WO2018069517A1 - Helixartige wicklung mit erhöhter feldausnutzung - Google Patents

Helixartige wicklung mit erhöhter feldausnutzung Download PDF

Info

Publication number
WO2018069517A1
WO2018069517A1 PCT/EP2017/076228 EP2017076228W WO2018069517A1 WO 2018069517 A1 WO2018069517 A1 WO 2018069517A1 EP 2017076228 W EP2017076228 W EP 2017076228W WO 2018069517 A1 WO2018069517 A1 WO 2018069517A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conductor
stator
winding
branches
strands
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/076228
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Frank
Jörn GRUNDMANN
Mercedes Herranz Gracia
Wolfgang Nick
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2018069517A1 publication Critical patent/WO2018069517A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • Pole number p wherein the stator has a stator winding with a plurality of conductor turns, each of which runs in a helical manner at least in one section. Furthermore, the invention relates to an electrical machine with such a stator.
  • Stator windings are known in which the conductor windings are helically arranged with respect to a central axis of the stator. Such windings are referred to as helical windings or as helical windings.
  • the use of such a winding type is particularly advantageous for achieving a particularly high power density of an electrical machine, as required, for example, for use in drives of vehicles. Especially when used in aircraft, the achievement of a high power density is a priority development goal. Be ⁇ Sonders advantageous in view of a high power density is the use of a helical stator winding in conjunction with a superconducting rotor.
  • stator windings of classical electrical machines are usually constructed as straight windings, in which the effective for the electrical induction conductor branches extend parallel to the central axis of the machine. These straight sections are then connected in their axial end areas by so-called winding heads, the straight sections of the individual windings being bridged in the circumferential direction by the winding heads.
  • winding heads also have a large space requirement, which increases the overall volume of the electrical machine. In order to achieve a machine with high power density, it is therefore generally advantageous to make the winding ⁇ heads as small as possible or ideally completely without them.
  • a disadvantage of the described helical stator winding is that the field utilization is less than the field utilization of a classic electric machine with a straight, substantially axially extending
  • the object of the invention is therefore to provide a stator with a helical winding, which overcomes the disadvantages mentioned.
  • a stator is to be made available in which the field utilization is increased compared to known helical windings.
  • Another object is to provide an electric machine with such an improved stator.
  • the stator according to the invention is designed for an alternating electrical current ⁇ machine having a magnetic pole number p.
  • the stator has a stator winding with a plurality of conductor windings, which run helically in each case at least in a part ⁇ section.
  • the individual Lei ⁇ terwindungen are grouped into a total of n electrical strands.
  • the number n of strands is greater than three, in particular an integer multiple of three.
  • the stator is thus designed to induce voltages in a p-pole magnetic field.
  • the arrangement of the stator windings can in particular have an essentially ⁇ / 2-fold rotational symmetry with respect to a central axis of the stator.
  • the helical sections of the conductor turns are inclined to the central axis of the stator.
  • it is a helical winding, which is also called oblique winding in German.
  • the individual windings lie in particular on one or more common cylinder jacket surfaces whose cylinder axis, in turn, is the central axis of the stator.
  • the various conductor branches can be distributed over a plurality of nested cylinder jacket surfaces. In the helical sections, therefore, the conductor windings in particular have no radial component.
  • the individual strands are designed so that each strand is assigned to an electrical phase. In other words, in the conductor windings associated therewith, an alternating current phase-shifted with respect to the other strings can flow.
  • the conductor windings in each case run helically at least in a sectionbe ⁇ rich.
  • This may in particular be a common axial section of the stator for all windings. This can be cut ⁇ in particular an axially internal Ab. It should therefore not be ruled out that the course of the conductor windings in certain subregions, especially the axial end regions, has a different shape than the helical one.
  • individual conductor branches of the respective strands can be arranged next to one another, ie offset in the circumferential direction by a certain angle, on a common cylinder jacket surface. You can ⁇ sondere be evenly distributed on this cylinder surface in particular, so that a multi-start helix structures.
  • An essential advantage of the embodiment according to the invention is that the increased number of strands compared to the conventional three-phase winding makes it possible to improve field utilization. Calculations show that the
  • Field utilization is increased by increasing the number of phases, especially in the axially inner region.
  • the field utilization is verbes sert ⁇ in the area of its maximum.
  • the axially inner region can be achieved in this way with a helical winding field utilization, which is close to the field utilization of a straight winding.
  • the increase in the field utilization and simultaneous reduction of the upper fields is mainly due to the fact that the rotating field in the air gap is formed in the presence of more than three strands by a polygon with correspondingly more corners and therefore more closely approximates the ideal circular shape.
  • the rotating field becomes for example, built by a hexagon. If the number of strands according to the invention increases, a polygon is created with more than these six pointers (for example, a multi ⁇ multiple thereof). The larger the number of corners, the more the resulting polygon approaches the ideal circle.
  • the electric machine according to the invention comprises a stator OF INVENTION ⁇ to the invention.
  • a stator OF INVENTION ⁇ to the invention.
  • Maschi ⁇ ne in addition to a rotor for generating a rotating magnetic field.
  • the advantages of the electric machine are analogous to the described advantages of the stator according to the invention.
  • the strand number n can have values of 6, 9 or 12.
  • Such small integer multiples of three are particularly favorable since a symmetrical design can be realized in which each of the three phases of a classical three-phase alternating current machine is split into a plurality of mutually phase-shifted partial phases.
  • the conductor turns can advantageously each one ers ⁇ th and a second conductor branch, each having a different axial directional component, said branches, these conductors are arranged helically on the predominant part of their length about the central axis of the stator.
  • each conductor turn can (the first conductor branch) and a return conductor have a forward conductor (second conductor branch) on ⁇ based on the direction of the central axis.
  • These two conductor branches can in particular be arranged with different winding directions about the central axis. orders be.
  • all the first conductor branches of the individual windings can have the same winding direction relative to one another, and correspondingly all the second conductor branches of the individual windings can have the same winding direction opposite to the first conductor branches.
  • the stator winding as a whole can then be composed of a concatenation of the helical first and second conductor branches over the entire circumference of the stator.
  • the helix-like conductor branches can be connected by non-helically extending connecting conductor re ⁇ rum in its axial end regions. This can either be separate connecting pieces or integrally configured with the conductor branches Porterab ⁇ sections in principle. With such a one-piece design, the connecting conductors thus result only as conductor sections of a winding wound from a continuous conductor and not as subsequently introduced between the conductor branches.
  • stator in the stator, the advantages of the helical winding - so especially the elimination of complex and difficult to cool end windings - come particularly well.
  • stator in principle it is also possible for the stator to have a helical winding only in one or more (for example axial) subregions, while the winding runs straight in one or more other subregions, ie parallel to the main axis of the stator.
  • double zoning is understood to mean that the zone width is twice as large as in a "simple zoning".
  • the zone width represents the proportion of the circumference occupied by the coil sides (in this case the conductor branches) of a strand in the region of an electrical pole pair.
  • the conductor branches of the respective strands are only half as wide as in the "double zonung”.
  • each Leiterwin ⁇ tion and each conductor branch optionally be composed of several sub-conductors. These sub-conductors can be bundled in the
  • Individual sub-conductors can also be stranded together or transposed in the manner of a Roebelleiters. It is also mög ⁇ Lich that a plurality of twisted and / or transposed Operalei- ter as parallel bundles extending side by side within a branch conductor are guided. These sub-conductors may be electrically connected either in parallel or in series. In particular, they can lie next to one another in the circumferential direction and / or be stacked in the radial direction.
  • the number i of conductor turns should at least equal the product of p / 2 and n. It is particularly advantageous if i either corresponds exactly to the product of p / 2 and n or corresponds to a quite ⁇ multiple multiples of this product.
  • a stator winding with ⁇ / 2-fold rotational symmetry and n separate strands can be formed in a particularly simple manner.
  • the first conductor ⁇ branches of the individual conductor turns may be arranged on the one hand on a common inner cylinder surface and on the other hand, the second conductor branches of the individual conductor turns may be arranged on a common outer cylinder jacket surface.
  • the first conductor branches may have between themselves common first Win ⁇ dung direction on the inner cylinder surface and the second conductor branches on the outer cylinder surface may have a with each joint, the first conductor branches opposite Crinkle ⁇ direction.
  • An essential advantage of this embodiment is that the helical winding can be carried out so particularly space-saving.
  • the associated conductor branches have the same winding direction.
  • they also have the same pitch and can therefore be arranged next to each other on the same lateral surface without Studentskreu ⁇ tongues.
  • Adjacent conductor branches have only an angular offset, ie an offset in the circumferential direction of the stator.
  • the pitch of a helix according to the usual geometric definition is to be understood as the axial length required for one complete revolution of the helix.
  • the stator winding may have in the axial end regions electrically conductive connecting conductors between the respective mutually associated conductor branches. This can be be branches of the same or adjacent coil windings, which thus to a parent coil arrangement for each
  • Strand are connected.
  • an inner, first conductor branch can be connected to an outer, second conductor branch.
  • a coherent parent coil assembly is formed, which can extend in particular as a loop over the entire circumference of the stator and there for the induction of voltages and / or can be used to form magnetic fields.
  • a contiguous coil arrangement comprises at least a first and a second conductor branch. If there are more than two poles, it may comprise pairs of conductor branches more interconnected ⁇ accordingly, thus for example p conductor branches per strand (or an integer multiple of p to Leiterzwei- gen) at a p-pole machine.
  • the helically arranged conductor branches can advantageously each have a pitch h which is at least as great as the product of the axial length 1 of the helical conductor branches and the number of poles p.
  • the axial length 1 is the effective length of the helical stator winding, that is, the length of the region of the winding on which the conductor branches are helically guided.
  • 1 is the axial length of the winding minus the length of the end regions needed to connect the conductor branches.
  • the stator winding can in particular be designed so that the conductor branches to be connected to one another exactly meet in the circumferential direction.
  • the connection conductors can thus be designed as purely radial connections, and there is no gap in the circumferential direction must be bridged.
  • the Pitch is greater than the product 1 * p.
  • the skew of the individual conductor branches against the central axis A is thus somewhat smaller than in the case described above, and the connecting conductors are then expediently designed so that they can bridge a gap in the circumferential direction between the conductor branches to be connected.
  • the connecting pieces can thus have both a radia ⁇ le component and a component in the circumferential direction.
  • the stator winding advantageously has a number i of first conductor branches and an equal number i of second conductor branches, where i corresponds either to the product of pole number p and strand number n (in single zoning) or half of said product (in the case of double zoning).
  • the pitch h of the helical conductor branches is selected such that the respective conductor branches helically rotate over their axial length 1 by an angle ⁇ , where ⁇ is a value between
  • the pitch is selected so that in the axial end regions between the conductor branches to be connected no offset in
  • 360 ° / p - 2 * 360 ° / i results in an offset of two Strangzonenannonen at each axial end of the conductor branches to be connected.
  • the term "strand zone pitch” is used herein for the angular offset of 360 ° / i. It is to be understood analogously to the usual in the art concept of a "slot pitch", which results from the fact that the i Lei ⁇ terzweige on each cylinder barrel in grooves a Statorträ ⁇ gers can be arranged. A slot pitch of 360 ° / i is then corresponding to the angular offset between two such grooves adjacent in the circumferential direction.
  • the advantage of a reduced inclination of the conductor branches and an offset between the conductor ends to be connected is that the field utilization of the stator winding is increased by this measure.
  • the field utilization in the axial end regions of the stator winding is increased by this measure.
  • Stator winding increases, because the area between the return conductor (ie, the first and second conductor branch) of a given stator winding is larger in the end regions.
  • Stator winding with only three strands a reduction of the skew is provided so that there is an offset in the circumferential direction between the connected conductor branches.
  • this may preferably be designed as an air gap winding.
  • the stator winding is not embedded in grooves of an iron core or other soft magnetic material, but is disposed in the air gap region of the machine.
  • the stator winding may also be arranged in the grooves of a support structure in this embodiment. It is essential, however, that there is no soft magnetic material between these grooves.
  • This embodiment as an air gap winding is particularly advantageous in an electrical machine, comprising the egg ⁇ NEN superconducting rotor, because then the magnetic fields are so strong that there is an excessive saturation of the soft magnetic in a classical machine
  • the electric machine may advantageously additionally have a rotor which is designed to generate a magnetic field with p poles.
  • the described advantages of the stator according to the invention come into play in interaction with such a rotor .
  • such a rotor can be equipped with a superconducting field winding.
  • Such a design is particularly advantageous in order to achieve a very high power density with the machine. This is particularly relevant for generators or motors in vehicles that have to be moved when driving such a vehicle. Quite be ⁇ Sonder's critical is the power density and electric Ma ⁇ machines in aircraft. Regardless of the exact application of the machine, this can generally be operated either as a motor and / or as a generator.
  • the machine can be designed as a synchronous machine.
  • the electrical machine may have at least one inverter to ⁇ to produce a phase shift between the currents flowing in the individual strands of the stator winding currents and / or abolished.
  • Such converters can be used to in order to convert, for example, the fullyphasigen alternating current generated by a generator configured erfindungsge ⁇ Gurss in conventional three-phase alternating current or direct current.
  • inverters can also be used to convert conventional three-phase AC or DC power from another power source to higher-phase AC power for a motor according to the present invention.
  • a generator according to the invention is used as a power source for the higher-phase alternating current and this example, is fed without interposed phase shift in a corresponding higher-phase motor as a consumer.
  • a generator according to the invention feeds in several 3-phase separate networks.
  • the number of strands is a small integer multiple of three, is so if, for example, six ⁇ phase-, Neunphasen- or twelve-phase alternating current generated or consumed .
  • the phase shift between individual adjacent strands may preferably be either 360 ° / n or 360 ° / (2n).
  • the number of strands n is a multiple of three ⁇ be wearing, and that the n strands are divided into three main categories.
  • the phase shift between the middle phases of the respective groups may be 120 °, and the phase shift within the respective group may be, for example, either 360 ° / n or 360 ° / (2n).
  • a phase shift of 360 ° / n with double zoning is particularly preferred, and a phase shift of 360 ° / (2n) is particularly preferred with simple zoning.
  • the phase shifts of all adjacent conductor branches are distributed uniformly overall, and the spatial and temporal phase shift coincides for the respective strings.
  • the magnetic pole number p of the electric machine can advantageously be between 2 and 12, in particular between 6 and 12 and particularly advantageously at exactly 8. Such a configuration is particularly advantageous in order to achieve a high power density.
  • the preferred range results from the fact that on the one hand with increasing pole number ra ⁇ diale air gap field and thus the induced voltage drops, but on the other hand increases with increasing number of poles, the electrical frequency at the same speed.
  • the second effect increases the induced voltage, so that IMP EXP ⁇ together in typical geometries results in an optimum for the performance within the ranges mentioned.
  • there are other effects for example, that at small Polzah ⁇ len a larger yoke thickness must be selected, which in turn affects the weight. Such factors also determine the preferred number of poles for optimum power density.
  • Figure 1 is a schematic longitudinal section of an electrical
  • Figure 2 is a schematic perspective view of a
  • Stator winding according to a second example of the invention shows
  • Figure 3 shows a coil arrangement of a selected strand ul from the stator winding of Figure 2
  • FIG. 4 shows the winding diagram and the associated field utilization of the stator winding of FIG. 2,
  • the electrical machine 1 shows an electrical machine 1 according to a first embodiment of the invention is shown in a schematic longitudinal section.
  • the electrical machine 1 comprises a Ro ⁇ gate 7 and a stator 3.
  • the rotor 7 is supported by a rotor shaft 9 about a rotation axis A to rotate.
  • the rotor shaft 9 is supported via the bearing 10 against the housing Maschinenge ⁇ .
  • 11 Shown is a longitudinal section along the axis of rotation A, which is also the central Maschinenach ⁇ se.
  • the electric machine can basically be a motor or a generator or even a machine that can be operated in both modes.
  • the stator 3 has a stator winding 4 with a plurality of conductor turns 13j.
  • these conductor turns 13j are configured helically.
  • the individual conductor windings 13j extend al so obliquely to the main axis and are each on a cylinder mantle surface arranged about this axis A.
  • the conductor branches of the individual conductor windings 13j are distributed on two such cylinder jacket surfaces, namely on a base 4a in the region of an inner cylindrical surface 20a and a top layer 4b in the region of an outer Zylindermantelflä ⁇ che 20b, said two layers nested and concentric about the central axis A are arranged.
  • the conductor branches of the base 4a and the top layer 4b have an opposite direction of rotation, which becomes even clearer in connection with FIG. 2 and FIG.
  • In the axial end portions 17 of the stator coil 4 corresponding conductor branches of the top sheet 4b, and the base 4a through Ver ⁇ connection conductors 19 are each electrically conductively connected to one another.
  • upper layer 4b and base 4a are electrically insulated from each other by a layer insulation 15.
  • a layer insulation 15 can also be achieved by an insulating sheathing of each individual conductor branch.
  • Stator 3 is located.
  • the stator winding 4 is supported in the example shown by a magnetically formed stator 5, so here it is an air gap winding without iron teeth between the turns of the winding.
  • the electric machine of FIG. 1 has a superconducting field winding 8 in the rotor 7.
  • the rotor 7 can be cooled in operation to a cryogenic temperature, the un ⁇ terrenz the critical temperature of the superconductor used is.
  • This operating temperature may ⁇ example, be in the range of approximately 20 K to 77 K.
  • the cooling can be done with a cooling system, not shown in the picture be achieved.
  • the cryogenic components should also be thermally insulated against the warm environment.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of a stator winding 4, as can be used, for example, in an electrical machine according to FIG.
  • This stator winding 4 is designed as a helical winding in which the individual conductor windings 13j are arranged helically around the central axis A within the axially inner region 1.
  • the stator winding 4 of the example shown is divided into twelve individual strands ul to w4. These strings correspond to individual phases of the alternating current, which can either be generated by the electric machine or converted into mechanical energy.
  • Each strand comprises a plurality of individual conductor branches, which have a combined überge ⁇ associated coil arrangement.
  • conductor branches are arranged in a group of first conductor branches, which are arranged on the base 4a of the coil winding and in a group of second conductor branches, which are arranged on the top layer 4b of the coil winding.
  • the conductors of the second sub-layer 4a ⁇ therefore are all on an inner Zylindermantelflä ⁇ surface, and the conductor branches of the top sheet are all on an outer cylinder surface.
  • the conductor branches all have the same inclination and the same sense of rotation to be so avoided within individual layers crossovers of conductor branches.
  • the individual conductors are electrically insulated from one another and the upper and lower layers are not connected to each other.
  • connection conductors 19 are arranged for connecting the upper and lower layers.
  • the skew of the individual conductor branches is chosen so that the mutually associated conductor branches of a strand in the Endbe ⁇ rich 17 just meet at the same circumferential position. Because of the connection conductor 19, only the radial distance between the top and bottom layer has to be bridged here. the. The connection conductor bridges accordingly no distance in the circumferential direction.
  • FIG. 3 shows, by way of example, the course of the individual conductor branches of a selected strand, here the strand ul.
  • the coil arrangement 21 of the selected strand ul has four individual windings 13j, each of these windings having two conductor branches: a first conductor branch 23a, which conducts the current with a first axial direction component as a forward conductor and a second conductor branch 23b, which serves as a return conductor Current at the same superordinate current direction with an opposite second axial direction component passes.
  • This direction components are indicated as an example for a predetermined parent flow direction to a ge ⁇ given time by the arrows in FIG. 3
  • the four first conductor branches 23a are respectively arranged together on the cylinder jacket surface of the base 4a, and the four second conductor branches 23b are arranged together on the cylinder jacket surface of the top layer 4b.
  • These eight conductor ⁇ branches 23 a and 23 b are connected via the provided in the axial end portions 17 connecting conductor 19 to the contiguous zig-zag-shaped coil assembly 21.
  • the coil arrangements of the remaining eleven strands u2 to w4 are constructed analogously and arranged on the same cylinder jacket surfaces. They are only correspondingly ver ⁇ sets in the circumferential direction, as can be seen in Figure 2.
  • the division shown such a strand in four outgoing and four return conductors corresponds to the formation of the stator winding for use in an eight-pole electric machine, in other words a machine whose rotor is designed to form an eight-pole rotating magnetic field.
  • the number i of the conductor turns 13j in such a strand advantageously corresponds to half the number of magnetic poles or an integral multiple thereof.
  • the total number i of the conductor turns 13j (and thus both the Number of the respective leads 23a and the respective return conductor 23b) in a stator with n strings thus corresponds to at least n * p / 2.
  • FIG. 4 shows the winding diagram and the associated field utilization of the stator winding 4 of FIG. 1.
  • the winding diagram is divided into a partial diagram 24a for the base 4a and a partial diagram 24b for the top layer 4b of the winding.
  • the winding diagram 24a thus clarifies the geometrical arrangement of the first conductor branches 23a on the inner cylinder jacket
  • the winding diagram 24b illustrates the arrangement of the second conductor branches 23b on the outer cylinder jacket.
  • ⁇ at the winding patterns 24a and 24b are the arrangements of the respective strands Lei ⁇ terzweige ul shows overall to w4 as a function of the axial length 25 and the electrical angle 26th
  • the electrical angle results as a product of geometric angle and pole pair. In other words, in a two-pole machine, the electrical angle is identical to the geometric rotation angle with respect to the winding axis A. In the case of higher-pole machines, on the other hand, an electrical angle of 360 ° is achieved, if a geometric
  • the winding diagram 24a of Figure 4 thus shows corresponding to the geometric course of the conductor branches of the twelve strands ul to w4 over the entire axial length 1 and over an angular range between two magnetic north poles.
  • the electrical angle range shown from 0 ° to 360 ° corresponds to the eight-pole shown in Figure 2
  • the entire geometrical winding course then results correspondingly by four-fold juxtaposition of the illustrated winding scheme 24a for the underlay and the illustrated winding scheme 24b for the upper layer. It can also be seen from the two winding diagrams 24a and 24b that - as can already be seen from FIGS. 2 and 3 - the conductor branches to be connected at the axial ends of a respective one of them
  • the field utilization 27 of this stator winding is shown as a function of the axial position 25 (again as a percentage of the total length 1). This field utilization is as relative field utilization of the in the range of
  • Stator winding effective exciter field to understand, in relation to the field utilization of a comparable electric machine with a straight winding and a number of holes of 1 (ie with a groove per number of poles and strand).
  • the mean value of the winding factor of the fundamental wave over the axial length was determined numerically. It is easy to see that the field utilization is only in the middle range of the axial length in the vicinity of the comparison value of 100%. In contrast, in the axial end regions is a steeper
  • this stator winding has a similar structure to the stator winding of the previously described exemplary embodiment. However, it is divided as forth ⁇ tional helix winding in only three separate strands ul, vi and wl.
  • the field exercise of this conventional spiral winding qualitatively shows a similar pattern as the field use of the winding according to the invention in Figure 4. However, the maximum and thus the average field ⁇ utilization is significantly lower.
  • Figures 6 to 9 show further winding patterns and field ⁇ design ratios for other embodiments of the invention are n strand with alternative numbers of different phase shift between the strands and of different inclination of the conductor branches shown.
  • Figure 6 shows the corresponding winding schemes 24a and 24b of lower and upper layers and the field utilization for a stator winding similar to Figure 2, but having only six instead of twelve strands.
  • the average Feldaus ⁇ utilization is increased compared to the procedure given in Figure 5 the prior art, after all, from 53% to 61.2%.
  • the electrical Pha ⁇ senverschiebung between the individual strands is here- in each case 60 °.
  • Figure 7 shows the corresponding winding schemes 24a and 24b of lower and upper layers and the field utilization for a Stator winding similar to Figure 2, but having nine instead of twelve strands.
  • the average field utilization is increased from 53% to 62.3% in relation to the prior art indicated in FIG.
  • the electrical phase shift between see the individual strands is in each case 40 °.
  • Figure 8 shows the corresponding winding schemes 24a and 24b of lower and upper layers and the field utilization for a stator winding similar to Figure 7, in which the strands within each of the three groups (ie ul to u3, vi to v3 and wl to w3 a
  • the average field utilization is not increased as strongly as in the example of Figure 7, since the temporal phase shift within the respective group does not coincide with the geometric phase shift, but the field utilization increases at least from 53% to 59, 8th%.
  • FIG. 9 shows the corresponding winding schemes 24a and 24b for a further embodiment of the invention.
  • a winding with simple zoning is shown.
  • the conductor branches are therefore only half as wide with comparable strand number n as in the previous examples.
  • the strands of the respective Letter B ⁇ whole groups of are summarized with that letter referred, so for example, + vl + v2, v3 + with + v and -vi - v2, -v3 together with -v and so on.
  • the leaders of the respective letter group are therefore always adjacent. Also switches between these adjacent groups of letters, the direction of current transport, and the individual groups of letters as ⁇ der noir all nine strands.
  • Conductor branches per layer in the example of FIG. 9 each have the same winding direction. But top and bottom have different Windungsraumen.
  • the conductor branches meet in the axial end regions with the respectively same strand associated conductor branch of the other winding layer without offset each other. They are electrically conductively connected in these axial end regions, so that in each case two conductor branches result in an electrically connected coil arrangement.
  • Two such coil assemblies of two conductor branches are for each pair of poles, so that a total of p for each strand, so give eight such Spu ⁇ lena ordinances per strand here.
  • the described arrangement with simple zoning can of course be generalized to other pole numbers p and other strand numbers. For each strand n, two such zigzags then result
  • Coil arrangements For the example of the strand vi, the leads vi of the top layer are then electrically connected to the return conductors -vi of the support in the first coil arrangement, and in the second such coil arrangement, then the return conductors -vi of the top layer are connected to the first coil arrangement Hinleitern vi the pad electrically connected.
  • phase shift between the individual adjacent strands is 360 ° / 2n. This is the case in the example of Figure 9, because the phase shift between adjacent conductor branches should be 20 ° here. This will be easier Zonung achieved a uniform distribution of the phase shifts, and the temporal phase shift corresponds to the spatial arrangement.
  • a mean field utilization of 63.3% is achieved in the embodiment of Figure 9, ie a slightly higher value than in the examples of Figures 7 and 8. However, this is a factor of two increased number of conductor branches per Location needed.
  • the phase shift assumes a lower or higher value than the described 360 ° / 2n.
  • the phase shift between the adjacent strands of a group of letters may be 40 ° (and thus at 360 ° / 2), analogous to the example with double zoning in Figure 7.
  • the shift of the middle phase between the individual letter groups is also in this alternative Again embodiment 180 °, so that the phase shifts of the adjacent strands are interleaved by the higher number of conductors i per layer slightly.
  • the spatial displacement is no longer consistent with the temporal phase shift, so that in such an embodiment, a slightly reduced average field utilization of only 60.8% is achieved.
  • the combination of the measures described- that is to say the increase in the number of phases on the one hand and the reduced skewness combined with offset in the circumferential direction on the other hand-results in a significant increase in the average field utilization compared to the prior art.
  • each of the two measures individually (and in particular also to combine them alone with other advantageous embodiments described) in order to already achieve part of the maximum possible improvement in field utilization with a reduced expenditure on equipment compared with the combination of both measures ,

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Es wird ein Stator (3) für eine elektrische Wechselstrom-Maschine (1) mit einer magnetischen Polzahl p angegeben, - wobei der Stator (3) eine zentrale Achse A aufweist, - wobei der Stator (3) eine Statorwicklung (4) mit einer Mehrzahl von Leiterwindungen (13j) aufweist, welche jeweils zumindest in einem Teilabschnitt (l) bezüglich der zentralen Achse (A) helixartig verlaufen, - wobei die einzelnen Leiterwindungen (13j) zu insgesamt n elektrischen Strängen (u1, u2 bis w3, w4) gruppiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n der Stränge größer als drei ist, insbesondere ein ganzzahliges Vielfaches von drei. Weiterhin wird eine elektrische Maschine (1) mit einem derartigen Stator (3) angegeben.

Description

Beschreibung
Helixartige Wicklung mit erhöhter Feldausnutzung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Wechselstrommaschine mit einer magnetischen
Polzahl p, wobei der Stator eine Statorwicklung mit einer Mehrzahl von Leiterwindungen aufweist, welche jeweils zumindest in einem Teilabschnitt helixartig verlaufen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator.
Es sind Statorwicklungen bekannt, bei denen die Leiterwindungen bezüglich einer zentralen Achse des Stators helixartig angeordnet sind. Solche Wicklungen werden als helixartige Wicklungen oder auch als Schrägwicklungen bezeichnet. Die Verwendung eines solchen Wicklungstyps ist vor allem zur Erzielung einer besonders hohen Leistungsdichte einer elektrischen Maschine vorteilhaft, wie sie beispielsweise für die Anwendung in Antrieben von Fahrzeugen benötigt wird. Gerade bei der Anwendung in Luftfahrzeugen ist das Erreichen einer hohen Leistungsdichte ein vorrangiges Entwicklungsziel. Be¬ sonders vorteilhaft im Hinblick auf eine hohe Leistungsdichte ist die Verwendung einer helixartigen Statorwicklung in Ver- bindung mit einem supraleitenden Rotor. Eine derartig aufgebaute Maschine wird beispielsweise in „Air-core armature sha- pe : A comparison of helical and straight-with-end-turns windings" von James L. Kirtley, Electric Machines and Power Systems, 23:263-278, 1995 beschrieben.
Die Statorwicklungen von klassischen elektrischen Maschinen sind meist als gerade Wicklungen aufgebaut, in denen sich die für die elektrische Induktion wirksamen Leiterzweige parallel zur zentralen Achse der Maschine erstrecken. Diese geraden Abschnitte werden dann in ihren axialen Endbereichen durch sogenannte Wickelköpfe verbunden, wobei durch die Wickelköpfe die geraden Abschnitte der einzelnen Windungen in Umfangs- richtung überbrückt werden. Nachteilig bei einer solchen klassischen Geometrie ist, dass diese Wickelköpfe einerseits einen hohen Gewichtsbeitrag zum Gesamtgewicht des Stators leisten und andererseits schwer zu kühlen und auch schwer zu fertigen sind. Die Wickelköpfe haben auch einen hohen Platz- bedarf, was das Bauvolumen der elektrischen Maschine insgesamt vergrößert. Um eine Maschine mit hoher Leistungsdichte zu erreichen ist es daher allgemein vorteilhaft, die Wickel¬ köpfe möglichst klein zu gestalten oder idealerweise ganz auf sie zu verzichten. Dies wird durch die Verwendung einer helixartigen Wicklung erreicht, wie sie beispielsweise in der oben zitierten Veröffentlichung beschrieben wird. Die dort beschriebene Statorwicklung weist zwei radial ineinander lie¬ gende Wicklungslagen auf, wobei sich der Drehsinn der helixartigen Windungen in der inneren und der äußeren Wicklungsla- ge unterscheidet. Durch die Verbindung der einzelnen inneren und äußeren Leiterabschnitte werden übergeordnete, zusammen¬ hängende Leiterschleifen erhalten, in denen eine elektrische Induktion erfolgen kann. Auf klassische Wickelköpfe kann vollständig verzichtet werden, wenn - wie in der Veröffentli- chung beschrieben - die zu verbindenden oberen und unteren
Leiterabschnitte in den axialen Endbereichen jeweils an denselben Umfangspositionen aufeinandertreffen. Dann wird durch die in den Endbereichen vorgesehenen Verbindungsstücke nur der radiale Abstand zwischen Oberlage und Unterlage über- brückt. Die Verbindungsstücke können also extrem kurz und da¬ mit platz- und gewichtssparend ausgeführt werden. Ein klassi¬ scher Wickelkopf mit einer räumlichen Ausdehnung in Umfangs- richtung wird nicht benötigt. Die beschriebene Statorwicklung ist in drei separate Stränge aufgeteilt, wobei jeder Strang einer Phase zugeordnet ist, so dass die elektrische Maschine mit klassischem Dreiphasen-Wechselstrom betreibbar ist.
Ein Nachteil der beschriebenen helixartigen Statorwicklung ist jedoch, dass die Feldausnutzung geringer ist als die Feldausnutzung einer klassischen elektrischen Maschine mit einer geraden, im Wesentlichen axial verlaufenden
Statorwicklung . Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Stator mit einer helixartigen Wicklung anzugeben, welcher die genannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll ein Stator zur Verfügung gestellt werden, bei welchem die Feldausnutzung im Vergleich zu bekannten helixartigen Wicklungen erhöht ist. Eine weitere Aufgabe ist es, eine elektrische Maschine mit einem derartig verbesserten Stator anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch den in Anspruch 1 beschriebenen Stator und die in Anspruch 10 beschriebene elektrische Ma¬ schine gelöst.
Der erfindungsgemäße Stator ist für eine elektrische Wechsel¬ strom-Maschine mit einer magnetischen Polzahl p ausgelegt. Der Stator weist eine Statorwicklung mit einer Mehrzahl von Leiterwindungen auf, welche jeweils zumindest in einem Teil¬ abschnitt helixartig verlaufen. Dabei sind die einzelnen Lei¬ terwindungen zu insgesamt n elektrischen Strängen gruppiert. Die Anzahl n der Stränge ist dabei größer als drei, insbeson- dere ein ganzzahliges Vielfaches von drei.
Der Stator ist also zur Induktion von Spannungen in einem p- poligen Magnetfeld ausgelegt. Hierzu kann die Anordnung der Statorwicklungen insbesondere eine im Wesentlichen ρ/2-zäh- lige Rotationssymmetrie bezüglich einer zentralen Achse des Stators aufweisen.
Die helixartigen Teilabschnitte der Leiterwindungen verlaufen schräg zu der zentralen Achse des Stators. Es handelt sich also mit anderen Worten um eine helixartige Wicklung, die im deutschen auch Schrägwicklung genannt wird. Die einzelnen Windungen liegen dabei insbesondere auf einer oder mehreren gemeinsamen Zylindermantelflächen, deren Zylinderachse wiederum die zentrale Achse des Stators ist. Die verschiedenen Leiterzweige können dabei über mehrere ineinander geschachtelte Zylindermantelflächen verteilt sein. In den helixartigen Abschnitten weisen die Leiterwindungen also insbesondere keine radiale Komponente auf. Die einzelnen Stränge sind so ausgestaltet, dass jeder Strang einer elektrischen Phase zugeordnet ist. Mit anderen Worten kann in den ihnen zugeordneten Leiterwindungen ein gegenüber den anderen Strängen phasenverschobener Wechselstrom fließen.
Für die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es ausreichend, wenn die Leiterwindungen jeweils zumindest in einem Teilbe¬ reich helixartig verlaufen. Dies kann insbesondere ein für alle Windungen gemeinsamer axialer Abschnitt des Stators sein. Dies kann insbesondere ein axial innenliegender Ab¬ schnitt sein. Es soll also nicht ausgeschlossen sein, dass der Verlauf der Leiterwindungen in bestimmten Teilbereichen, vor allem den axialen Endbereichen, eine andere als die helixartige Form aufweist. In dem helixartig ausgebildeten Teilabschnitt der Statorwicklung können einzelne Leiterzweige der jeweiligen Stränge nebeneinander - also in Umfangsrich- tung um einen bestimmten Winkel versetzt - auf einer gemeinsamen Zylindermantelfläche angeordnet sein. Sie können insbe¬ sondere gleichmäßig auf dieser Zylindermantelfläche verteilt sein, so dass sich eine mehrgängige Helix ergibt.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, dass die gegenüber der klassischen dreiphasigen Wicklung erhöhte Anzahl von Strängen eine Verbesserung der Feldausnutzung ermöglicht. Berechnungen zeigen, dass die
Feldausnutzung durch eine Erhöhung der Phasenzahl vor allem im axial innenliegenden Bereich erhöht wird. Mit anderen Worten wird die Feldausnutzung im Bereich ihres Maximums verbes¬ sert. Im axial innenliegenden Bereich kann auf diese Weise mit einer helixartigen Wicklung eine Feldausnutzung erreicht werden, die in der Nähe der Feldausnutzung einer geraden Wicklung liegt. Die Erhöhung der Feldausnutzung und gleichzeitige Verringerung der Oberfelder ist vor allem darauf zurückzuführen, dass das Drehfeld im Luftspalt bei Vorliegen von mehr als drei Strängen durch ein Polygon mit entsprechend mehr Ecken ausgebildet wird und sich daher stärker der idealen Kreisform annähert. Bei einer Wicklung mit drei Strängen, die jeweils Hin- und Rückleiter umfassen, wird das Drehfeld beispielsweise durch ein Hexagon aufgebaut. Wenn die Anzahl der Stränge erfindungsgemäß erhöht ist, entsteht ein Polygon mit mehr als diesen sechs Zeigern (beispielsweise einem Viel¬ fachen davon) . Je größer die Zahl der Ecken ist, umso stärker nähert sich das entstehende Polygon dem idealen Kreis.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist einen erfin¬ dungsgemäßen Stator auf. Zweckmäßig weist eine solche Maschi¬ ne zusätzlich einen Rotor zur Erzeugung eines rotierenden magnetischen Felds auf. Die Vorteile der elektrischen Maschine ergeben sich analog zu den beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Stators.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- dung gehen aus den von den Ansprüchen 1 und 10 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei können die beschriebenen Ausgestaltungen des Stators und der elektrischen Maschine allgemein vorteilhaft miteinander kombiniert werden.
Besonders vorteilhaft kann die Strangzahl n Werte von 6, 9 oder 12 aufweisen. Solche kleinen ganzzahligen Vielfachen von drei sind besonders günstig, da hiermit ein symmetrischer Aufbau realisiert werden kann, bei dem jede der drei Phasen einer klassischen Dreiphasen-Wechselstrommaschine in mehrere zueinander phasenverschobene Teilphasen aufgespalten ist.
So können die Leiterwindungen vorteilhaft jeweils einen ers¬ ten und einen zweiten Leiterzweig mit jeweils einer unter- schiedlichen axialen Richtungskomponente aufweisen, wobei diese Leiterzweige auf dem überwiegenden Teil ihrer Länge helixartig um die zentrale Achse des Stators angeordnet sind.
Mit anderen Worten kann jede Leiterwindung bezogen auf die Richtung der zentralen Achse einen Hinleiter (den ersten Leiterzweig) und einen Rückleiter (den zweiten Leiterzweig) auf¬ weisen. Diese beiden Leiterzweige können insbesondere mit verschiedenen Windungsrichtungen um die zentrale Achse ange- ordnet sein. Insbesondere können alle ersten Leiterzweige der einzelnen Windungen untereinander dieselbe Windungsrichtung aufweisen, und entsprechend können alle zweiten Leiterzweige der einzelnen Windungen untereinander dieselbe, den ersten Leiterzweigen entgegengesetzte Windungsrichtung aufweisen. Die Statorwicklung als Ganzes kann dann aus einer Verkettung der helixartigen ersten und zweiten Leiterzweige über den gesamten Umfang des Stators zusammengesetzt sein. Da die Lei¬ terzweige auf einem überwiegenden Teil ihrer axialen Länge helixförmig sind, handelt es sich insgesamt um eine helix- förmige Wicklung. Die helixartigen Leiterzweige können wiede¬ rum in ihren axialen Endbereichen durch nicht helixartig verlaufende Verbindungsleiter verbunden sein. Dabei kann es sich grundsätzlich entweder um separate Verbindungsstücke oder um einstückig mit den Leiterzweigen ausgestaltete Leiterab¬ schnitte handeln. Bei einer solchen einstückigen Ausgestaltung ergeben sich die Verbindungsleiter also nur als Leiterabschnitte einer aus einem durchgehenden Leiter gewickelten Wicklung und nicht als nachträglich zwischen die Leiterzweige eingebrachte Verbindungsstücke.
Der Vorteil einer derartigen, insgesamt helixförmigen Wicklung ist, dass in dem Stator die Vorteile der helixartigen Wicklung - also vor allem das Wegfallen aufwendiger und schwer zu kühlender Wickelköpfe - besonders gut zum Tragen kommen. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, dass der Stator nur in einem oder mehreren (beispielsweise axialen) Teilbereichen eine helixartige Wicklung aufweist, während die Wicklung in einem oder mehreren anderen Teilbereichen gerade, also parallel zur Hauptachse des Stators verläuft.
Die Statorwicklung kann vorteilhaft eine Anzahl i von Leiterwindungen aufweisen, wobei i wenigstens der Hälfte des Pro¬ dukts von Polzahl p und Phasenzahl n entspricht. Wenn jede Leiterwindung einen Hin- und einen Rückleiter aufweist, entspricht die Zahl der Leiterzweige dann insgesamt 2i und somit wenigstens p*n. Insbesondere ergibt sich dann für jeden der n Stränge eine zusammenhängende Schleife aus i=p/2 einzelnen Hinleitern und i=p/2 einzelnen Rückleitern, die sich insgesamt in einem helixartigen Zick-Zack-Muster über den Umfang des Stators erstreckt. Diese einzelnen Zick-Zack-Schleifen der jeweiligen Stränge können dann im Umfangsrichtung nebeneinander auf den Mantelflächen des Stators angeordnet sein. Dabei kann es sich insbesondere um zwei radial ineinander- liegende Mantelflächen handeln, wie weiter unten noch ausführlicher erläutert wird. Bei einfacher Zonung liegen zweckmäßig genau i=n*p/2 Hinleiter und i=n*p/2 Rückleiter vor. Bei doppelter Zonung sind es dagegen i=n*p Hinleiter und i=n*p Rückleiter .
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung soll unter dem Begriff „doppelte Zonung" verstanden werden, dass die Zonen- breite doppelt so groß ist wie bei einer „einfachen Zonung". Dabei stellt die Zonenbreite den Anteil des Umfangs dar, den die Spulenseiten (also hier die Leiterzweige) eines Strangs im Bereich eines elektrischen Polpaares einnehmen. Bei der „einfachen Zonung" sind also die Leiterzweige der jeweiligen Stränge nur halb so breit wie bei der „doppelten Zonung".
Die genannten Leiterwindungen und Leiterzweige sind allgemein nicht auf einzelne Leiter beschränkt. So kann jede Leiterwin¬ dung und jeder Leiterzweig optional aus mehreren Teilleitern zusammengesetzt sein. Diese Teilleiter können in Bündeln im
Wesentlichen parallel zueinander geführt sein. Es können auch einzelne Teilleiter miteinander verseilt oder nach der Art eines Roebelleiters transponiert sein. Dabei ist es auch mög¬ lich, dass mehrere verseilte und/oder transponierte Teillei- ter als parallel verlaufendes Bündel nebeneinander innerhalb eines Leiterzweigs geführt sind. Diese Teilleiter können elektrisch entweder parallel oder in Reihe geschaltet sein. Sie können insbesondere in Umfangsrichtung nebeneinander liegen und/oder in radialer Richtung gestapelt sein.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform soll die Zahl i der Leiterwindungen wenigstens dem Produkt von p/2 und n entsprechen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn i entweder genau dem Produkt von p/2 und n entspricht oder einem ganz¬ zahligen Vielfachen dieses Produkts entspricht. So kann auf besonders einfache Weise eine Statorwicklung mit ρ/2-zähliger Rotationssymmetrie und n separaten Strängen gebildet werden.
Besonders vorteilhaft können einerseits die ersten Leiter¬ zweige der einzelnen Leiterwindungen auf einer gemeinsamen inneren Zylindermantelfläche angeordnet sein und andererseits die zweiten Leiterzweige der einzelnen Leiterwindungen auf einer gemeinsamen äußeren Zylindermantelfläche angeordnet sein. Dabei können die ersten Leiterzweige auf der inneren Zylindermantelfläche eine untereinander gemeinsame erste Win¬ dungsrichtung aufweisen und die zweiten Leiterzweige auf der äußeren Zylindermantelfläche können eine untereinander ge- meinsame, den ersten Leiterzweigen entgegengesetzte Windungs¬ richtung aufweisen.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die helixartige Wicklung so besonders platzsparend ausgeführt werden kann. Durch die Trennung in innere und äußere Zylindermantelfläche entsprechend der axialen Richtung und der Windungsrichtung kann erreicht werden, dass im axial innenliegenden Bereich innerhalb der jeweiligen Zylindermantelfläche Kreuzungen von Leiterzweigen vermieden werden. Auf jeder der beiden Mantelflächen weisen die zugehörigen Leiterzweige dieselbe Windungsrichtung auf. Zweckmäßig weisen sie ebenfalls dieselbe Ganghöhe auf und können daher ohne Überkreu¬ zungen nebeneinander auf derselben Mantelfläche angeordnet werden. Benachbarte Leiterzweige weisen nur einen Winkelver- satz, also einen Versatz in Umfangsrichtung des Stators auf. Im vorliegenden Zusammenhang soll unter der Ganghöhe einer Helix gemäß der üblichen geometrischen Definition die axiale Länge verstanden werden, die für eine volle Umdrehung der Helix benötigt wird.
Die Statorwicklung kann in den axialen Endbereichen elektrisch leitende Verbindungsleiter zwischen den jeweils zueinander gehörigen Leiterzweigen aufweisen. Dies können Leiter- zweige derselben oder benachbarter Spulenwindungen sein, die somit zu einer übergeordneten Spulenanordnung für jeden
Strang verbunden werden. Insbesondere kann bei der beschriebenen Verteilung der ersten und zweiten Leiterzweige auf in- nere und äußere Mantelflächen pro Verbindungsleiter jeweils ein innerer, erster Leiterzweig mit einem äußeren, zweiten Leiterzweig verbunden sein. Unabhängig von der genauen Positionierung der einzelnen Leiterzweige wird durch die Verbindungsleiter erreicht, dass für jeden Strang eine zusammenhän- gende übergeordnete Spulenanordnung gebildet wird, die sich insbesondere als Schleife über den ganzen Umfang des Stators erstrecken kann und die dort zur Induktion von Spannungen und/oder zur Ausbildung von Magnetfeldern genutzt werden kann. Für jeden Strang (also jede Phase) umfasst eine solche zusammenhängende Spulenanordnung zumindest einen ersten und einen zweiten Leiterzweig. Bei mehr als zwei Polen kann sie entsprechend mehr miteinander verbundene Paare von Leiter¬ zweigen umfassen, also beispielsweise p Leiterzweige pro Strang (oder ein ganzzahliges Vielfaches von p an Leiterzwei- gen) bei einer p-poligen Maschine.
Vorteilhaft können die helixartig angeordneten Leiterzweige jeweils eine Ganghöhe h aufweisen, die wenigstens so groß ist wie das Produkt der axialen Länge 1 der helixartigen Leiter- zweige und der Polzahl p. Hierbei ist die axiale Länge 1 die effektive Länge der helixartigen Statorwicklung, also die Länge des Bereichs der Wicklung, auf dem die Leiterzweige helixartig geführt sind. Bei einem im Wesentlichen komplett helixartigen Verlauf der Wicklung ist 1 also mit anderen Wor- ten die axiale Länge der Wicklung abzüglich der Länge der Endbereiche, die zur Verbindung der Leiterzweige benötigt werden. Wenn die Ganghöhe h genau dem Produkt l*p entspricht, dann kann die Statorwicklung insbesondere so ausgelegt sein, dass die miteinander zu verbindenden Leiterzweige in Umfangs- richtung genau aufeinandertreffen. Dann können die Verbindungsleiter also als rein radiale Verbindungen ausgestaltet sein, und es muss keine Lücke in Umfangsrichtung überbrückt werden. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, dass die Ganghöhe größer ist als das Produkt 1 * p. In diesem Fall ist die Schrägung der einzelnen Leiterzweige gegen die zentrale Achse A also etwas geringer als im vorhergehend beschriebenen Fall, und die Verbindungsleiter werden dann zweckmäßig so ausgestaltet, dass sie eine Lücke in Umfangsrichtung zwischen den zu verbindenden Leiterzweigen überbrücken können. In diesem Fall können die Verbindungsstücke also sowohl eine radia¬ le Komponente als auch eine Komponente in Umfangsrichtung aufweisen .
Die Statorwicklung weist vorteilhaft eine Anzahl i von ersten Leiterzweigen und eine gleiche Anzahl i von zweiten Leiterzweigen auf, wobei i entweder dem Produkt von Polzahl p und Strangzahl n (bei einfacher Zonung) oder der Hälfte von dem genannten Produkt (bei doppelter Zonung) entspricht. Dabei ist die Ganghöhe h der helixartigen Leiterzweige so gewählt, dass die jeweiligen Leiterzweige sich über ihre axiale Länge 1 helixartig um einen Winkel α drehen, wobei α einen Wert zwischen
α = 360°/p - 2*360°/i und α = 360°/p
aufweist .
Bei der oberen Grenze dieses Bereichs von α = 360°/p ist die Ganghöhe so gewählt, dass sich in den axialen Endbereichen zwischen den zu verbindenden Leiterzweigen kein Versatz in
Umfangsrichtung ergibt, wie oben beschrieben. Besonders vorteilhaft ist die Ganghöhe aber so gewählt dass der Winkel α unterhalb dieser Obergrenze liegt. Die Schrägung der Leiter¬ zweige ist dann also im Vergleich zu der oben beschriebenen angepassten Geometrie leicht reduziert, und die Verbindungs¬ leiter müssen entsprechend eine Lücke in Umfangsrichtung überbrücken. Hierbei ist es allgemein vorteilhaft, wenn α bei wenigstens 360°/p - 2*360°/i liegt, damit diese zu über¬ brückende Lücke nicht allzu groß ist und der eingangs be- schriebene Vorteil des geringen Platzbedarfs für die Verbin¬ dungsleiter im Vergleich zu herkömmlichen Wickelköpfen trotzdem noch realisiert wird. Ganz besonders Vorteilhaft kann der Winkel α im Bereich von etwa 360°/p - 360°/i liegen. Mit an- deren Worten ist er im Vergleich zur Konfiguration ohne Versatz in Umfangsrichtung so gewählt, dass sich in jedem der Endbereiche ein Versatz von etwa einer Strangzonenteilung zwischen den zu verbindenden Enden der Leiterzweige ergibt. Bei dem angegebenen Minimalwert des Winkels von
360°/p - 2*360°/i ergibt sich dagegen ein Versatz von zwei Strangzonenteilungen an jedem axialen Ende der zu verbindenden Leiterzweige. Der Begriff „Strangzonenteilung" wird hier für den Winkelversatz von 360°/i verwendet. Er soll analog zu dem in der Fachwelt üblichen Begriff der „Nutteilung" verstanden werden, welcher sich daraus ergibt, dass die i Lei¬ terzweige auf jedem Zylindermantel in Nuten eines Statorträ¬ gers angeordnet sein können. Eine Nutteilung 360°/i ist dann entsprechend der Winkelversatz zwischen zwei solchen in Um- fangsrichtung benachbart liegenden Nuten. Bei dem angegebenen vorteilhaften Wert des Winkels von 360°/p - 360°/i muss an jedem axialen Ende nur eine entsprechende Strangzonenteilung durch die Verbindungsleiter überbrückt werden, und die Ausbildung eines zu voluminösen Wickelkopfes wird vorteilhaft vermieden.
Allgemein liegt der Vorteil einer reduzierten Schrägung der Leiterzweige und einem Versatz zwischen den zu verbindenden Leiterenden darin, dass durch diese Maßnahme die Feldausnut- zung der Statorwicklung erhöht wird. Vor allem wird dadurch die Feldausnutzung in den axialen Endbereichen der
Statorwicklung erhöht, denn die Fläche zwischen dem Hin- und Rückleiter (also dem ersten und zweiten Leiterzweig) einer gegebenen Statorwindung wird in den Endbereichen größer.
Durch die reduzierte Schrägung wird also in den Endbereichen eine Feldausnutzung erreicht, die nicht gegen Null abfällt und insgesamt näher bei der Feldausnutzung einer geraden Statorwicklung liegt. Die gesamte Feldausnutzung der Statorwicklung - also die über die axiale Länge 1 der Statorwicklung gemittelte Feldausnut¬ zung - kann also besonders vorteilhaft durch die Kombination der beiden genannten Merkmale erhöht werden: Einerseits führt die Erhöhung der Strangzahl auf einen Wert größer als drei zu einer Verbesserung der Feldausnutzung im axial innenliegenden Bereich der Wicklung. Andererseits führt der beschriebene leichte Versatz der Teilleiter in Umfangsrichtung zu einer Verbesserung der Feldausnutzung in den axialen Endbereichen. Durch die Kombination der beiden Maßnahmen, aber auch durch jede der beiden Maßnahmen für sich, kann so die Feldausnutzung einer helixartigen Wicklung im Vergleich zum Stand der Technik erhöht werden. Dabei ist zu betonen, dass jede der beiden Maßnahmen auch für sich alleine wirkt. Insbesondere ist es also auch möglich, dass bei einer helixartigen
Statorwicklung mit nur drei Strängen eine Reduzierung der Schrägung vorgesehen ist, so dass sich ein Versatz in Um- fangsrichtung zwischen den zu verbindenden Leiterzweigen ergibt.
Allgemein und unabhängig von der genauen Ausführung der helixartigen Statorwicklung kann diese bevorzugt als Luftspaltwicklung ausgeführt sein. Mit anderen Worten ist die Statorwicklung nicht in Nuten eines Eisenkerns oder eines anderen weichmagnetischen Materials eingebettet, sondern sie ist in der Luftspalt-Region der Maschine angeordnet. Die Statorwicklung kann auch bei dieser Ausführungsform in den Nuten einer Trägerstruktur angeordnet sein. Wesentlich ist aber, dass sich zwischen diesen Nuten kein weichmagnetisches Material befindet. Diese Ausführung als Luftspaltwicklung ist besonders vorteilhaft in einer elektrischen Maschine, die ei¬ nen supraleitenden Rotor aufweist, da dann die Magnetfelder so stark sind, dass es bei einer klassischen Maschine zu ei- ner zu starken Sättigung des weichmagnetischen
Statormaterials kommen würde.
Die elektrische Maschine kann vorteilhaft zusätzlich einen Rotor aufweisen, der zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit p Polen ausgebildet ist. Im Zusammenspiel mit einem solchen Ro¬ tor kommen die beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Stators besonders zum Tragen. Insbesondere kann ein solcher Rotor mit einer supraleitenden Erregerwicklung ausgestattet sein. Eine solche Ausführung ist besonders vorteilhaft, um mit der Maschine eine sehr hohe Leistungsdichte zu erreichen. Dies ist besonders für Genera- toren oder Motoren in Fahrzeugen relevant, die beim Antrieb eines solchen Fahrzeuges mit bewegt werden müssen. Ganz be¬ sonders kritisch ist die Leistungsdichte bei elektrischen Ma¬ schinen in Luftfahrzeugen. Unabhängig von der genauen Anwendung der Maschine kann diese allgemein entweder als Motor und/oder als Generator betrieben werden. Besonders vorteilhaft kann die Maschine als Synchronmaschine ausgebildet sein.
Die elektrische Maschine kann wenigstens einen Umrichter auf¬ weisen, um eine Phasenverschiebung zwischen den in den einzelnen Strängen der Statorwicklung fließenden Strömen zu erzeugen und/oder aufzuheben. Derartige Umrichter können dazu genutzt werden, um beispielsweise den von einem erfindungsge¬ mäß ausgestalteten Generator erzeugten höherphasigen Wechselstrom in herkömmlichen Dreiphasen-Wechselstrom oder auch Gleichstrom umzuwandeln. Umgekehrt können derartige Umrichter auch dazu genutzt werden, um herkömmlichen Dreiphasen-Wechselstrom oder Gleichstrom aus einer anderen Stromquelle in höherphasigen Wechselstrom für einen erfindungsgemäßen Motor umzuwandeln. Alternativ zu der beschriebenen Verwendung von Umrichtern ist es aber auch möglich, dass ein erfindungsgemäßer Generator als Stromquelle für den höherphasigen Wechselstrom genutzt wird und dieser beispielsweise ohne dazwischen gelagerte Phasenverschiebung in eine entsprechenden höherphasigen Motor als Verbraucher eingespeist wird. Eine weitere Alternative ist, dass ein erfindungsgemäßer Generator mehrere 3-phasige getrennte Netze einspeist.
Unabhängig davon, ob Umrichter verwendet werden oder ob der höherphasige Wechselstrom direkt genutzt wird, ist es allge- mein vorteilhaft, wenn die Strangzahl ein kleines ganzzahliges Vielfaches von drei ist, wenn also beispielsweise Sechs¬ phasen-, Neunphasen- oder Zwölfphasenwechselstrom erzeugt oder verbraucht wird. Bei Vorliegen von n Strängen kann die Phasenverschiebung zwischen einzelnen benachbarten Strängen bevorzugt entweder bei 360°/n oder bei 360°/ (2n) liegen. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Strangzahl n ein Vielfaches von drei be¬ trägt, und dass die n Stränge in drei übergeordnete Gruppen aufgeteilt sind. Dann kann die Phasenverschiebung zwischen den mittleren Phasen der jeweiligen Gruppen 120° betragen, und die Phasenverschiebung innerhalb der jeweiligen Gruppe kann beispielsweise entweder 360°/n oder 360°/ (2n) betragen. Dabei ist eine Phasenverschiebung von 360°/n bei doppelter Zonung besonders bevorzugt, und eine Phasenverschiebung von 360°/(2n) ist bei einfacher Zonung besonders bevorzugt. Bei diesen bevorzugten Ausgestaltungen sind die Phasenverschie- bungen aller benachbarten Leiterzweige insgesamt gleichverteilt, und die räumliche und zeitliche Phasenverschiebung stimmt für die jeweiligen Stränge überein. Eine solche
Gleichverteilung und Übereinstimmung ist für das Erreichen einer hohen Feldausnutzung besonders günstig.
Die magnetische Polzahl p der elektrischen Maschine kann vorteilhaft zwischen 2 und 12, insbesondere zwischen 6 und 12 und besonders vorteilhaft bei genau 8 liegen. Eine derartige Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, um eine hohe Leis- tungsdichte zu erreichen. Der bevorzugte Bereich ergibt sich dabei daraus, dass einerseits mit steigender Polzahl das ra¬ diale Luftspaltfeld und somit die die induzierte Spannung sinkt, dass aber andererseits mit steigender Polzahl die elektrische Frequenz bei gleicher Drehzahl steigt. Der zweite Effekt steigert die induzierte Spannung, so dass sich insge¬ samt bei typischen Geometrien ein Optimum für die Leistung innerhalb der genannten Bereiche ergibt. Zusätzlich gibt es noch weitere Effekte, beispielsweise dass bei kleinen Polzah¬ len eine größere Jochdicke gewählt werden muss, was wiederum das Gewicht beeinflusst. Solche Faktoren bestimmen ebenfalls den bevorzugten Polzahlbereich für eine optimale Leistungsdichte . Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 einen schematischen Längsschnitt einer elektrischen
Maschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
Figur 2 eine schematische perspektivische Ansicht einer
Statorwicklung nach einem zweiten Beispiel der Erfindung zeigt,
Figur 3 eine Spulenanordnung eines ausgewählten Strangs ul aus der Statorwicklung der Figur 2 zeigt,
Figur 4 das Wickelschema und die zugehörige Feldausnutzung der Statorwicklung der Figur 2 zeigt,
Figur 5 zum Vergleich das Wickelschema und die zugehörige
Feldausnutzung einer Statorwicklung nach dem Stand der Technik zeigt,
Figur 6 bis Figur 10 die Wickelschemata und die zugehörigen
Feldausnutzungen für fünf weitere Ausführungsbeispie¬ le der Erfindung zeigen.
In Figur 1 ist eine elektrische Maschine 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im schematischen Längsschnitt gezeigt. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Ro¬ tor 7 und einen Stator 3. Der Rotor 7 ist mittels einer Rotorwelle 9 um eine Rotationsachse A drehbar gelagert. Hierzu ist die Rotorwelle 9 über die Lager 10 gegen das Maschinenge¬ häuse 11 abgestützt. Gezeigt ist ein Längsschnitt entlang der Rotationsachse A, die gleichzeitig die zentrale Maschinenach¬ se ist. Bei der elektrischen Maschine kann es sich grundsätzlich um eine Motor oder einen Generator handeln oder auch um eine Maschine, die in beiden Modi betrieben werden kann.
Der Stator 3 weist eine Statorwicklung 4 mit einer Mehrzahl von Leiterwindungen 13j auf. Im axial innenliegenden Teilbereich 1 des Stators 3 - der hier den Hauptteil der axialen Länge ausmacht - sind diese Leiterwindungen 13j helixartig ausgestaltet. Die einzelnen Leiterwindungen 13j verlaufen al so schräg zur Hauptachse und sind jeweils auf einer Zylinder mantelflache um diese Achse A angeordnet. Insgesamt sind die Leiterzweige der einzelnen Leiterwindungen 13j auf zwei solchen Zylindermantelflächen verteilt, nämlich auf eine Unterlage 4a im Bereich einer inneren Zylindermantelfläche 20a und eine Oberlage 4b im Bereich einer äußeren Zylindermantelflä¬ che 20b, wobei diese beiden Lagen ineinander geschachtelt und konzentrisch um die zentrale Achse A angeordnet sind. Die Leiterzweige der Unterlage 4a und der Oberlage 4b weisen einen entgegengesetzten Drehsinn auf, was im Zusammenhang mit Figur 2 und Figur 3 noch deutlicher wird. In den axialen Endbereichen 17 der Statorwicklung 4 sind einander zugehörige Leiterzweige der Oberlage 4b und der Unterlage 4a durch Ver¬ bindungsleiter 19 elektrisch leitend miteinander verbunden. Im axial innenliegenden Bereich 1 sind dagegen Oberlage 4b und Unterlage 4a durch eine Lagenisolation 15 elektrisch gegeneinander isoliert. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Isolation der beiden Leiterlagen aber auch durch eine isolierende Umhüllung jedes einzelnen Leiterzweiges erreicht werden .
Vor allem die im Teilbereich 1 axial weiter innenliegenden Bereiche der Statorwicklung 4 treten beim Betrieb der elektrischen Maschine 1 in elektromagnetische Wechselwirkung mit einem Feld des Rotors. Diese Wechselwirkung findet über einen Luftspalt 6 hinweg statt, der radial zwischen Rotor 7 und
Stator 3 liegt. Die Statorwicklung 4 wird im gezeigten Beispiel von einem magnetisch ausgebildeten Statorträger 5 getragen, es handelt sich hier also um eine Luftspaltwicklung ohne Eisenzähne zwischen den Windungen der Wicklung.
Die elektrische Maschine der Figur 1 weist im Rotor 7 eine supraleitende Feldwicklung 8 auf. Hierzu kann der Rotor 7 im Betrieb auf eine kryogene Temperatur gekühlt werden, die un¬ terhalb der Sprungtemperatur des verwendeten Supraleiters liegt. Diese Betriebstemperatur kann beispielsweise im Be¬ reich von etwa 20 K bis 77 K liegen. Die Kühlung kann mit einem in der Abbildung nicht näher dargestellten Kühlsystem erreicht werden. Die tiefkalten Komponenten sollten außerdem thermisch gegen die warme Umgebung isoliert sein.
Figur 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Statorwicklung 4, wie sie beispielsweise in einer elektrischen Maschine gemäß Figur 1 zum Einsatz kommen kann. Diese Statorwicklung 4 ist als helixartige Wicklung ausgebildet, bei der die einzelnen Leiterwindungen 13j innerhalb des axial innenliegenden Bereichs 1 helixartig um die zentrale Achse A angeordnet sind. Die Statorwicklung 4 des gezeigten Beispiels ist in zwölf einzelne Stränge ul bis w4 unterteilt. Diese Stränge entsprechen einzelnen Phasen des Wechselstroms, der mit der elektrischen Maschine entweder generiert oder in mechanische Energie umgesetzt werden kann. Jeder Strang weist mehrere einzelne Leiterzweige auf, die zusammen eine überge¬ ordnete Spulenanordnung ergeben. Diese Leiterzweige sind in eine Gruppe von ersten Leiterzweigen gegliedert, die auf der Unterlage 4a der Spulenwicklung angeordnet sind und in eine Gruppe von zweiten Leiterzweigen, die auf der Oberlage 4b der Spulenwicklung angeordnet sind. Die Leiterzweite der Unter¬ lage 4a liegen also alle auf einer inneren Zylindermantelflä¬ che, und die Leiterzweige der Oberlage liegen alle auf einer äußeren Zylindermantelfläche. Innerhalb jeder der beiden La¬ gen 4a und 4b weisen die Leiterzweige alle dieselbe Schrägung und denselben Drehsinn auf, so dass innerhalb der einzelnen Lagen Überkreuzungen von Leiterzweigen vermieden werden. Im axialen Bereich 1 sind die einzelnen Leiter gegeneinander elektrisch isoliert und Ober- und Unterlage sind nicht mit¬ einander verbunden. Die elektrischen Verbindungen, die die Leiterzweige zu einer übergeordneten Spulenanordnung zusammenfügen, sind in den axialen Endbereichen 17 angebracht. Hier sind Verbindungsleiter 19 zur Verbindung von Ober- und Unterlage angeordnet. Im gezeigten Beispiel der Figur 4 ist die Schrägung der einzelnen Leiterzweige so gewählt, dass die zueinander gehörigen Leiterzweige eines Strangs in den Endbe¬ reichen 17 gerade an derselben Umfangsposition aufeinander treffen. Durch die Verbindungsleiter 19 muss hier also nur der radiale Abstand von Ober- und Unterlage überbrückt wer- den. Der Verbindungsleiter überbrückt dementsprechend keinen Abstand in Umfangsrichtung .
Zum besseren Verständnis zeigt Figur 3 beispielhaft den Ver- lauf der einzelnen Leiterzweige eines ausgewählten Strangs, hier des Strangs ul . Zur besseren Übersicht ist noch die Zy¬ lindermantelfläche eingezeichnet, die genau zwischen der Oberlage 4b und der Unterlage 4a der Wicklung verläuft. Die Spulenanordnung 21 des ausgewählten Strangs ul weist vier einzelne Windungen 13j auf, wobei jede dieser Windungen zwei Leiterzweige aufweist: einen ersten Leiterzweig 23a, der als Hinleiter den Strom mit einer ersten axialen Richtungskomponente leitet und einen zweiten Leiterzweig 23b, der als Rück- leiter den Strom bei gleicher übergeordneter Stromrichtung mit einer entgegengesetzten zweiten axialen Richtungskomponente leitet. Diese Richtungskomponenten sind beispielhaft für eine vorgegebene übergeordnete Stromrichtung zu einem ge¬ gebenen Zeitpunkt durch die Pfeile in Figur 3 angedeutet. Die vier ersten Leiterzweige 23a sind entsprechend zusammen auf der Zylindermantelfläche der Unterlage 4a angeordnet, und die vier zweiten Leiterzweige 23b sind zusammen auf der Zylindermantelfläche der Oberlage 4b angeordnet. Diese acht Leiter¬ zweige 23a und 23b sind über die in den axialen Endbereichen 17 vorgesehenen Verbindungsleiter 19 zu der zusammenhängenden zick-zack-förmigen Spulenanordnung 21 verbunden. Die Spulenanordnungen der übrigen elf Stränge u2 bis w4 sind analog aufgebaut und auf denselben Zylindermantelflächen angeordnet. Sie sind nur jeweils in Umfangsrichtung entsprechend ver¬ setzt, wie in Figur 2 zu erkennen. Die gezeigte Aufteilung eines solchen Strangs in vier Hin- und vier Rückleiter entspricht der Ausbildung der Statorwicklung zur Anwendung in einer achtpoligen elektrischen Maschine, mit anderen Worten einer Maschine, deren Rotor zur Ausbildung eines achtpoligen rotierenden Magnetfeldes ausgelegt ist. Für allgemeine Pol- zahlen p entspricht die Zahl i der Leiterwindungen 13j in einem solchen Strang vorteilhaft der halben Anzahl der magnetischen Pole oder einem ganzzahligen Vielfachen davon. Die Gesamtzahl i der Leiterwindungen 13j (und somit sowohl die Zahl der jeweiligen Hinleiter 23a als auch der jeweiligen Rückleiter 23b) in einem Stator mit n Strängen entspricht also wenigstens n*p/2. Im Beispiel der Figur 3 ist die Ganghöhe h der helixförmigen Leiterabschnitte so gewählt, dass sie genau dem Produkt von axialer Länge 1 der helixförmigen Leiterabschnitte und der Polzahl p entspricht. Da die Ganghöhe h als die axiale Länge für eine volle Umdrehung der Helix definiert ist, wird also auf der gegebenen Länge 1 genau der Winkelbereich eines magnetischen Pols überstrichen. Diesen Winkelbereich von 360°/p bezeichnet man auch als „Polteilung". Im gezeigten Beispiel ist die Ganghöhe also so gewählt, dass die einzelnen Leiter¬ zweige 23a bzw. 23b auf ihrer axialen Länge 1 sich genau um den Winkel α von einer Polteilung, also 360°/p drehen. Aufgrund der Polzahl von p = 8 ergibt sich hier pro Leiterzweig ein Winkel von α = 45°.
Figur 4 zeigt das Wickelschema und die zugehörige Feldausnut- zung der Statorwicklung 4 der Figur 1. Das Wickelschema ist in ein Teilschema 24a für die Unterlage 4a und ein Teilschema 24b für die Oberlage 4b der Wicklung aufgeteilt. Das Wickel¬ schema 24a verdeutlicht also die geometrische Anordnung der ersten Leiterzweige 23a auf dem inneren Zylindermantel, und das Wickelschema 24b verdeutlicht die Anordnung der zweiten Leiterzweige 23b auf dem äußeren Zylindermantel. In den bei¬ den Wickelschemata 24a und 24b sind die Anordnungen der Lei¬ terzweige der jeweiligen Stränge ul bis w4 in Abhängigkeit von der axialen Länge 25 und vom elektrischen Winkel 26 ge- zeigt. Der elektrische Winkel ergibt sich dabei als Produkt von geometrischem Winkel und Polpaarzahl. Mit anderen Worten ist bei einer zweipoligen Maschine der elektrische Winkel mit dem geometrischen Drehwinkel bezüglich der Wicklungsachse A identisch. Bei höherpoligen Maschinen ist dagegen ein elek- frischer Winkel von 360° erreicht, wenn ein geometrischer
Winkel überstrichen wurde, der dem Winkelabstand zweier be¬ nachbarter gleicher magnetischer Pole (z.B. Nordpol - Nordpol) entspricht. Das Wickelschema 24a der Figur 4 zeigt also entsprechend den geometrischen Verlauf der Leiterzweige der zwölf Stränge ul bis w4 über die gesamte axiale Länge 1 und über einen Winkelbereich zwischen zwei magnetischen Nordpolen. Der gezeigte elektrische Winkelbereich von 0° bis 360° entspricht bei der in Figur 2 gezeigten achtpoligen
Statorwicklung (vier Polpaare, p=8) einem geometrischen Winkelbereich von 0° bis 90°, also einem Viertel des vollen Wicklungsumfangs . Der gesamte geometrische Wicklungsverlauf ergibt sich dann entsprechend durch vierfaches Aneinanderrei- hen des gezeigten Wickelschemas 24a für die Unterlage und des gezeigten Wickelschemas 24b für die Oberlage. Auch aus den beiden Wickelschemata 24a und 24b ist ersichtlich, dass - wie bereits aus den Figuren 2 und 3 erkennbar - die an den axialen Enden zu verbindenden Leiterzweige eines jeweiligen
Stranges ohne Versatz an denselben Umfangspositionen aneinanderstoßen .
Im rechten Teil der Figur 4 ist die Feldausnutzung 27 dieser Statorwicklung als Funktion der axialen Position 25 (wiederum in Prozent der Gesamtlänge 1) gezeigt. Diese Feldausnutzung ist als relative Feldausnutzung des im Bereich der
Statorwicklung wirksamen Erregerfeldes zu verstehen, und zwar in Relation zur Feldausnutzung einer vergleichbaren elektrischen Maschine mit einer geraden Wicklung und einer Lochzahl von 1 (also bei einer Nut pro Polzahl und Strang) . Numerisch wurde dafür jeweils der Mittelwert des Wicklungsfaktors der Grundwelle über die axiale Länge bestimmt. Es ist leicht zu erkennen, dass die Feldausnutzung nur im mittleren Bereich der axialen Länge in der Nähe des Vergleichswertes von 100% liegt. In den axialen Endbereichen ist dagegen ein steiler
Abfall gegen 0% zu erkennen. Der Abfall auf 0% ist ein grund¬ legender Nachteil der helixartigen Wicklung ohne Umfangsver- satz zwischen den zueinander gehörigen Leiterzweigen in den axialen Endbereichen. Die Feldausnutzung im Bereich des Maxi- mums ist aber für diese Statorwicklung im Vergleich zu einer oberfeidarmen Statorwicklung mit nur drei Phasen, wie sie in Figur 5 beschrieben wird, deutlich erhöht. Dies ist aus der mittleren (also über die axiale Länge 1 gemittelten) Feldaus- nutzung x ersichtlich, die für dieses Ausführungsbeispiel bei 62,6 % liegt. Die elektrische Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Strängen beträgt hierbei jeweils 30°. Zum Vergleich sind in Figur 5 die entsprechenden Wickelschemata 24a und 24b und die Feldausnutzung für eine helixartige Statorwicklung nach dem Stand der Technik gezeigt. Diese Statorwicklung ist bezüglich der helixartigen Anordnung der Leiterzweige und der Aufteilung auf eine Oberlage und Unter- läge ähnlich aufgebaut wie die Statorwicklung des vorab be¬ schriebenen Ausführungsbeispiels. Allerdings ist sie als her¬ kömmliche Helixwicklung nur in drei separate Stränge ul, vi und wl aufgeteilt. Die Feldausnutzung dieser herkömmlichen Spiralwicklung zeigt qualitativ einen ähnlichen Verlauf wie die Feldausnutzung der erfindungsgemäßen Wicklung in Figur 4. Allerdings ist das Maximum und damit auch die mittlere Feld¬ ausnutzung deutlich niedriger. Ein Vergleich der über die axiale Länge 1 gemittelten Feldausnutzungen ergibt eine Erhö¬ hung von x = 53% auf x = 62,8% durch die beschriebene Ver- vierfachung der Anzahl der Stränge von drei auf zwölf.
In den Figuren 6 bis 9 sind weitere Wickelschemata und Feld¬ ausnutzungen für weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung mit alternativen Strangzahlen n, unterschiedlicher Phasenver- Schiebung zwischen den Strängen und unterschiedlicher Schrägung der Leiterzweige gezeigt.
So zeigt Figur 6 die entsprechenden Wickelschemata 24a und 24b von Unter- und Oberlage sowie die Feldausnutzung für eine Statorwicklung ähnlich wie in Figur 2, die jedoch nur sechs statt zwölf Stränge aufweist. Hier ist die mittlere Feldaus¬ nutzung gegenüber dem in Figur 5 angegebenen Stand der Technik immerhin von 53% auf 61,2% erhöht. Die elektrische Pha¬ senverschiebung zwischen den einzelnen Strängen beträgt hier- bei jeweils 60°.
Figur 7 zeigt die entsprechenden Wickelschemata 24a und 24b von Unter- und Oberlage sowie die Feldausnutzung für eine Statorwicklung ähnlich wie in Figur 2, die jedoch neun statt zwölf Stränge aufweist. Hier ist die mittlere Feldausnutzung gegenüber dem in Figur 5 angegebenen Stand der Technik von 53% auf 62,3% erhöht. Die elektrische Phasenverschiebung zwi- sehen den einzelnen Strängen beträgt hierbei jeweils 40°.
Figur 8 zeigt die entsprechenden Wickelschemata 24a und 24b von Unter- und Oberlage sowie die Feldausnutzung für eine Statorwicklung ähnlich wie in Figur 7, bei der die Stränge innerhalb von jeder der drei Gruppen (also ul bis u3, vi bis v3 beziehungsweise wl bis w3 eine Phasenverschiebung von nur 20° aufweisen. Hiermit wird die mittlere Feldausnutzung nicht ganz so stark wie beim Beispiel der Figur 7 erhöht, da die zeitliche Phasenverschiebung innerhalb der jeweiligen Gruppe nicht mit der geometrischen Phasenverschiebung übereinstimmt. Die Feldausnutzung steigt jedoch zumindest von 53% auf 59,8%.
Figur 9 zeigt die entsprechenden Wickelschemata 24a und 24b für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unter- schied zu den bisherigen Beispielen, die jeweils eine Wicklung mit doppelter Zonung darstellten, ist hier eine Wicklung mit einfacher Zonung gezeigt. Die Leiterzweige sind also bei vergleichbarer Strangzahl n nur jeweils halb so breit wie bei den bisherigen Beispielen. Die Strangzahl ist im Beispiel der Figur 9 genau gleich gewählt wie bei den Beispielen der Figuren 7 und 8, es gilt also n=9. Im Unterschied zu den beiden vorhergehenden Beispielen umfassen jedoch das Wicklungsschema der Unterlage 24a und das Wicklungsschema der Oberlage 24b im gezeigten Bereich des elektrischen Winkels von 0° bis 360° (also im Bereich zweier Pole) die doppelte Anzahl von Teil¬ leitern, hier also 2*n = 18. Dies ist dadurch bedingt, dass im gezeigten Winkelbereich pro Wicklungslage für jeden Strang ein Hinleiter und ein Rückleiter vorliegt, also beispielswei¬ se die durch „+vl" und „-vi" gekennzeichneten Zonen für den Strang vi. Analoges gilt für die anderen Stränge. Der Übersichtlichkeit halber sind die Stränge der jeweiligen Buchsta¬ bengruppen zusammengefasst mit diesem Buchstaben bezeichnet, also beispielsweise +vl, +v2, +v3 zusammen mit +v und -vi, - v2, -v3 zusammen mit -v und so fort. Im Wicklungsschema jeder der beiden Lagen sind die Leiter der jeweiligen Buchstabengruppe also immer benachbart angeordnet. Außerdem wechselt zwischen diesen benachbarten Buchstabengruppen die Richtung des Stromtransports, und die einzelnen Buchstabengruppen wie¬ derholen sich alle neun Stränge.
Auf dem gesamten Umfang der Wicklung mit acht Polen sind bei der vorliegenden Geometrie also entsprechend 72 Leiterzweige in der Oberlage und 72 in der Unterlage angeordnet. Diese
Leiterzweige pro Lage weisen im Beispiel der Figur 9 jeweils die gleiche Windungsrichtung auf. Ober- und Unterlage weisen aber unterschiedlichen Windungsrichtungen auf. Die Leiterzweige treffen in den axialen Endbereichen mit dem jeweils demselben Strang zugeordneten Leiterzweig der anderen Wicklungslage ohne Versatz aufeinander. Sie sind in diesen axialen Endbereichen elektrisch leitend verbunden, so dass sich aus jeweils zwei Leiterzweigen eine elektrisch zusammenhängende Spulenanordnung ergibt. Für jedes Polpaar liegen zwei solche Spulenanordnungen aus zwei Leiterzweigen vor, so dass sich für jeden Strang insgesamt p, also hier acht solche Spu¬ lenanordnungen pro Strang ergeben. Die beschriebene Anordnung mit einfacher Zonung lässt sich selbstverständlich auf andere Polzahlen p und andere Strangzahlen verallgemeinern. Für je- den Strang n ergeben sich dann zwei solche zickzackartige
Spulenanordnungen: Für das Beispiel des Strangs vi sind dann nämlich bei der ersten Spulenanordnung jeweils die Hinleiter vi der Oberlage mit den Rückleitern -vi der Unterlage elektrisch verbunden, und bei der zweiten derartigen Spulenanord- nung sind dann jeweils die Rückleiter -vi der Oberlage mit den Hinleitern vi der Unterlage elektrisch verbunden.
Allgemein und unabhängig von der genauen Art der elektrischen Verbindung ist es bei einfacher Zonung allgemein vorteilhaft, wenn die Phasenverschiebung zwischen den einzelnen benachbarten Strängen 360°/2n beträgt. Dies ist im Beispiel der Figur 9 der Fall, denn die Phasenverschiebung zwischen benachbarten Leiterzweigen soll hier 20° betragen. So wird bei einfacher Zonung eine gleichmäßige Verteilung der Phasenverschiebungen erreicht, und die zeitliche Phasenverschiebung entspricht der räumlichen Anordnung. Durch diese günstige Wahl wird bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 9 eine mittlere Feldausnutzung von 63,3% erreicht, also ein noch etwas höherer Wert als bei den Beispielen der Figuren 7 und 8. Allerdings ist hierzu eine um einen Faktor zwei erhöhte Anzahl von Leiterzweigen pro Lage nötig. Alternativ zu dem beschriebenen Beispiel ist es aber auch möglich, dass die Phasenverschiebung einen niedrigeren oder höheren Wert annimmt als die beschriebenen 360°/2n. Beispielsweise kann die Phasenverschiebung zwischen den benachbarten Strängen einer Buchstabengruppe bei 40° liegen (und somit bei 360°/2), analog wie bei dem Beispiel mit zweifacher Zonung in Figur 7. Die Verschiebung der mittleren Phase zwischen den einzelnen Buchstabengruppen beträgt auch bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel wiederum 180°, so dass die Phasenverschiebungen der benachbarten Stränge durch die höhe- re Leiterzahl i pro Lage etwas ineinander verschachtelt sind. Hierdurch stimmt die räumliche Verschiebung nicht mehr mit der zeitlichen Phasenverschiebung überein, so dass bei einem solchen Ausführungsbeispiel eine etwas verminderte mittlere Feldausnutzung von nur 60,8 % erreicht wird.
Figur 10 zeigt die entsprechenden Wickelschemata 24a und 24b von Unter- und Oberlage sowie die Feldausnutzung für eine Statorwicklung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gezeigt ist wiederum eine neunphasige Wicklung mit doppelter Zonung, ähnlich wie beim Schema der Figuren 7 und 8. Die Phasenverschiebung beträgt wiederum 40°, analog zum Beispiel der Figur 7. Im Unterschied dazu erreichen hier je¬ doch die einzelnen Teilleiter eines Stranges die axialen Endbereiche nicht an denselben Umfangspositionen, sondern sie sind jeweils um eine Strangzonenteilung in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt. Eine Strangzonenteilung ist dabei der Winkelversatz zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Leiterzweigen, also 360°/i, wobei i die Gesamtzahl der Lei- terwindungen und damit der Leiterzweige auf einer Lage ist. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel mit neun Strängen und einer achtpoligen Ausführung ähnlich wie bei der Wicklung der Figur 2 ist i = n * p/2 = 36 und somit entspricht eine
Strangzonenteilung 10° in geometrischen Winkelkoordinaten und 40° in elektrischen Winkelkoordinaten. Entsprechend ist in den beiden Wickelschemata 24a und 24b für einen gegebenen Strang (z.B. ul) sowohl bei 0% als auch bei 100% axialer Länge ein Versatz im elektrischen Winkel von 40° zu erkennen. Dieser Versatz bzw. die 10° in geometrischen Winkelkoordinaten muss durch die in den axialen Endbereichen angeordneten Verbindungsleiter zusätzlich überbrückt werden. Es geben sich also etwas aufwändigere und platzintensivere Leiterverbindun¬ gen, wodurch jedoch eine wesentlich bessere Feldausnutzung vor allem in den axialen Endbereichen erreicht wird. Die
Feldausnutzung sinkt an den axialen Enden der Wicklung durch die verminderte Schrägung nicht mehr auf 0% sondern nur auf knapp über 30% ab. Die mittlere Feldausnutzung ist durch die¬ sen zusätzlichen Effekt insgesamt auf 75,4 % erhöht.
Insbesondere durch die Kombination der beschriebenen Maßnahmen - also durch die Erhöhung der Phasenzahl einerseits und durch die verminderte Schrägung kombiniert mit Versatz in Um- fangsrichtung andererseits - ergibt sich insgesamt eine deut- liehe Steigerung der mittleren Feldausnutzung im Vergleich zum Stand der Technik. Es kann jedoch auch jede der beiden Maßnahmen für sich angewendet werden (und insbesondere auch für sich allein mit anderen beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen kombiniert werden) , um bereits einen Teil der maximal möglichen Verbesserung der Feldausnutzung mit einem gegenüber der Kombination beider Maßnahmen reduzierten apparativen Aufwand zu erreichen.

Claims

Patentansprüche
1. Stator (3) für eine elektrische Wechselstrom-Maschine (1) mit einer magnetischen Polzahl p,
- wobei der Stator (3) eine zentrale Achse A aufweist,
- wobei der Stator (3) eine Statorwicklung (4) mit einer
Mehrzahl von Leiterwindungen ( 13j ) aufweist, welche jeweils zumindest in einem Teilabschnitt (1) bezüglich der zentra¬ len Achse (A) helixartig verlaufen
- wobei die einzelnen Leiterwindungen ( 13j ) zu insgesamt n elektrischen Strängen (ul,u2 bis w3,w4) gruppiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n der Stränge größer als drei ist, insbesondere ein ganzzahliges Vielfaches von drei .
2. Stator (3) nach Anspruch 1, bei welchem die Leiterwindungen ( 13j ) jeweils einen ersten (23a) und einen zweiten Leiterzweig (23b) mit jeweils einer unterschiedlichen axialen Richtungskomponente aufweisen,
wobei diese Leiterzweige (23a, 23b) auf dem überwiegenden
Teil (1) ihrer Länge helixartig um die zentrale Achse (A) an¬ geordnet sind .
3. Stator (3) nach Anspruch 2, bei welchem die Statorwicklung (4) eine Anzahl i von Leiterwindungen ( 13j ) aufweist, wobei i dem Produkt von Polzahl p und Strangzahl n oder der Hälfte des Produkts von Polzahl p und Strangzahl n entspricht.
4. Stator (3) nach Anspruch 2 oder 3,
- bei welchem die ersten Leiterzweige (23a) der einzelnen
Leiterwindungen ( 13j ) auf einer gemeinsamen inneren Zylindermantelfläche (20a) angeordnet sind
- und bei welchem die zweiten Leiterzweige (23b) der einzel¬ nen Leiterwindungen ( 13j ) auf einer gemeinsamen äußeren Zy- lindermantelfläche (20b) angeordnet sind,
- derart, dass die ersten Leiterzweige (23a) auf der inneren Zylindermantelfläche (20a) eine gemeinsame erste Windungs¬ richtung aufweisen und die zweiten Leiterzweige (23b) auf der äußeren Zylinder¬ mantelfläche (20b) eine gemeinsame zweite Windungsrichtung aufweisen,
die der ersten Windungsrichtung entgegengesetzt ist.
5. Stator (3) nach Anspruch 4, bei welchem die Statorwicklung (4) in den axialen Endbereichen (17) elektrisch leitende Verbindungsleiter (19) zwischen inneren, ersten Leiterzweigen (23a) und äußeren, zweiten Leiterzweigen (23b) aufweist, derart, dass sich für jeden Strang (ul, u2 bis w3, w4) zumindest eine übergeordnete Spulenanordnung (21) ergibt.
6. Stator (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welchem die helixartig angeordneten Leiterzweige (23a, 23b) jeweils eine Ganghöhe h aufweisen, die wenigstens so groß ist wie das Produkt der axialen Länge 1 der helixartigen Leiterzweige und der Polzahl p.
7. Stator (3) nach Anspruch 6, bei welchem die Ganghöhe h größer ist als das Produkt der axialen Länge 1 der helix¬ artigen Leiterzweige ( 13j ) und der Polzahl p,
- wobei die Statorwicklung (4) in den axialen Endbereichen (17) elektrisch leitende Verbindungsleiter (19) zwischen ersten Leiterzweigen (23a) und zweiten Leiterzweigen (23b) aufweist,
- und wobei diese Verbindungsleiter (19) sowohl eine radiale Richtungskomponente als auch eine Richtungskomponente in Umfangsrichtung aufweisen.
8. Stator (3) nach Anspruch 7,
- bei welchem die Statorwicklung (4) eine Anzahl i von ersten Leiterzweigen (23a) und eine gleiche Anzahl i von zweiten Leiterzweigen (23b) aufweist, wobei i der Hälfte des Pro¬ dukts von Polzahl p und Strangzahl n oder dem Produkt von Polzahl p und Strangzahl n entspricht,
- und bei welchem die Ganghöhe h so gewählt ist, dass die je¬ weiligen Leiterzweige (23a, 23b) sich über ihre axiale Länge 1 helixartig um einen Winkel α drehen, wobei α einen Wert zwischen
α = 360°/p - 2*360°/i und α = 360°/p
aufweist .
9. Stator (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Statorwicklung (4) als Luftspaltwicklung ausgeführt ist.
10. Elektrische Maschine (1) mit einem Stator (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 10, welche zusätz¬ lich einen Rotor (7) aufweist, der zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit p Polen ausgebildet ist.
12. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 11, bei welchem der Rotor (7) mit wenigstens einer supraleitenden Erregerwicklung (8) ausgestattet ist.
13. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, welche wenigstens einen Umrichter aufweist, um eine Pha¬ senverschiebung zwischen den in den einzelnen Strängen der Statorwicklung (4) fließenden Strömen zu erzeugen und/oder aufzuheben .
14. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei welcher die magnetische Polzahl p zwischen 2 und 12, insbesondere bei 8, liegt.
15. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, welche als Generator oder als Antriebsmotor für ein Luftfahrzeug ausgestaltet ist.
PCT/EP2017/076228 2016-10-14 2017-10-13 Helixartige wicklung mit erhöhter feldausnutzung WO2018069517A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016220044.5 2016-10-14
DE102016220044.5A DE102016220044A1 (de) 2016-10-14 2016-10-14 Helixartige Wicklung mit erhöhter Feldausnutzung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018069517A1 true WO2018069517A1 (de) 2018-04-19

Family

ID=60191350

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/076228 WO2018069517A1 (de) 2016-10-14 2017-10-13 Helixartige wicklung mit erhöhter feldausnutzung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102016220044A1 (de)
WO (1) WO2018069517A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112585853A (zh) * 2018-08-29 2021-03-30 西门子歌美飒可再生能源公司 用于具有带状导体的发电机的线圈布局

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1395152A (en) * 1971-02-01 1975-05-21 Int Research & Dev Co Ltd Altering current dynamo-electric machine windings
DE20318357U1 (de) * 2003-11-27 2004-09-30 Siemens Ag Elektrische Maschine mit supraleitender Läuferwicklung und mit einer zu kühlenden, MOS-FETs enthaltenden Erregereinrichtung
WO2013034419A2 (de) * 2011-09-08 2013-03-14 Siemens Aktiengesellschaft Supraleitende maschine und verfahren zu deren betrieb

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7360303B2 (en) * 2004-01-28 2008-04-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method manufacturing for a winding assembly of a rotating electrical machine
JP2009077490A (ja) * 2007-09-19 2009-04-09 Yaskawa Electric Corp １相および多相ヘリカル巻線、扁平状および円筒状多相ヘリカル巻線、多層ヘリカル巻線、およびそれを用いたギャップワインディングモータ
US8302286B2 (en) * 2008-09-30 2012-11-06 Denso Corporation Method for manufacturing a stator winding
JP5195403B2 (ja) * 2008-12-25 2013-05-08 トヨタ自動車株式会社 ステータ、及びコイル籠
KR101372291B1 (ko) * 2010-11-08 2014-03-11 가와사끼 쥬고교 가부시끼 가이샤 로터 코어 및 이 로터 코어를 구비하는 초전도 회전기
TWI458224B (zh) * 2011-12-07 2014-10-21 Delta Electronics Inc 馬達及其線圈結構

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1395152A (en) * 1971-02-01 1975-05-21 Int Research & Dev Co Ltd Altering current dynamo-electric machine windings
DE20318357U1 (de) * 2003-11-27 2004-09-30 Siemens Ag Elektrische Maschine mit supraleitender Läuferwicklung und mit einer zu kühlenden, MOS-FETs enthaltenden Erregereinrichtung
WO2013034419A2 (de) * 2011-09-08 2013-03-14 Siemens Aktiengesellschaft Supraleitende maschine und verfahren zu deren betrieb

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JAMES L. KIRTLEY: "Air-core armature shape: A comparison of helical and straight-with-end-turns windings", ELECTRIC MACHINES AND POWER SYSTEMS, vol. 23, 1995, pages 263 - 278

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112585853A (zh) * 2018-08-29 2021-03-30 西门子歌美飒可再生能源公司 用于具有带状导体的发电机的线圈布局
CN112585853B (zh) * 2018-08-29 2024-04-26 西门子歌美飒可再生能源公司 用于具有带状导体的发电机的线圈布局

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016220044A1 (de) 2018-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3504780B1 (de) Helixartige wicklung mit homogenerer feldausnutzung
DE10362345B3 (de) Wicklungen aus rechtwinkligen Kupferhaarnadeln in mehreren Sätzen für elektrische Maschinen
EP1797630B1 (de) Vielpoliger, linearer oder rotativer synchron-direktantriebsmotor
DE10331841B4 (de) Rotierende elektrische Maschine mit einer sequentielle Segmente verbindenden Statorspule
DE10302947A1 (de) Für den Einsatz in Kraftfahrzeugen ausgelegte Generatorstatorbaugruppe mit Wicklungen aus durchgehendem Rechteckdraht
DE102013103665A1 (de) Elektrische Maschine
EP3097627A2 (de) Synchrongenerator einer getriebelosen windenergieanlage
DE102021100171A1 (de) Elektrische maschine mit wicklung haarnadelförmiger kontakte
WO2007077237A1 (de) Generator, insbesondere für kraftfahrzeuge
DE102022203060A1 (de) System für hairpin-wicklungen in elektromotoren
DE3927454C2 (de)
DE102020211785A1 (de) Stator einer elektrischen Maschine
WO2022022768A1 (de) Stator mit wicklungsaufbauten für modulare e-maschinen
DE102020119680A1 (de) Sternscheibe für einen Rotor einer fremderregten Synchronmaschine
WO2018069517A1 (de) Helixartige wicklung mit erhöhter feldausnutzung
DE19639670C2 (de) Transversalflußmaschine mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Ringwicklungen
WO2019091652A1 (de) Statorwicklung mit erhöhter leistungsdichte
DE102016219829B4 (de) Rotierende elektrische Maschine
EP1342306A1 (de) Mehrphasige elektrische maschine
EP0720785B1 (de) Elektrische maschine
WO2017148601A1 (de) Asynchronmaschine
DE102022133348A1 (de) Rotierende elektrische Maschine
DE112022001402T5 (de) Verdrehte wicklungsstrukturen für einen elektromotor sowie systeme, komponenten, anordnungen und verfahren dafür
WO2022184205A1 (de) Stator
WO2024052161A1 (de) Einzelansteuerung von teilleitern eines mit leiterstäben versehenen stators einer dynamoelektrischen maschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17791614

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17791614

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1