DE102013212909A1 - Machine component for a multi-winding electrical machine - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Maschinenkomponente (1) für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Statoranordnung oder eine Rotoranordnung, umfassend: – einen Komponentenkörper (2), der Nuten (5) aufweist; – einen oder mehrere erste Wicklungsteile, die mithilfe eines oder mehrerer Steckelemente (6) zum Aufbau einer Steckwicklung ausgebildet sind; und – einen oder mehrere zweite Wicklungsteile, die als Drahtwicklungen mit Spulendrähten (8) ausgebildet sind.The invention relates to a machine component (1) for an electric machine, in particular a stator assembly or a rotor assembly, comprising: - a component body (2) having grooves (5); - One or more first winding parts, which are formed by means of one or more plug-in elements (6) for the construction of a plug-in winding; and - one or more second winding parts formed as wire windings with coil wires (8).

Description

Translated fromGerman

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft Maschinenkomponenten für elektrische Maschinen, insbesondere Statoren oder Rotoren, in denen Nuten mit eingebrachten Spulenseiten von Wicklungen vorgesehen sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zur Erhöhung des Nutfüllfaktors in den Nuten von Maschinenkomponenten.The present invention relates to machine components for electrical machines, in particular stators or rotors, in which grooves are provided with introduced coil sides of windings. In particular, the present invention relates to measures for increasing the slot fill factor in the grooves of machine components.

Stand der TechnikState of the art

Bei einer elektrischen Maschinen mit Spulenwicklungen wird die Leistungsdichte maßgeblich durch einen Nutfüllungsgrad von in Nuten einer Maschinenkomponente, wie z. B. in den Stator, eingebrachten Spulenseiten bestimmt. Der den Nutfüllungsgrad angebende elektrische Nutfüllfaktor ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche einer Nut und der Querschnittsfläche der in der Nut befindlichen, die Wicklungen bildenden Spulenleiter.In an electrical machine with coil windings, the power density is determined by a Nutfüllungsgrad of in grooves of a machine component, such. B. in the stator, introduced coil sides. The groove fill factor indicating the groove fill factor is given by the ratio between the cross-sectional area of a groove and the cross-sectional area of the in-slot coil conductors forming the windings.

Durch direktes Wickeln der Spulenseiten der Wicklungen z.B. mithilfe einer Nadelwickeltechnik wird der Spulenleiter (Spulendraht) durch die Nuten der Komponente eingezogen. Dieses Verfahren bietet eine hohe Flexibilität aufgrund der Möglichkeit, durch die Wahl der Windungszahl beliebige effektive Wicklungsquerschnitte und -konfigurationen auf identischen Maschinen zu verarbeiten. Prozessbedingt lassen sich hier in der Regel allerdings nur Spulenleiter mit runden Querschnitten verarbeiten. Selbst bei orthozyklischen Wicklungen von nicht isolierten Drähten, ohne Verwendung von Nutisolation und Nutabschlusspapier ist der elektrische Nutfüllfaktor aus geometrischen Gründen meist auf unter 90% begrenzt. Durch Vorsehen von Nutisolationselementen, durch Vorsehen der den Spulenleiter umgebenden Drahtisolation sowie aufgrund der beim Einziehen der Spulenleiter herrschenden Reibungsverhältnisse sind in der Praxis jedoch nur Nutfüllfaktoren von ca. 45% bis 50% erreichbar.By directly winding the coil sides of the windings, e.g. By means of a needle winding technique, the coil conductor (coil wire) is drawn through the grooves of the component. This method offers a high degree of flexibility due to the possibility of processing any effective winding cross-sections and configurations on identical machines by the choice of the number of turns. Due to the process, however, only coil conductors with round cross-sections can normally be processed here. Even with orthocyclic windings of non-insulated wires, without use of slot insulation and Nutabschlusspapier the electrical Nutfüllfaktor is limited for geometric reasons usually below 90%. By providing Nutisolationselementen, by providing the surrounding the coil conductor wire insulation and due to the prevailing upon insertion of the coil conductor friction conditions in practice, however, only Nutfüllfaktoren of about 45% to 50% can be achieved.

Mit anderen Verfahren, wie beispielsweise durch eine Stecktechnik, zum Einbringen der Spulenseiten in die Nuten der Maschinenkomponente können höhere Nutfüllfaktoren erreicht werden. Bei der Stecktechnik werden Steckwicklungen mit definiertem Leiterquerschnitt, der oftmals deutlich größer ist als der von Spulendrähten, in axialer Richtung in die Nuten eingesteckt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es sich schlecht bzw. nur mit hohem Aufwand auf andere Baugrößen der Maschinenkomponente anwenden lässt, insbesondere bei geänderten Nutabmessungen. Die Anpassung der Leitergeometrie an einen geänderten Nutquerschnitt führt in der Regel dazu, dass die Werkzeuge zur Herstellung der Steckwicklungen angepasst bzw. neu konstruiert werden müssen.With other methods, such as by a plug-in technique, for introducing the coil sides in the grooves of the machine component higher Nutfüllfaktoren can be achieved. In the plug-in technique, plug-in windings with a defined conductor cross-section, which is often significantly larger than that of coil wires, are plugged into the slots in the axial direction. However, this method has the disadvantage that it can be applied poorly or only with great effort to other sizes of the machine component, especially with changed groove dimensions. The adaptation of the conductor geometry to a modified groove cross-section usually leads to the tools for the production of the plug windings must be adapted or redesigned.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bereitstellen einer mit einer oder mehreren Wicklungen versehenen Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine zur Verfügung zu stellen, die einen möglichst hohen Nutfüllfaktor aufweist, wobei die Art der Bewicklung eine große Flexibilität aufweist, so dass die Art der Bewicklung auch ohne hohen Aufwand auf andere Baugrößen der Maschinenkomponente angewandt werden kann. Insbesondere ist es wünschenswert, bei hohem Nutfüllfaktor einen hohen Freiheitsgrad hinsichtlich der Wahl der Wicklungsquerschnitte und -verschaltungen zu erreichen.It is the object of the present invention to provide a method for providing a machine component provided with one or more windings for an electrical machine, which has the highest possible slot fill factor, the type of winding having a high degree of flexibility, so that the type of motor Wrapping can be applied to other sizes of the machine component without much effort. In particular, it is desirable to achieve a high degree of freedom with regard to the choice of the winding cross-sections and interconnections with a high slot fill factor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch die Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 sowie durch die elektrische Maschine und das Verfahren zum Aufbau einer Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.This object is achieved by the machine component for an electric machine according toclaim 1 and by the electric machine and the method for constructing a machine component for an electric machine according to the independent claims.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the present invention are specified in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Statoranordnung oder eine Rotoranordnung, vorgesehen, umfassend:

• – einen Komponentenkörper, der Nuten aufweist;
• – einen oder mehrere erste Wicklungsteile, die mithilfe eines oder mehrerer Steckelemente zum Aufbau einer Steckwicklung ausgebildet sind; und
• – einen oder mehrere zweite Wicklungsteile, die als Drahtwicklungen mit Spulendrähten ausgebildet sind.

According to a first aspect, a machine component for an electrical machine, in particular a stator arrangement or a rotor arrangement, is provided, comprising:

• A component body having grooves;
• - One or more first winding parts, which are formed by means of one or more plug-in elements for the construction of a plug-in winding; and
• - One or more second winding parts, which are formed as wire windings with coil wires.

Eine Idee der obigen Maschinenkomponente besteht darin, zu deren Herstellung verschiedene Wicklungstechniken miteinander zu kombinieren und dadurch den bisher bestehenden Zielkonflikt zwischen hohem Nutfüllfaktor und gleichzeitig hoher Flexibilität der Fertigung und Auslegung zu durchbrechen. Dies wird dadurch erreicht, dass ein erster Abschnitt der Nuten in der Maschinenkomponente durch Steckelemente zum Aufbau einer Steckwicklung bestückt wird und ein zweiter Abschnitt der Nuten mit einer Spule aus einem Spulendraht versehen wird, die entweder als direkt in die Maschinenkomponente gewickelte Spule z.B. mithilfe einer Nadelwicklung oder als vorab gewickelte Einzugswicklung ausgebildet sein kann. Durch diese Kombination der Wicklungstechniken kann ein relativ hoher Nutfüllfaktor erreicht werden, indem Steckelemente in den ersten Abschnitt der Nut der Maschinenkomponente eingesetzt werden, die mit ihren Querschnitten an den Querschnitt der Nut anpasst sind. Weiterhin kann durch Verwenden einer geeigneten Drahtwicklung mit einer anpassbaren Windungszahl der Querschnitt der durch den Spulendraht gebildeten Wicklungen in dem zweiten Abschnitt der Nut frei gewählt werden. Dies ermöglicht eine hohe fertigungs- und auslegungstechnische Flexibilität.One idea of the above machine component is to combine different winding techniques with one another for their production, thereby breaking the previously existing conflict of goals between a high slot fill factor and at the same time a high degree of flexibility in production and design. This is accomplished by populating a first portion of the grooves in the machine component with plug-in mating components and providing a second portion of the grooves with a spool of coil wire, either as a spool wound directly into the machine component, for example by means of a needle winding or may be formed as a pre-wound pull-in winding. By this combination of winding techniques, a relatively high Nutfüllfaktor can be achieved by inserting elements into the first section of the groove Machine components are used, which are adapted with their cross-sections of the cross-section of the groove. Furthermore, by using a suitable wire winding with an adaptable number of turns, the cross section of the windings formed by the coil wire can be freely selected in the second portion of the groove. This allows a high production and design flexibility.

Ein weiterer Vorteil der obigen Maschinenkomponente besteht darin, dass die beiden mit unterschiedlichen Wicklungstechniken hergestellten Wicklungen auch getrennt voneinander schaltbar sind, wodurch weitere Anwendungen und Ansteuerungen der elektrischen Maschine realisiert werden können. So kann eine Teilabschaltung für einen optimierten Hochlauf einer als Elektroantrieb verwendeten elektrischen Maschine mit einer derartigen Bewicklung unter Verwendung von nur einem der Wicklungsteile in einer Nut genutzt werden oder es kann bei geringerem Leistungsabruf (geringerem Drehmoment) der Energieverbrauch gesenkt werden. Für den Fall einer Sehnung, bei der zwei Phasenwicklungen in einer Nut vorgesehen sind, d. h. wenn die in dem ersten Abschnitt befindliche Wicklung und die in dem zweiten Abschnitt befindliche Wicklung jeweils verschiedenen Phasen zugeordnet sind, ist es u.U. nicht erforderlich, einen Phasentrenner einzufügen, da die Trennung der Phasen über die räumliche Trennung zwischen den zwei Abschnitten der Wicklungen erreicht wird.Another advantage of the above machine component is that the two windings made with different winding techniques are also switchable separately from each other, whereby further applications and controls of the electric machine can be realized. Thus, a partial shutdown for an optimized run-up of an electrical machine used as an electric drive with such a winding using only one of the winding parts in a groove can be used or it can be reduced with lower power consumption (lower torque) energy consumption. In the case of a chord, in which two phase windings are provided in a groove, i. H. if the winding located in the first section and the winding located in the second section are each assigned different phases, it may be. it is not necessary to insert a phase separator as the separation of the phases is achieved via the spatial separation between the two sections of the windings.

Weiterhin können die Steckelemente zu einer oder mehreren Wicklungen verschaltet sein.Furthermore, the plug-in elements can be interconnected to one or more windings.

Insbesondere können die Steckelemente jeweils einen Leiterabschnitt aufweisen, der einen ersten Abschnitt der Nut im Wesentlichen vollständig ausfüllt und insbesondere mit einem rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt ausgebildet ist.In particular, the plug-in elements may each have a conductor section which substantially completely fills a first section of the groove and is in particular formed with a rectangular or trapezoidal cross-section.

Gemäß einer Ausführungsform können die Leiterabschnitte der Steckelemente bezüglich einer Tiefe der Nut übereinander und/oder nebeneinander liegen.According to one embodiment, the conductor sections of the plug-in elements can lie one above the other and / or next to each other with respect to a depth of the groove.

Weiterhin können das eine oder die mehreren Steckelemente jeweils von einer Drahtisolation und/oder insgesamt von einer ersten Nutisolation umgeben sein.Furthermore, the one or more plug-in elements can each be surrounded by a wire insulation and / or a total of a first slot insulation.

Es kann vorgesehen sein, dass die Drahtwicklungen in einem zweiten Abschnitt der Nut angeordnet sind, der insbesondere näher an einer Nutöffnung der Nut angeordnet ist als die ersten Wicklungsteile.It can be provided that the wire windings are arranged in a second section of the groove, which is arranged in particular closer to a slot opening of the groove than the first winding parts.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Drahtwicklungen in einem ersten Abschnitt der Nut angeordnet sind, der insbesondere näher an einem Nutgrund der Nut angeordnet ist als die zweiten Wicklungsteile.Alternatively it can be provided that the wire windings are arranged in a first portion of the groove, which is arranged in particular closer to a groove bottom of the groove than the second winding parts.

Ferner können die Spulendrähte der Drahtwicklungen jeweils von einer Drahtisolation und/oder insgesamt von einer zweiten Nutisolation umgeben sein.Furthermore, the coil wires of the wire windings can each be surrounded by a wire insulation and / or in total by a second slot insulation.

Die Steckelemente können jeweils einen größeren Querschnitt aufweisen als die Spulendrähte, die zum Ausbilden der einer direkt gewickelten Spule oder einer Einzugswicklung verwendet werden.The plug-in elements can each have a larger cross-section than the coil wires used to form a directly wound coil or a pull-in winding.

Gemäß einer Ausführungsform können die ersten Wicklungsteile einen Nutfüllfaktor von mehr als 50% in einem ersten Abschnitt der Nut und die zweiten Wicklungsteile einen Nutfüllfaktor von weniger als 50% in einem zweiten Abschnitt der Nut aufweisen.According to one embodiment, the first winding parts may have a groove fill factor of more than 50% in a first portion of the groove and the second winding parts may have a groove fill factor of less than 50% in a second portion of the groove.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine elektrische Maschine mit der obigen Maschinenkomponente vorgesehen.In another aspect, an electric machine with the above machine component is provided.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Aufbau einer Maschinenkomponente vorgesehen, die einen Komponentenkörper mit mehreren an einem magnetischen Rückschlussbereich endenden Nuten aufweist, umfassend die folgenden Schritte:

• – Einbringen eines oder mehrerer erster Wicklungsteile durch Stecken von einem oder mehreren Steckelementen zum Bilden einer Steckwicklung in einem ersten Abschnitt einer oder mehrerer der Nuten; und
• – Einbringen eines oder mehrerer zweiter Wicklungsteile, die als Drahtwicklungen mit Spulendrähten ausgebildet sind, in einem zweiten Abschnitt einer oder mehrerer der Nuten.

According to a further aspect, there is provided a method of constructing a machine component comprising a component body having a plurality of grooves terminating in a magnetic return area, comprising the following steps:

• - inserting one or more first winding parts by inserting one or more plug-in elements to form a plug-in winding in a first portion of one or more of the grooves; and
• - Introducing one or more second winding parts, which are formed as wire windings with coil wires, in a second portion of one or more of the grooves.

Weiterhin kann der erste Abschnitt rückschlussbereichsnah und der zweite Bereich rückschlussbereichsfern in der Maschinenkomponente angeordnet sein.Furthermore, the first section can be arranged close to the return area and the second section can be arranged in the machine component remote from the return area.

Alternativ kann der zweite Abschnitt rückschlussbereichsnah und der erste Bereich rückschlussbereichsfern in der Maschinenkomponente angeordnet sein.Alternatively, the second section can be arranged close to the return region and the first region can be arranged in the machine component remotely.

Es kann vorgesehen sein, dass der eine oder die mehreren zweiten Wicklungsteile direkt in die Nuten gewickelt oder als vorgefertigte Drahtwicklung in die Nuten eingelegt werden.It can be provided that the one or more second winding parts are wound directly into the grooves or inserted as a prefabricated wire winding in the grooves.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine Querschnittsdarstellung durch einen Ausschnitt einer Maschinenkomponente, insbesondere eines Stators, mit einer Nut mit mehreren Wicklungssträngen; 1 a cross-sectional view through a section of a machine component, in particular a stator, with a groove having a plurality of winding strands;

2 eine Darstellung einer beispielhaften Verschaltung der durch die verschiedenen Wicklungsstränge in den Nuten gebildeten Bewicklung der Maschinenkomponente; 2 a representation of an exemplary interconnection of formed by the various winding strands in the grooves winding of the machine component;

3 eine Darstellung einer beispielhaften Verschaltung der durch die verschiedenen Wicklungsstränge in den Nuten gebildeten Bewicklung der Maschinenkomponente gemäß einer weiteren Ausführungsform; und 3 a representation of an exemplary interconnection of the winding formed by the various winding strands in the grooves of the machine component according to another embodiment; and

4 eine Darstellung einer beispielhaften Verschaltung der durch die verschiedenen Wicklungsstränge in den Nuten gebildeten Bewicklung der Maschinenkomponente gemäß einer weiteren Ausführungsform. 4 a representation of an exemplary interconnection of the winding formed by the various winding strands in the grooves of the machine component according to another embodiment.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer kreiszylindrischen Statoranordnung1 als Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine. Alternativ kann als Maschinenkomponente auch eine bewickelte Rotoranordnung einer elektrischen Maschine vorgesehen sein. 1 shows a schematic cross-sectional view of a section of a circularcylindrical stator assembly 1 as a machine component for an electric machine. Alternatively it can be provided as a machine component and a wound rotor assembly of an electric machine.

Ein Statorkörper2 der Statoranordnung1 umfasst einen Rückschlussbereich3 sowie von dem Rückschlussbereich3 sich radial nach innen erstreckende Statorzähne4. Die Statorzähne4 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet, so dass jeweils zwischen zwei benachbarten Statorzähnen4 eine Nut5 ausgebildet ist. Die Statorzähne4 können weiterhin an ihrem dem Rückschlussbereich3 entgegengesetzten Ende mit Zahnköpfen versehen sein, die die Nutöffnungen der Nuten5 verengen.Astator body 2 thestator assembly 1 includes aconclusion area 3 as well as theinference area 3 radially inwardly extending stator teeth 4 , The stator teeth 4 are equally spaced in the circumferential direction, so that in each case between two adjacent stator teeth 4 agroove 5 is trained. The stator teeth 4 can continue at their theinference area 3 To be provided at the opposite end with tooth heads, the groove openings of thegrooves 5 narrow.

Die Nut5 weist eine Tiefe T auf, die in einen ersten Abschnitt T1 und einen zweiten Abschnitt T2 unterteilt ist. In dem ersten Abschnitt T1 der Nut5 können ein oder mehrere Steckelemente6 in Form einer Steckwicklung eingesetzt sein, die einen ersten Wicklungsteil ausbilden. Jedes der Steckelemente6 kann von einer Drahtisolation61 umgeben sein, um eine elektrische Isolierung gegenüber dem Statorkörper2 bzw. gegenüber benachbarten Steckwicklungen6 bzw. Leiterbereichen von sonstigen Wicklungen zu gewährleisten.Thegroove 5 has a depth T which is divided into a first portion T1 and a second portion T2. In the first section T1 of thegroove 5 can have one or more plug-inelements 6 be used in the form of a plug-in winding, which form a first winding part. Each of the plug-inelements 6 can of awire insulation 61 be surrounded to provide electrical insulation against thestator body 2 or oppositeadjacent plug windings 6 or conductor areas of other windings.

Weiterhin kann eine erste Nutisolation7 vorgesehen sein, die im Falle von mehreren Steckelementen6 in einer Nut5 die mehreren Steckelemente6 umgibt, so dass die mehreren Steckelemente6 gemeinsam in den ersten Abschnitt T1 der Nut5 eingesetzt werden können. Üblicherweise sind die Steckelemente6 U-förmig ausgebildet, so dass diese bei der Montage in die elektrische Maschine mit ihren Schenkeln gleichzeitig in zwei verschiedene Nuten5 des Statorkörpers2 eingesetzt werden können.Furthermore, afirst slot insulation 7 be provided in the case of multiple plug-inelements 6 in agroove 5 the multiple plug-inelements 6 surrounds so that the multiple plug-inelements 6 together in the first section T1 of thegroove 5 can be used. Usually, the plug-inelements 6 U-shaped, so that when installed in the electric machine with their legs simultaneously in twodifferent grooves 5 of thestator body 2 can be used.

Vorzugsweise werden die Steckelemente6 in einem luftspaltfernen Bereich der Nut5, d. h. nahe dem Rückschlussbereich3, angeordnet. Insbesondere ist der Querschnitt des einen oder der mehreren Steckelemente6 so ausgebildet, dass der erste Abschnitt T1 der Nut5 bestmöglich durch den Leiterquerschnitt ausgefüllt ist. Insbesondere weisen die Steckelemente6 zumindest im Bereich ihrer Schenkel einen im Wesentlichen rechteckigen bzw. leicht trapezförmigen Querschnitt auf, um sich so einer entsprechenden Form der Nut5 anzupassen.Preferably, the plug-inelements 6 in an air gap remote area of thegroove 5 ie near theconclusion area 3 arranged. In particular, the cross section of the one or more plug-inelements 6 formed so that the first portion T1 of thegroove 5 best possible filled by the conductor cross-section. In particular, the plug-inelements 6 at least in the region of its legs on a substantially rectangular or slightly trapezoidal cross-section, so as to a corresponding shape of thegroove 5 adapt.

In den sich zwischen der ersten Wicklung und dem Luftspalt (rückschlussbereichsfernen Abschnitt) erstreckenden zweiten Abschnitt T2 der Nut5 wird nun eine Drahtwicklung mit Spulendrähten8 als zweiten Wicklungsteil eingebracht. Die Drahtwicklung kann z.B. mithilfe einer Nadelwickeltechnik direkt in die Nut5 hineingewickelt oder als vorgefertigte Drahtwicklung mithilfe einer Einzugstechnik in den zweiten Abschnitt T2 der Nut5 eingesetzt werden. Jeder der Spulendrähte8 der Drahtwicklung kann mit einer eigenen Drahtisolation81 umgeben seten Wicklungsin. Die Spulendrähte8 können von einer zweiten Nutisolation9 umgeben sein, die ein oder mehrteilig ausgebildet ist.In the extending between the first winding and the air gap (non-return portion) second portion T2 of thegroove 5 Now a wire winding with coil wires 8th introduced as a second winding part. The wire winding, for example, using a needle winding technology directly into thegroove 5 wound into it or as a prefabricated wire winding using a pull-in technique in the second section T2 of thegroove 5 be used. Each of the coil wires 8th The wire winding can be done with itsown wire insulation 81 surrounded winding winding. The coil wires 8th can from asecond slot insulation 9 be surrounded, which is formed one or more parts.

Insbesondere weisen die Spulendrähte8 einen runden Querschnitt auf, wie es im Gebiet von Spulenwicklungen üblich ist. Insbesondere ist der Querschnitt der einzelnen Steckelemente6 deutlich größer als der Querschnitt der einzelnen Spulendrähte8.In particular, the coil wires 8th a round cross-section, as is common in the field of coil windings. In particular, the cross section of the individual plug-inelements 6 significantly larger than the cross section of the individual coil wires 8th ,

Durch das Vorsehen der verschiedenartigen Wicklungen in dem ersten Abschnitt T1 der Nut5 und in dem zweiten Abschnitt T2 der Nut5 kann eine hohe Flexibilität bei der Fertigung und Auslegung der Maschinenkomponente erreicht werden. Zudem erhöht das Vorsehen der Wicklung in dem ersten Abschnitt T1 der Nut5 als Steckwicklung6 den Nutfüllfaktor erheblich, so dass die Leistungsdichte und der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine deutlich erhöht werden können.By providing the various windings in the first portion T1 of thegroove 5 and in the second portion T2 of thegroove 5 High flexibility in the production and design of the machine component can be achieved. In addition, the provision of the winding in the first portion T1 of the groove increases 5 as a plug-in winding 6 the Nutfüllfaktor considerably, so that the power density and efficiency of the electric machine can be significantly increased.

In2 ist schematisch ein Beispiel für ein Wicklungsschema gezeigt. Der obere Teil des Diagramms zeigt die erste Wicklung und der untere Teil des Diagramms zeigt die zweite Wicklung für eine von mehreren Phasen. Das Beispiel betrifft eine dreiphasige elektrische Maschine mit einer 36-nutigen Statoranordnung, wobei eine Serienschaltung von jeweils zwei durch Steckelemente6 in verschiedenen Nuten5 gebildeten ersten Wicklungsteilen und zwei durch Drahtwicklungen in verschiedenen Nuten gebildeten zweiten Wicklungsteilen vorgesehen ist. Die Drahtwicklungen der zweiten Wicklungsteile sind einander benachbart angeordnet, wobei einander benachbarte Drahtwicklungen jeweils mit einer Spulenseite durch eine Nut5 verlaufen. Eine Spulenseite der ersten Wicklungsteile und eine Spulenseite der zweiten Wicklungsteile befinden sich dabei in derselben Nut5. Es sind mehrere derartige Serienschaltungen vorgesehen, die in der dargestellten Ausführungsform dreifach um die Statoranordnung2 versetzt angeordnet sind. Die Serienschaltungen sind bezüglich der Phasenanschlüsse parallel zueinander angeordnet.In 2 schematically an example of a winding scheme is shown. The upper part of the diagram shows the first winding and the lower part of the diagram shows the second winding for one of several phases. The example relates to a three-phase electric machine with a 36-groove stator arrangement, wherein a series connection of two by plug-inelements 6 indifferent grooves 5 formed first winding parts and two formed by wire windings in different grooves second winding parts. The wire windings of the second winding parts are arranged adjacent to each other, with adjacent wire windings each having a coil side through agroove 5 run. A coil side of the first winding parts and a coil side of the second winding parts are in thesame groove 5 , There are provided a plurality of such series circuits, which in the illustrated embodiment three times around thestator 2 are arranged offset. The series circuits are arranged parallel to one another with respect to the phase connections.

In3 ist ein Wicklungsschema mit mehreren Steckelementen6 pro Nut5 dargestellt, wobei mindestens zwei der mehreren Steckelemente6 pro Nut5 durch zwei gleiche Nuten5 verlaufen und seriell miteinander verschaltet sind, um eine mehrwindige Spulenwicklung auszubilden. Jeweils zwei solcher mehrwindiger Spulenwicklungen sind sowohl in Reihe zueinander als auch in Reihe mit jeweils vier durch ein- oder mehrwindige Drahtwicklungen gebildete, in Reihe geschaltete Spulenwicklungen geschaltet. Die Drahtwicklungen sind einander benachbart angeordnet, wobei einander benachbarte Drahtwicklungen jeweils mit einer Spulenseite durch eine Nut5 verlaufen. Weiterhin befinden sich in einer Nut5 sowohl zwei oder mehrere Spulenleiter von zwei Steckelementen6 als auch eine Drahtwicklung, so dass der Wicklungsaufbau in einer Nut5 mindestens vierschichtig ist.In 3 is a winding diagram with several plug-inelements 6 pergroove 5 illustrated, wherein at least two of the plurality of plug-inelements 6 pergroove 5 by twoequal grooves 5 run and connected in series with each other to form a mehrwindige coil winding. In each case two such mehrwindiger coil windings are connected both in series with each other and in series with four each by one or more windings wire windings formed, connected in series coil windings. The wire windings are arranged adjacent to each other, with adjacent wire windings each having a coil side through agroove 5 run. Continue to be in agroove 5 both two or more coil conductors of two plug-inelements 6 as well as a wire winding, so that the winding structure in agroove 5 at least four layers.

In4 ist eine Verschaltung einer vierschichtig bewickelten Statoranordnung1 in Form einer Serienschaltung dargestellt. Alle jeweils einer Phase zugeordneten Steckwicklungen6 sind sowohl miteinander als auch mit den der gleichen Phase zugeordneten Drahtwicklungen, die insgesamt ebenfalls seriell miteinander verschaltet sind, in Reihe verschaltet. Die Drahtwicklungen sind einander benachbart angeordnet, wobei einander benachbarte Drahtwicklungen jeweils mit einer Spulenseite durch eine Nut5 verlaufen.In 4 is an interconnection of a four-layerwound stator assembly 1 shown in the form of a series circuit. All each associated with aphase mating windings 6 are connected in series with each other and with the same phase associated wire windings, which are also connected in series with each other in total. The wire windings are arranged adjacent to each other, with adjacent wire windings each having a coil side through agroove 5 run.

Claims (15)

Translated fromGerman

Maschinenkomponente (1) für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Statoranordnung oder eine Rotoranordnung, umfassend: – einen Komponentenkörper (2), der Nuten (5) aufweist; – einen oder mehrere erste Wicklungsteile, die mithilfe eines oder mehrerer Steckelemente (6) zum Aufbau einer Steckwicklung ausgebildet sind; und – einen oder mehrere zweite Wicklungsteile, die als Drahtwicklungen mit Spulendrähten (8) ausgebildet sind.Machine component ( 1 ) for an electrical machine, in particular a stator arrangement or a rotor arrangement, comprising: - a component body ( 2 ), the grooves ( 5 ) having; One or more first winding parts, which by means of one or more plug-in elements ( 6 ) are formed to build a plug-in winding; and - one or more second winding parts which are used as wire windings with coil wires ( 8th ) are formed.Maschinenkomponente nach Anspruch 1, wobei die Steckelemente (6) zu einer oder mehreren Wicklungen verschaltet sind.A machine component according to claim 1, wherein the plug-in elements ( 6 ) are connected to one or more windings.Maschinenkomponente nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steckelemente (6) einen Leiterabschnitt aufweisen, der einen ersten Abschnitt der Nut (5) im Wesentlichen vollständig ausfüllt und insbesondere mit einem rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt ausgebildet ist.A machine component according to claim 1 or 2, wherein the plug-in elements ( 6 ) have a conductor portion, which has a first portion of the groove ( 5 ) substantially completely fills and in particular is formed with a rectangular or trapezoidal cross-section.Maschinenkomponente nach Anspruch 3, wobei die Leiterabschnitte der Steckelemente (6) bezüglich einer Tiefe der Nut (5) übereinander und/oder nebeneinander liegen.A machine component according to claim 3, wherein the conductor sections of the plug-in elements ( 6 ) with respect to a depth of the groove ( 5 ) over each other and / or next to each other.Maschinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das eine oder die mehreren Steckelemente (6) jeweils von einer Drahtisolation und/oder von einer ersten Nutisolation (7) umgeben sind.A machine component according to any one of claims 1 to 4, wherein the one or more plug-in elements ( 6 ) each of a wire insulation and / or a first slot insulation ( 7 ) are surrounded.Maschinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Drahtwicklungen in einem zweiten Abschnitt der Nut (5) angeordnet sind, der insbesondere näher an einer Nutöffnung der Nut (5) angeordnet ist als die ersten Wicklungsteile.A machine component according to any one of claims 1 to 5, wherein the wire windings in a second portion of the groove ( 5 ) are arranged, in particular closer to a slot opening of the groove ( 5 ) is arranged as the first winding parts.Maschinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Drahtwicklungen in einem ersten Abschnitt der Nut (5) angeordnet sind, der insbesondere näher an einem Nutgrund der Nut (5) angeordnet ist als die zweiten Wicklungsteile.Machine component according to one of claims 1 to 5, wherein the wire windings in a first portion of the groove ( 5 ) are arranged, in particular closer to a groove bottom of the groove ( 5 ) is arranged as the second winding parts.Maschinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Spulendrähte (8) der Drahtwicklungen jeweils von einer Drahtisolation und/oder von einer zweiten Nutisolation (9) umgeben sind.A machine component according to any one of claims 1 to 7, wherein the coil wires ( 8th ) of the wire windings each of a wire insulation and / or a second groove insulation ( 9 ) are surrounded.Maschinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steckelemente (6) jeweils einen größeren Querschnitt aufweisen als die Spulendrähte (8).Machine component according to one of claims 1 to 8, wherein the plug-in elements ( 6 ) each have a larger cross-section than the coil wires ( 8th ).Maschinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die ersten Wicklungsteile einen Nutfüllfaktor von mehr als 55% in einem ersten Abschnitt der Nut (5) und die zweiten Wicklungsteile einen Nutfüllfaktor von weniger als 55% in einem zweiten Abschnitt der Nut (5) aufweisen.A machine component according to any one of claims 1 to 9, wherein the first winding parts have a groove fill factor of more than 55% in a first portion of the groove (Fig. 5 ) and the second winding parts have a groove fill factor of less than 55% in a second section of the groove (FIG. 5 ) exhibit.Elektrische Maschine mit einer Maschinenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Electric machine with a machine component according to one of claims 1 to 10.Verfahren zum Aufbau einer Maschinenkomponente, die einen Komponentenkörper (2) mit mehreren an einem magnetischen Rückschlussbereich (3) endenden Nuten (5) aufweist, umfassend die folgenden Schritte: – Einbringen eines oder mehrerer erster Wicklungsteile durch Stecken von einem oder mehreren Steckelementen (6) zum Bilden einer Steckwicklung in einem ersten Abschnitt einer oder mehrerer der Nuten (5); und – Einbringen eines oder mehrerer zweiter Wicklungsteile, die als Drahtwicklungen mit Spulendrähten (8) ausgebildet sind, in einem zweiten Abschnitt einer oder mehrerer der Nuten (5).Method for constructing a machine component comprising a component body ( 2 ) with several at a magnetic return area ( 3 ) ending grooves ( 5 ), comprising the following steps: - introducing one or more first winding parts by inserting one or more Plug-in elements ( 6 ) for forming a plug-in winding in a first section of one or more of the grooves ( 5 ); and - introducing one or more second winding parts, which are used as wire windings with coil wires ( 8th ) are formed in a second portion of one or more of the grooves ( 5 ).Verfahren nach Anspruch 12, wobei der erste Abschnitt rückschlussbereichsnah und der zweite Bereich rückschlussbereichsfern in der Maschinenkomponente angeordnet ist.The method of claim 12, wherein the first portion is located near the return area and the second range is located remotely in the machine component.Verfahren nach Anspruch 12, wobei der zweite Abschnitt rückschlussbereichsnah und der erste Bereich rückschlussbereichsfern in der Maschinenkomponente angeordnet ist.The method of claim 12, wherein the second portion is located near the return area and the first range is disposed remotely in the machine component.Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Drahtwicklung direkt in die Nuten (5) gewickelt oder als vorgefertigte Drahtwicklung einer Einzugswicklung in die Nuten (5) eingelegt wird.Method according to one of claims 12 to 14, wherein the wire winding directly into the grooves ( 5 ) or as a prefabricated wire winding of a pull-in winding in the grooves ( 5 ) is inserted.

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