WO2015000639A2 - Machine component for an electric machine with multiple coils - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to machine components for electrical machines, in particular stators or rotors, in which grooves are provided with introduced coil sides of windings.
- the present invention relates to measures for increasing the slot fill factor in the grooves of machine components.
- the power density is determined by a Nutyogllungsgrad of in grooves of a machine component, such. B. in the stator, introduced coil sides.
- the groove fill factor indicating the groove fill factor is given by the ratio between the cross-sectional area of a groove and the cross-sectional area of the in-slot coil conductors forming the windings.
- the coil conductor By directly winding the coil sides of the windings, for example by means of a needle winding technique, the coil conductor (coil wire) is drawn through the grooves of the component.
- This method offers a high degree of flexibility due to the possibility of processing any effective winding cross-sections and configurations on identical machines by the choice of the number of turns. Due to the process, however, only coil conductors with round cross-sections can normally be processed here. Even with orthocyclic windings of non-insulated wires, without the use of slot insulation and groove paper For geometric reasons, the electrical slot fill factor is usually limited to less than 90%.
- a machine component for an electrical machine in particular a stator arrangement or a rotor arrangement, is provided, comprising:
- One or more first winding parts which are formed by means of one or more plug-in elements for the construction of a plug-in winding
- One or more second winding parts which are formed as wire windings with coil wires.
- One idea of the above machine component is to combine different winding techniques with one another for their production, thereby breaking the previously existing conflict of objectives between a high slot fill factor and at the same time a high degree of flexibility in production and design. This is accomplished by populating a first portion of the grooves in the machine component with plug-in components to form a mating coil and providing a second portion of the slots with a coil of coil wire, either as a coil wound directly into the machine component, e.g. can be formed by means of a needle winding or as a pre-wound pull-in winding.
- a relatively high groove fill factor can be achieved by inserting male members into the first portion of the groove of the machine component, which are adapted with their cross-sections to the cross-section of the groove. Furthermore, by using a suitable wire winding with an adjustable number of turns, the cross section of the windings formed by the coil wire can be freely selected in the second section of the groove. This allows for high production and design flexibility.
- a further advantage of the above machine component is that the two windings produced by different winding techniques can also be switched separately from one another, whereby further applications and control of the electric machine can be realized.
- a partial shutdown for an optimized run-up of an electrical machine used as an electric drive with such a winding using only one of the winding parts in a groove can be used or it can be at lower power consumption (lower torque) of the energy consumption. be lowered.
- a chord in which two phase windings are provided in a groove, ie when the winding located in the first section and the winding located in the second section are respectively assigned to different phases, it may not be necessary to provide a
- Phase separator to be introduced, since the separation of the phases on the spatial separation between the two sections of the windings is achieved.
- plug-in elements can be interconnected to one or more windings.
- the plug-in elements may each have a conductor section which substantially completely fills a first section of the groove and is in particular formed with a rectangular or trapezoidal cross-section.
- the conductor sections of the plug-in elements can lie one above the other and / or next to each other with respect to a depth of the groove.
- the one or more plug-in elements can each be surrounded by a wire insulation and / or a total of a first slot insulation.
- the wire windings are arranged in a second section of the groove, which is arranged in particular closer to a slot opening of the groove than the first winding parts.
- the wire windings are arranged in a first portion of the groove, which is arranged in particular closer to a groove bottom of the groove than the second winding parts.
- the coil wires of the wire windings can each be surrounded by a wire insulation and / or in total by a second slot insulation.
- the plug-in elements can each have a larger cross-section than the coil wires used to form a directly wound coil or a pull-in winding.
- the first winding parts may have a groove fill factor of more than 50% in a first portion of the groove and the second winding parts may have a groove fill factor of less than 50% in a second portion of the groove.
- an electric machine with the above machine component is provided.
- a method of constructing a machine component comprising a component body having a plurality of grooves terminating in a magnetic return area, comprising the following steps:
- one or more second winding parts which are formed as wire windings with coil wires, in a second portion of one or more of the grooves.
- first section can be arranged close to the return area and the second section can be arranged in the machine component remote from the return area.
- the second section can be arranged close to the return region and the first region can be arranged in the machine component remotely.
- the one or more second winding parts are wound directly into the grooves or inserted as a prefabricated wire winding in the grooves.
- Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of a section of a circular cylindrical stator assembly 1 as a machine component for an electrical machine. Alternatively it can be provided as a machine component and a wound rotor assembly of an electric machine.
- a stator body 2 of the stator arrangement 1 comprises a return region 3 and stator teeth 4 extending radially inwardly from the return region 3.
- the stator teeth 4 are uniformly spaced apart in the circumferential direction, so that in each case between two adjacent stator teeth
- stator teeth 4 is a groove 5 is formed.
- the stator teeth 4 can continue to be provided at its end opposite the end portion 3 end with tooth heads, which narrow the groove openings of the grooves 5.
- the groove 5 has a depth T which is divided into a first portion T1 and a second portion T2.
- a or several plug-in elements 6 may be used in the form of a plug-in winding, which form a first winding part.
- Each of the plug-in elements 6 may be surrounded by a wire insulation 61 in order to ensure electrical insulation with respect to the stator body 2 or with respect to adjacent plug-in windings 6 or conductor areas of other windings.
- a first slot insulation 7 may be provided, which surrounds the plurality of plug-in elements 6 in the case of a plurality of plug-in elements 6 in a groove 5, so that the plurality of plug-in elements 6 can be used together in the first section T1 of the groove 5.
- the plug-in elements 6 are U-shaped, so that they simultaneously with the mounting in the electric machine with their legs in two different grooves 5 of
- Stator body 2 can be used.
- the cross section of the one or more plug-in elements 6 is formed so that the first portion T1 of the groove 5 is filled as best as possible by the conductor cross-section.
- the wire winding may e.g. be wound directly into the groove 5 by means of a needle winding technique or used as a prefabricated wire winding by means of a retraction technique in the second portion T2 of the groove 5.
- Each of the coil wires 8 of the wire winding may be surrounded with its own wire insulation 81.
- the coil wires 8 may be surrounded by a second slot insulation 9, which is formed in one or more parts.
- the coil wires 8 have a round cross-section, as is customary in the field of coil windings.
- the cross section of the individual plug-in elements 6 is significantly larger than the cross section of the individual
- FIG. 2 schematically shows an example of a winding scheme. The upper part of the diagram shows the first winding and the lower part of the diagram shows the second winding for one of several phases.
- the example relates to a three-phase electric machine with a 36-groove
- Stator arrangement wherein a series circuit of two each by Steckele- elements 6 formed in different grooves 5 first winding parts and two formed by wire windings in different grooves second winding parts is provided.
- the wire windings of the second winding parts are arranged adjacent to one another, wherein adjacent wire windings each extend with a coil side through a groove 5.
- a coil side of the first winding parts and a coil side of the second winding parts are in this case in the same groove 5.
- There are provided a plurality of such series circuits which are arranged offset in the illustrated embodiment three times around the stator 2.
- the series circuits are arranged parallel to one another with respect to the phase connections.
- FIG. 3 shows a winding diagram with a plurality of plug-in elements 6 per slot 5, wherein at least two of the plurality of plug-in elements 6 run through two identical slots 5 per slot 5 and are connected in series with one another in order to form a multi-turn coil winding.
- two such multi-turn coil windings are connected both in series with one another and in series with four coil windings formed in series by single or multi-turn wire windings.
- the wire windings are arranged adjacent to one another, wherein adjacent wire windings respectively extend with a coil side through a groove 5.
- both two or more coil conductors of two plug-in elements 6 as also a wire winding, so that the winding structure in a groove 5 is at least four layers.
- Stator assembly 1 shown in the form of a series circuit. All one each
- Phase associated plug-in windings 6 are interconnected in series both with each other and with the same phase associated wire windings, which are also connected in series with each other in total.
- the wire windings are arranged adjacent to one another, wherein adjacent wire windings each extend with a coil side through a groove 5.
Abstract
The invention relates to a machine component (1) for an electric machine, in particular a stator arrangement or a rotor arrangement, comprising: - a component body (2) which has grooves (5); - one or more first coil parts which are designed for constructing a plug-in coil using one or more plug elements (6); and - one or more second coil parts which are designed in the form of wire coils comprising coil wires (8).
Description
Beschreibung description
Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine mit mehreren Wicklungen Machine component for a multi-winding electrical machine
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft Maschinenkomponenten für elektrische Maschinen, insbesondere Statoren oder Rotoren, in denen Nuten mit eingebrachten Spulenseiten von Wicklungen vorgesehen sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zur Erhöhung des Nutfüllfaktors in den Nuten von Maschinenkomponenten. The present invention relates to machine components for electrical machines, in particular stators or rotors, in which grooves are provided with introduced coil sides of windings. In particular, the present invention relates to measures for increasing the slot fill factor in the grooves of machine components.
Stand der Technik State of the art
Bei einer elektrischen Maschinen mit Spulenwicklungen wird die Leistungsdichte maßgeblich durch einen Nutfüllungsgrad von in Nuten einer Maschinenkomponente, wie z. B. in den Stator, eingebrachten Spulenseiten bestimmt. Der den Nutfüllungsgrad angebende elektrische Nutfüllfaktor ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche einer Nut und der Querschnittsfläche der in der Nut befindlichen, die Wicklungen bildenden Spulenleiter. In an electrical machine with coil windings, the power density is determined by a Nutfüllungsgrad of in grooves of a machine component, such. B. in the stator, introduced coil sides. The groove fill factor indicating the groove fill factor is given by the ratio between the cross-sectional area of a groove and the cross-sectional area of the in-slot coil conductors forming the windings.
Durch direktes Wickeln der Spulenseiten der Wicklungen z.B. mithilfe einer Nadelwickeltechnik wird der Spulenleiter (Spulendraht) durch die Nuten der Komponente eingezogen. Dieses Verfahren bietet eine hohe Flexibilität aufgrund der Möglichkeit, durch die Wahl der Windungszahl beliebige effektive Wicklungsquerschnitte und -konfigurationen auf identischen Maschinen zu verarbeiten. Prozessbedingt lassen sich hier in der Regel allerdings nur Spulenleiter mit runden Querschnitten verarbeiten. Selbst bei orthozyklischen Wicklungen von nicht isolierten Drähten, ohne Verwendung von Nutisolation und Nutabschlusspapier
ist der elektrische Nutfüllfaktor aus geometrischen Gründen meist auf unter 90% begrenzt. Durch Vorsehen von Nutisolationselementen, durch Vorsehen der den Spulenleiter umgebenden Drahtisolation sowie aufgrund der beim Einziehen der Spulenleiter herrschenden Reibungsverhältnisse sind in der Praxis jedoch nur Nutfüllfaktoren von ca. 45% bis 50% erreichbar. By directly winding the coil sides of the windings, for example by means of a needle winding technique, the coil conductor (coil wire) is drawn through the grooves of the component. This method offers a high degree of flexibility due to the possibility of processing any effective winding cross-sections and configurations on identical machines by the choice of the number of turns. Due to the process, however, only coil conductors with round cross-sections can normally be processed here. Even with orthocyclic windings of non-insulated wires, without the use of slot insulation and groove paper For geometric reasons, the electrical slot fill factor is usually limited to less than 90%. By providing groove insulation elements, by providing the wire insulation surrounding the coil conductor and due to the friction conditions prevailing when the coil conductor is pulled in, only groove filling factors of approximately 45% to 50% can be achieved in practice.
Mit anderen Verfahren, wie beispielsweise durch eine Stecktechnik, zum Einbringen der Spulenseiten in die Nuten der Maschinenkomponente können höhere Nutfüllfaktoren erreicht werden. Bei der Stecktechnik werden Steckwicklungen mit definiertem Leiterquerschnitt, der oftmals deutlich größer ist als der von Spulendrähten, in axialer Richtung in die Nuten eingesteckt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es sich schlecht bzw. nur mit hohem Aufwand auf andere Baugrößen der Maschinenkomponente anwenden lässt, insbesondere bei geänderten Nutabmessungen. Die Anpassung der Leitergeometrie an einen geänderten Nutquerschnitt führt in der Regel dazu, dass die Werkzeuge zur Herstellung der Steckwicklungen angepasst bzw. neu konstruiert werden müssen. With other methods, such as by a plug-in technique, for introducing the coil sides in the grooves of the machine component higher Nutfüllfaktoren can be achieved. In the plug-in technique, plug-in windings with a defined conductor cross-section, which is often significantly larger than that of coil wires, are plugged into the slots in the axial direction. However, this method has the disadvantage that it can be applied poorly or only with great effort to other sizes of the machine component, especially with changed groove dimensions. The adaptation of the conductor geometry to a modified groove cross-section usually leads to the tools for the production of the plug windings must be adapted or redesigned.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bereitstellen einer mit einer oder mehreren Wicklungen versehenen Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine zur Verfügung zu stellen, die einen möglichst hohen Nutfüllfaktor aufweist, wobei die Art der Bewicklung eine große Flexibilität aufweist, so dass die Art der Bewicklung auch ohne hohen Aufwand auf andere Baugrößen der Maschinenkomponente angewandt werden kann. Insbesondere ist es wünschenswert, bei hohem Nutfüllfaktor einen hohen Freiheitsgrad hinsichtlich der Wahl der Wicklungsquerschnitte und -verschaltungen zu erreichen. It is the object of the present invention to provide a method for providing a machine component provided with one or more windings for an electrical machine, which has the highest possible slot fill factor, the type of winding having a high degree of flexibility, so that the type of motor Wrapping can be applied to other sizes of the machine component without much effort. In particular, it is desirable to achieve a high degree of freedom with regard to the choice of the winding cross-sections and interconnections with a high slot fill factor.
Offenbarung der Erfindung Diese Aufgabe wird durch die Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 sowie durch die elektrische Maschine und das Verfahren zum Aufbau einer Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Statoranordnung oder eine Rotoranordnung, vorgesehen, umfassend: DISCLOSURE OF THE INVENTION This object is achieved by the machine component for an electric machine according to claim 1 and by the electric machine and the method for constructing a machine component for an electric machine according to the independent claims. Further advantageous embodiments of the present invention are specified in the dependent claims. According to a first aspect, a machine component for an electrical machine, in particular a stator arrangement or a rotor arrangement, is provided, comprising:
- einen Komponentenkörper, der Nuten aufweist; a component body having grooves;
- einen oder mehrere erste Wicklungsteile, die mithilfe eines oder mehrerer Steckelemente zum Aufbau einer Steckwicklung ausgebildet sind; und - One or more first winding parts, which are formed by means of one or more plug-in elements for the construction of a plug-in winding; and
- einen oder mehrere zweite Wicklungsteile, die als Drahtwicklungen mit Spulendrähten ausgebildet sind. - One or more second winding parts, which are formed as wire windings with coil wires.
Eine Idee der obigen Maschinenkomponente besteht darin, zu deren Herstellung verschiedene Wicklungstechniken miteinander zu kombinieren und dadurch den bisher bestehenden Zielkonflikt zwischen hohem Nutfüllfaktor und gleichzeitig hoher Flexibilität der Fertigung und Auslegung zu durchbrechen. Dies wird da- durch erreicht, dass ein erster Abschnitt der Nuten in der Maschinenkomponente durch Steckelemente zum Aufbau einer Steckwicklung bestückt wird und ein zweiter Abschnitt der Nuten mit einer Spule aus einem Spulendraht versehen wird, die entweder als direkt in die Maschinenkomponente gewickelte Spule z.B. mithilfe einer Nadelwicklung oder als vorab gewickelte Einzugswicklung ausge- bildet sein kann. Durch diese Kombination der Wicklungstechniken kann ein relativ hoher Nutfüllfaktor erreicht werden, indem Steckelemente in den ersten Abschnitt der Nut der Maschinenkomponente eingesetzt werden, die mit ihren Querschnitten an den Querschnitt der Nut anpasst sind. Weiterhin kann durch Verwenden einer geeigneten Drahtwicklung mit einer anpassbaren Windungs- zahl der Querschnitt der durch den Spulendraht gebildeten Wicklungen in dem zweiten Abschnitt der Nut frei gewählt werden. Dies ermöglicht eine hohe ferti- gungs- und auslegungstechnische Flexibilität. One idea of the above machine component is to combine different winding techniques with one another for their production, thereby breaking the previously existing conflict of objectives between a high slot fill factor and at the same time a high degree of flexibility in production and design. This is accomplished by populating a first portion of the grooves in the machine component with plug-in components to form a mating coil and providing a second portion of the slots with a coil of coil wire, either as a coil wound directly into the machine component, e.g. can be formed by means of a needle winding or as a pre-wound pull-in winding. By this combination of winding techniques, a relatively high groove fill factor can be achieved by inserting male members into the first portion of the groove of the machine component, which are adapted with their cross-sections to the cross-section of the groove. Furthermore, by using a suitable wire winding with an adjustable number of turns, the cross section of the windings formed by the coil wire can be freely selected in the second section of the groove. This allows for high production and design flexibility.
Ein weiterer Vorteil der obigen Maschinenkomponente besteht darin, dass die beiden mit unterschiedlichen Wicklungstechniken hergestellten Wicklungen auch getrennt voneinander schaltbar sind, wodurch weitere Anwendungen und An- steuerungen der elektrischen Maschine realisiert werden können. So kann eine Teilabschaltung für einen optimierten Hochlauf einer als Elektroantrieb verwendeten elektrischen Maschine mit einer derartigen Bewicklung unter Verwendung von nur einem der Wicklungsteile in einer Nut genutzt werden oder es kann bei geringerem Leistungsabruf (geringerem Drehmoment) der Energieverbrauch ge-
senkt werden. Für den Fall einer Sehnung, bei der zwei Phasenwicklungen in einer Nut vorgesehen sind, d. h. wenn die in dem ersten Abschnitt befindliche Wicklung und die in dem zweiten Abschnitt befindliche Wicklung jeweils verschiedenen Phasen zugeordnet sind, ist es u.U. nicht erforderlich, einen A further advantage of the above machine component is that the two windings produced by different winding techniques can also be switched separately from one another, whereby further applications and control of the electric machine can be realized. Thus, a partial shutdown for an optimized run-up of an electrical machine used as an electric drive with such a winding using only one of the winding parts in a groove can be used or it can be at lower power consumption (lower torque) of the energy consumption. be lowered. In the case of a chord, in which two phase windings are provided in a groove, ie when the winding located in the first section and the winding located in the second section are respectively assigned to different phases, it may not be necessary to provide a
Phasentrenner einzufügen, da die Trennung der Phasen über die räumliche Trennung zwischen den zwei Abschnitten der Wicklungen erreicht wird. Phase separator to be introduced, since the separation of the phases on the spatial separation between the two sections of the windings is achieved.
Weiterhin können die Steckelemente zu einer oder mehreren Wicklungen verschaltet sein. Furthermore, the plug-in elements can be interconnected to one or more windings.
Insbesondere können die Steckelemente jeweils einen Leiterabschnitt aufweisen, der einen ersten Abschnitt der Nut im Wesentlichen vollständig ausfüllt und insbesondere mit einem rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt ausgebildet ist. In particular, the plug-in elements may each have a conductor section which substantially completely fills a first section of the groove and is in particular formed with a rectangular or trapezoidal cross-section.
Gemäß einer Ausführungsform können die Leiterabschnitte der Steckelemente bezüglich einer Tiefe der Nut übereinander und/oder nebeneinander liegen. According to one embodiment, the conductor sections of the plug-in elements can lie one above the other and / or next to each other with respect to a depth of the groove.
Weiterhin können das eine oder die mehreren Steckelemente jeweils von einer Drahtisolation und/oder insgesamt von einer ersten Nutisolation umgeben sein. Furthermore, the one or more plug-in elements can each be surrounded by a wire insulation and / or a total of a first slot insulation.
Es kann vorgesehen sein, dass die Drahtwicklungen in einem zweiten Abschnitt der Nut angeordnet sind, der insbesondere näher an einer Nutöffnung der Nut angeordnet ist als die ersten Wicklungsteile. It can be provided that the wire windings are arranged in a second section of the groove, which is arranged in particular closer to a slot opening of the groove than the first winding parts.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Drahtwicklungen in einem ersten Abschnitt der Nut angeordnet sind, der insbesondere näher an einem Nutgrund der Nut angeordnet ist als die zweiten Wicklungsteile. Alternatively it can be provided that the wire windings are arranged in a first portion of the groove, which is arranged in particular closer to a groove bottom of the groove than the second winding parts.
Ferner können die Spulendrähte der Drahtwicklungen jeweils von einer Drahtisolation und/oder insgesamt von einer zweiten Nutisolation umgeben sein. Furthermore, the coil wires of the wire windings can each be surrounded by a wire insulation and / or in total by a second slot insulation.
Die Steckelemente können jeweils einen größeren Querschnitt aufweisen als die Spulendrähte, die zum Ausbilden der einer direkt gewickelten Spule oder einer Einzugswicklung verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform können die ersten Wicklungsteile einen Nutfüllfaktor von mehr als 50% in einem ersten Abschnitt der Nut und die zweiten Wicklungsteile einen Nutfüllfaktor von weniger als 50% in einem zweiten Abschnitt der Nut aufweisen. The plug-in elements can each have a larger cross-section than the coil wires used to form a directly wound coil or a pull-in winding. According to one embodiment, the first winding parts may have a groove fill factor of more than 50% in a first portion of the groove and the second winding parts may have a groove fill factor of less than 50% in a second portion of the groove.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine elektrische Maschine mit der obigen Maschinenkomponente vorgesehen. In another aspect, an electric machine with the above machine component is provided.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Aufbau einer Maschinenkomponente vorgesehen, die einen Komponentenkörper mit mehreren an einem magnetischen Rückschlussbereich endenden Nuten aufweist, umfassend die folgenden Schritte: According to a further aspect, there is provided a method of constructing a machine component comprising a component body having a plurality of grooves terminating in a magnetic return area, comprising the following steps:
- Einbringen eines oder mehrerer erster Wicklungsteile durch Stecken von einem oder mehreren Steckelementen zum Bilden einer Steckwicklung in einem ersten Abschnitt einer oder mehrerer der Nuten; und - inserting one or more first winding parts by inserting one or more plug-in elements to form a plug-in winding in a first portion of one or more of the grooves; and
- Einbringen eines oder mehrerer zweiter Wicklungsteile, die als Drahtwicklungen mit Spulendrähten ausgebildet sind, in einem zweiten Abschnitt einer oder mehrerer der Nuten. - Introducing one or more second winding parts, which are formed as wire windings with coil wires, in a second portion of one or more of the grooves.
Weiterhin kann der erste Abschnitt rückschlussbereichsnah und der zweite Bereich rückschlussbereichsfern in der Maschinenkomponente angeordnet sein. Furthermore, the first section can be arranged close to the return area and the second section can be arranged in the machine component remote from the return area.
Alternativ kann der zweite Abschnitt rückschlussbereichsnah und der erste Bereich rückschlussbereichsfern in der Maschinenkomponente angeordnet sein. Alternatively, the second section can be arranged close to the return region and the first region can be arranged in the machine component remotely.
Es kann vorgesehen sein, dass der eine oder die mehreren zweiten Wicklungsteile direkt in die Nuten gewickelt oder als vorgefertigte Drahtwicklung in die Nuten eingelegt werden. It can be provided that the one or more second winding parts are wound directly into the grooves or inserted as a prefabricated wire winding in the grooves.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
eine Querschnittsdarstellung durch einen Ausschnitt einer Maschinenkomponente, insbesondere eines Stators, mit einer Nut mit mehreren Wicklungssträngen; eine Darstellung einer beispielhaften Verschaltung der durch die verschiedenen Wicklungsstränge in den Nuten gebildeten Bewicklung der Maschinenkomponente; eine Darstellung einer beispielhaften Verschaltung der durch die verschiedenen Wicklungsstränge in den Nuten gebildeten Bewicklung der Maschinenkomponente gemäß einer weiteren Ausführungsform; und eine Darstellung einer beispielhaften Verschaltung der durch die verschiedenen Wicklungsstränge in den Nuten gebildeten Bewicklung der Maschinenkomponente gemäß einer weiteren Ausführungsform. Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it: a cross-sectional view through a section of a machine component, in particular a stator, with a groove having a plurality of winding strands; a representation of an exemplary interconnection of formed by the various winding strands in the grooves winding of the machine component; a representation of an exemplary interconnection of the winding formed by the various winding strands in the grooves of the machine component according to another embodiment; and an illustration of an exemplary interconnection of the winding of the machine component formed by the various winding strands in the grooves according to a further embodiment.
Beschreibung von Ausführungsformen Description of embodiments
Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer kreiszylindrischen Statoranordnung 1 als Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine. Alternativ kann als Maschinenkomponente auch eine bewickelte Rotoranordnung einer elektrischen Maschine vorgesehen sein. Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of a section of a circular cylindrical stator assembly 1 as a machine component for an electrical machine. Alternatively it can be provided as a machine component and a wound rotor assembly of an electric machine.
Ein Statorkörper 2 der Statoranordnung 1 umfasst einen Rückschlussbereich 3 sowie von dem Rückschlussbereich 3 sich radial nach innen erstreckende Statorzähne 4. Die Statorzähne 4 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig vonei- nander beabstandet, so dass jeweils zwischen zwei benachbarten StatorzähnenA stator body 2 of the stator arrangement 1 comprises a return region 3 and stator teeth 4 extending radially inwardly from the return region 3. The stator teeth 4 are uniformly spaced apart in the circumferential direction, so that in each case between two adjacent stator teeth
4 eine Nut 5 ausgebildet ist. Die Statorzähne 4 können weiterhin an ihrem dem Rückschlussbereich 3 entgegengesetzten Ende mit Zahnköpfen versehen sein, die die Nutöffnungen der Nuten 5 verengen. 4 is a groove 5 is formed. The stator teeth 4 can continue to be provided at its end opposite the end portion 3 end with tooth heads, which narrow the groove openings of the grooves 5.
Die Nut 5 weist eine Tiefe T auf, die in einen ersten Abschnitt T1 und einen zweiten Abschnitt T2 unterteilt ist. In dem ersten Abschnitt T1 der Nut 5 können ein
oder mehrere Steckelemente 6 in Form einer Steckwicklung eingesetzt sein, die einen ersten Wicklungsteil ausbilden. Jedes der Steckelemente 6 kann von einer Drahtisolation 61 umgeben sein, um eine elektrische Isolierung gegenüber dem Statorkörper 2 bzw. gegenüber benachbarten Steckwicklungen 6 bzw. Leiterbe- reichen von sonstigen Wicklungen zu gewährleisten. The groove 5 has a depth T which is divided into a first portion T1 and a second portion T2. In the first portion T1 of the groove 5 can a or several plug-in elements 6 may be used in the form of a plug-in winding, which form a first winding part. Each of the plug-in elements 6 may be surrounded by a wire insulation 61 in order to ensure electrical insulation with respect to the stator body 2 or with respect to adjacent plug-in windings 6 or conductor areas of other windings.
Weiterhin kann eine erste Nutisolation 7 vorgesehen sein, die im Falle von mehreren Steckelementen 6 in einer Nut 5 die mehreren Steckelemente 6 umgibt, so dass die mehreren Steckelemente 6 gemeinsam in den ersten Abschnitt T1 der Nut 5 eingesetzt werden können. Üblicherweise sind die Steckelemente 6 U- förmig ausgebildet, so dass diese bei der Montage in die elektrische Maschine mit ihren Schenkeln gleichzeitig in zwei verschiedene Nuten 5 des Furthermore, a first slot insulation 7 may be provided, which surrounds the plurality of plug-in elements 6 in the case of a plurality of plug-in elements 6 in a groove 5, so that the plurality of plug-in elements 6 can be used together in the first section T1 of the groove 5. Usually, the plug-in elements 6 are U-shaped, so that they simultaneously with the mounting in the electric machine with their legs in two different grooves 5 of
Statorkörpers 2 eingesetzt werden können. Vorzugsweise werden die Steckelemente 6 in einem luftspaltfernen Bereich derStator body 2 can be used. Preferably, the plug-in elements 6 in an air gap remote area of
Nut 5, d. h. nahe dem Rückschlussbereich 3, angeordnet. Insbesondere ist der Querschnitt des einen oder der mehreren Steckelemente 6 so ausgebildet, dass der erste Abschnitt T1 der Nut 5 bestmöglich durch den Leiterquerschnitt ausgefüllt ist. Insbesondere weisen die Steckelemente 6 zumindest im Bereich ihrer Schenkel einen im Wesentlichen rechteckigen bzw. leicht trapezförmigen Querschnitt auf, um sich so einer entsprechenden Form der Nut 5 anzupassen. Groove 5, d. H. near the return area 3, arranged. In particular, the cross section of the one or more plug-in elements 6 is formed so that the first portion T1 of the groove 5 is filled as best as possible by the conductor cross-section. In particular, the plug-in elements 6, at least in the region of their legs on a substantially rectangular or slightly trapezoidal cross-section, so as to adapt to a corresponding shape of the groove 5.
In den sich zwischen der ersten Wicklung und dem Luftspalt (rückschlussbe- reichsfernen Abschnitt) erstreckenden zweiten Abschnitt T2 der Nut 5 wird nun eine Drahtwicklung mit Spulendrähten 8 als zweiten Wicklungsteil eingebracht.In the extending between the first winding and the air gap (rückschlussbe- range distant portion) extending second portion T2 of the groove 5, a wire winding with coil wires 8 is now introduced as a second winding part.
Die Drahtwicklung kann z.B. mithilfe einer Nadelwickeltechnik direkt in die Nut 5 hineingewickelt oder als vorgefertigte Drahtwicklung mithilfe einer Einzugstechnik in den zweiten Abschnitt T2 der Nut 5 eingesetzt werden. Jeder der Spulendrähte 8 der Drahtwicklung kann mit einer eigenen Drahtisolation 81 umgeben seten Wicklungsin. Die Spulendrähte 8 können von einer zweiten Nutisolation 9 umgeben sein, die ein oder mehrteilig ausgebildet ist. The wire winding may e.g. be wound directly into the groove 5 by means of a needle winding technique or used as a prefabricated wire winding by means of a retraction technique in the second portion T2 of the groove 5. Each of the coil wires 8 of the wire winding may be surrounded with its own wire insulation 81. The coil wires 8 may be surrounded by a second slot insulation 9, which is formed in one or more parts.
Insbesondere weisen die Spulendrähte 8 einen runden Querschnitt auf, wie es im Gebiet von Spulenwicklungen üblich ist. Insbesondere ist der Querschnitt der einzelnen Steckelemente 6 deutlich größer als der Querschnitt der einzelnenIn particular, the coil wires 8 have a round cross-section, as is customary in the field of coil windings. In particular, the cross section of the individual plug-in elements 6 is significantly larger than the cross section of the individual
Spulendrähte 8.
Durch das Vorsehen der verschiedenartigen Wicklungen in dem ersten Abschnitt T1 der Nut 5 und in dem zweiten Abschnitt T2 der Nut 5 kann eine hohe Flexibilität bei der Fertigung und Auslegung der Maschinenkomponente erreicht werden. Zudem erhöht das Vorsehen der Wicklung in dem ersten Abschnitt T1 der Nut 5 als Steckwicklung 6 den Nutfüllfaktor erheblich, so dass die Leistungsdichte und der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine deutlich erhöht werden können. In Figur 2 ist schematisch ein Beispiel für ein Wicklungsschema gezeigt. Der obere Teil des Diagramms zeigt die erste Wicklung und der untere Teil des Diagramms zeigt die zweite Wicklung für eine von mehreren Phasen. Das Beispiel betrifft eine dreiphasige elektrische Maschine mit einer 36-nutigen Spool wires 8. By providing the various windings in the first portion T1 of the groove 5 and in the second portion T2 of the groove 5, high flexibility in the manufacture and design of the machine component can be achieved. In addition, the provision of the winding in the first section T1 of the groove 5 as a plug-in winding 6 significantly increases the slot fill factor, so that the power density and the efficiency of the electrical machine can be significantly increased. FIG. 2 schematically shows an example of a winding scheme. The upper part of the diagram shows the first winding and the lower part of the diagram shows the second winding for one of several phases. The example relates to a three-phase electric machine with a 36-groove
Statoranordnung, wobei eine Serienschaltung von jeweils zwei durch Steckele- mente 6 in verschiedenen Nuten 5 gebildeten ersten Wicklungsteilen und zwei durch Drahtwicklungen in verschiedenen Nuten gebildeten zweiten Wicklungsteilen vorgesehen ist. Die Drahtwicklungen der zweiten Wicklungsteile sind einander benachbart angeordnet, wobei einander benachbarte Drahtwicklungen jeweils mit einer Spulenseite durch eine Nut 5 verlaufen. Eine Spulenseite der ers- ten Wicklungsteile und eine Spulenseite der zweiten Wicklungsteile befinden sich dabei in derselben Nut 5. Es sind mehrere derartige Serienschaltungen vorgesehen, die in der dargestellten Ausführungsform dreifach um die Statoranordnung 2 versetzt angeordnet sind. Die Serienschaltungen sind bezüglich der Phasenanschlüsse parallel zueinander angeordnet. Stator arrangement, wherein a series circuit of two each by Steckele- elements 6 formed in different grooves 5 first winding parts and two formed by wire windings in different grooves second winding parts is provided. The wire windings of the second winding parts are arranged adjacent to one another, wherein adjacent wire windings each extend with a coil side through a groove 5. A coil side of the first winding parts and a coil side of the second winding parts are in this case in the same groove 5. There are provided a plurality of such series circuits, which are arranged offset in the illustrated embodiment three times around the stator 2. The series circuits are arranged parallel to one another with respect to the phase connections.
In Figur 3 ist ein Wicklungsschema mit mehreren Steckelementen 6 pro Nut 5 dargestellt, wobei mindestens zwei der mehreren Steckelemente 6 pro Nut 5 durch zwei gleiche Nuten 5 verlaufen und seriell miteinander verschaltet sind, um eine mehrwindige Spulenwicklung auszubilden. Jeweils zwei solcher mehrwindi- ger Spulenwicklungen sind sowohl in Reihe zueinander als auch in Reihe mit jeweils vier durch ein- oder mehrwindige Drahtwicklungen gebildete, in Reihe geschaltete Spulenwicklungen geschaltet. Die Drahtwicklungen sind einander benachbart angeordnet, wobei einander benachbarte Drahtwicklungen jeweils mit einer Spulenseite durch eine Nut 5 verlaufen. Weiterhin befinden sich in einer Nut 5 sowohl zwei oder mehrere Spulenleiter von zwei Steckelementen 6 als
auch eine Drahtwicklung, so dass der Wicklungsaufbau in einer Nut 5 mindestens vierschichtig ist. FIG. 3 shows a winding diagram with a plurality of plug-in elements 6 per slot 5, wherein at least two of the plurality of plug-in elements 6 run through two identical slots 5 per slot 5 and are connected in series with one another in order to form a multi-turn coil winding. In each case two such multi-turn coil windings are connected both in series with one another and in series with four coil windings formed in series by single or multi-turn wire windings. The wire windings are arranged adjacent to one another, wherein adjacent wire windings respectively extend with a coil side through a groove 5. Furthermore, in a groove 5 both two or more coil conductors of two plug-in elements 6 as also a wire winding, so that the winding structure in a groove 5 is at least four layers.
In Figur 4 ist eine Verschaltung einer vierschichtig bewickelten In Figure 4, an interconnection of a four-layer wound
Statoranordnung 1 in Form einer Serienschaltung dargestellt. Alle jeweils einerStator assembly 1 shown in the form of a series circuit. All one each
Phase zugeordneten Steckwicklungen 6 sind sowohl miteinander als auch mit den der gleichen Phase zugeordneten Drahtwicklungen, die insgesamt ebenfalls seriell miteinander verschaltet sind, in Reihe verschaltet. Die Drahtwicklungen sind einander benachbart angeordnet, wobei einander benachbarte Drahtwick- lungen jeweils mit einer Spulenseite durch eine Nut 5 verlaufen.
Phase associated plug-in windings 6 are interconnected in series both with each other and with the same phase associated wire windings, which are also connected in series with each other in total. The wire windings are arranged adjacent to one another, wherein adjacent wire windings each extend with a coil side through a groove 5.
Claims
1 . Maschinenkomponente (1 ) für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Statoranordnung oder eine Rotoranordnung, umfassend: 1 . Machine component (1) for an electrical machine, in particular a stator arrangement or a rotor arrangement, comprising:
- einen Komponentenkörper (2), der Nuten (5) aufweist; - A component body (2) having grooves (5);
- einen oder mehrere erste Wicklungsteile, die mithilfe eines oder mehrerer Steckelemente (6) zum Aufbau einer Steckwicklung ausgebildet sind; und - One or more first winding parts, which are formed by means of one or more plug-in elements (6) for the construction of a plug-in winding; and
- einen oder mehrere zweite Wicklungsteile, die als Drahtwicklungen mit Spulendrähten (8) ausgebildet sind. - One or more second winding parts, which are formed as wire windings with coil wires (8).
2. Maschinenkomponente nach Anspruch 1 , wobei die Steckelemente (6) zu einer oder mehreren Wicklungen verschaltet sind. 2. Machine component according to claim 1, wherein the plug-in elements (6) are connected to one or more windings.
3. Maschinenkomponente nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steckelemente (6) einen Leiterabschnitt aufweisen, der einen ersten Abschnitt der Nut (5) im Wesentlichen vollständig ausfüllt und insbesondere mit einem rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt ausgebildet ist. 3. Machine component according to claim 1 or 2, wherein the plug-in elements (6) have a conductor portion which substantially completely fills a first portion of the groove (5) and in particular is formed with a rectangular or trapezoidal cross-section.
4. Maschinenkomponente nach Anspruch 3, wobei die Leiterabschnitte der Steckelemente (6) bezüglich einer Tiefe der Nut (5) übereinander und/oder nebeneinander liegen. 4. Machine component according to claim 3, wherein the conductor portions of the plug-in elements (6) with respect to a depth of the groove (5) on top of each other and / or next to each other.
5. Maschinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das eine oder die mehreren Steckelemente (6) jeweils von einer Drahtisolation und/oder von einer ersten Nutisolation (7) umgeben sind. 5. Machine component according to one of claims 1 to 4, wherein the one or more plug-in elements (6) are each surrounded by a wire insulation and / or by a first slot insulation (7).
6. Maschinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Drahtwicklungen in einem zweiten Abschnitt der Nut (5) angeordnet sind, der insbesondere näher an einer Nutöffnung der Nut (5) angeordnet ist als die ersten Wicklungsteile.
6. Machine component according to one of claims 1 to 5, wherein the wire windings are arranged in a second portion of the groove (5), which is arranged in particular closer to a slot opening of the groove (5) than the first winding parts.
7. Maschinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Drahtwicklungen in einem ersten Abschnitt der Nut (5) angeordnet sind, der insbesondere näher an einem Nutgrund der Nut (5) angeordnet ist als die zweiten Wicklungsteile. 7. Machine component according to one of claims 1 to 5, wherein the wire windings are arranged in a first portion of the groove (5), which is arranged in particular closer to a groove bottom of the groove (5) than the second winding parts.
8. Maschinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Spulendrähte (8) der Drahtwicklungen jeweils von einer Drahtisolation und/oder von einer zweiten Nutisolation (9) umgeben sind. 8. Machine component according to one of claims 1 to 7, wherein the coil wires (8) of the wire windings are each surrounded by a wire insulation and / or by a second slot insulation (9).
9. Maschinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steckelemente (6) jeweils einen größeren Querschnitt aufweisen als die Spulendrähte (8). 9. Machine component according to one of claims 1 to 8, wherein the plug-in elements (6) each have a larger cross section than the coil wires (8).
10. Maschinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die ersten Wicklungsteile einen Nutfüllfaktor von mehr als 55% in einem ersten Abschnitt der Nut (5) und die zweiten Wicklungsteile einen Nutfüllfaktor von weniger als 55% in einem zweiten Abschnitt der Nut (5) aufweisen. 10. The machine component according to claim 1, wherein the first winding parts have a groove fill factor of more than 55% in a first section of the groove (5) and the second winding parts have a groove fill factor of less than 55% in a second section of the groove (5 ) exhibit.
1 1 . Elektrische Maschine mit einer Maschinenkomponente nach einem der An- Sprüche 1 bis 10. 1 1. Electric machine with a machine component according to one of the claims 1 to 10.
12. Verfahren zum Aufbau einer Maschinenkomponente, die einen Komponentenkörper (2) mit mehreren an einem magnetischen Rückschlussbereich (3) endenden Nuten (5) aufweist, umfassend die folgenden Schritte: A method of constructing a machine component comprising a component body (2) having a plurality of grooves (5) terminating at a magnetic return area (3), comprising the following steps:
- Einbringen eines oder mehrerer erster Wicklungsteile durch Stecken von einem oder mehreren Steckelementen (6) zum Bilden einer Steckwicklung in einem ersten Abschnitt einer oder mehrerer der Nuten (5); und - Einbringen eines oder mehrerer zweiter Wicklungsteile, die als Drahtwicklungen mit Spulendrähten (8) ausgebildet sind, in einem zweiten Abschnitt einer oder mehrerer der Nuten (5). - Inserting one or more first winding parts by inserting one or more plug-in elements (6) for forming a plug-in winding in a first portion of one or more of the grooves (5); and - introducing one or more second winding parts, which are formed as wire windings with coil wires (8), in a second section of one or more of the grooves (5).
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der erste Abschnitt rückschlussbereichs- nah und der zweite Bereich rückschlussbereichsfern in der Maschinenkomponente angeordnet ist.
13. The method according to claim 12, wherein the first section is close to the return region and the second region is disposed in the machine component.
14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der zweite Abschnitt rückschlussbe- reichsnah und der erste Bereich rückschlussbereichsfern in der Maschinenkomponente angeordnet ist. 14. The method according to claim 12, wherein the second section is arranged close to the return region and the first region is disposed in the machine component remotely.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Drahtwicklung direkt in die Nuten (5) gewickelt oder als vorgefertigte Drahtwicklung einer Einzugswicklung in die Nuten (5) eingelegt wird.
15. The method according to any one of claims 12 to 14, wherein the wire winding is wound directly into the grooves (5) or inserted as a prefabricated wire winding a pull-in winding in the grooves (5).
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