DE10049883A1 - Multiphase motor with winding consisting of one or several motor modules formed by number of coil groups, which consist of several coils arranged next to each other - Google Patents

Multiphase motor with winding consisting of one or several motor modules formed by number of coil groups, which consist of several coils arranged next to each other

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Abstract

The motor includes a motor module formed by a number of coil groups according to the phase number of the winding. The coil groups are arranged next to each other and do not overlap. Several coils of a phase arranged next to each other, which do not overlap form a coil group. The winding of the motor consists of one or several motor modules, which can be connected to each other.

Description

Im Allgemeinen werden heute permanenterregte Drehstromsynchronmotoren und auch Asynchronkurzschlussläufermotoren sowohl als Linearmotoren als auch als rotatorische Motoren mit Wicklungen ausgeführt, bei der sich Spulen verschiedener Motorphasen überlappen.In general, three-phase synchronous motors are also permanently excited today Asynchronous short-circuit motors with both linear motors and rotary motors Windings carried out in which coils of different motor phases overlap.

Diese Wicklungen sind schwer herstellbar und haben einen Wickelkopf, der den mehrfachen Spulenquerschnitt aufweist.These windings are difficult to manufacture and have a winding head that is multiple Has coil cross-section.

Ziel der Erfindung ist es, eine Magnetkreisgeometrie und damit eine Wicklungsanordnung für permanenterregte Drehstromsynchronmotoren und Asynchronkurzschlussläufermotoren (eisenbehaftet oder eisenlos) zu finden, die die Verwendung nicht überlappender Spulen bei Mehrphasenwicklungen erlaubt sowie eine weitestgehende Sinusform der induzierten Spannung und bei eisenbehafteter Wicklung eine möglichst geringe magnetische Rastung (Cogging) aufweist. Diese Magnetkreisgeometrie soll besonders bei der Realisierung von eisenbehafteten und eisenlosen Linearmotoren und vielpoligen rotatorischen Motoren (z. B. Torquemotoren) zur Anwendung kommen.The aim of the invention is a magnetic circuit geometry and thus a winding arrangement for permanent magnet three-phase synchronous motors and asynchronous squirrel-cage motors (iron or ironless) to find that the use of non-overlapping coils Multi-phase windings allowed as well as a largely sinusoidal shape of the induced voltage and magnetic winding has the lowest possible magnetic cogging. This Magnetic circuit geometry is particularly intended for the implementation of iron-bearing and iron-free ones Linear motors and multi-pole rotary motors (e.g. torque motors) are used.

Erfindungsgemäß werden die Spulen bei eisenbehafteten oder eisenlosen Wicklungen in den Primärteilen so gestaltet, daß mehrere Spulen einer Phase nacheinander und nicht überlappend als Spulengruppe einer Phase angeordnet werden. Die Spulengruppen der weiteren Phasen sind dazu um jeweils 360° dividiert durch die Phasenzahl des Motors elektrisch versetzt (z. B. bei einer dreiphasigen Wicklung um 120°), und bilden gemeinsam mit der Spulengruppe der ersten Phase ein Motormodul.According to the invention, the coils are in the iron-containing or ironless windings in the Primary parts designed so that several coils of one phase in succession and not overlapping as Coil group of a phase can be arranged. The coil groups of the other phases are over each divided by 360 ° by the number of phases of the motor electrically offset (e.g. in the case of a three-phase 120 ° winding), and together with the coil group of the first phase form a motor module.

Zum Erreichen von gleichmäßigen Spulenabständen bei eisenbehafteten oder eisenlosen Wicklungen in Primärteilen werden die sich ergebenden Teilungen innerhalb der einzelnen Spulen­ gruppen der Phasen erfindungsgemäß gedehnt. Diese Maßnahme verbessert die Sinusform der induzierten Spannung.To achieve even coil spacings for iron-bearing or iron-less ones Windings in primary parts become the resulting divisions within the individual coils groups of the phases stretched according to the invention. This measure improves the sinusoidal shape induced voltage.

Bei eisenbehafteten Primärteilen reduziert die gleichmäßige Spulenaufteilung auch die magnetische Rastung zwischen Induktorkamm und den Magneten.In the case of primary parts containing iron, the uniform coil distribution also reduces the magnetic detent between the inductor comb and the magnets.

Der Magnetkreis ist erfindungsgemäß bei eisenbehafteten Primärteilen so gestaltet, daß jeder Zahn des Induktorkammes eine Spule aufnimmt. Die Zahnflanken des Induktorkammes sind vorzugsweise parallel ausgeführt, welches den Spuleneinbau entscheidend erleichtert.The magnetic circuit is designed according to the invention in iron-containing primary parts so that everyone Tooth of the inductor comb takes up a coil. The tooth flanks of the inductor comb are preferably carried out in parallel, which significantly facilitates the installation of the coil.

Der Motor (linear oder rotatorisch, synchron oder asynchron) kann erfindungsgemäß aus einem oder mehreren hintereinander gereihten Modulen aufgebaut werden, wobei die einzelnen Module konstruktiv direkt verbunden sein können.According to the invention, the motor (linear or rotary, synchronous or asynchronous) can consist of one or several modules arranged in a row, the individual modules can be directly connected constructively.

Eine besonders günstige Lösung ergibt sich z. B. bei einem eisenbehafteten dreiphasigen Primärteil für einen permanentmagneterregten Motor, wenn die einzelnen Spulengruppen einer Phase aus je drei Spulen gebildet werden und damit das Primärteil des Motormoduls aus insgesamt 9 Spulen besteht, die auf 9 Zähnen des Induktorkammes angeordnet sind, welches 10 Permanentmagnete des Sekundärteiles überdeckt. Die magnetische Rastung dieses Motors ist sehr gering, da innerhalb des Motormoduls alle Zähne des Induktorkammes unterschiedliche Raststellen aufweisen. Die induzierte Spannung ist praktisch sinusförmig.A particularly cheap solution results, for. B. in an iron-bearing three-phase Primary part for a permanent magnet excited motor when the individual coil groups of one phase are formed from three coils each and thus the primary part of the motor module from a total of 9 coils exists, which are arranged on 9 teeth of the inductor comb, which 10 permanent magnets of Secondary part covered. The magnetic detent of this motor is very low, because within the Motor module all teeth of the inductor comb have different locking points. The induced Voltage is practically sinusoidal.

Um die vorgenannten Charakteristiken des Magnetkreises bzw. der Wicklung zu erreichen, sind bei der Gestaltung eines Motormoduls folgende Bedingungen einzuhalten:
In order to achieve the aforementioned characteristics of the magnetic circuit or the winding, the following conditions must be observed when designing a motor module:

  • 1. Die Anzahl der vom Motormodul überdeckten Pole des Sekundärteils ist nicht durch die Phasenzahl ganzzahlig teilbar und um 1 größer als die Anzahl der Spulen im Primärteil. Da zum Erreichen guter Motoreigenschaften minimal zwei Spulen je Phase angeordnet werden müssen und die Gesamt­ zahl der Spulen im Motormodul ganzzahlig durch die Phasenzahl (m) teilbar sein muß, ist die vom Motormodul zu überdeckende Polanzahl (p) des Sekundärteiles durch die Beziehung p = 1 + n.m bestimmt, wobei n eine ganze natürliche Zahl < = 2 ist. 1. The number of poles of the secondary section covered by the motor module is not determined by the number of phases divisible by integer and 1 greater than the number of coils in the primary part. Because to achieve good Motor characteristics must be arranged at least two coils per phase and the total number of coils in the motor module must be divisible by the number of phases (m), is from Number of poles (p) of the secondary part to be covered by the motor module using the relationship p = 1 + n.m determined, where n is an integer <= 2.  
  • 2. Um Motormodule lückenlos aneinanderreihen zu können, muß die Anzahl der vom Modul überdeckten Pole geradzahlig sein. Für nur aus einem Modul bestehende Linearmotoren muß diese Bedingung nicht eingehalten werden.2. In order to be able to line up motor modules without gaps, the number of modules from the module covered poles to be an even number. For linear motors consisting of only one module this condition is not met.
  • 3. Der mittige Abstand zwischen den Spulengruppen zweier Phasen beträgt genau 1/m des elektrischen Winkels der vom Primärteil des Moduls überdeckten Pole, der mittige Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Spulen ist gleich.3. The central distance between the coil groups of two phases is exactly 1 / m of electrical angle of the poles covered by the primary part of the module, the central distance between successive coils is the same.

Die vorgenannten Prinzipien werden an Hand der beiliegenden Zeichnungen von eisenbehafteten permanenterregten Motoren näher erläutert:The above principles are illustrated by the attached drawings of those with iron permanent magnet motors explained in more detail:

Fig. 1 Prinzipdarstellung eines trivialen Linearmotors mit 4 Magneten und 3 Spulen. Fig. 1 Schematic representation of a trivial linear motor with 4 magnets and 3 coils.

Fig. 2 Prinzipdarstellung eines nicht erfindungsgemäß ausgeführten Linearmotors mit 8 Magneten und 6 Spulen. Fig. 2 Schematic representation of a linear motor not designed according to the invention with 8 magnets and 6 coils.

Fig. 3 Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäß ausgeführten Linearmotors mit 7 Magneten und 6 Spulen. Fig. 3 Schematic representation of a linear motor designed according to the invention with 7 magnets and 6 coils.

Fig. 4 Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäß ausgeführten Linearmotors mit 10 Magneten und 9 Spulen. Fig. 4 schematic representation of a linear motor designed according to the invention with 10 magnets and 9 coils.

Fig. 5 Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäß ausgeführten rotatorischen Motors mit 10 Magneten und 9 Spulen. Fig. 5 schematic diagram of an inventively designed rotary motor with the magnets 10 and 9 coils.

Fig. 6 Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäß ausgeführten rotatorischen Motors mit 20 Magneten und 18 Spulen. Fig. 6 Schematic representation of a rotary motor designed according to the invention with 20 magnets and 18 coils.

Beim im Fig. 1 dargestellten trivialen Linearmotor ist die induzierte Spannung nicht sinusförmig und der Primärteil des Motormodules hat 3 magnetische Raststellen bei einer Bewegung über eine Polteilung (180° el) gegenüber dem Sekundärteil.In the trivial linear motor shown in FIG. 1, the induced voltage is not sinusoidal and the primary part of the motor module has 3 magnetic locking points when moving via a pole pitch (180 ° el) relative to the secondary part.

Auch beim in Fig. 2 gezeigten, nicht erfindungsgemäß gestalteten Linearmotormodul treten die gleichen Rastungsprobleme auf, da sich magnetische Raststellen gleichzeitig an um 720° el. versetzten Zähnen des Induktorkammes ausbilden.The same latching problems also occur in the linear motor module shown in FIG. 2, which is not designed according to the invention, since magnetic latching points are simultaneously formed on teeth of the inductor comb that are offset by 720 °.

Erst das in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße Linearmotormodul weist diese Eigenschaft nicht auf. Alle 6 Zähne des Induktorkammes sind gegenüber den Permanentmagneten des Sekundärteiles unterschiedlich versetzt, so daß bei einer Bewegung über eine Polteilung 6 schwache, nicht störende magnetische Rastungen auftreten. Die induzierte Spannung ist größer, da die Dehnung des Zahnabstandes zum Erreichen einer gleichen Zahnteilung im Primärteil gegenüber den im Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Motormodulen geringer gewählt werden kann. Durch ungradzahlige Magnetzahl ist dieses Motormodul aber nicht für eine Reihung geeignet.Only the linear motor module according to the invention shown in FIG. 3 does not have this property. All 6 teeth of the inductor comb are offset differently from the permanent magnets of the secondary part, so that 6 , non-disturbing magnetic detents occur when moving over a pole pitch. The induced voltage is greater as the elongation of the tooth pitch can be set lower to achieve the same pitch in the primary part with respect to those shown in Fig. 1 and Fig. 2 engine modules. Due to the odd number of magnets, this motor module is not suitable for a series.

Das in Fig. 4 gezeigte erfindungsgemäß gestaltete Motormodul mit 10 Magneten im Sekundärteil und 9 Zähnen im Induktorkamm hat durch 9 schwach ausgeprägte magnetische Rastungen bei der Bewegung über eine Polteilung und durch die geringe erforderliche Dehnung der Zahnteilung ideale Eigenschaften hinsichtlich der magnetischen Rastung und der Form sowie der Größe der induzierten Spannung. Durch geradzahlige Magnetanzahl im Sekundärteil ist dieses Motormodul für eine Anreihung gut geeignet.The motor module according to the invention shown in FIG. 4 with 10 magnets in the secondary part and 9 teeth in the inductor comb has ideal properties with regard to the magnetic detent and the shape as well as 9 weak magnetic detents when moving over a pole pitch and due to the low required expansion of the tooth pitch the magnitude of the induced voltage. Due to the even number of magnets in the secondary part, this motor module is well suited for baying.

Einen, auf der Basis des in Fig. 4 dargestellten Linearmotormoduls, gestalteten rotatorischen Motor zeigt Fig. 5. Die bei dieser Lösung auftretende radiale Wellendurchbiegung durch sich ändernde Stromaufteilung zwischen den Phasen während einer Periode des Motorstromes wird durch den Aufbau eines Motors nach Fig. 6 mit 20 Magneten und 18 Zähnen am Primärteil auf der Basis von zwei angereihten Motormodulen nach Fig. 4 vermieden. Der Aufbau eines rotatorischen Motors aus mehr als zwei Motormodulen ist möglich und hat die gleichen Vorteile wie die Lösung nach Fig. 6.One on the basis of the linear motor module shown in Fig. 4, designed rotary motor shown in FIG. 5. The occurring in this solution radial shaft deflection due to changing current distribution between the phases during one period of the motor current is determined by the construction of an engine according to Fig. 6 Avoided with 20 magnets and 18 teeth on the primary part on the basis of two motor modules according to FIG. 4. The construction of a rotary motor from more than two motor modules is possible and has the same advantages as the solution according to FIG. 6.

Claims (5)

1. Mehrphasenmotoren mit Wicklungen ohne Spulenüberlappung dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spulen einer Phase nebeneinander und nicht überlappend als Spulengruppe einer Phase und eine der Phasenzahl der Wicklung entsprechende Anzahl solcher Spulengruppen ebenfalls nebeneinander ohne Überlappung ein Motormodul bilden, wobei die Gesamtzahl der Spulen ganzzahlig durch die Phasenzahl der Wicklung teilbar und um 1 kleiner als die von dem Motormodul überdeckte Polzahl des Sekundärteiles ist und die Wicklung des gesamten Motors aus einem oder mehreren dieser Motormodule besteht, die auch konstruktiv miteinander verbunden sein können.1. Multi-phase motors with windings without coil overlap, characterized in that several coils of one phase side by side and not overlapping as a coil group of a phase and a number of such coil groups corresponding to the number of phases of the winding also form a motor module side by side without overlap, the total number of coils being an integer by the number of phases the winding is divisible and smaller by 1 than the number of poles of the secondary part covered by the motor module and the winding of the entire motor consists of one or more of these motor modules, which can also be structurally connected to one another. 2. Mehrphasenmotoren mit Wicklungen ohne Spulenüberlappung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der mittige Abstand zwischen zwei Spulengruppen immer genau 1/3 des elektrischen Winkels beträgt, welcher durch die durch das Primärteil überdeckten Pole gebildet wird und die Spulenabstände innerhalb der Spulengruppe einer Phase so weit gedehnt werden, daß sich gleiche Spulenweiten im Motormodul und damit auch gleiche Zahnabstände bei eisenbehafteten Primärteilen ergeben.2. Multi-phase motors with windings without coil overlap according to claim 1 characterized in that the central distance between two coil groups is always exactly 1/3 of electrical angle, which is formed by the poles covered by the primary part and the coil distances within the coil group of a phase are stretched so far that same coil widths in the motor module and therefore also the same tooth spacing for those with iron Result in primary parts. 3. Mehrphasenmotoren mit Wicklung ohne Spulenüberlappung nach Anspruch 1. und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflanken der Zähne des Primärteiles bei eisenbehafteten Motoren parallel gestaltet werden.3. Multi-phase motors with winding without coil overlap according to claim 1. and 2. thereby characterized in that the tooth flanks of the teeth of the primary part in iron motors can be designed in parallel. 4. Mehrphasenmotoren mit Wicklungen ohne Spulenüberlappung nach Anspruch 1. und 2. dadurch gekennzeichnet, daß für die Reihung von Motormodulen vorzugsweise solche verwendet werden, deren Primärteile eine geradzahlige Polanzahl des Sekundärteiles überdecken.4. Multi-phase motors with windings without coil overlap according to claim 1. and 2. thereby characterized in that preferably those are used for the sequence of motor modules, whose primary parts cover an even number of poles of the secondary part. 5. Mehrphasenmotoren mit Wicklungen ohne Spulenüberlappung nach Anspruch 1., 2. und 4. dadurch gekennzeichnet, daß für den Aufbau von rotatorischen Motoren vorzugsweise mindestens zwei Motormodule eingesetzt werden, deren Primärteile eine geradzahlige Polanzahl des Sekundärteiles überdecken.5. Multi-phase motors with windings without coil overlap according to claim 1, 2 and 4. characterized in that preferably at least for the construction of rotary motors two motor modules are used, the primary parts of which are an even number of poles Cover the secondary part.
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