WO2006029972A1 - Synchronmaschine - Google Patents

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WO2006029972A1
WO2006029972A1 PCT/EP2005/054369 EP2005054369W WO2006029972A1 WO 2006029972 A1 WO2006029972 A1 WO 2006029972A1 EP 2005054369 W EP2005054369 W EP 2005054369W WO 2006029972 A1 WO2006029972 A1 WO 2006029972A1
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WO
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wound
tooth
winding direction
phase
permanent
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PCT/EP2005/054369
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Vollmer
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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Priority to US11/575,192 priority Critical patent/US20080315704A1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems

Definitions

  • the invention relates to a permanent-magnet synchronous machine.
  • Permanently excited synchronous machines which have an excitation of a rotor by means of permanent magnets, have different advantages over electrically excited synchronous machines.
  • the rotor does not require an electrical connection in the case of a permanent magnet synchronous machine.
  • Permanent magnets with high energy density i. a large product of flux density and field strength, prove to be superior to the less energy-intensive permanent magnet.
  • permanent magnets can not only have a flat arrangement with respect to the air gap, but can also be positioned in a type of collective configuration (flux concentration).
  • the invention has for its object to provide a per ⁇ manenterregte synchronous machine, in the simple way he ⁇ pendulum moments, or cogging torques are reduced.
  • this reduction takes place without the use of a skew, for example the permanent magnets.
  • a permanent-magnet synchronous machine which has a stator and a rotor, the stator preferably having a three-phase three-phase winding and the rotor having permanent magnets, the stator is designed such that it has 42 slots and 42 teeth. In this case, only the second tooth is wound with a coil.
  • the rotor is designed such that it has 26 magnetic poles.
  • the coil, which is wound around a tooth, is advantageously a tooth coil.
  • Such a permanent-magnet synchronous machine also has 26 poles on the stator. Both stator and rotor have 26 poles.
  • the permanent-magnet synchronous machine advantageously has a high utilization and a high power factor.
  • a spectrum of air gap fields can be generated.
  • harmonic fields and a fundamental field can be distinguished over the circumference of 360 degrees.
  • the base-pole pair pg is defined as follows: pg is the smallest number of poles that results in the Fourier analysis of the air-gap field.
  • a Nutzpolzipiere pn results from the number of pole pairs of the rotor and is therefore 13, since the rotor has 13 magnetic pole pairs.
  • the fundamental wave and the harmonics of a field course in an air gap of an electrical machine can be determined, for example, by means of a Fourier analysis.
  • Stators executed such that in particular disturbing Ober ⁇ waves such as the fifth and seventh harmonic wave have only a small amplitude.
  • the fifth and the seventh harmonic are particularly disadvantageous because they have opposite directions of rotation and lead with the rotor speed in each case to torque fluctuations with the sixth harmonic.
  • the 5th and 7th harmonics of the rotor field rotate with the rotor frequency.
  • the stator field 5 pn rotates with 1/5 of the rotor frequency against the rotor rotation and the stator field 7 pn rotates with 1/7 of the rotor frequency in the direction of rotation of the rotor.
  • the Staor and rotor fields with 5 pn and 7 pn encounter 6 pn times per rotor revolution and generate torque with 6 pn per rotor revolution.
  • the permanent-magnet synchronous machine By means of the permanent-magnet synchronous machine according to the invention with a specific combination of a number of slots in the stator and a certain number of poles of the rotor, there is a reduced locking torque formation.
  • the lesser cogging torque formation results in particular from the winding concept, in which only every second tooth of the stator is wound with a toothed coil.
  • the stator of the permanent magnet synchronous machine has a winding according to FIG. 2. The winding is described in more detail in the description of the figures.
  • a further object of the invention is to provide a permanent-magnet synchronous machine with a specific stator lamination and a specific winding (see FIG. 2) for a three-phase current, in which the permanent-magnet synchronous machine without locking the stator and / or rotor has low latching torques and has low harmonics.
  • the harmonics relate to the magnetic field profile in an air gap between the stator and the rotor. As a result, the harmonics also affect the emf and are therefore also referred to as emf harmonic waves.
  • the permanent magnet synchronous machine according to the invention has advantages over the prior art, especially at low speed and high torques. Such an application with low speed and high torques typically results in torque motor applications.
  • the permanent-magnet synchronous machine is thus advantageously a torque motor.
  • An advantageous embodiment of the permanent magnet synchronous machine has a wound tooth and adjacent grooves of the wound tooth, wherein the wound tooth and the adjacent grooves are parallel flanked. Both the Tooth and the grooves have flanks. These flanks are parallel. This has, for example, the advantage of easy assembly of the winding of the tooth.
  • the winding is in particular a toothed winding, wherein the grooves which are present on both sides of the tooth are filled by the winding of a tooth.
  • stator is wound with flat wire or with flat wire strands. This allows a high filling ridge of the grooves with copper.
  • the permanent-magnet synchronous machine can be configured such that one phase is assigned seven coils, all seven coils of the phase being connected in series. One phase thus has seven coils, which can be supplied with current in a series connection.
  • the number of holes q indicates on how many slots per pole the winding of a string is divided, q is therefore the number of slots per pole and strand.
  • the number of slots and the number of poles are to be selected such that the smallest common multiple is as high as possible. This is achieved when the pole pair number (Nutzpolcru ⁇ number) is a prime number.
  • the Nutzpolcruress is therefore a prime number.
  • the slot pitch is advantageously between 0.66 to 1.23 of the pole pitch of the rotor.
  • FIG. 1 schematically shows the structure of a permanent-magnet synchronous machine
  • FIG. 2 shows schematically a section of a stator of a permanent magnet synchronous machine
  • FIG. 1 shows a permanent-magnet synchronous machine 51, which has a stator 53 and a rotor 55.
  • the rotor 55 has permanent magnets 57.
  • the stator 53 has coils 59, wherein the course of the coil 59 is shown in dashed lines within the laminated stator 53. With the aid of the coil 59, a winding is formed.
  • the coils 59 form winding heads 61.
  • the permanent-magnet synchronous machine 51 is provided for driving a shaft 63.
  • the representation according to FIG. 2 shows a schematic section of a sheet-metal section 72.
  • the sheet-metal section 72 relates to the stator 53 of the permanent-magnet synchronous machine 51.
  • the sheet-metal section 72 has teeth 29 and grooves 27. Is a tooth 29 wound, this is a wound tooth 25.
  • the bewi ⁇ cramped teeth 25 are numbered from 1 to 21.
  • the stator 53 with the sheet cut 72 has 21 wound teeth.
  • a tooth is wound, for example, by placing a coil 39. This is particularly easy to carry out when the wound tooth 25 and the adjacent grooves 27 of the wound tooth 25 are parallel flanked.
  • the teeth 29 and the grooves 27 have flanks 28. These flanges 28 are made parallel.
  • the section of the sheet metal section 72 shown schematically shows that only the second tooth 29 has a winding. Every second tooth 29 is thus wound with a toothed coil 39.
  • prefabricated preformed coils can be used for this purpose. Due to the parallel flanking of the tooth 25 to be wrapped and the parallel flanking of the grooves 27 filled by the coil 39, it is advantageously possible to use form coils of flat wire, so that a copper filling in the grooves 27 is particularly high.
  • Synchronous machines which are used in particular as motors, are built with low losses and thus high utilization.
  • the sheet metal section 72 alternately has a narrow tooth 31 and a wide tooth 33.
  • an air gap field of a useful wave can be set high and that of disturbing harmonics can be set low. This low torque ripple is achieved in addition to the high utilization.
  • FIG. 3 shows a first winding diagram for a stator which has 42 slots.
  • the associated rotor has 26 poles (magnetic poles), ie 13 pole pairs, where the rotor in FIG. 3 is not shown.
  • the stator 21 coils 39 wherein according to Figure 3 for a phase U seven coils 39 are shown.
  • the coils 40 of the phase U are shown in FIG 3 with a solid line.
  • the winding diagram relates to a permanent-magnet synchronous machine, which can be supplied with three phases U, V, W of a three-phase current.
  • the winding of the phase U is shown in FIG. 3 with all coils 40.
  • the first coil 47 for the phase V and the coil 49 for the phase W is shown in each case.
  • the coils 47 and 49 of the phases V and W are shown in dashed lines in FIG.
  • the winding of the phases V and W corresponds to the winding of the phase U, wherein the winding is not completely shown for a better overview.
  • Terminals of the phases U, V and W are labeled ul, u2, vi, v2, w1 and w2.
  • FIG. 3 shows teeth which are symbolized by numbers from 1 to 21, the teeth being wound with coils 39.
  • a schematic preparation of the winding diagram is selected.
  • Each second tooth of a permanent-magnet synchronous machine, which has a winding diagram according to FIG. 3, is wound.
  • FIG. 3 only the wound teeth of 1 to 21 are numbered and shown as numbers.
  • a first coil 39 of the phase U is wound around the tooth 1.
  • An ⁇ closing takes place a winding around the tooth 2.
  • the tooth 2 is the second wound tooth.
  • Between the tooth 1 and the tooth 2 is still an unwound tooth, which is not shown in FIG.
  • the coil around the tooth 2 has a winding direction opposite to the coil 40 around the tooth 1.
  • the winding thus has two different winding directions 44, a first one Winding direction 41 and a second winding direction 42.
  • the Spu ⁇ le 40 to the tooth 2 follows for the phase U a coil 40 to the tooth 5. Thereafter, coils 40 follow around the teeth 6, 10, 14 and 18.
  • the winding direction 40 of the coils 40 of the phase U are different.
  • the coil around the tooth 1 has a first winding direction 41 and the coil 40 around the tooth 2 has a second winding direction 42, wherein the first winding direction 41 of the second winding direction 42 is opposite.
  • An ⁇ descriptive runs in FIG 3, the first winding direction e 41 in the clockwise direction and the second winding direction z 42 counterclockwise.
  • the following table shows the winding directions of the phase U for the coils around the teeth 1, 2, 5, 6, 10, 14 and 18:
  • the first coil 47 of the phase V is located on the tooth 8. This coil 47 is followed by a coil around the tooth 9, which is not shown. The coil around the tooth 9 has a winding direction opposite to the coil 47 around the tooth 8. Also for the phase V 7 coils are provided, in FIG 3 only one coil 47 of these 7 coils is shown. The winding directions 44 of the phase V and the phase W correspond to the winding directions of the phase U. The first coil 49 of the phase W is located on the tooth 15. Also for the phase W 7 coils are provided, wherein in FIG. 3 only one Coil 49 of these 7 coils is shown. The seven coils, which are each assigned to a phase, are connected in series.
  • the terminal u2 is formed as a neutral point 70 for the phases U, V and W.
  • the connections u2, v2 and w2 together form the neutral point 70, wherein the connections v2 and w2 are not shown in FIG. In FIG. 3, however, the starting coils 47 and 49 of the phases V and W are shown.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine permanenterregte Synchronmaschine (51), welche einen Stator (53) und einen Rotor (55) aufweist. Der Stator (53) weist vorzugsweise eine dreiphasige Drehstromwicklung aufweist und der Rotor (55) Permanentmagnete. Der Stator (53) weist 42 Nuten (27) und 42 Zähne (29) auf, wobei nur jeder zweite Zahn (29) mit einer Spule (39) bewickelt ist. Der Rotor (55) weist 26 Magnetpole aufweist. Die permanenterregte Synchronmaschine ist auch derart ausgestaltbar, dass deren Nutzpolpaarzahl eine Primzahl ist.

Description

Beschreibung
Synchronmaschine
Die Erfindung betrifft eine permanenterregte Synchronmaschi¬ ne.
Permanenterregte Synchronmaschinen, welche eine Erregung ei¬ nes Rotors mittels Permanentmagneten aufweisen, weisen gegen- über elektrisch erregten Synchronmaschinen verschiedene Vor¬ teile auf. Beispielsweise benötigt der Rotor bei einer perma¬ nenterregten Synchronmaschine keinen elektrischen Anschluss. Permanentmagnete mit hoher Energiedichte, d.h. einem großen Produkt aus Flussdichte und Feldstärke, erweisen sich dabei den weniger energiestarken Permanentmagneten überlegen. Es ist weiterhin bekannt, dass Permanentmagnete nicht nur eine flache Anordnung zum Luftspalt aufweisen können, sondern auch in einer Art Sammelkonfiguration (Flusskonzentration) positi¬ oniert werden können.
Bei permanenterregten Synchronmaschinen können nachteilige Pendelmomente auftreten. Eine Schrägung eines Rotors oder ei¬ nes Stators der permanenterregten Synchronmaschine um bei¬ spielsweise eine Nutteilung, wie sie bei konventionellen Mo- toren in der EP 0 545 060 Bl beschrieben ist, kann zu einer Reduzierung des Drehmoments führen. Bei permanenterregten Synchronmaschinen mit konventioneller Wicklung, d.h., Wick¬ lungen, welche in Einziehtechnik hergestellt werden, wird in der Regel eine Schrägung um eine Nutteilung vorgenommen, um Rastmomente, welche auch zu Pendelmomenten führen, zu redu¬ zieren.
Bei permanenterregten Synchronmaschinen, welche Zahnspulen aufweisen, ist es beispielsweise möglich, die Pendelmomente durch eine besondere Formgebung der Magnete zu reduzieren.
Nachteilig dabei ist, dass eine besondere Formgebung der Mag¬ nete zu erhöhten Herstellungskosten führt. Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine per¬ manenterregte Synchronmaschine anzugeben, bei der in einfach¬ er Art und Weise Pendelmomente, bzw. Rastmomente reduziert sind. Vorteilhafter Weise erfolgt diese Reduzierung ohne den Einsatz einer Schrägung beispielsweise der Permanentmagnete.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer perma¬ nenterregten Synchronmaschine mit den Merkmalen nach Anspruch 1 bzw. 4. Die Unteransprüche 2 bis 3 und 5 bis 9 sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen der permanenterregten Synchron¬ maschine.
Bei einer permanenterregten Synchronmaschine, welche einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Stator vorzugswei- se eine dreiphasige Drehstromwicklung aufweist und der Rotor Permanentmagnete aufweist, ist der Stator derart ausgebildet, dass dieser 42 Nuten und 42 Zähne aufweist. Dabei ist nur je¬ der zweite Zahn mit einer Spule bewickelt. Der Rotor ist der¬ art ausgebildet, dass dieser 26 Magnetpole aufweist. Die Spu- Ie, welche um einen Zahn gewickelt ist, ist vorteilhafterwei¬ se eine Zahnspule. Eine derartige permanenterregte Synchron¬ maschine weist am Stator auch 26 Pole auf. Sowohl Stator als auch Rotor weisen 26 Pole auf.
Mittels der beschriebenen Ausführungsform gelingt es, dass die permanenterregte Synchronmaschine vorteilhafter Weise ei¬ ne hohe Ausnutzung und einen hohen Leistungsfaktor aufweist.
Mittels einer derartigen permanenterregten Synchronmaschine, kann ein hoher Wicklungsfaktor erzielt werden. Die Kombinati¬ on aus 26 Polen am Rotor und 42 Nuten im Stator führt zu ei¬ ner ersten möglichen Rastpolpaarzahl von pr=546. Die Rastpol¬ paarzahl ergibt sich durch Multiplikation der 42 Nuten des Stators mit den 13 Polpaaren des Rotors. Da die Polzahl des Rotors, also die Anzahl der Magnetpole des Rotors 26 beträgt weist der Rotor also 13 Magnetpolpaare auf. Daraus ergibt sich, dass die permanenterregte Synchronmaschine eine Magnet- polzahl aufweist, welche eine Primzahl ist. Dies hat den Vor¬ teil, dass das kleinste gemeinsame Vielfache kgV (von Nutzahl und Polzahl) hoch ist, was zu einer hohen Rastpolzahl mit ho¬ her Frequenz und geringer Amplitude bei den Pendeldrehmomen- ten führt.
Mittels einer bestromten Wicklung des Stators ist ein Spekt¬ rum an Luftspaltfeldern erzeugbar. Bei Betrachtung dieses Spektrums von Luftspaltfeldern können über den Umfang von 360 Grad Oberwellenfelder und ein Grundfeld unterschieden werden. Eine Grundpolpaarzahl pg ergibt sich bei der erfindungsgemä¬ ßen permanenterregten Synchronmaschine zu pg=l . Die Grundpol¬ paarzahl pg ist wie folgt definiert: pg ist die kleinste Pol¬ paarzahl, die die Fourrieranalyse des Luftspaltfeldes ergibt. Eine Nutzpolpaarzahl pn ergibt sich aus der Polpaarzahl des Rotors und ist folglich 13, da der Rotor 13 Magnetpolpaare aufweist.
Für die permanenterregte Synchronmaschine ergibt sich hieraus eine Nutzung einer dreizehnten Oberwelle. Die Grundwelle und die Oberwellen eines Feldverlaufes in einem Luftspalt einer elektrischen Maschine können beispielsweise mittels einer Fourier-Analyse ermittelt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Wicklung des
Stators derart ausgeführt, dass insbesondere störende Ober¬ wellen wie die fünfte und siebte Oberwelle nur eine geringe Amplitude aufweisen. Die fünfte und die siebte Oberwelle sind insbesondere deswegen von Nachteil, weil sie entgegengesetzte Drehrichtungen haben und mit der Rotordrehzahl jeweils zu Drehmomentschwankungen mit der 6. Oberwelle führen.
Die 5. und 7. Oberwelle des Läuferfeldes drehen sich mit der Rotorfrequenz. Das Statorfeld 5 pn dreht sich mit 1/5 der Ro- torfrequenz gegen die Rotordrehung und das Statorfeld 7 pn dreht sich mit 1/7 der Rotorfrequenz in der Drehrichtung des Rotors . Die Staor- und Rotorfelder mit 5 pn und 7 pn begegnen sich 6 pn-mal pro Rotorumdrehung und erzeugen Drehmomentwel- ligkeit mit 6 pn pro Rotorumdrehung.
Mittels der erfindungsgemäßen permanenterregten Synchronma- schine mit einer bestimmten Kombination aus einer Anzahl von Nuten im Stator und einer bestimmten Polzahl des Rotors er¬ gibt sich eine verringerte Rastdrehmomentbildung. Die gerin¬ gere Rastmomentbildung ergibt sich insbesondere aus dem Wick¬ lungskonzept, bei dem nur jeder zweite Zahn des Stators mit einer Zahnspule umwickelt ist. Vorteilhafterweise weist der Stator der permaneterregten Synchronmaschine eine Wicklung gemäß der FIG 2. Die Wicklung ist in der Figurenbeschreibung näher beschrieben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine permanenter¬ regte Synchronmaschine mit einem bestimmten Statorblech¬ schnitt und einer bestimmten Wicklung (siehe FIG 2) für eine Drehstrombestromung anzugeben, bei dem die permanenterregte Synchronmaschine ohne Schrägung von Stator und/oder Rotor ge- ringe Rastdrehmomente und geringe Oberwellen aufweist. Die Oberwellen betreffen den magnetischen Feldverlauf in einem Luftspalt zwischen Stator und Rotor. Demzufolge betreffen die Oberwellen auch die EMK und sind somit auch als EMK-Oberwel- len zu bezeichnen.
Die erfindungsgemäße permanenterregte Synchronmaschine weist insbesondere bei niedriger Drehzahl- und hohen Drehmomenten Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Ein derartiger An¬ wendungsfall mit niedriger Drehzahl und hohen Drehmomenten ergibt sich typischerweise bei Torquemotor-Anwendungen. Die permanenterregte Synchronmaschine ist also vorteilhafterweise ein Torquemotor.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der permanenterregten Syn- chronmaschine weist einen bewickelten Zahn und benachbarte Nuten des bewickelten Zahns auf, wobei der bewickelte Zahn und die benachbarten Nuten parallelflankig sind. Sowohl der Zahn als auch die Nuten weisen Flanken auf. Diese Flanken verlaufen parallel. Dies hat beispielsweise den Vorteil einer einfachen Montage der Wicklung des Zahnes. Die Wicklung ist insbesondere eine Zahnwicklung, wobei durch die Wicklung ei- nes Zahnes die Nuten, welche zu beiden Seiten des Zahnes vor¬ handen sind, gefüllt sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Stator mit Flachdraht oder mit Flachdrahtlitzen bewickelt. Dies er- möglicht einen hohen Füllungsgrat der Nuten mit Kupfer.
Weiterhin ist die permanenterregte Synchronmaschine derart ausgestaltbar, dass einer Phase sieben Spulen zugeordnet sind, wobei alle sieben Spulen der Phase in Reihe geschaltet sind. Eine Phase weist also sieben Spulen auf, welche in ei¬ ner Reihenschaltung bestrombar sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der permanenterregten Synchronmaschine weist einen Stator auf, welcher breite Zähne und schmale Zähne aufweist, wobei eine Nutteilungsbreite ans für die schmalen Zähne im Bereich von 8° > ans > 1° beträgt und eine Nutteilungsbreite αnb für die breiten Zähne im Be¬ reich von 9° < αnb < 17° liegt, wobei gilt, dass αnb + ans = 360°/21 ist.
Des Weiteren ist die permanenterregte Synchronmaschine derart ausgestaltbar, dass eine Lochzahl q = 7/13 vorliegt. Die Lochzahl q gibt an, auf wie viel Nuten pro Pol die Wicklung eines Stranges aufgeteilt ist, q ist also die Nutzahl pro Pol und Strang.
Um Rastdrehmomente von Permanentmagneten des Rotors mit Sta¬ torzähnen gering zu halten, sind Nutzahl und Polzahl so zu wählen, dass das kleinste gemeinsame Vielfache möglichst hoch ist. Dies wird erreicht, wenn die Polpaarzahl (Nutzpolpaar¬ zahl) eine Primzahl ist. Die Nutzpolpaarzahl ist also eine Primzahl. Erfindungsgemäß ist ein Statorschnitt mit 42 Nuten und 26 Po¬ len, sowie eine Wicklung mit der Grundpolpaarzahl pg = 1 und einer Nutzpolpaarzahl pn = 13 bestimmt. Das kleinste gemein¬ same Vielfache ist somit 546 (kgV(42, 26) =546) . Damit ergibt sich eine Reluktanzrastpolpaarzahl von pr = 546 und damit re¬ lativ kleine Rastdrehmomente, weil das zum Rasten führende Rotorfeld der magnetischen Polpaarzahl prm = 273 (= 21. Ro¬ tor-Oberwelle) eine kleine Amplitude hat.
Die Nutteilungsweite ist vorteilhafterweise zwischen 0,66 bis 1,23 von der Polteilungsweite des Rotors.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin¬ dung werden anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläu- tert. Darin zeigt:
FIG 1 schematisch den Aufbau einer permanenterregten Syn¬ chronmaschine,
FIG 2 im Ausschnitt schematisch einen Blechschnitt eines Stators einer permanenterregten Synchronmaschine und
FIG 3 ein Wickelschaltbild.
Die Darstellung gemäß FIG 1 zeigt eine permanenterregte Syn- chronmaschine 51, welche einen Stator 53 und einen Rotor 55 aufweist. Der Rotor 55 weist Permanentmagnete 57 auf. Der Stator 53 weist Spulen 59 auf, wobei der Verlauf der Spule 59 innerhalb des geblechten Stators 53 strichliniert dargestellt ist. Mit Hilfe der Spule 59 ist eine Wicklung ausgebildet. Die Spulen 59 bilden Wickelköpfe 61 aus. Die permanenterregte Synchronmaschine 51 ist zum Antrieb einer Welle 63 vorgese¬ hen.
Die Darstellung gemäß FIG 2 zeigt einen schematischen Aus- schnitt eines Blechschnitts 72. Der Blechschnitt 72 betrifft den Stator 53 der permanenterregten Synchronmaschine 51. Der Blechschnitt 72 weist Zähne 29 und Nuten 27 auf. Ist ein Zahn 29 bewickelt, so ist dies ein bewickelter Zahn 25. Die bewi¬ ckelten Zähne 25 sind von 1 bis 21 durchnumeriert. Der Stator 53 mit dem Blechschnitt 72 weist 21 bewickelte Zähne auf. Ei¬ ne Bewicklung eines Zahnes erfolgt beispielsweise durch Auf- setzen einer Spule 39. Dies ist besonders dann einfach durch¬ zuführen, wenn der bewickelte Zahn 25 und die benachbarten Nuten 27 des bewickelten Zahns 25 parallelflankig sind. Die Zähne 29 und die Nuten 27 weisen Flanken 28 auf. Diese Flan¬ ken 28 sind parallel ausgeführt. Der schematisch dargestellte Ausschnitt des Blechschnitts 72 gibt wieder, dass bei nur je¬ dem zweiten Zahn 29 eine Bewicklung vorliegt. Jeder zweite Zahn 29 ist also mit einer Zahnspule 39 umwickelt. Vorteil¬ hafterweise können hierfür vorgefertigte Formspulen verwendet werden. Durch die Parallelflankigkeit des zu umwickelnden Zahnes 25 und die Parallelflankigkeit der von der Spule 39 gefüllten Nuten 27, können vorteilhafterweise Formspulen aus Flachdraht eingesetzt werden, so dass eine Kupferfüllung in den Nuten 27 besonders hoch ist.
Durch die beschriebenen Maßnahmen können permanenterregte
Synchronmaschinen, welche insbesondere als Motoren einsetzbar sind, mit geringen Verlusten und somit einer hohen Ausnutzung gebaut werden.
Der Blechschnitt 72 weist abwechselnd einen schmalen Zahn 31 und einen breiten Zahn 33 auf. Durch die gezielte Auswahl der Nutteilungsbreite des breiten Zahnes 33 und des schmalen Zah¬ nes 31 kann zusammen mit der Wahl der Wicklungsschaltung ins¬ besondere gemäß Figur 3 ein Luftspaltfeld einer Nutzwelle hoch und die von störenden Oberwellen niedrig eingestellt werden. Damit wird neben der hohen Ausnutzung eine geringe Drehmomentwelligkeit erzielt.
Die Darstellung gemäß FIG 3 zeigt ein erstes Wickelschaltbild für einen Stator, welcher 42 Nuten aufweist. Der zugehörige Rotor weist 26 Pole (Magnetpole) , also 13 Polpaare, auf, wo¬ bei der Rotor in FIG 3 nicht dargestellt ist. Gemäß des Wi- ckelschaltbildes nach FIG 3 weist der Stator 21 Spulen 39 auf, wobei gemäß Figur 3 für eine Phase U sieben Spulen 39 dargestellt sind. Die Spulen 40 der Phase U sind in FIG 3 mit einem durchgezogenen Strich dargestellt. Das Wicklungsschalt- bild betrifft eine permanenterregte Synchronmaschine, welche mit drei Phasen U, V, W eines Drehstromes bestrombar ist. Die Wicklung der Phase U ist in FIG 3 mit allen Spulen 40 darge¬ stellt. Für die Wicklungen der Phasen V und W ist jeweils nur die erste Spule 47 für die Phase V und die Spule 49 für die Phase W dargestellt. Die Spulen 47 und 49 der Phasen V und W sind in FIG 3 gestrichelt dargestellt. Die Wicklung der Pha¬ sen V und W entspricht der Wicklung der Phase U, wobei die Wicklung zur besseren Übersicht nicht komplett dargestellt ist. Anschlüsse der Phasen U, V und W sind mit ul, u2, vi, v2, wl und w2 bezeichnet.
Die Darstellung gemäß FIG 3 zeigt Zähne, welche durch Zahlen von 1 bis 21 symbolisiert sind, wobei die Zähne mit Spulen 39 bewickelt sind. Zur einfachen Darstellung ist eine schemati- sehe Aufbereitung des Wickelschaltbildes gewählt. Jeder zwei¬ te Zahn einer permanenterregten Synchronmaschine, welche ein Wickelschaltbild nach FIG 3 aufweist, ist bewickelt. In FIG 3 sind nur die bewickelten Zähne von 1 bis 21 nummeriert und als Nummern dargestellt. Zwischen zwei bewickelten Zähnen, welche von 1 bis 21 nummeriert sind, befindet sich ein unbe- wickelter Zahn, der in FIG 3 nicht dargestellt ist. Eine ers¬ te Spule 39 der Phase U ist um den Zahn 1 gewickelt. An¬ schließend erfolgt eine Wicklung um den Zahn 2. Der Zahn 2 ist der zweite bewickelbare Zahn. Zwischen dem Zahn 1 und dem Zahn 2 ist noch ein ungewickelter Zahn, welcher in der FIG 3 nicht dargestellt ist. Entsprechend verhält es sich bei den Zähnen 3, 4, 5, 6 usw., zwischen denen sich jeweils noch ein Zahn befindet, der jedoch nicht dargestellt ist.
Die Spule um den Zahn 2 weist eine zur Spule 40 um den Zahn 1 entgegengesetzte Wickelrichtung auf. Die Bewicklung weist al¬ so zwei unterschiedliche Wickelrichtungen 44 auf, eine erste Wickelrichtung 41 und eine zweite Wickelrichtung 42. Der Spu¬ le 40 um den Zahn 2 folgt für die Phase U eine Spule 40 um den Zahn 5. Hiernach folgen Spulen 40 um die Zähne 6, 10, 14 und 18. Die Wickelrichtung 40 der Spulen 40 der Phase U sind unterschiedlich. Die Spule um den Zahn 1 weist eine erste Wi¬ ckelrichtung 41 auf und die Spule 40 um den Zahn 2 weist eine zweite Wickelrichtung 42 auf, wobei die erste Wickelrichtung 41 der zweiten Wickelrichtung 42 entgegengesetzt ist. An¬ schaulich verläuft in der FIG 3 die erste Wickelrichtung e 41 im Uhrzeigersinn und die zweite Wickelrichtung z 42 gegen den Uhrzeigersinn. Die nachfolgende Tabelle gibt die Wickelrich¬ tungen der Phase U für die Spulen um die Zähne 1, 2, 5, 6, 10, 14 und 18 wieder:
Figure imgf000011_0001
Die erste Spule 47 der Phase V befindet sich auf dem Zahn 8. Dieser Spule 47 folgt eine Spule um den Zahn 9, die jedoch nicht dargestellt ist. Die Spule um den Zahn 9 weist eine zur Spule 47 um den Zahn 8 entgegengesetzte Wickelrichtung auf. Auch für die Phase V sind 7 Spulen vorgesehen, wobei in der FIG 3 nur eine Spule 47 dieser 7 Spulen dargestellt ist. Die Wickelrichtungen 44 der Phase V und der Phase W entsprechen den Wickelrichtungen der Phase U. Die erste Spule 49 der Pha- se W befindet sich auf dem Zahn 15. Auch für die Phase W sind 7 Spulen vorgesehen, wobei in der FIG 3 nur eine Spule 49 dieser 7 Spulen dargestellt ist. Die sieben Spulen, welche jeweils einer Phase zugeordnet sind, sind in Reihe geschal¬ tet.
Der Anschluss u2 ist als ein Sternpunkt 70 für die Phasen U, V und W ausgebildet. Die Anschlüsse u2, v2 und w2 bilden ge¬ meinsam den Sternpunkt 70, wobei die Anschlüsse v2 und w2 in FIG 3 nicht dargestellt sind. In FIG 3 sind allerdings die Anfangsspulen 47 und 49 der Phasen V und W dargestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Permanenterregte Synchronmaschine (51), welche einen Sta¬ tor (53) und einen Rotor (55) aufweist, wobei der Stator (53) vorzugsweise eine dreiphasige Drehstromwicklung aufweist und der Rotor (55) Permanentmagnete (57) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass a) der Stator (53) 42 Nuten (27) und 42 Zähne (29) aufweist, wobei nur jeder zweite Zahn (1-21) mit einer Spule (39) bewickelt ist und der Rotor (55) 26 Magnetpole aufweist oder b) eine Nutzpolpaarzahl eine Primzahl ist.
2. Permanenterregte Synchronmaschine (51) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass einer
Phase (U,V,W) 7 Spulen (39) zugeordnet sind, wobei alle sie¬ ben Spulen der Phase (U,V,W) in Reihe geschaltet sind.
3. Permanenterregte Synchronmaschine (51) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mit bewickelten Zähnen (1-21) die Spulen (39) ausgebil¬ det sind, wobei die Spulen (39) eine erste Wickelrichtung (41) und eine zweite Wickelrichtung (42) aufweisen, wobei die erste Wickelrichtung (41) der zweiten Wickelrichtung (42) entgegengesetzt ist, wobei: a) für eine Phase (U) ein erster bewickelter Zahn (1) in der ersten Wickelrichtung (41) bewickelt ist und ein zweiter bewickelter Zahn (2) in der zweiten Wickelrichtung (42) bewickelt ist und ein fünfter bewickelter Zahn (5) in der zweiten Wickelrichtung (42) bewickelt ist und ein sechs¬ ter bewickelter Zahn (6) in der ersten Wickelrichtung (41) bewickelt ist und ein zehnter bewickelter Zahn (10) in der zweiten Wickelrichtung (42) bewickelt ist und ein vierzehnter bewickelter Zahn (14) in der ersten Wickel- richtung (41) bewickelt ist und ein achtzehnter bewickel¬ ter Zahn (18) in der ersten Wickelrichtung (41) bewickelt ist, wobei die Spulen (39) der für die Phase (U) bewi¬ ckelten Zähne (1,2,5,6,10,14,18) in Reihe geschaltet sind b) für eine Phase (V) ein achter bewickelter Zahn (8) in der ersten Wickelrichtung (41) bewickelt ist und ein neunter bewickelter Zahn (9) in der zweiten Wickelrichtung (42) bewickelt ist und ein zwölfter bewickelter Zahn (12) in der zweiten Wickelrichtung (42) bewickelt ist und ein dreizehnter bewickelter Zahn (13) in der ersten Wickel¬ richtung (41) bewickelt ist und ein siebzehnter bewickel- ter Zahn (17) in der zweiten Wickelrichtung (42) bewi¬ ckelt ist und ein einundzwanzigster bewickelter Zahn (21) in der ersten Wickelrichtung (41) bewickelt ist und ein vierter bewickelter Zahn (4) in der ersten Wickelrichtung (41) bewickelt ist, wobei die Spulen (39) der für die Phase V bewickelten Zähne (8,9,12,13,17,21,4) in Reihe geschaltet sind c) für eine Phase (W) ein fünfzehnter bewickelter Zahn (15) in der ersten Wickelrichtung (41) bewickelt ist und ein sechzehnter bewickelter Zahn (16) in der zweiten Wickel- richtung (42) bewickelt ist und ein neunzehnter bewickel¬ ter Zahn (19) in der zweiten Wickelrichtung (42) bewi¬ ckelt ist und ein zwanzigster bewickelter Zahn (20) in der ersten Wickelrichtung (41) bewickelt ist und ein dritter bewickelter Zahn (3) in der zweiten Wickelrich- tung (42) bewickelt ist und ein siebter bewickelter Zahn (7) in der ersten Wickelrichtung (41) bewickelt ist und ein elfter bewickelter Zahn (11) in der ersten Wickel¬ richtung (41) bewickelt ist, wobei die Spulen (9) der für die Phase W bewickelten Zähne (15,16,19,20,3,7,11) in Reihe geschaltet sind.
4. Permanenterregte Synchronmaschine (51), welche einen Sta¬ tor (53) und einen Rotor (55) aufweist, wobei der Stator (53) eine dreiphasige Drehstromwicklung aufweist und der Rotor (55) Permanentmagnete (57) aufweist, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass der Stator (53) 42 Nuten (17) und 42 Zähne (19) aufweist, wobei nur jeder zweite Zahn (19) mit einer Spule (39) bewickelt ist und die Spulen (39) eine erste Wickelrichtung e (41) und eine zweite Wickelrichtung z (42) aufweisen, wobei die erste Wickelrichtung e (41) der zweiten Wickelrichtung z (42) entgegengesetzt ist, wobei die bewickelten Zähne (39) wie folgt bewickelt sind:
Figure imgf000014_0001
und der Rotor (55) insbesondere 26 Magnetpole aufweist
5. Permanenterregte Synchronmaschine (51) nach einem der An- sprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass diese eine Sternpunktschaltung (70) aufweist.
6. Permanenterregte Synchronmaschine (51) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass ein bewickelter Zahn (25) und die benachbarten Nuten (27) des bewickelten Zahnes (25) parallelflankig sind.
7. Permanenterregte Synchronmaschine (51) nach einem der An¬ sprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass der Stator (53) mit einem Flachdraht oder mit einer Flachdrahtlitze bewickelt ist.
8. Permanenterregte Synchronmaschine (51) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t , dass der Stator (53) breite Zähne (33) und schmale Zähne (31) aufweist, wobei eine Nutteilungsbreite ans für die schmalen Zähne (31) im Bereich von 8° > ans > 1° liegt und eine Nutteilungsbreite anb für die breiten Zähne (33) im Bereich von 9° < αnb < 17° liegt, wobei gilt αnb + ans = 360°/21.
9. Permanenterregte Synchronmaschine (51) nach einem der An¬ sprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass die Lochzahl q = 7/13 beträgt.
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