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Dokumentenidentifikation DE10048343A1 02.05.2002
Titel Elektrische Maschine
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Pittius, Ekkehard, Dr., 91154 Roth, DE
DE-Anmeldedatum 29.09.2000
DE-Aktenzeichen 10048343
Offenlegungstag 02.05.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.05.2002
IPC-Hauptklasse H02K 3/28
IPC-Nebenklasse H02K 1/12   H02K 5/16   
Zusammenfassung Elektrische Maschine mit mindestens einem Wicklungsstrang (3) mit einer Vielzahl von gemeinsam gespeisten Spulen (7), die zwischen zwei Maschinenseiten angeordnet sind, wobei der Wicklungsstrang (3) aus zwei gleich großen, einander parallel geschalteten Wicklungsstrang-Hälften (8, 9) besteht und je eine der Wicklungsstrang-Hälften (8, 9) von je einer der Maschinenseiten speisbar ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit mindestens einem Wicklungsstrang mit einer Vielzahl von gemeinsam gespeisten Spulen, die zwischen zwei Maschinenseiten angeordnet sind.

Derartige elektrische Maschinen sind allgemein bekannt. Die Spulen bilden im stromdurchflossenen Zustand eine Anzahl von Polen.

Durch die Flankensteilheit der an den Maschinenklemmen anliegenden Umrichterspannung fließen aus den Spulen kapazitive Ströme gegen Erde ab. Dadurch ist der Spuleneingangsstrom größer als der Spulenausgangsstrom. Es kommt somit zu einer Axialdurchflutung der elektrischen Maschine. Dies führt zu einem die Welle umschlingenden Zirkularfluss, der eine Wellenspannung induziert. Ist in der Schleife aus Welle, Lager, Lagerschild und Gehäuse keine ausreichende Lagerisolation vorhanden, so kommt es zu einem impulsförmigen, zirkulierenden Lagerstrom, der auf Dauer die Lager der elektrischen Maschine beschädigen kann.

Es ist zwar möglich, an der Umrichtereinheit Filter vorzusehen. Hierdurch werden jedoch die Kosten für die Umrichtereinheit erhöht. Auch dicke Lagerisolierungen sind denkbar, rufen aber mechanische Probleme hervor. Erdungsbürsten sind ebenfalls unerwünscht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische Maschine zu schaffen, bei der auf einfache Weise gewährleistet ist, dass aufgrund dieses Effektes keine bzw. nur eine geringe axiale Durchflutung und damit kein oder nur ein geringer Lagerstrom auftreten.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass jeder Wicklungsstrang aus zwei Hälften mit einer gleich großen Anzahl von Spulengruppen besteht, dass die beiden Hälften einander parallel geschaltet sind und dass je eine der Hälften von je einer der Maschinenseiten speisbar ist.

Dadurch heben sich die Axialdurchflutungen der beiden Wicklungsstrang-Hälften im wesentlichen vollständig gegenseitig auf, so dass kein Lagerstrom aufgrund dieses Effektes mehr entstehen kann.

Auch die verbleibende Restaxialdurchflutung kann auf Null reduziert werden, wenn die beiden Spulengruppen symmetrisch zueinander angeordnet sind.

Wenn die beiden Wicklungsstrang-Hälften mit dem gleichen Umrichterausgang verbunden sind, werden zwangsweise an beide Spulengruppen stets die gleichen Spannungsverläufe angelegt.

Im Einzelfall, nämlich bei Schleifringläufern, kann der Wicklungsstrang eine Läuferwicklung der elektrischen Maschine bilden. In der Regel bildet der Wicklungsstrang aber eine Ständerwicklung der elektrischen Maschine.

Der Wicklungsstrang kann wahlweise als Ganz- oder als Bruchlochwicklung ausgebildet sein. Ebenso kann der Wicklungsstrang wahlweise als Ein- oder als Mehrschichtwicklung, insbesondere als Zweischichtwicklung, ausgebildet sein.

Im Einzelfall kann die elektrische Maschine als einphasige elektrische Maschine ausgebildet sein. In der Regel ist sie aber als Drehstrommaschine ausgebildet und weist drei gleich ausgebildete Wicklungsstränge auf, die zusammen eine Wicklung der Drehstrommaschine bilden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung

Fig. 1 eine elektrische Maschine im Längsschnitt und

Fig. 2 eine abgerollte Darstellung eines Ständerwicklungsstranges.

Gemäß Fig. 1 ist in einem Gehäuse 1 ein Ständer 2 mit einem Ständerblechpaket 2' angeordnet. Der Ständer 2 weist drei gleich ausgebildete Wicklungsstränge 3 auf, von denen in Fig. 1 nur einer sichtbar ist. Die elektrische Maschine weist ferner einen Läufer 4 mit einem Läuferblechpaket 4' auf. Der Läufer 4 ist gemäß Fig. 1 als Käfigläufer ausgebildet. Die elektrische Maschine ist folglich eine Drehstrom-Asynchronmaschine.

Das Läuferblechpaket 4' ist auf einer Welle 5 drehfest angeordnet, die in Lagerschilden 6 gelagert ist. Die Lagerschilde 6 sind an den beiden Außenseiten des Gehäuses 1 befestigt, z. B. verschraubt.

Gemäß Fig. 2 weist der Wicklungsstrang 3 eine Vielzahl von Spulen 7 auf. Die Spulen 7 bilden zwei einander parallel geschaltete Wicklungsstrang-Hälften 8, 9, die mit dem gleichen Umrichterausgang 10 einer Umrichtereinheit 11 verbunden sind. Sie werden somit aus dem Umrichterausgang 10 gemeinsam gespeist. Ersichtlich sind die beiden Wicklungsstrang-Hälften 8, 9 symmetrisch zueinander angeordnet und gleich groß. Ferner ist ersichtlich je eine der beiden Wicklungsstrang-Hälften 8, 9 von je einer der beiden Maschinenseiten speisbar.

Aufgrund der Flankensteilheit der Umrichterspannung fließen aus den Spulen 7 kapazitive Ströme gegen Erde ab. Dies gilt unabhängig davon, ob die elektrische Maschine motorisch oder generatorisch betrieben wird. Jede der beiden Wicklungsstrang-Hälften 8, 9 ruft daher eine Axialdurchflutung der elektrischen Maschine hervor. Aufgrund gleich großer Ausbildung der beiden Wicklungsstrang-Hälften 8, 9 und deren Speisung von je einer der beiden Maschinenseiten heben sich aber die beiden Axialdurchflutungen gegenseitig auf. In der Welle 5 der elektrischen Maschine wird somit im Gegensatz zu einer elektrischen Maschine des Standes der Technik aufgrund dieses Effektes kein Lagerstrom mehr hervorgerufen bzw. dieser auf Null bzw. auf nahezu Null reduziert.

Gemäß Fig. 2 sind die Spulen 7 des dargestellten Wicklungsstranges 3 in Axialnuten 12 des Ständerblechpakets 2' eingelegt. Die beiden anderen, nicht dargestellten, aber gleich ausgebildeten Wicklungsstränge sind ebenfalls in die Axialnuten 12 eingelegt. Sie sind lediglich um vier Axialnuten 12 nach links bzw. rechts versetzt angeordnet.

Obenstehend wurde eine Drehstrommaschine mit einem Innenläufer beschrieben, der als Käfigläufer ausgebildet ist. Der Läufer 4 könnte aber auch als Außen- und/oder als Schleifringläufer ausgebildet sein. Im letzteren Fall kann gegebenenfalls auch die Läuferwicklung erfindungsgemäß ausgebildet sein.

Die elektrische Maschine muss ferner nicht zwangsweise als Asynchronmaschine ausgebildet sein. Sie kann auch als Synchronmaschine der verschiedensten Ausprägungen ausgebildet sein. Auch kann die elektrische Maschine als Einphasen-Wechselstrommaschine ausgebildet sein.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektrische Maschine mit mindestens einem Wicklungsstrang (3) mit einer Vielzahl von gemeinsam gespeisten Spulen (7), die zwischen zwei Maschinenseiten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsstrang (3) aus zwei gleich großen, einander parallel geschalteten Wicklungsstrang-Hälften(8, 9) besteht und dass je eine der Wicklungsstrang-Hälften (8, 9) von je einer der Maschinenseiten speisbar ist.
  2. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wicklungsstrang-Hälften (8, 9) symmetrisch zueinander angeordnet sind.
  3. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wicklungsstrang-Hälften (8, 9) mit dem gleichen Umrichterausgang (10) einer Umrichtereinheit (11) verbunden sind.
  4. 4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsstrang (3) eine Ständerwicklung (3) der elektrischen Maschine bildet.
  5. 5. Elektrische Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Drehstrommaschine ausgebildet ist und drei gleich ausgebildete Wicklungsstränge (3) nach einem der obigen Ansprüche aufweist.






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