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Dokumentenidentifikation DE102004045940B3 04.05.2006
Titel Permanenterregte Synchronmaschine mit einem Wicklungssystem
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Braun, Matthias, 97711 Thundorf, DE;
Vollmer, Rolf, 36129 Gersfeld, DE;
Schunk, Holger, 97461 Hofheim, DE
DE-Anmeldedatum 22.09.2004
DE-Aktenzeichen 102004045940
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2006
IPC-Hauptklasse H02K 21/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02K 3/18(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die permanenterregte Synchronmaschine (1) hat einen ein Wicklungssystem (8) mit drei Wicklungssträngen beinhaltenden Ständer (2) und einen mit Permanentmagneten (9) versehenen Läufer (3). Der Ständer (2) weist fünfzehn gleichmäßig über den Umfang verteilte Nuten (5) auf. Es ist eine Nutzpolpaarzahl von vier vorgesehen. Jeder der drei Wicklungsstränge enthält fünf in Reihe geschaltete Spulen (11-25). Die Spulen (11, 13, 15, 17, 19) des ersten Wicklungsstrangs haben in der 1., 3., 5., 7., 9. sowie in der jeweils benachbarten Nut (5) verlaufende Spulenleitungen (26). Die Spulen (21, 23, 25, 12, 14) des zweiten Wicklungsstrangs haben in der 11., 13., 15., 2., 4. sowie in der jeweils benachbarten Nut (5) verlaufende Spulenleitungen (26). Die Spulen (16, 18, 20, 22, 24) des dritten Wicklungsstrangs haben in der 6., 8., 10., 12., 14. sowie in der jeweils benachbarten Nut (5) verlaufende Spulenleitungen (26). Benachbarte Spulen (11-25) jedes der Wicklungsstränge sind mit jeweils abwechselndem Wicklungssinn miteinander verbunden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine permanenterregte Synchronmaschine mit einem ein Wicklungssystem mit drei Wicklungssträngen beinhaltenden Ständer und einem mit Permanentmagneten versehenen Läufer.

Eine derartige permanenterregte Synchronmaschine weist im Betrieb oftmals eine gewisse Drehmomentwelligkeit auf. Zur Reduzierung dieser Drehmomentwelligkeit sind verschiedene Maßnahmen bekannt.

So wird in der DE 100 41 329 A1 beschrieben, dass eine Polbedeckung der Oberfläche des Läufers mit Permanentmagneten von 70 bis 80% zu einem verbesserten Oberfeldverhalten führt.

Außerdem ist der DE 199 61 760 A1 zu entnehmen, dass spezielle Wicklungsfaktoren eines in den Nuten angeordneten Wicklungssystems und eine Schrägung der Nuten zu einer Reduzierung der Drehmomentwelligkeit führen.

Weiterhin ist aus der DE 101 14 014 A1 eine kostengünstig herzustellende permanenterregte Drehfeldmaschine bekannt, deren Ständer fünfzehn geschrägte Nuten zur Aufnahme eines symmetrischen Wicklungssystems aufweist. Die spezielle Ausführung des Ständers und des Wicklungssystems führt zu einer weitgehenden Unterdrückung des Nutrastens und der fünften Oberwelle.

Bekannt ist aus der EP 0 909 009 A1 eine permanenterregte Synchronmaschine, die ein dreisträngiges Wicklungssystem mit jeweils fünf Spulen und einen Stator mit fünfzehn Nuten sowie einen Läufer mit vier Polpaaren aufweist. Die Spulen umfassen jeweils zwei Zähne.

Trotz dieser bekannten Maßnahmen ist die Drehmomentwelligkeit immer noch vorhanden, insbesondere dann, wenn gleichzeitig die Forderung nach einer möglichst kostengünstigen Herstellung der permanenterregte Synchronmaschine besteht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine permanenterregte Synchronmaschine der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die ein weiter verbessertes Drehmomentverhalten mit möglichst niedriger Welligkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Bei der eingangs bezeichneten permanenterregten Synchronmaschine handelt es sich um eine solche, bei der

  • a) der Ständer insgesamt 15·n gleichmäßig über den Umfang verteilte Nuten aufweist und n eine beliebige natürliche Zahl größer als null ist,
  • b) eine Nutzpolpaarzahl von 4·n vorgesehen ist,
  • c) das Wicklungssystem n in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Teilwicklungssysteme mit jeweils fünfzehn zugeordneten Nuten enthält,
  • d) wobei jedes Teilwicklungssystem drei jeweils einem der drei Wicklungsstränge zugeordnete und jeweils fünf in Reihe geschaltete Spulen umfassende Teilwicklungsstränge enthält und

    d1) die Spulen des ersten Teilwicklungsstrangs in der ersten, dritten, fünften, siebten, neunten sowie in der jeweils benachbarten Nut verlaufende Spulenleitungen,

    d2) die Spulen des zweiten Teilwicklungsstrangs in der elften, dreizehnten, fünfzehnten, zweiten, vierten sowie in der jeweils benachbarten Nut verlaufende Spulenleitungen und

    d3) die Spulen des dritten Teilwicklungsstrangs in der sechsten, achten, zehnten, zwölften, vierzehnten sowie in der jeweils benachbarten Nut verlaufende Spulenleitungen

    aufweisen und

    d4) benachbarte Spulen jedes der Teilwicklungsstränge mit jeweils abwechselndem Wicklungssinn miteinander verbunden sind.

Die Drehmomentwelligkeit einer permanenterregten Synchronmaschine wird durch folgende Aspekte bestimmt. Eine erste Ursache sind Reluktanzkräfte zwischen den Permanentmagneten des Läufers und den Zähnen des Ständers. Diese führen zu zyklischen Schwankungen des magnetischen Leitwerts und verursachen das sogenannte Nutrasten. Als Konsequenz enthält das von der Synchronmaschine gelieferte Drehmoment einen Anteil mit einem Pendeldrehmoment. Weitere Ursachen der Drehmomentwelligkeit sind in Wechselwirkungen von Läufer- und Ständer-Magnetfeldwellen zu sehen, wobei insbesondere die fünften und die siebten Oberwellen zur Nutzwelle eine signifikante Welligkeit im Drehmoment hervorrufen. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass eine weitere Ursache der Drehmomentwelligkeit eine durch Sättigungserscheinungen hervorgerufene Schwankung des magnetischen Leitwerts ist. Je nach aktueller Drehstromeinprägung in das Wicklungssystem des Ständers können sich im Ständer örtlich begrenzte Bereiche ausbilden, in denen das magnetische Material des Ständer-Blechpakets vorübergehend in Sättigung geht. Entsprechend der zeitlich sich ändernden Drehstromeinprägung ändert sich auch die Position dieser Sättigungsbereiche innerhalb des Ständers. Anhand der einfachsten Ausführungsform einer dreiphasigen Synchronmaschine, die zwei Pole und ein in insgesamt sechs Ständer-Nuten angeordnetes dreisträngiges Wicklungssystem umfasst, lässt sich veranschaulichen, dass jede Strombelag-Konstellation der Drehstromeinprägung insgesamt sechsmal pro Umfang auftaucht. Die genannten Sättigungseffekte führen deshalb zu einer Drehmomentwelligkeit mit der sechsten Oberwelle. Der Einfluss dieser Sättigungseffekte lässt sich erfassen, indem dem Ständer zusätzliche virtuelle Zähne zugewiesen werden. Bei der genannten zweipoligen Drehstrom-Synchronmaschine wären zwei zusätzliche virtuelle Zähne vorzusehen, die fiktiv in gleichmäßigem Abstand über den Umfang des Ständers verteilt angeordnet sind. Erfindungsgemäß lässt sich der Einfluss dieser virtuellen Zähne unterdrücken, indem die Ausbildung der umlaufenden Bereiche mit lokaler Sättigung unterbunden wird. Dies wird mittels des erfindungsgemäßen und diesbezüglich besonders vorteilhaften Wicklungssystems erreicht, so dass insgesamt ein stark verbessertes Drehmomentverhalten mit einer verringerten Welligkeit resultiert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen permanenterregten Synchronmaschine ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.

Vorzugsweise sind die Nuten des Ständers und/oder die Permanentmagnete des Läufers ungeschrägt beziehungsweise ungestaffelt angeordnet, ohne dass dadurch eine erhöhte Drehmomentwelligkeit resultiert. Die Nuten und/oder die Permanentmagnete sind also im Wesentlichen in axialer Richtung, das heißt in Richtung der Drehachse, ausgerichtet. Dies bietet fertigungstechnische Vorteile und führt zu niedrigeren Herstellungskosten.

Bei einer Variante sind die Spulen als besonders preiswert herstellbare Zahnspulen ausgebildet, die jeweils einen zwischen benachbarten Nuten angeordneten Zahn umschließen.

Weiterhin können in jeder der Nuten Spulenleitungen von zwei verschiedenen Spulen angeordnet sein. Dabei sind die zu den jeweiligen Spulen gehörigen Spulenleitungen innerhalb der Nut vorzugsweise nebeneinander angeordnet. Dies führt zu einem vorteilhaft homogenen Feldverlauf.

Eine andere Variante ist dadurch ausgezeichnet, dass auf dem Läufer eine Magnetpolbedeckung von 4/5, also von 80 %, einer Polteilung der Permanentmagnete vorgesehen ist. Dadurch wird die fünfte Oberwelle wirksam unterdrückt, so dass diese Ursache für die Drehmomentwelligkeit ausgeschlossen ist.

Besonders günstig ist eine Ausführungsform, bei der der Ständer fünfzehn Nuten aufweist, die Nutzpolpaarzahl vier beträgt und das Wicklungssystem nur ein einziges Teilwicklungssystem enthält. Für die Variable n ist also der Wert eins gewählt.

Dies bietet fertigungstechnische Vorteile, da gerade bei kleinen permanenterregten Synchronmaschinen oftmals der Platz zur Unterbringung der Nuten und des Wicklungssystems sehr begrenzt ist. Deshalb ist es günstig, mit dem kleinstmöglichen Wert für n zu arbeiten.

Die permanenterregte Synchronmaschine kann sowohl mit einem Innenläufer als auch mit einem Außenläufer ausgeführt sein. Das vorstehend beschriebene günstige Wicklungssystem kann bei beiden Ausführungsformen mit den beschriebenen Vorteilen eingesetzt werden.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:

1 ein Ausführungsbeispiel einer permanenterregten Synchronmaschine mit speziellem Wicklungssystem im Querschnitt und

2 einen abgerollten Innenumfang eines Ständers der permanenterregten Synchronmaschine von 1.

Einander entsprechende Teile sind in den 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen.

In 1 ist eine als Motor ausgebildete permanenterregte Synchronmaschine 1 in Querschnittsdarstellung gezeigt. Sie enthält einen Ständer 2 sowie einen Läufer 3, der um eine Drehachse 4 drehbar gelagert ist. Der Läufer 3 ist ein Innenläufer. Der Ständer 2 enthält an seiner dem Läufer 3 zugewandten inneren Wandung mehrere, im Ausführungsbeispiel von 1 insgesamt fünfzehn, gleichmäßig über den Umfang verteilte Nuten 5, zwischen denen jeweils Zähne 6 gebildet sind. Ein außen umlaufendes Joch 7 verbindet die Zähne 6 miteinander. In den Nuten 5 ist ein dreisträngiges Wicklungssystem 8 angeordnet. Der Läufer 3 ist mit Permanentmagneten 9 versehen, die so angeordnet sind, dass sich insgesamt acht gleichmäßig über den Umfang verteilte Magnetpole 10 ergeben. Einem Magnetpol 10 ist dabei eine Polteilung &tgr;P, die durch einen Winkelbereich eines Umfangswinkels &agr; gebildet ist, zugewiesen. Die Permanentmagnete 9 erstrecken sich in Umfangsrichtung nicht über den gesamten Winkelbereich der Polteilung &tgr;P, sondern nur über einen Teil x·&tgr;P. Die Größe x bezeichnet dabei eine Polbedeckung. Sie hat einen Wert kleiner als eins. Im Ausführungsbeispiel liegt die Polbedeckung x bei 4/5, also bei 80%.

Das Wicklungssystem 8 umfasst insgesamt fünfzehn Spulen 11 bis 25, die als Zahnspulen ausgebildet sind und jeweils einen Zahn 6 umschließen. In einer Nut 5 sind Spulenleitungen 26, die zu zwei verschiedenen der Spulen 11 bis 25 gehören, nebeneinander angeordnet. Die Spulenleitungen 26 sind in 1 exemplarisch für die erste Spule 11 angedeutet. Für die übrigen Spulen 12 bis 25 sind jeweils nur die durch die Spulenleitungen 26 gebildeten Wicklungspakete schematisiert wiedergegeben.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der permanenterregten Synchronmaschine 1 näher beschrieben.

Eine messtechnische Bestimmung und eine Frequenzauswertung des durch das Wicklungssystem 8 in einem Luftspalt 27, der zwischen dem Ständer 2 und dem Läufer 3 vorhanden ist, hervorgerufenen Magnetfelds ergibt eine Nutzpolpaarzahl pN von 4. Allerdings ist auch das Grundfeld mit einer Polpaarzahl p = 1 vorhanden, wenngleich mit deutlich niedrigerer Amplitude. Im Luftspalt 27 sind dann Feldanteile mit der Nutzpolpaarzahl pN und deren Vielfachen dominant.

Während des Betriebs kann die permanenterregte Synchronmaschine 1 eine unerwünschte Drehmomentwelligkeit aufweisen, für die verschiedene Ursachen in Frage kommen.

Zum einen verursachen Reluktanzkräfte zwischen den Permanentmagneten 9 und den Zähnen 6 ein Nutrasten mit einer Rastpolpaarzahl pR, die sich gemäß: PR = kgV(N, 2·pN) errechnet. Hierbei steht kgV für das kleinste gemeinsame Vielfache und N für eine Nutanzahl der Nuten 5.

Eine typische Auslegung einer nicht dargestellten permanenterregten Synchronmaschine mit einem Wicklungssystem aus Zahnspulen enthält acht Magnetpole und zwölf Nuten. Die Nutzpolpaarzahl pN beträgt vier und die Nutzahl N zwölf. Daraus ergibt sich eine Rastpolpaarzahl des Nutrastens von pR = 24. Diese permanenterregte Synchronmaschine rastet demnach mit der doppelten Nutanzahl N. Da dieser Oberfeldanteil noch eine sehr geringe Dämpfung aufweist, ist eine gesonderte Maßnahme zur Unterdrückung, wie beispielsweise eine Schrägung oder Staffelung der Nuten oder der Permanentmagnete erforderlich. Dadurch steigt der fertigungstechnische Aufwand.

Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel hat die permanenterregte Synchronmaschine 1 jedoch fünfzehn Nuten und acht Pole. Damit ergibt sich entsprechend der vorstehenden Gleichung eine Rastpolpaarzahl pR von 120, so dass die permanenterregte Synchronmaschine 1 mit dem achtfachen der Nutanzahl N rastet. Dieser Oberfeldanteil hat eine so hohe Ordnung, dass er bereits stark gedämpft ist und das zugehörige Nutrasten praktisch kaum ins Gewicht fällt. Gesonderte Unterdrückungsmaßnahmen sind damit nicht erforderlich. Dies wirkt sich günstig auf die Herstellungskosten aus.

Weitere Hauptursachen für die Drehmomentwelligkeit liegen in Wechselwirkungen von Läufer- und Ständer-Magnetfeldwellen im Luftspalt 27 begründet. Besonders störend sind dabei die fünften und die siebten Oberwellen zur Nutzwelle des sich im Luftspalt 27 ausbildenden magnetischen Luftspaltfeldes.

Die fünften Oberwellen des Ständerfelds und des Läuferfelds drehen im Luftspalt 27 in entgegengesetzte Richtungen und erzeugen somit Rastungen bei dem Sechsfachen einer Nutzpolpaarzahl pN. Um diesen Anteil zu unterdrücken, ist es ausreichend, wenn die fünfte Oberwelle entweder des Ständerfelds oder des Läuferfelds gering gehalten wird. Als Unterdrückungsmaßnahme kommt für das Ständerfeld ein Wicklungssystem 8 in Frage, das bei der fünften Oberwelle einen geringen Wicklungsfaktor aufweist, oder für das Läuferfeld eine Polbedeckung, die zu einer niedrigen fünften Oberwelle des Läuferfelds führt. Im Ausführungsbeispiel ist die zweite Variante gewählt. Die Polbedeckung x ist mit dem Wert 4/5 gerade so gewählt, dass die fünfte Oberwelle des Läuferfelds wirksam reduziert wird.

Die vorstehenden Aussagen treffen im Wesentlichen auch auf die siebte Oberwelle des Ständerfelds und des Läuferfelds zu, wobei diese Felder im Luftspalt 27 in die gleiche Richtung drehen. Dadurch werden wiederum Rastungen beim Sechsfachen der Nutzpolpaarzahl pN pro Läuferumdrehung erzeugt. Als Unterdrückungsmaßnahme kommt ebenso ein Wicklungssystem 8 mit einem für die siebte Oberwelle geringen Wicklungsfaktor oder eine Polbedeckung x von beispielsweise 6/7, die zu einer Unterdrückung der siebten Oberwelle im Läuferfeld führt, in Betracht. Im Ausführungsbeispiel wird die siebte Oberwelle des Ständerfelds aufgrund des speziellen Wicklungssystems 8 unterdrückt. Der Wicklungsfaktor hat für die siebte Oberwelle einen praktisch verschwindenden Wert.

Neben dem Nutrasten und der fünften und siebten Oberwelle der Ständer- und Läufer-Felder existiert eine weitere wesentliche Ursache für die unerwünschte Drehmomentwelligkeit. Hierbei handelt es sich um zeitlich und örtlich variable Sättigungserscheinungen im Ständer 2, die lokal eng begrenzt auftreten, von der Stromeinprägung in das Wicklungssystem 8 im Ständer 2 abhängen und in Umfangsrichtung mit umlaufen können. Diese Sättigungserscheinungen verursachen Schwankungen des magnetischen Leitwerts und führen ebenfalls zu einer Drehmomentwelligkeit bei der sechsten Oberwelle der Nutzpolpaarzahl pN. Der Sättigungseinfluss lässt sich durch die fiktive Einführung zusätzlicher virtueller Zähne im Ständer 2 beschreiben.

Es gilt die Ausbildung der Sättigungsbereiche und damit der virtuellen Zähne zu unterdrücken, um eine möglichst niedrige Drehmomentwelligkeit zu erreichen. Das bei der permanenterregten Synchronmaschine 1 eingesetzte spezielle Wicklungssystem 8 ist gerade so ausgelegt, dass keine derartigen virtuellen Zähne im Ständer 2 entstehen. Die magnetische Durchflutung wird in sämtlichen Bereichen des Ständers 2, also in sämtlichen Zähnen 6 und im Joch 7, so eingestellt, dass praktisch zu keinem Zeitpunkt eine lokale Sättigung des Ständer-Materials auftritt.

Das spezielle Wicklungssystem 8 bewirkt, dass die Phasenlagen der Pole 10 des Läufers 3 im Verhältnis zu den virtuellen Zähnen so eingestellt sind, dass sich die Wechselwirkungskräfte aufheben oder zumindest nicht linear addieren. Insgesamt wird dadurch die Sättigung wirksam unterdrückt.

Diese vorteilhafte Wirkung des Wicklungssystems 8 ergibt sich aufgrund einer Verschaltung der Zahnspulen 11 bis 25 gemäß einem speziellen Schema. Die Zusammenschaltung der Zahnspulen 11 bis 25 geht aus der Darstellung von 2 hervor. Gezeigt ist ein abgerollter Innenumfang des Ständers 2.

Aus 2 ist ersichtlich, dass die Zahnspulen 11 bis 25 jeweils einen Zahn 6 umschließen und in einer Nut 5 jeweils Spulenleitungen von zwei verschiedenen der Zahnspulen 11 bis 25 angeordnet sind. In Richtung der Drehachse 4 sind zu beiden Seiten des eigentlichen aktiven Teils des Ständers 2 jeweils ein Bereich für einen Wicklungskopf 28 und 29 vorgesehen. Während im Bereich des Wicklungskopfes 28 lediglich die Spulenleitungen der Zahnspulen 11 bis 25 umgelenkt werden, erfolgt im Bereich des Wicklungskopfs 29 die angesprochene Zusammenschaltung der Zahnspulen 11 bis 25.

Das Wicklungssystem 8 enthält drei Wicklungsstränge entsprechend den drei Phasen eines Drehstromsystems. Jeder Wicklungsstrang hat eine Zuleitung 30, 31 bzw. 32 und eine Reihenschaltung von jeweils fünf der Zahnspulen 11 bis 25. Bezeichnet man die Zahnspule 11 als erste und die Zahnspule 25 als letzte, also im Ausführungsbeispiel als fünfzehnte Zahnspule, erhält man folgendes Bildungsgesetz für die Zusammenschaltung des Wicklungssystems 8. Der erste Wicklungsstrang enthält die erste, dritte, fünfte, siebte und neunte Zahnspule 11, 13, 15, 17 bzw. 19, der zweite Wicklungsstrang die elfte, dreizehnte, fünfzehnte, zweite und vierte Zahnspule 21, 23, 25, 12 bzw. 14 sowie der dritte Wicklungsstrang die sechste, achte, zehnte, zwölfte und vierzehnte Zahnspule 16, 18, 20, 22 bzw. 24. Benachbarte der Zahnspulen 11 bis 25 jedes der drei Wicklungsstränge sind mit jeweils abwechselnden Wicklungssinn miteinander verbunden. An ihren jeweils von den Zuleitungen 30 bis 32 abgewandten Enden sind die drei Wicklungsstränge zu einem gemeinsamen Sternpunkt 33 zusammengeschaltet.

Das vorstehende Schema lässt sich analog angeben, wenn anstelle der Zahnspulen die Nuten 5 oder die Zähne 6 bezeichnet werden. Das zugrunde liegende Prinzip ändert sich dadurch nicht.

Zur Verdeutlichung sind in 2 die drei Wicklungsstränge mit jeweils unterschiedlicher Linienführung wiedergegeben. Der erste Wicklungsstrang ist mit durchgezogener Linienführung, der zweite Wicklungsstrang mit gestrichelter Linienführung und der dritte Wicklungsstrang mit strichpunktierter Linienführung dargestellt.

Das Wicklungssystem 8 bietet die unter Fertigungsgesichtspunkten günstige Möglichkeit, Zahnspulen 11 bis 25 einzusetzen und zugleich auf eine ansonsten übliche Schrägung oder Staffelung der Nuten 5 oder der Permanentmagnete 9 zu verzichten. Trotzdem resultiert aufgrund der beschriebenen günstigen Eigenschaften des Wicklungssystems 8 eine sehr niedrige Drehmomentwelligkeit. Insbesondere unterdrückt das Wicklungssystem 8 den Einfluss der virtuellen Zähne, so dass diese keinen Beitrag zur Drehmomentwelligkeit leisten.

Das vorstehend am konkreten Beispiel für N = 15 und pN = 4 beschriebene Schema lässt sich auch in verallgemeinerter Form angeben.

Der Ständer 3 enthält im allgemeinen Fall 15·n gleichmäßig über den Umfang verteilte Nuten 5, Zähne 6 und jeweils einen der Zähne 6 umschließende Zahnspulen, wobei n eine beliebige natürliche Zahl größer als null ist. Die Nutzpolpaarzahl pN beträgt 4·n und jeder der drei Wicklungsstränge enthält n in Reihe geschaltete Teilwicklungsstränge mit jeweils fünf in Reihe geschaltete Zahnspulen. Dementsprechend setzt sich auch das Wicklungssystem insgesamt aus n in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Teilwicklungssystemen mit jeweils fünfzehn zugeordneten Nuten 5 zusammen, wobei jedes Teilwicklungssystem drei jeweils einem der drei Wicklungsstränge zugeordnete Teilwicklungsstränge enthält. Die Teilwicklungssysteme sind dabei jeweils so aufgebaut wie das Wicklungssystem 8 des vorstehend beschriebenen Beispiels.


Anspruch[de]
  1. Permanenterregte Synchronmaschine mit einem ein Wicklungssystem (8) mit drei Wicklungssträngen beinhaltenden Ständer (2) und einem mit Permanentmagneten (9) versehenen Läufer (3), wobei

    a) der Ständer (2) insgesamt 15·n gleichmäßig über den Umfang verteilte Nuten (5) aufweist und n eine beliebige natürliche Zahl größer als null ist,

    b) eine Nutzpolpaarzahl (pN) von 4·n vorgesehen ist,

    c) das Wicklungssystem (8) n in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Teilwicklungssysteme mit jeweils fünfzehn zugeordneten Nuten (5) enthält,

    d) wobei jedes Teilwicklungssystem drei jeweils einem der drei Wicklungsstränge zugeordnete und jeweils fünf in Reihe geschaltete Spulen (1125) umfassende Teilwicklungsstränge enthält und

    d1) die Spulen (11, 13, 15, 17, 19) des ersten Teilwicklungsstrangs in der ersten, dritten, fünften, siebten, neunten sowie in der jeweils benachbarten Nut (5) verlaufende Spulenleitungen (26),

    d2) die Spulen (21, 23, 25, 12, 14) des zweiten Teilwicklungsstrangs in der elften, dreizehnten, fünfzehnten, zweiten, vierten sowie in der jeweils benachbarten Nut (5) verlaufende Spulenleitungen (26) und

    d3) die Spulen (16, 18, 20, 22, 24) des dritten Teilwicklungsstrangs in der sechsten, achten, zehnten, zwölften, vierzehnten sowie in der jeweils benachbarten Nut (5) verlaufende Spulenleitungen (26)

    aufweisen und

    d4) benachbarte Spulen (1125) jedes der Teilwicklungsstränge mit jeweils abwechselndem Wicklungssinn miteinander verbunden sind.
  2. Permanenterregte Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (5) exakt in axialer Richtung (4) verlaufen.
  3. Permanenterregte Synchronmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (9) mit exakt axialer Ausrichtung (4) ausgelegt sind.
  4. Permanenterregte Synchronmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (1125) als Zahnspulen ausgebildet sind und jeweils einen zwischen benachbarten Nuten (5) angeordneten Zahn (6) umschließen.
  5. Permanenterregte Synchronmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der Nuten (5) jeweils Spulenleitungen (26) von zwei verschiedenen Spulen (1125) verlaufen und nebeneinander angeordnet sind.
  6. Permanenterregte Synchronmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Läufer (3) eine Polbedeckung (x) von 80% einer Polteilung (&tgr;P) der Permanentmagnete (9) vorgesehen ist.
  7. Permanenterregte Synchronmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für n der Wert eins vorgesehen ist, sodass der Ständer (2) fünfzehn Nuten aufweist, die Nutzpolpaarzahl (pN) vier beträgt und das Wicklungssystem (8) nur ein einziges Teilwicklungssystem enthält.
  8. Permanenterregte Synchronmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (3) als Außenläufer oder als Innenläufer ausgebildet ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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