Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ELECTRICAL MACHINE, IN PARTICULAR THREE-PHASE MACHINE, AND USE THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/215189
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electrical machine (1; 1c), in particular a three-phase machine, which has a rotor (7; 7a; 7b) having a rotor coil winding and a stator (2; 2a) having a stator coil winding. Advantageously, the stator coil winding and/or the rotor coil winding is designed as a tooth coil winding. A particularly maintenance-friendly electrical machine is advantageously provided. In one embodiment, a tooth coil winding of the stator (2; 2a) has a plurality of stator coil elements (5, 6; 5a, 6a), which surround respective stator teeth (3, 4; 3a, 4a), and/or a tooth coil winding of the rotor (7; 7a; 7b) has a plurality of rotor coil elements (10, 11; 10a, 11a; 10b, 11b), which surround respective rotor teeth (8, 9; 8a, 9a; 8b, 9b).

Inventors:
OSTOVIC, Vlado (Muckensturmerstr. 25, Weinheim, 69469, DE)
GRÜN, Arthur (Derlerstraße 150, Püttlingen, 66346, DE)
PACAS, Mario (Siebelsaat 46, Freudenberg, 57258, DE)
Application Number:
EP2019/061735
Publication Date:
November 14, 2019
Filing Date:
May 07, 2019
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
HOCHSCHULE FÜR TECHNIK UND WIRTSCHAFT DES SAARLANDES (Goebenstraße 40, Saarbrücken, 66117, DE)
UNIVERSITÄT SIEGEN (Adolf-Reichwein-Straße 2a, Siegen, 57076, DE)
International Classes:
H02K3/12; H02K3/28; H02K17/12
Foreign References:
GB2524556A2015-09-30
DE102016204118A12016-09-22
US9048702B22015-06-02
DE102005039176A12007-02-22
EP3026791A12016-06-01
Attorney, Agent or Firm:
ZEINER, Johannes Michael (Heinrich-Barth-Straße 20, Saarbrücken, 66115, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche:

1. Elektrische Maschine (1 ; 1 c), insbesondere Drehstrommaschine, die einen Rotor (7;

7a; 7b) mit einer Rotorspulenwicklung sowie einen Stator (2; 2a) mit einer

Statorspulenwicklung aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Statorspulenwicklung und/oder die Rotorspulenwicklung als Zahnspulen wicklung ausgebildet ist bzw. sind.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine Zahnspulenwicklung des Stators (2; 2a) mehrere Statorspulenelemente (5, 6; 5a, 6a) aufweist, die jeweils einen Statorzahn (3, 4; 3a, 4a) umschließen, und/oder eine Zahnspulenwicklung des Rotors (7; 7a; 7b) mehrere Rotorspulenelemente (10, 1 1 ; 10a, 1 1 a; 10b, 1 1 b) aufweist, die jeweils einen Rotorzahn (8, 9; 8a, 9a; 8b, 9b) umschließen.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Statorspulenelement (5, 6; 5a, 6a) mit einem Statorzahn (3, 4; 3a, 4a) verbunden ist, insbesondere auf einen Statorzahn (3, 4; 3a, 4a) aufgesteckt ist, und/oder ein Rotorspulenelement (10, 1 1 ; 10a, 1 1 a; 10b, 1 1 b) mit einem Rotorzahn (8, 9; 8a, 9a; 8b, 9b) verbunden ist, insbesondere auf einen Rotorzahn (8, 9; 8a, 9a; 8b, 9b) aufgesteckt ist, und/oder vorzugsweise durch eine kraft- und/oder

stoffschlüssige Verbindung ortsfest gehalten ist.

4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass zwischen zwei Statorzähnen (3, 4; 3a, 4a), die jeweils mit einem

Statorspulenelement (5, 6; 5a, 6a) versehen sind, ein unbewickelter Statorzahn angeordnet ist und/oder dass zwischen zwei Rotorzähnen (8, 9; 8a, 9a; 8b, 9b), die jeweils mit einem Rotorspulenelement versehen sind, ein unbewickelter Rotorzahn angeordnet ist.

5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass in einer zwischen zwei benachbarten Statorzähnen (3, 4; 3a, 4) gebildeten Statornut (14) zwei nebeneinander oder übereinander angeordnete, vorzugsweise gegeneinander anliegende Statorspulenelementabschnitte vorgesehen sind und/oder dass in einer zwischen zwei benachbarten Rotorzähnen (8, 9; 8a, 9a; 8b, 9b) gebildeten Rotornut (29) zwei nebeneinander oder übereinander angeordnete, vorzugsweise gegeneinander anliegende Rotorspulenelementabschnitte (30, 31 ) vorgesehen sind.

6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass die elektrische Maschine (1 ) als Drehstrommotor oder Drehstromgenerator ausgebildet ist, insbesondere als Asynchronmaschine, vorzugsweise als

Asynchronmotor oder Asynchrongenerator (1c), und einen Rotor (7; 7a; 7b) umfasst, der eine Zahnspulenwicklung aufweist.

7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Stator (2; 2a) und der Rotor (7; 7a; 7b) gleiche oder voneinander verschiedene Phasenzahlen aufweisen, wobei der Stator (2; 2a) vorzugsweise drei Phasen und/oder der Rotor (7; 7a; 7b) vorzugsweise vier, fünf oder sieben Phasen aufweist.

8. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Maschine (1 ; 1c) als Innen- oder als Außenläufer ausgebildet ist.

9. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Nutfüllfaktor der Statorspulenwicklung und/oder der Rotorspulenwicklung zwischen 0,40 und 0,80 beträgt, vorzugsweise zwischen 0,45 und 0,70.

10. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass Statorzähne (3, 4; 3a, 4a) mit dem Stator (2; 2a) und/oder Rotorzähne (8, 9; 8a, 9a; 8b, 9b) mit dem Rotor (7; 7a; 7b) verbunden oder verbindbar sind, vorzugsweise lösbar verbindbar.

1 1 . Verwendung einer elektrischen Maschine (1 ; 1 c) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Windkraftanlage (21 ) zur Erzeugung von elektrischer Energie oder zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs.

2. Windkraftanlage (21 ), insbesondere getriebelose Windkraftanlage, die eine elektrische Maschine (1 ), vorzugsweise einen Asynchrongenerator (1 c), nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Erzeugung von elektrischer Energie aufweist.

Description:
Beschreibung:

Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW), 661 17 Saarbrücken (Deutschland)

Universität Siegen, 57076 Siegen (Deutschland)

Elektrische Maschine, insbesondere Drehstrommaschine sowie deren Verwendung“

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Drehstrommaschine, die einen Rotor mit einer Rotorspulenwicklung sowie einen Stator mit einer Statorspulenwicklung aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung der elektrischen Maschine sowie eine Windkraftanlage mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.

Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen bekannt, die entweder als Generator mechanische in elektrische Energie oder als Motor elektrische in mechanische Energie umwandeln. Der Rotor ist dabei der Teil einer elektrischen Maschine, der sich relativ zu dem fest angeordneten Stator bewegt, das heißt entweder dreht oder translatorisch bewegt.

Nachteilig bei bekannten elektrischen Maschinen, bei denen Stator und Rotor mit

Spulenwicklungen versehen sind, ist die erforderliche Baugröße, die maßgeblich von der Wickeltechnik bestimmt wird. Üblicherweise werden zumindest die Spulenwicklungen des Stators als sogenannte verteilte Wicklung ausgebildet, die sich über mehrere Statorzähne erstreckt (= Spulenweite). Diese komplizierte Wickeltechnik erfordert einerseits besonders aufwändige Herstellungsverfahren und führt andererseits zu einer großen Baulänge, die sehr viel größer als die sogenannte Aktivlänge ist. Außerdem ist bei einer Beschädigung einer verteilten Wicklung im Stator oder im Rotor eine vollständige Neubewicklung des Stators oder Rotors erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine zu schaffen, die eine kompakte Bauweise ermöglicht und die besonders wartungsfreundlich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Statorspulenwicklung und/oder die Rotorspulenwicklung als Zahnspulenwicklung ausgebildet ist bzw. sind.

Eine Zahnspulenwicklung ist einer Sonderfall einer verteilten Wicklung, bei der eine

Spulenweite soweit verkleinert wird, dass diese genau einer Nutteilung entspricht. Umwickelt wird folglich ein einzelner Stator- oder Rotorzahn. Dadurch, dass eine Zahnspulenwicklung eine im Vergleich zur bekannten verteilten Wicklungstechnik sehr kurze Wickelkopflänge erlaubt, ist bei einer gleichen Aktivlänge einer elektrischen Maschine eine kürzere Baulänge möglich. Ferner ist weniger Bewicklungsmaterial, zumeist Kupfer, erforderlich. Eine

Herstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist folglich preiswerter. Außerdem muss bei einer Beschädigung nicht der gesamte Stator oder Rotor neu bewickelt werden. Ein Austausch eines beschädigten Zahnwicklungsteils ist möglich. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine kann als Synchron- oder Asynchronmaschine ausgebildet sein. Als Asynchrongenerator, der insbesondere hochpolig ausgebildet ist, ist eine Verwendung in einer vorzugsweise getriebelosen Windkraftanlage denkbar.

Zweckmäßigerweise weist eine Zahnspulenwicklung des Stators mehrere

Statorspulenelemente auf, die jeweils einen Statorzahn umschließen, und/oder eine

Zahnspulenwicklung des Rotors weist mehrere Rotorspulenelemente auf, die jeweils einen Rotorzahn umschließen. Die Zahnspulenwicklung ist vorteilhaft modular aus mehreren Spulenelementen gebildet. Eine Phasenzahl des Stators und/oder Rotors muss nicht bereits bei einer Bewicklung festgelegt werden, sondern kann durch geeignete Schaltung der Spulenelemente nach deren Anbringung erfolgen. Dadurch, dass bei einer

Zahnspulenwicklung eine Spulenweite einer Nutteilung entspricht, ermöglicht die modulare Bauweise ferner einen einfachen Austausch einzelner Stator- und/oder

Rotorspulenelemente.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Statorspulenelement mit einem Statorzahn verbunden, insbesondere auf einen Statorzahn aufgesteckt, und/oder ein Rotorspulen element ist mit einem Rotorzahn verbunden, insbesondere auf einen Rotorzahn aufgesteckt, und/oder vorzugsweise durch eine kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung ortsfest gehalten. Vorteilhaft wird die Herstellung eines Stators oder Rotors einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine vereinfacht. Statt einer komplizierten verteilten Bewicklung können die Spulenelement aufgesteckt und elektrisch kontaktiert werden. Ist eines der Elemente beschädigt, kann es entfernt und ein neues angebracht werden. Dadurch wird ein

Wartungsaufwand verringert und eine Reparatur preiswerter. Bei hochdrehenden

elektrischen Maschinen, die insbesondere eine Nenndrehzahl von > 1200 Umdrehungen pro Minute aufweisen, ist ein keilförmiges Fixierelement vorgesehen, das eine zusätzliche Sicherung des mit einem Zahn verbundenen Spulenelements bewirkt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen zwei Statorzähnen, die jeweils mit einem Statorspulenelement versehen sind, ein unbewickelter Statorzahn angeordnet und/oder zwischen zwei Rotorzähnen, die jeweils mit einem Rotorspulenlement versehen sind, ist ein unbewickelter Rotorzahn angeordnet. Diese Zahnspulenwicklung lässt sich besonders einfach hersteilen, da in jeder Nut nur Spulenelementabschnitte eines einzigen Spulenelements angeordnet sind. Dadurch kann ferner ein besonders hoher Nutfüllfaktor erreicht werden.

Zweckmäßigerweise sind in einer zwischen zwei benachbarten Statorzähnen gebildeten Statornut zwei nebeneinander oder übereinander angeordnete, vorzugsweise gegeneinander anliegende Statorspulenelementabschnitte vorgesehen und/oder in einer zwischen zwei benachbarten Rotorzähnen gebildeten Rotornut sind zwei nebeneinander oder übereinander angeordnete, vorzugsweise gegeneinander anliegende Rotorspulenelementabschnitte vorgesehen. Ein Spulenelementabschnitt ist derjenige Abschnitt eines Spulenelements, der in einer Nut angeordnet ist. Vorteilhaft erlaubt diese Spulenelementanordnung die

Ausbildung einer kompakten sowie hochpoligen elektrischen Maschine.

Denkbar ist ferner, dass in einer Nut zwei Spulenelementabschnitte nebeneinander angeordnet sind und in einer weiteren, benachbarten Nut zwei weitere

Spulenelementabschnitte übereinander angeordnet sind. Vorteilhaft wird eine besonders kompakte Bauweise möglich.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrische Maschine als Drehstrom motor oder Drehstromgenerator ausgebildet, insbesondere als Asynchronmaschine, vorzugsweise als Asynchronmotor oder Asynchrongenerator, und umfasst einen Rotor, der eine Zahnspulenwicklung aufweist. Während aus dem Stand der Technik bekannte

Drehstrommotoren oder -generatoren, insbesondere Asynchronmtoren oder -genaratoren, auf Rotorseite einen sogenannten Kurzschlussläufer oder eine verteilte Wicklung mit Schleifringen aufweisen, ist eine erfindungsgemäße elektrische Maschine als

Drehstromgenerator oder -motor, vorzugsweise als Asynchronmotor oder als

Asynchrongenerator, mit einer Zahnspulenwicklung auf Rotorseite ausgebildet. Dadurch ist ein einfacher, robuster und sehr kompakter Aufbau des Rotors möglich. Die

erfindungsgemäße elektrische Maschine kann beispielsweise als Asynchrongenerator in einer Gondel einer Windkraftanlage installiert werden und hochpolig ausgebildet sein, das heißt mit zunehmender Leistung der Windkraftanlage insbesondere zwischen 50 und 300 Polen aufweisen. Dies entspricht einer Polpaaranzahl zwischen 25 und 150. Dadurch, dass eine Nenndrehzahl des Generators durch geeignete Wahl einer Polpaaranzahl einstellbar ist, kann die Nenndrehzahl auf eine zum Betrieb einer Windkraftanlage erforderliche Drehzahl eingestellt werden. Während eine Windkraftanlage mit einer Nennleistung von 1 bis 2 MW einen erfindungsgemäßen Generator mit vorzugsweise 200 bis 300 Polen erfordert, ist bei einer Windkraftanlage mit einer geringeren Leistung ein Generator mit vorzugsweise 100 bis 200 Polen ausreichend. Ein Getriebe ist vorteilhaft nicht mehr erforderlich. Dadurch wird ein Aufbau der Windkraftanlage vereinfacht und ein getriebebedingter Verlust, beispielsweise durch Reibung, verhindert. Außerdem sinken Herstellungskosten durch Wegfall des

Getriebes. Bei einer Beschädigung des Rotors der Maschine muss außerdem nur ein beschädigtes Spulenelement ausgetauscht werden und nicht der gesamte Rotor. Dies senkt die Wartungskosten und insbesondere den Wartungsaufwand bei einer Windkraftanlage in hohem Maße.

Zweckmäßigerweise weisen der Stator und der Rotor gleiche oder voneinander verschiedene Phasenzahlen auf, wobei der Stator vorzugsweise drei Phasen und/oder der Rotor vorzugsweise vier, fünf oder sieben Phasen aufweist. Vorteilhaft können dadurch

insbesondere bei einer Asynchronmaschine, beispielsweise einem Asynchronmotor oder einem Asynchrongenerator, die sowohl auf Stator als auch auf Rotorseite mit einer

Zahnspulenwicklung versehen ist, Störmomente, die von Oberwellen mit einer Ordnungszahl n>5 hervorgerufen werden, reduziert werden. Dadurch werden insbesondere keine gegenlaufenden Drehmomente ausgebildet.

Ist der Rotor fünfphasig ausgebildet, ist es vorteilhaft, wenn die elektrische

Phasenverschiebung 36° beträgt und ein Phasenschema [+E,+A; -A,+B; -B,+C; -C, +D; -D, +E; -E, -A; +A, -B; +B, -C; +C,-D; +D, -E] vorliegt, wobei durch Semikolon getrennte

Phasenpaare Rotorspulenelementen zugeordnet sind, deren Rotorspulenelementabschnitte auf unterschiedlichen Seiten eines Rotorzahns in benachbarten Rotornuten angeordnet sind. Jeder Buchstabe A bis E entspricht jeweils einer Phase.

Außerdem vorteilhaft ist ein fünfphasiger Rotor, der mit einer elektrischen

Phasenverschiebung von 12 gespeist wird und ein Phasenschema [+C, +A; -A, -D; +B, +D; -B, -E; +E, +C; -C, -A; +A, +D; -D, -B; +B, +E; -E, -C] aufweist, wobei durch Semikolon getrennte Phasenpaare Rotorspulenelementen zugeordnet sind, deren Rotorspulen elementabschnitte auf unterschiedlichen Seiten eines Rotorzahns in benachbarten

Rotornuten angeordnet sind. Jeder Buchstabe A bis E entspricht jeweils einer Phase. Ist der Rotor siebenphasig ausgebildet, ist es vorteilhaft, wenn die elektrische Phasenverschiebung 25,7° beträgt und ein Phasenschema [+G, +A; -A, +B; -B, +C; -C, +D; -D, +E; -E, +F; -F, +G; -A, -G; +A, -B; +B, -C; +C, -D; +D, -E; +E, -F; +F, -G ] vorliegt, wobei durch Semikolon getrennte Phasenpaare Rotorspulenelementen zuzuordnen sind, deren Rotorspulenelementabschnitte auf unterschiedlichen Seiten eines Rotorzahns in

benachbarten Rotornuten angeordnet sind. Jeder Buchstabe A bis G entspricht jeweils einer Phase.

Außerdem vorteilhaft ist ein siebenphasig ausgebildeter Rotor, der mit einer elektrischen Phasenverschiebung von 51 ,4° gespeist wird und ein Phasenschema [+D, +A; -A, -E; +E, +B; -B, -F; +F, +C; -C, -G; +G, +D; -D, -A; +A, +E; -E, -B; +B, +F; -F, -C; +C, +G; -G, -D] aufweist, wobei durch Semikolon getrennte Phasenpaare Rotorspulenelementen zugeordnet sind, deren Rotorspulenelementabschnitte auf unterschiedlichen Seiten eines Rotorzahns in benachbarten Rotornuten angeordnet sind. Jeder Buchstabe A bis G entspricht jeweils einer Phase.

Es versteht sich, dass andere Rotor- und Statorphasenzahlenkombinationen möglich sind. Beispielsweise könnte der Stator fünf, sieben oder neun Phasen aufweisen, während der Rotor fünf-, sieben-, neun- oder elfphasig ausgebildet ist.

Der Stator kann zweckmäßigerweise einen Gehäuseabschnitt der elektrischen Maschine bilden. Eine solche Maschine wird als Innenläufer bezeichnet. Denkbar ist auch, dass der Stator von dem Läufer umschlossen ist. In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrische Maschine als Innen- oder Außenläufer ausgebildet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt ein Nutfüllfaktor der

Statorspulenwicklung und/oder der Rotorspulenwicklung zwischen 0,40 und 0,80, vorzugsweise zwischen 0,45 und 0,70. Der Nutfüllfaktor, der theoretisch einen Wert > 0 und < 1 annehmen kann, ist ein Maß für die Ausfüllung einer zwischen zwei Stator- oder

Rotorzähnen befindlichen Nut mit einem elektrisch leitenden Wicklungsmaterial und beträgt bei einer verteilten Wicklung inetwa 0,45 bei Verwendung runder Wickeldrähte. In einer Nut sind Wicklungen unterschiedlicher Phasen angeordnet, die jeweils von einem isolierenden Material, welches eine Verringerung des Nutfüllfaktors bewirkt, umgeben sind. Bei mit Hochspannung betriebenen elektrischen Maschinen ist eine verteilte Wicklung aus Drähten mit einer eckigen, beispielsweise rechteckigen, Querschnittsfläche gebildet. Dadurch kann ein Nutfüllfaktor von bis zu 0,70 erreicht werden. Je höher der Nutfüllfaktor, desto höher ist eine Nennleistung einer elektrischen Maschine. Bei einer erfindungsgemäßen Stator- oder Rotorspulenwicklung beträgt der Nutfüllfaktor zwischen 0,45 und 0,60 bei Verwendung runder Wicklungsdrähte und zwischen 0,55 und 0,80 bei Verwendung von Wicklungsdrähten mit einer eckigen Querschnittsfläche.

Zweckmäßigerweise sind Statorzähne mit dem Stator und/oder Rotorzähne mit dem Rotor verbunden oder verbindbar, vorzugsweise lösbar verbindbar. Denkbar ist ferner, dass die Stator- und/oder Rotorzähne einstückig angeformt sind und/oder aus einem anderen Material als der Rotor oder der Stator gebildet sind, und/oder zwischen dem Stator und den

Statorzähnen eine formschlüssige, kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung ausgebildet ist und/oder zwischen dem Rotor und den Rotorzähnen eine formschlüssige, kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung ausgebildet ist. Vorteilhaft ist ein modularer Aufbau möglich. Stator oder Rotor können aus einem Grundteil gebildet sein, welches beispielsweise mit Nuten versehen ist, in denen Stator- oder Rotorzähne mit oder ohne Spulenelemente befestigt werden können, beispielsweise mittels einer sogenannten Schwalbenschwanzverbindung. Ferner wird ein erforderlicher Reparaturaufwand verringert, da ein Spulenelement gemeinsam mit einem Zahn, auf den es aufgebracht ist, ausgetauscht werden kann.

Denkbar ist außerdem eine kraft und/oder stoffschlüssige Steckverbindung, bei der Zapfen eines Zahns in für deren Aufnahme vorgesehene Öffnungen in dem Grundteil des Rotors oder Stators eingreifen und/oder von dem Grundteil des Rotors vorstehende Zapfen in für deren Aufnahme vorgesehene Öffnungen in dem Zahn eingreifen. Dadurch wird eine besonders stabile Verbindung bewirkt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Statorzähne und/oder die Rotorzähne im Querschnitt rechteckig, trapezförmig oder keilförmig ausgebildet.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine eignet sich besonders zu Verwendung als Generator oder als elektrischer Antrieb, vorzugsweise als doppelt gespeister

Asynchrongenerator. Als elektrischer Antrieb ist eine Verwendung in Industrierobotern, Werkzeugmaschinen, in Kraftfahrzeugen wie Personenkraftwagen, in Straßenbahnen und/oder als Antrieb in der Luft-, Wasser- und Raumfahrt denkbar. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten, sich auf die Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen

Maschine,

Fig. 2 Details einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,

Fig. 3 ein Detail einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

elektrischen Maschine,

Fig. 4a eine schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten

Windkraftanlage,

Fig. 4b eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage.

Eine in Fig. 1 schematisch gezeigte Drehstrommaschine ist als Drehstrom- Asynchronmaschine (1) ausgebildet und umfasst einen Stator (2) mit Statorzähnen (3, 4), auf die Statorspulenelemente (5,6) aufgesteckt sind und durch eine kraftschlüssige Verbindung in einer Aufsteckposition gehalten werden. Ein Rotor (7) umfasst Rotorzähne (8, 9), an denen Rotorspulenelemente (10, 1 1 ) angebracht sind. Jedes Spulenelement (5, 6, 10, 1 1 ) weist ferner Phasenanschlüsse (12, 13) auf. Die Statorspulenelemente (5, 6) bilden eine

Statorspulenwicklung, die Rotorspulenelemente (10, 1 1 ) eine Rotorspulenwicklung. Obwohl die Drehstrommaschine in diesem Ausführungsbeispiel als Innenläufer ausgebildet ist, ist eine Ausbildung als Außenläufer denkbar.

Obwohl die Anzahl der Statorspulenelemente (5, 6) und der Rotorspulenelemente (10, 1 1 ) in diesem Ausführungsbeispiel identisch ist, ist dies nicht erforderlich. Denkbar ist

beispielsweise, dass statorseitig acht mit einem Statorspulenelement (5, 6) versehene Statorzähne (3, 4) vorgesehen sind, während ein Rotor (7) sechs Rotorspulenelemente (10,

1 1 ) aufweist.

Außerdem ist denkbar, dass die Statorspulenwicklung als in Fig. 1 nicht gezeigte verteilte Wicklung ausgebildet ist, die sich über mehrere Statorzähne (3,4) erstreckt. Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in Fig. 1 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe a beigefügt ist.

Ein in Fig. 2a in einer perspektivischen Seitenansicht gezeigter Ausschnitt eines Stators (2a) ist zur Verdeutlichung einer Anbringung von Statorspulenelementen (5a, 6a) nicht rund, sondern länglich ausgebildet. Ferner sind aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich drei schematisch dargestellte Statorspulenelemente (5a, 6a) gezeigt.

Der Stator (2a) umfasst Statorzähne (3a, 4a), die mit den Statorspulenelementen (5a, 6a) derart versehen sind, dass eine zwischen zwei benachbarten Statorzähnen (3a, 4a) gebildete Statornut (14) mit jeweils einem in Fig. 2b im Querschnitt gezeigten

Statorspulenelementabschnitt (15, 16) nahezu vollständig über die gesamte Höhe h sowie die Breite b der Statornut (14) ausgefüllt ist. Die Statorspulenelementabschnitte (15, 16) sind diejenigen Abschnitte eines Statorspulenelements (5a, 6a), die in einer Statornut (14) angeordnet sind.

Zwischen zwei mit einem Statorspulenelement (5a, 6a) versehenen Statorzähnen (3a) befindet sich ein Statorzahn (4a), der kein Statorspulenelement trägt.

Es versteht sich, dass auch ein Rotor einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, insbesondere einer Drehstrommaschine, die in Fig. 2a gezeigte Spulenelementanordnung aufweisen kann.

Ein Stator einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine könnte dreiphasig mit einer Statornutzahl N s von 12, einer Spulenanzahl pro Pol von 2/5 und einer Polpaaranzahl von 5 ausgebildet sein.

Ein in Fig. 2a gezeigter Ausschnitt eines Stators (2a) ist in Fig. 2b im Querschnitt gezeigt. Mit den Buchstaben A, B und C sind die einzelnen Phasen bezeichnet, wobei eine gleiche Schraffur für Statorspulenelemente (5a, 6a) mit gleicher Phase steht. Die

Statorspulenelementabschnitte (15, 16) in einer Statornut (14) liegen gegen Flanken (17) der Statorzähne (3a, 4a) an.

Ein in Fig. 2c in einer perspektivischen Seitenansicht gezeigter Ausschnitt eines Rotors (7a) einer Asynchronmaschine ist zur Verdeutlichung der Anbringung von Rotorspulenelementen (10a, 1 1 a) nicht rund, sondern länglich dargestellt. Ferner sind aus Gründen der

Übersichtlichkeit lediglich drei schematisch dargestellte Rotorspulenelemente (10a, 1 1 a) gezeigt. In jeder Rotornut (29) sind zwei Rotorspulenelementabschnitte (30, 31 ) von

Rotorspulenelementen (10a, 1 1 a), die auf zwei benachbarte Rotorzähne (8, 9a) aufgesteckt sind, nebeneinander angeordnet und liegen gegeneinander sowie gegen Zahnflanken (17) an. Im Gegensatz zu der in Fig. 2a gezeigten Konfiguration ist jeder Rotorzahn (8a, 9a) mit einem Rotorspulenelement (10a, 1 1 a) versehen.

Ein in Fig. 2c gezeigter Ausschnitt eines Rotors (7a) ist in Fig. 2d im Querschnitt gezeigt. Mit den Buchstaben A, B und C sind die einzelnen Phasen bezeichnet.

Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine (1 ) mit einer Zahnspulenwicklung auf Stator- und/oder Rotorseite weist bei einer gleichen Aktivlänge L eine circa 20 bis 40% kürzere Baulänge auf als eine elektrische Maschine mit einer verteilten Wicklung auf Rotor- und/oder Statorseite.

Es versteht sich, dass die in Fig. 2a bis 2d gezeigten Zahnspulenwicklungen in einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine (1 ) sowohl rotor- als auch statorseitig angebracht sein können.

Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in Fig. 1 und 2 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe b beigefügt ist.

Ein in Fig. 3 im Querschnitt schematisch gezeigter Ausschnitt eines Rotors (7b) einer erfindungsgemäßen Maschine weist eine Zahnspulenwicklung mit Rotorspulenelementen (10b, 1 1 b) auf, die jeweils auf einen mit dem Rotor (7b) lösbar verbindbaren Rotorzahn (8b) aufgesteckt sind. Der Rotor umfasst ein Rotorgrundteil (18), welches mit einer eine

Hinterschneidung aufweisenden Rotorgrundteilnut (19), beispielsweise einer

schwalbenschwanzförmigen Nut, versehen ist, die zur Aufnahme eines Halteabschnitts (20) des Rotorzahns (8b, 9b) vorgesehen ist. Ist die Zahnspulenwicklung beschädigt, kann ein Austausch erfolgen, indem der Rotorzahn (8b) mit dem aufgesteckten Rotorspulenelement (10b, 1 1 b) aus der Rotorgrundteilnut (19) in deren Längsrichtung herausgeführt und durch Einschieben eines Austauschzahns ersetzt wird. Dadurch wird ein Wartungs- oder

Reparaturaufwand vereinfacht.

Es versteht sich, dass der Rotor (7b) mit einer Zahnspulenwicklung versehen sein kann, bei der in einer zwischen zwei Rotorzähnen (8b, 9b) angeordneten Rotornut mehrere

Rotorspulenelementabschnitte angeordnet sein können.

Außerdem ist denkbar, dass ein Stator (2; 2a) mit lösbaren Zähnen versehen ist. Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in Fig. 1 , 2 und 3 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe c beigefügt ist.

Eine in Fig. 4a schematisch gezeigte, aus dem Stand der Technik bekannte Windkraftanlage (21 ) umfasst einen Rotor (22), der bei Anströmung durch Wind dreht, ein Getriebe (23), welches die Drehungen des Rotors (22) an eine Frequenz eines Generators (24) anpasst sowie einen Frequenzumformer (25), der einer Netzeinspeisung (26) vorgeschaltet ist. Das Getriebe (23), der Generator (24) und der Frequenzumformer (25) sind dazu in einer Gondel (27) der Windkraftanlage (21 ) angeordnet.

Eine in Fig. 4b schematisch gezeigte Windkraftanlage (21 ) unterscheidet sich von der in Fig. 4a gezeigten dadurch, dass ein Rotor (22) der Windkraftanlage (21 ) nicht durch ein Getriebe mit einem Generator verbunden ist, sondern direkt. Der Generator ist als

Asynchrongenerator (1 c) ausgebildet, der insbesondere doppelt gespeist ist, und einen in Fig. 4b nicht gezeigten Rotor aufweist, der mit einer Zahnspulenwicklung versehen ist. Der Generator (1 c) ist insbesondere hochpolig ausgebildet, das heißt abhängig von einer Nennleistung der Windkraftanlage (21 ) mit vorzugsweise 50 bis 300 Polen, und weist rotor- und statorseitig vorzugsweise eine Polpaaranzahl zwischen 25 und 150 auf. Da bei einem Asynchrongenerator eine Nenndrehzahl mit zunehmender Polpaaranzahl abnimmt, ist durch geeignete Wahl einer Polpaaranzahl die Nenndrehzahl auf eine Drehzahl eines Rotors (22) einer Wind-kraftanlage (21 ) einstellbar. Dadurch ist vorteilhaft kein Getriebe (23) erforderlich. Ferner ist zur Netzeinspeisung (26) beim Betrieb der Windkraftanlage (21 ) mit einer erfindungsge-mäßen elektrischen Maschine (1 c) ein Teilumrichter ausreichend, der lediglich 20 bis 30% der Nennleistung eines Vollumrichters aufweist. Dadurch werden die

Herstellungskosten der Windkraftanlage (21 ) gesenkt und eine geringere Wärmeentwicklung in der Gondel (27) beim Betrieb der Windkraftanlage (21 ) erreicht.

Es versteht sich, dass die Verwendung einer erfindungsgemäßen hochpoligen elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators, nicht auf Windkraftanlagen beschränkt ist.