pattern, such that, for example, the outward curves 51 R of the segments 51 are omitted. The wound stator 3 then has partially flattened areas on the outer surface (not shown here) on, but this has no major disadvantages. The reason for choosing this pattern is to minimize the material.
Fig. 5 zeigt das Wickeln des Stators 3. Hierfür wird das Band 5 auf einen Dorn 16 gewickelt, derart, dass seine Segmente 51 mit ihrem kleineren Krümmungsradius senkrecht zur Längsachse des Doms 16 positioniert werden. Der Außendurchmesser des Doms 16 ist auf den gewünschten Innendurchmesser des Stators 3 abgestimmt. Das Band 5 wird so weit aufgewickelt, bis der Stator 3 die gewünschten Abmessungen aufweist. Dann wird das Band 5 durchtrennt. Um ein selbständiges Abwickeln des Bands 5 vom Dorn 16 zu verhindern, wird dieses dauerhaft befestigt. Anschließend werden die aufgewickelten Lagen des Bandes 5 verpreßt. Damit ist der Stator 3 fertiggestellt. Wegen der gleichmäßig ausgebildeten Schlitze 52 und Stege 53 ist nach dem Aufwickeln des Bandes 5 vor und hinter einem jedem Schlitz 52 einer jeden Lage jeweils ein Schlitz 52 der vorangegangen Lage und auch jeweils ein Schlitz 52 der nachfolgenden Lage des Bandes 5 deckungsgleich positioniert. Damit werden in dem Stator 3 durchgehende Hohlräume 3H gemäß Fig. 1 ausgebildet, deren Längsachsen zu der Längsachse des Stators 3 parallel verlaufen, und deren Querschnitte den Querschnitten der Schlitze 52 entsprechen. Die Segmente 51 sind so ausgebildet, dass die Zwischenräume 57, welche die Form von Dreiecken aufweisen, und wie Fig. 2 zeigt, zwischen jeweils zwei Segmenten 51 ausgebildet sind, sind nach dem Aufwik- keln des Bandes 5 so weit geschlossen, dass nur noch eine Trennlinie 54 verbleibt, wie in Fig 5 dargestellt. Fig. 5 zeigt die Trennlinie 54 einer ersten aufgewickelten Lage, die unterbrochen dargestellt ist, und eine erste Trennlinie 54 einer zweiten aufgewik- kelten Lage. Diese ist so weit von der Trennlinie 54 der ersten Lage verschoben, dass der Abstand zwischen beiden dem Abstand zwischen den Mitten zweier Schlitze 52 entspricht. Fig. 6 zeigt einen Teilbereich von der Außenfläche des Stators 3. Die Positionen der Trennlinien 54 von sechs Lagen 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F des Bandes 5 sind mit X markiert. Hier ist deutlich zu sehen, dass keine Trennlinie (hier nicht dargestellt) unmittelbar vor oder hinter einer anderen Trennlinie positioniert ist. Um dieses zu erreichen, muß folgende Beziehung erfüllt sein:5 shows the winding of the stator 3. For this purpose, the band 5 is wound on a mandrel 16 in such a way that its segments 51 with their smaller radius of curvature are positioned perpendicular to the longitudinal axis of the dome 16. The outer diameter of the dome 16 is matched to the desired inner diameter of the stator 3. The tape 5 is wound up until the stator 3 has the desired dimensions. Then the tape 5 is cut. In order to prevent the tape 5 from unwinding independently of the mandrel 16, it is permanently attached. The wound layers of the tape 5 are then pressed. The stator 3 is thus completed. Because of the evenly formed slots 52 and webs 53, after the tape 5 has been wound up, a slot 52 of the previous layer and also a slot 52 of the subsequent layer of the tape 5 are positioned congruently in front of and behind each slot 52 of each layer. 1, the longitudinal axes of which are parallel to the longitudinal axis of the stator 3 and whose cross sections correspond to the cross sections of the slots 52. The segments 51 are designed in such a way that the spaces 57, which have the shape of triangles and, as shown in FIG. 2, are formed between two segments 51 in each case are closed to such an extent after the tape 5 has been wound up that only a dividing line 54 remains, as shown in FIG. 5. FIG. 5 shows the dividing line 54 of a first wound layer, which is shown interrupted, and a first dividing line 54 of a second wound layer. This is shifted so far from the dividing line 54 of the first position that the distance between the two corresponds to the distance between the centers of two slots 52. 6 shows a partial area from the outer surface of the stator 3. The positions of the dividing lines 54 of six layers 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F of the band 5 are marked with X. It can be clearly seen here that no dividing line (not shown here) is positioned directly in front of or behind another dividing line. To achieve this, the following relationship must be fulfilled:
N + N „ , = Zseg undN + N ", = Zseg and
Nseg Zseg = integer l ≤ Na < Zsegnseg Zseg = integer l ≤ N a <Zseg
Nseg - C < l.Nseg - C <l.
Zseg ist die Anzahl der Schlitze 52 je Segment, N die Anzahl aller Schlitze 52 einer Lage des aufgewickelten Bandes 5, Na die Anzahl von Schlitzen 52 zwischen der ersten Trennlinie 54 einer aufgewickelten Lage und der Trennlinie 54 einer nachfolgenden Lage, bedingt durch die Verschiebung, Nseg die ganzzahlige Anzahl der Segmente, die zum Aufwickeln einer Lage erforderlich ist, und C die genaue Anzahl der Segmente einer Lage. Soll beispielsweise ein Stator 3 gewickelt werden, der 24 Schlitze und 5 Segmente je Lage aufweist, so ist N =24, Nseg = 5 und Na = 1. Es ergibt sich Zseg = 5 und C = 4,8.Z seg is the number of slots 52 per segment, N the number of all slots 52 of a layer of the wound tape 5, N a the number of slots 52 between the first separating line 54 of a wound layer and the separating line 54 of a subsequent layer, due to the Shift, N seg the integer number of segments required to wind a layer and C the exact number of segments of a layer. For example, if a stator 3 is to be wound, which has 24 slots and 5 segments per layer, then N = 24, N seg = 5 and N a = 1. This results in Z seg = 5 and C = 4.8.
Die Figuren 7 und 8 zeigen jeweils den Teilbereich eines Bandes 6, das zum Wickeln des Rotors 2 verwendet wird. Das Band 6 ist in Segmente 61 unterteilt. Jedes Segment 61 ist an den inneren und der äußeren Krümmungsradius des Rotors 2 ange- passt. Die Segmente 61 sind alle gleich groß. Wie in den Figuren 7 und 8 dargestellt, ist jedes Segment 61 mit zwei bzw. drei Schlitzen 62 versehen, je nach dem, ob die Trennlinie mittig zwischen zwef Schlitzen 62 oder durch einen Schlitz 62 hindurch geführt ist. Die Schlitze 62 sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel oval ausgebildet, alle gleich groß, nach außen verschlossen und durch Stege 63 voneinander getrennt. Sind die Segmente 61 so ausgebildet, dass die Trennlinie zwischen zwei Segmenten 61 mittig hindurch geführt ist, so mündet, wie in Fig. 8 dargestellt, das innen liegende Ende der Trennlinien 64 in eine kreisförmigen Ausnehmung 66, die zur Reduzierung der mechanischen Verformung beim Wickeln des Rotors 2 genutzt wird.FIGS. 7 and 8 each show the partial area of a band 6 which is used for winding the rotor 2. The band 6 is divided into segments 61. Each segment 61 is adapted to the inner and outer radius of curvature of the rotor 2. The segments 61 are all the same size. As shown in FIGS. 7 and 8, each segment 61 is provided with two or three slots 62, depending on whether the dividing line is guided centrally between two slots 62 or through a slot 62. In the exemplary embodiment shown here, the slots 62 are oval, all the same size, closed to the outside and separated from one another by webs 63. If the segments 61 are designed in such a way that the dividing line between two segments 61 is guided through the middle, then, as shown in FIG. 8, the inner end of the dividing lines 64 opens into a circular recess 66, which reduces the mechanical deformation during winding of the rotor 2 is used.
Fig. 9 zeigt ein flächiges Bauelement 12 aus einem dünnen metallischen Material, das als Elektroblech ausgebildet ist. Das Bauelement 12 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist etwa schmaler als zwei Bänder 6 gemäß Fig. 7, die hier gegeneinander gesetzt sind. Entsprechend dem hier dargestellten Muster können aus dem Bauelement 12 zwei Bänder 6 zum Wickeln des Rotors 2 gleichzeitig ausge- schnitten werden. Der Grund für die Auswahl dieses Musters ist ebenso wie bei dem irt Fig. 4 dargestellten Muster ist die Minimierung des Materials.FIG. 9 shows a flat component 12 made of a thin metallic material which is designed as an electrical sheet. The component 12 in the exemplary embodiment shown here is approximately narrower than two bands 6 according to FIG. 7, which are set against one another here. According to the pattern shown here, two tapes 6 for winding the rotor 2 can be simultaneously pulled out of the component 12. be cut. The reason for choosing this pattern, like the pattern shown in Figure 4, is to minimize the material.
Fig. 10 zeigt das Wickeln des Rotors 2. Hierfür wird das Band 6 auf einen Dorn 17 gewickelt, derart, dass seine Segmente 61 mit ihrem kleineren Krümmungsradius senkrecht zur Längsachse des Doms 17 positioniert werden. Der Außendurchmesser des Dorns 17 ist auf den gewünschten Innendurchmesser des Rotors 2 abgestimmt. Das Band 6 wird so weit aufgewickelt, bis der Rotor 2 die gewünschten Abmessungen aufweist. Dann wird das Band 6 durchtrennt. Um ein selbständiges Abwickeln des Bands 6 vom Dorn 17 zu verhindern, wird dieses dauerhaft befestigt. Anschließend werden die aufgewickelten Lagen des Bandes 6 verpreßt.10 shows the winding of the rotor 2. For this purpose, the band 6 is wound on a mandrel 17 in such a way that its segments 61 with their smaller radius of curvature are positioned perpendicular to the longitudinal axis of the dome 17. The outside diameter of the mandrel 17 is matched to the desired inside diameter of the rotor 2. The tape 6 is wound up until the rotor 2 has the desired dimensions. Then the tape 6 is cut. In order to prevent the tape 6 from unwinding independently of the mandrel 17, it is permanently attached. The wound layers of the tape 6 are then pressed.
Wegen der gleichmäßig ausgebildeten Schlitze 62 und Stege 63 wird beim Aufwickeln des Bandes 6 vor und hinter einem jedem Schlitz 62 einer Lage ein Schlitz 62 der vorangegangen Lage und auch ein Schlitz 62 der nachfolgenden Lage des Bandes 6 deckungsgleich positioniert. Damit werden in dem Rotor 2 durchgehende Hohlräume 2H, wie in Fig. 1 dargestellt, ausgebildet, deren Längsachsen zu der Längsachse des Rotors 2 parallel verlaufen, und deren Querschnitte den Querschnitten der Schlitze 62 entsprechen. Das Band 6 ist zudem so ausgebildet, dass beim Aufwickeln vor und nach einer jeden Trennlinie 64 zwischen zwei Segmenten 51 keine Trennlinie 64 angeordnet ist. Fig. 10 zeigt die Trennlinie 64 einer ersten aufgewickelten Lage, die unterbrochen dargestellt ist, und eine erste Trennlinie 64 einer zweiten aufgewickelten Lage. Die Trennlinie 64 der zweiten Lage ist so weit von der Trennlinie 64 der ersten Lage verschoben, dass der Abstand zwischen beiden dem Abstand zwischen den Mitten zweier Schlitze 62 entspricht.Because of the uniformly formed slots 62 and webs 63, a slot 62 of the previous layer and also a slot 62 of the subsequent layer of the tape 6 are positioned congruently when winding the tape 6 in front of and behind each slot 62 of a layer. Continuous cavities 2H are thus formed in the rotor 2, as shown in FIG. 1, whose longitudinal axes run parallel to the longitudinal axis of the rotor 2 and whose cross sections correspond to the cross sections of the slots 62. The band 6 is also designed such that when winding up before and after each dividing line 64 between two segments 51, no dividing line 64 is arranged. 10 shows the dividing line 64 of a first wound layer, which is shown interrupted, and a first dividing line 64 of a second wound layer. The dividing line 64 of the second layer is shifted so far from the dividing line 64 of the first layer that the distance between the two corresponds to the distance between the centers of two slots 62.
Fig. 11 zeigt einen Teilbereich von der Außenfläche des Rotors 2. Die Positionen der Trennlinien 64 in vier Lagen 6A, 6B, 6C, 6D des Bandes 6 sind mit X markiert. Auch hier ist zu sehen, dass keine Trennlinie (hier nicht dargestellt) unmittelbar vor oder hinter einer anderen Trennlinie positioniert ist. Um dieses zu erreichen, muß auch hier11 shows a partial area from the outer surface of the rotor 2. The positions of the dividing lines 64 in four layers 6A, 6B, 6C, 6D of the band 6 are marked with X. It can also be seen here that no dividing line (not shown here) is positioned immediately in front of or behind another dividing line. In order to achieve this, here too
die bereits oben erläuterte Gleichung — i-_-l = Seg erfüllt sein. Die Bedingungen,the equation - i -_- l = S eg already explained above is fulfilled. The conditions,
Nseg welche die Anzahl der Schlitze 62 und die Anzahl der Segmente 61 betreffen, sind hier die gleichen wie in der Beschreibung zu Fig. 5 erläutert.nseg which relate to the number of slots 62 and the number of segments 61 are the same here as explained in the description of FIG. 5.
Bei der Fertigung des Rotors 2 muß ferner sichergestellt werden, dass die Längsachsen der Stege 63, durch welche die Schlitze 62 von einander getrennt sind, gegenüber den Längsachsen der Stege 53, durch welche die Schlitze 52 des Stators 3 von einander getrennt sind, um einen Winkel θs geneigt sind. Deshalb wird der Kern des Rotors 2, wie in Fig. 1 dargestellt, im Anschluß an das vollständige Aufwickeln des Bandes 6 um diesen Winkel θs gegenüber der Längsachse des Rotors 2 verdreht, und zwar in die gleiche Richtung, in die auch das Band 6 beim Wickeln gedreht wird. Um diese Neigung zu erreichen, müssen die inneren und äußeren Krümmungen der Segmente 61 geringfügig modifiziert werden. Das genaue zylinderförmige Außenprofil des Rotors 2 wird erst durch ein angepasstes Nachbearbeiten der äußeren Oberfläche des Rotors 2 erreicht.During the manufacture of the rotor 2, it must also be ensured that the longitudinal axes of the webs 63, by which the slots 62 are separated from one another, with respect to the longitudinal axes of the webs 53, by which the slots 52 of the stator 3 are separated from one another Angle θ s are inclined. Therefore, the core of the rotor 2, as shown in Fig. 1, after the complete winding of the band 6 is rotated by this angle θ s with respect to the longitudinal axis of the rotor 2, in the same direction in which the band 6th is rotated during winding. In order to achieve this inclination, the inner and outer curvatures of the segments 61 have to be slightly modified. The exact cylindrical outer profile of the rotor 2 is only achieved by an adapted finishing of the outer surface of the rotor 2.
NN
Die gewünschte Neigung der Längsachsen der Stege 63 lässt sich auch dadurch erreichen, dass jeder Steg 63 geringfügig vergrößert wird, und zwar um θr . θr = 360° /Nr und Nr ist die Anzahl der Schlitze 62 des Rotors 2. Der Neigungswinkel eines jeden Schlitzes 62 und eines jeden Stegs 63 ist um Aθ zu vergrößern, wobei θr'= Θr + Δθ und Aθ = ß/M/Nist. M ist die Anzahl der Lagen des aufgewickelten Bandes 6 eines Rotors 2 und θs der Winkel, um den der Rotor 2 über seine gesamte Länge zu verdrehen ist. The desired inclination of the longitudinal axes of the webs 63 can also be achieved by slightly increasing each web 63, namely by θr. θr = 360 ° / Nr and Nr is the number of slots 62 of the rotor 2. The angle of inclination of each slot 62 and each web 63 is to be increased by Aθ, where θr '= Θr + Δθ and Aθ = β / M / Nist , M is the number of layers of the wound band 6 of a rotor 2 and θ s is the angle through which the rotor 2 is to be rotated over its entire length.

Claims

Patentansprüche claims
1. Rotierende elektrische Maschine mit einem Rotor (2) und einem Stator (3), dadurch gekennzeichnet, dass das der Rotor (2) und der Stator (3) beide jeweils einteilig ausgebildet und aus jeweils einem Band (5, 6) gewickelt sind.1. Rotating electrical machine with a rotor (2) and a stator (3), characterized in that the rotor (2) and the stator (3) are both each formed in one piece and are each wound from a band (5, 6) ,
2. Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) aus einem Band (5) gewickelt ist und das Joch (3J) und der Kern (3K) des Stators (3) als Einheit ausgebildet sind, dass der Stator (3) auf der nach innen weisenden Seite mit Schlitzen (52) zur Aufnahme von elektrischen Wicklungen versehen ist, und jeweils zwei aufeinander folgende Schlitze (52) den gleichen Abstand von einander aufweisen und durch einen Steg (5) von einander getrennt sind, dessen Fuß mit dem ringförmigen Joch (3J) verbunden ist, und die Schlitze (52) nach außen zu teilweise begrenzt.2. Machine according to claim 1, characterized in that the stator (3) is wound from a band (5) and the yoke (3J) and the core (3K) of the stator (3) are formed as a unit, that the stator ( 3) is provided on the inward-facing side with slots (52) for receiving electrical windings, and in each case two successive slots (52) have the same distance from one another and are separated from one another by a web (5), the base of which is connected to the annular yoke (3J), and the slots (52) are partially delimited to the outside.
3. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (5) in eine definierte Zahl von Segmenten (51) unterteilt ist, deren innerer und äußerer Krümmungsradius an den inneren und äußeren Krümmungsradius des Stators (3) angepasst ist, dass jedes Segment (51) eine definierte Zahl von Schlitzen (52) aufweist und jeweils zwei unmittelbar aneinander grenzende Segmente (51) nur am äußersten Rand der seitlichen Begrenzungsflächen miteinander verbunden sind, dass die Trennlinie (54) zwischen zwei Segmenten (51) mittig durch einen Steg (53) oder einen Schlitz (52) geführt und am innen liegenden Ende einer jeden Trennlinie (54) eine Ausnehmung (55) vorgesehen ist, und dass zwei benachbarte Schlitze (52) den gleichen Abstand voneinander aufweisen.3. Machine according to one of claims 1 to 2, characterized in that the band (5) is divided into a defined number of segments (51), the inner and outer radius of curvature of which is adapted to the inner and outer radius of curvature of the stator (3) that each segment (51) has a defined number of slots (52) and two directly adjacent segments (51) are only connected to each other at the outermost edge of the lateral boundary surfaces, that the dividing line (54) between two segments (51) is centered guided through a web (53) or a slot (52) and a recess (55) is provided at the inner end of each dividing line (54), and that two adjacent slots (52) are at the same distance from one another.
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (6) zum Wickeln des Rotors (2) in eine definierte Zahl von Segmente (61) unterteilt ist, deren innerer und äußerer Krümmungsradius an den inneren und äußeren Krümmungsradius des Rotors (2) angepasst ist, dass in jedem Segment (61) eine definierte Zahl von Schlitzen (62) ausgebildet ist, dass jeweils zwei unmittelbar aneinander grenzende Segmente (61) nur am äußersten Rand der seitlichen Begrenzungsflächen miteinander verbunden sind, und dass die Trennlinie (64) zwischen zwei benachbarten Segmenten (61) mittig durch einen Schlitz (62) oder mittig zwischen zwei benachbarten Schlitzen (62) geführt ist.4. Machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the band (6) for winding the rotor (2) is divided into a defined number of segments (61), the inner and outer radius of curvature of the inner and outer radius of curvature of the rotor (2) is adapted so that a defined number of slots (62) is formed in each segment (61), that two directly adjacent segments (61) are connected to each other only at the outermost edge of the lateral boundary surfaces, and that the Dividing line (64) between two adjacent segments (61) is guided centrally through a slot (62) or centrally between two adjacent slots (62).
5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (62) allseitig verschlossen oder nach außen mit nur einer kleinen Öffnung versehen und durch Stege (63) voneinander getrennt sind, dass jeweils zwei aufeinander folgende Schlitze (62) den gleichen Abstand voneinander aufweisen und die Längsachsen der Schlitze (62) gegenüber den Längsachsen der Schlitze (52) des Stator (3) um einen Winkel θs bezogen auf die gesamte Länge des Stators (3) geneigt sind.5. Machine according to claim 4, characterized in that the slots (62) are closed on all sides or are provided with only a small opening to the outside and are separated from one another by webs (63), that two successive slots (62) each have the same distance from one another and the longitudinal axes of the slots (62) are inclined relative to the longitudinal axes of the slots (52) of the stator (3) by an angle θ s with respect to the entire length of the stator (3).
6 . Verfahren zum Herstellen einer rotierenden elektrischen Maschine mit einem einem Rotor (2) und einem Stator (3), insbesondere zur Herstellung der Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) und der Rotor (2) jeweils einteilig ausgebildet und aus jeweils einem in Segmente (51 , 61) unterteilten Band (5, 6) gewickelt werden.6. Method for manufacturing a rotating electrical machine with a rotor (2) and a stator (3), in particular for manufacturing the machine according to claim 1, characterized in that the stator (3) and the rotor (2) are each formed in one piece and made of one band (5, 6) divided into segments (51, 61) are wound.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (3J) und der Kern (3K) des Stators (3) eine Einheit bilden, die aus einem Band (5) gewickelt wird, dass das Band (5) in eine definierte Anzahl von Segmente (51) unterteilt wird, deren innerer und äußerer Krümmungsradius an den inneren und äußeren Krümmungsradius des Stators (3) angepasst wird, dass die Segmente (51) mit einer definierten Anzahl von nach innen offenen Schlitzen (52) versehen und jeweils zwei Schlitze (52) durch einen Steg (53) von einander getrennt werden, und dass beim Wickeln des Stators (3) zur Ausbildung von Hohlräumen (3H) in jeder Lage ein Schlitz (52) deckungsgleich vor einem Schlitz (52) der vorangehenden Lage angeordnet wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the yoke (3J) and the core (3K) of the stator (3) form a unit which is wound from a band (5) that the band (5) in a defined Number of segments (51) is divided, the inner and outer radius of curvature of which is adapted to the inner and outer radius of curvature of the stator (3), that the segments (51) are provided with a defined number of inwardly open slots (52) and two each Slots (52) are separated from one another by a web (53), and that when the stator (3) is wound to form cavities (3H), a slot (52) is congruently arranged in front of a slot (52) of the previous layer in each layer becomes.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) aus einem Band (6) gewickelt wird, das in eine definierte Anzahl von Segmente (61) unterteilt wird, deren innerer und äußerer Krümmungsradius an den inneren und äußeren Krümmungsradius des Rotors (2) angepasst und jedes Segment (61) mit einer definierten Anzahl von geschlossenen Schlitzen (62) versehen wird, dass jeweils zwei unmittelbar aneinander grenzende Segmente (61) nur am äußersten Rand der seitlichen Begrenzungsflächen miteinander verbunden sind, und dass die Trennlinie (64) zwischen zwei benachbarten Segmenten (61) mittig durch einen Schlitz (62) oder mittig zwischen zwei benachbarten Schlitzen (62) geführt wird.8. The method according to claim 6, characterized in that the rotor (2) is wound from a band (6) which is divided into a defined number of segments (61), the inner and outer radius of curvature of the inner and outer radius of curvature of the The rotor (2) is adapted and each segment (61) is provided with a defined number of closed slots (62), that in each case two directly adjacent segments (61) are connected to one another only at the outermost edge of the lateral boundary surfaces, and that the dividing line ( 64) between two adjacent segments (61) in the middle through a slot (62) or in the middle between two adjacent slots (62).
9 Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennlinien (54, 64) zwischen den Segmenten (51 , 61) beim Wickeln von Rotor (2) und Stator (3) von einer gewickelten Lage des Bandes (5, 6) zur nächsten gegenein-9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the dividing lines (54, 64) between the segments (51, 61) when winding the rotor (2) and stator (3) from a wound position of the band (5, 6) to the next against each other
N + Nα ander versetzt werden, wenn folgende Gleichung = Zseg erfüllt wird, wobei Zseg N + Nα can be offset if the following equation = Zseg is satisfied, where Z seg
Nseg die Anzahl der Schlitze (52, 62) je Segment (51 , 61), Ν die Anzahl aller Schlitze (52, 62) einer aufgewickelten Lage, Νseg die Anzahl der Segmente (51 , 61) einer aufgewik- kelten Lage, Na die Anzahl der Schlitze (52, 62) in der Verschiebung zwischen der ersten Trennlinie (54, 64) einer ersten aufgewickelten Lage und der ersten Trennlinie (54, 64) einer nachfolgenden Lage ist, und zudem die Bedingungen Zseg = integer ,Nseg the number of slots (52, 62) per segment (51, 61), Ν the number of all slots (52, 62) of a wound layer, Ν seg the number of segments (51, 61) of a wound layer, N a is the number of slots (52, 62) in the displacement between the first dividing line (54, 64) of a first wound layer and the first dividing line (54, 64) of a subsequent layer, and also the conditions Zseg = integer,
N x NsegN x Nseg
1 < N„ < Zseg , C = ≠ int eger und Nseg - C < 1 erfüllt werden .1 <N „<Zseg, C = ≠ int eger and Nseg - C <1 can be fulfilled.
N + NaN + Na
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern des fertig gewickelten Rotors (2) zum Ausrichten der Stege (63), welche die Schlitze (62) des Rotors (2) voneinander trennen, gegenüber den Stegen (53), welche die Schlitze (52) des Stators (3) voneinander trennen, um einen Winkel θs bezogen auf die gesamte Länge des Rotors (2) verdreht wird.10. The method according to any one of claims 6 to 9, characterized in that the core of the finished wound rotor (2) for aligning the webs (63), which separate the slots (62) of the rotor (2) from each other, with respect to the webs ( 53), which separate the slots (52) of the stator (3) from one another by an angle θ s relative to the entire length of the rotor (2).
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern des fertig gewickelten Rotors (2) zum Ausrichten der Stege (63), welche die Schlitze (62) des Rotors (2) voneinander trennen, gegenüber den Stegen (53), welche die Schlitze (52) des Stators (3) voneinander trennen, um einen Winkel in der Richtung der Längsachse so geneigt wird, dass dabei jeder Steg (63) um einen geringen Abstand θr vergrößert wird, dass der Neigungswinkel eines jeden Schlitzes (62) und eines jeden Stegs (63) um Aθ vergrößert wird, wobei Θr = θr +Aθ und Aθ = Θs/M/Nr , M die Anzahl der Lagen des Bandes (6) des aufgewickelten Rotors (2) und Nr die Anzahl der Schlitze (62) des Rotors (2) ist. 11. A method according to any one of claims 6 to 9, characterized in that the core of the completed wound rotor (2) for aligning the webs (63) connecting the slots (62) of the rotor (2) separate from each other, against the webs (53) which separate the slots (52) of the stator (3) from one another by an angle in the direction of the longitudinal axis so that each web (63) is increased by a small distance θr so that the angle of inclination of each Slot (62) and each web (63) is increased by Aθ, where Θr = θr + Aθ and Aθ = Θs / M / Nr, M the number of layers of the band (6) of the wound rotor (2) and N r the number of slots (62) of the rotor (2).
12. Verfahren nach einem der nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Bänder (5) zum Wickeln des Stators (3) nach einem vorgegebenen Muster aus einem schmaleren oder doppelt so breiten Band (10) ausgeschnitten werden.12. The method according to any one of claims 6 to 11, characterized in that two tapes (5) for winding the stator (3) are cut out of a narrower or twice as wide tape (10) according to a predetermined pattern.
13. Verfahren nach einem der nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Bänder (6) zum Wickeln des Rotors (2) nach einem vorgegebenen Muster aus einem doppelt so breiten Band (12) ausgeschnitten werden. 13. The method according to any one of claims 6 to 11, characterized in that in each case two bands (6) for winding the rotor (2) are cut out from a band (12) twice as wide according to a predetermined pattern.
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