DE10061045A1

DE10061045A1 - Multi-phase electrical machine

Info

Publication number: DE10061045A1
Application number: DE2000161045
Authority: DE
Inventors: Kurt Reutlinger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2002-06-27
Also published as: EP1342306A1; WO2002047239A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrphasige elektrische Maschine (10) mit einem Ständer und einem Läufer, wobei in Nuten (22) des Ständers und/oder Läufers eine mehrphasige Wicklung mit stirnseitigen Wickelköpfen (25) zur Erzeugung eines Wander- bzw. Drehfeldes angeordnet ist. Die Wicklung besteht aus Windungen (23), die zu Spulen (18) zusammengefaßt und deren Spulen zu Phasensträngen verschaltet sind. Die Leiter (24) der Windungen haben zur Erzielung eines hohen Nutfüllfaktors einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt. Die Dicke der Leiter im Bereich der Nuten steht zur Dicke im Bereich ihrer beidseitigen Wickelköpfe in einem Verhältnis, daß der Anzahl der sich am Wickelkopf überdeckenden Spulen entspricht. Der Leiterquerschnitt ist im Bereich der Nuten und der Wickelköpfe gleich groß.The invention relates to a multiphase electrical machine (10) with a stator and a rotor, wherein a multiphase winding with end windings (25) for generating a traveling or rotating field is arranged in slots (22) of the stator and / or rotor. The winding consists of turns (23), which are combined to form coils (18) and whose coils are connected to form phase strands. The conductors (24) of the windings have an essentially rectangular cross section in order to achieve a high slot filling factor. The thickness of the conductors in the area of the slots is related to the thickness in the area of their winding heads on both sides in a ratio that corresponds to the number of coils overlapping on the winding head. The conductor cross-section is the same size in the area of the slots and the winding overhangs.

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrphasige elektrische Maschine mit einem Ständer und einem Läufer nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to a multi-phase electrical machine with a stand and a runner of the genus Main claim.

State of the art

Bei mehrphasigen elektrischen Maschinen wird in der Regel im Ständer oder im Läufer der Maschine durch eine mehrphasige Wicklung ein Wanderfeld bzw. Drehfeld erzeugt, mit dem im Motorbetrieb der Läufer der Maschine angetrieben bzw. im Generatorbetrieb im Ständer der Maschine die elektromotorische Kraft (EMK) induziert wird. Die mehrphasige Wicklung ist dabei in Nuten eines Ständer- oder Läufer-Blechpaketes angeordnet. Bei leistungsstarken Maschinen wie Kraftwerksgeneratoren und dergleichen haben die Leiter der mehrphasigen Wicklung zumeist zur Erzielung eines hohen sogenannten Nutfüllfaktors einen rechteckigen Querschnitt. Bei Drehstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge werden dagegen zumeist Leiter mit rundem Querschnitt verwendet, wodurch ein wesentlich geringerer Nutenfüllfaktor erzielbar ist. Die elektrischen Maschinen können als Synchronmaschine, Asynchronmaschine oder nach einem anderem Prinzip wie beispielsweise als Reluktanz- oder Hysteresemaschine arbeiten. Der Teil der Maschine, der die mehrphasige Wicklung trägt, wird als Anker bezeichnet. Als Nutenfüllfaktor wird das Verhältnis des blanken Wicklungsquerschnittes in einer Nut zu dem blanken Nutquerschnitt bezeichnet. Da bei elektrischen Maschinen mit Runddrahtwicklungen nicht sicher vorhersehbar ist, welche Windungen der einzelnen, in den Nuten untergebrachten Spulen nebeneinander zu liegen kommen, muß die Isolationsschicht der einzelnen Leiter hierbei mindestens die Durchschlagsfestigkeit der maximalen, an der Wicklung anliegenden Spannung haben. Außerdem überragt bei gewickelten Spulen der sogenannte Wickelkopf das Blechpaket des Ankers auf beiden Seiten relativ weit, da sich die Spulen dort überlagern.In multi-phase electrical machines is usually in Stand or in the rotor of the machine through a multi-phase Winding creates a traveling field or rotating field with which Motor operation of the rotor of the machine driven or in Generator operation in the stand of the machine electromotive force (EMF) is induced. The multiphase winding is in slots of a stator or Runner laminated core arranged. With powerful Have machines such as power plant generators and the like the conductors of the multi-phase winding mostly to achieve of a high so-called slot fill factor is rectangular Cross-section. For three-phase generators for motor vehicles mostly become conductors with a round cross-section used, which means a significantly lower slot fill factor is achievable. The electrical machines can be used as Synchronous machine, asynchronous machine or after another Principle such as reluctance or Hysteresis machine work. The part of the machine that the carrying multi-phase winding is called an anchor. As Groove fill factor is the ratio of the bare Winding cross section in a slot to the bare Groove cross section called. Since with electrical machines Round wire windings cannot be reliably predicted which Turns of the individual coils accommodated in the slots the insulation layer must come to lie next to each other of the individual leaders at least that Dielectric strength of the maximum, on the winding have applied voltage. Also towering over at wound coils the so-called winding head the laminated core of the anchor on both sides relatively far, since the Overlay coils there.

Aus der DE 197 36 645 C2 ist eine Wanderfeldmaschine bekannt, bei der zur Erhöhung des Nutenfüllfaktors eine Ankerwicklung mit rechteckförmigem Querschnitt der einzelnen Leiter der Wicklung in den Nuten des Ständers bzw. Läufers untergebracht ist. Um die Abmessungen der Wickelköpfe an den Stirnseiten des Blechpaketes im Bereich der sich überlagernden Spulen möglichst gering zu halten, ist dort vorgesehen, dass das Verhältnis der Dicke einer Spule im Bereich der Nut zu seiner Dicke im Bereich des Wickelkopfes dem Produkt der Phasenzahl der Wanderfeldmaschine und der Nutzahl jeder Spule entspricht. Das bedeutet, das bei einer Dreiphasen-Drehstrommaschine nach dem dortigen Ausführungsbeispiel die einzelnen Leiter einer Spule in einer Nut im Bereich der Wickelköpfe auf ein Drittel ihres Querschnittes reduziert werden sollen. Die Spulen bleiben dabei im Bereich der Wickelköpfe gebündelt, so dass sich dort die Spulen einer Phase mit den jeweils benachbarten Spulen der anderen Phasen überlagern. Dies hat jedoch den Nachteil, das durch die erhebliche Querschnittsreduzierung der Spulen im Bereich der Wickelköpfe eine erhöhte Wärmebelastung durch erhöhte spezifische Verlustleistung auftritt, zumal die Wärmeabführung an den Wickelköpfen geringer ist als im Bereich der Nuten.DE 197 36 645 C2 describes a traveling field machine known in which to increase the slot filling factor Armature winding with a rectangular cross section of each Head of the winding in the slots of the stator or rotor is housed. To the dimensions of the winding heads on the End faces of the laminated core in the area of the Keeping overlying coils as low as possible is there provided that the ratio of the thickness of a coil in the Area of the groove to its thickness in the area of the end winding the product of the phase number of the traveling field machine and the Usage corresponds to each coil. That means that with one Three-phase three-phase machine after the one there Embodiment the individual conductors of a coil in a groove in the area of the winding heads to a third of theirs Cross section should be reduced. The coils remain bundled in the area of the winding heads, so that there the coils of one phase with the neighboring ones Overlay coils of the other phases. However, this has the Disadvantage due to the considerable reduction in cross-section the coils in the area of the winding heads an increased Thermal load due to increased specific power loss occurs, especially since the heat dissipation at the winding heads is less than in the area of the grooves.

Mit der vorliegenden Erfindung wird angestrebt, die Leistungsdichte im Anker, bei Leitern mit reduzierter Dicke im Bereich der Wickelköpfe dadurch zu verbessern, daß die spezifische Verlustleistung an den Wickelköpfen in etwa der spezifischen Verlustleistung in den Nuten entspricht.With the present invention, the aim is Power density in the anchor, for conductors with reduced thickness to improve in the area of the winding heads that the specific power loss at the end windings in about the corresponds to the specific power loss in the grooves.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße mehrphasige elektrische Maschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass bei unverändertem Querschnitt der Spulen im Nut- und Wickelkopfbereich auch die Verlustleistung in diesen Bereichen einander angeglichen sind. Damit läßt sich eine gegenüber dem Stand der Technik höhere Leistungsdichte der elektrischen Maschine erzielen. Um die Abmessungen der Wickelköpfe dabei nicht wieder zu vergrößern, wird des weiteren in vorteilhafter Weise die Breite der Leiter im Bereich der Wickelköpfe zur Breite im Bereich der Nuten so gewählt, daß ihr Verhältnis unabhängig von der Nutzahl je Spule lediglich der Anzahl der sich am Wickelkopf überdeckenden Spulen entspricht. Bei einer Dreiphasenwicklung ist somit die Breite der Leiter an den Wickelköpfen dreimal so groß wie die Breite der Leiter in den Nuten.The multi-phase electrical machine according to the invention with the features of the main claim has the advantage that at unchanged cross section of the coils in slot and Winding head area also the power loss in these Areas are aligned. So that one higher power density compared to the prior art electrical machine. To the dimensions of the Not to enlarge winding heads again, the further advantageously the width of the conductor in Area of the winding heads to the width in the area of the grooves so chosen that their ratio regardless of the number of uses Coil only the number of times on the winding head covering coils. At a Three-phase winding is therefore the width of the conductor to the Winding heads three times the width of the ladder in the grooves.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Bei den bekannten Lösungen sind die Leiter einer Nut im Bereich der Wickelköpfe zu Spulen zusammengefaßt und gemeinsam um die Spülen der anderen Nuten herumgeführt. Um die sich dadurch häufig ergebenden beachtlichen axialen und radialen Ausdehnungen des Wickelkopfes in Grenzen zu halten, wird in vorteilhafter Weise vorgeschlagen, die Leiter einer Nut an den Wickelköpfen nicht mehr zu Spulen zusammenzufassen, sondern die Windungen der Spule eines Phasenstranges einzeln mit je einer Windung der benachbarten Spule eines anderen Phasenstranges übereinander zu schichten, so dass sich die nebeneinander in einzelnen Nuten eingebrachten Spulen an ihren Wickelköpfen gegenseitig durchdringen. Zu diesem Zweck werden in vorteilhafter Weise die Windungen im Bereich der Nuten als stabförmige Leiter und im Bereich der Wickelköpfe als blechförmige Verbindungslaschen ausgebildet.Advantageous further developments and refinements result from the other, mentioned in the subclaims Features. In the known solutions, the conductors are one Groove in the area of the winding heads combined to coils and routed together around the sink of the other grooves. Around the considerable axial and to keep radial dimensions of the winding head within limits, is proposed in an advantageous manner, the head of a No longer groove on the winding heads to coils summarize, but the turns of the coil one Phase strand individually with one turn of the neighboring Coil of another phase strand on top of each other layers so that they are side by side in individual grooves introduced coils on their winding heads each other penetrate. For this purpose, be advantageous the turns in the area of the grooves as rod-shaped conductors and in the area of the winding heads as sheet-shaped Connection tabs formed.

Geordnete, gleichförmige Wickelköpfe lassen sich in vorteilhafter Weise dadurch erzielen, dass die Verbindungslaschen in einer Umfangsrichtung von Nut zur übernächsten Nut fortlaufend übereinander geschichtet sind, wobei die Schrittweite der Windungen eine ungerade Zahl von mindestens drei vorzugsweise fünf Nutabständen beträgt.Orderly, uniform winding heads can be in advantageously achieve that Connecting tabs in a circumferential direction from groove to the next but one groove are continuously layered on top of each other, where the pitch of the turns is an odd number of is at least three, preferably five groove spacings.

Des Weiteren ist es für eine möglichst einfache und fertigungstechnisch sichere Herstellung der Wicklung vorteilhaft, wenn die Verbindungslaschen der Windungen an mindestens einem der beiden Wickelköpfe in ihrer gegenüber den Leiterstäben in den Nuten veränderten Querschnittsform durch Prägen hergestellt sind.Furthermore, it is as simple and easy as possible safe manufacture of the winding advantageous if the connecting tabs of the turns at least one of the two winding heads in their opposite the cross-sectional shape of the conductor bars in the grooves are produced by embossing.

Für einen geordneten Aufbau des Wickelkopfes ist es außerdem von Vorteil, wenn die Verbindungslaschen in Abständen von einer Nut zur übernächsten. Nut um jeweils ihre Dicke stufenartig in radiale Richtung, vorzugsweise von innen nach außen gebogen sind. Damit sich die Leiter aus benachbarten Nuten im Bereich der Wickelköpfe nicht gegenseitig behindern, wird in vorteilhafter Weise jede der Verbindungslaschen an ihrem einen Ende im oberen Bereich mit dem stabförmigen Leiter einer Windung und an ihrem anderen Ende im unteren Bereich mit einem anderen stabförmigen Leiter einer Windung verbunden.It is also for an orderly structure of the winding head of advantage if the connecting tabs at intervals of one groove to the next. Groove by their thickness gradually in the radial direction, preferably from the inside to the inside are curved outside. So that the ladder comes from neighboring Grooves in the area of the winding heads are not mutually exclusive hinder, each will advantageously Connecting tabs at one end in the upper area the rod-shaped conductor of one turn and on the other End at the bottom with another rod-shaped one Head connected to a turn.

Während an dem einen der beiden Wickelköpfe die Verbindungslaschen jeweils die beiden Leiterstäbe einer Windung miteinander verbinden, sind in vorteilhafter Weise an dem anderen Wickelkopf die einzelnen Windungen einer Spule sowie die Spulen eines Wicklungsstranges durch je eine Verbindungslasche miteinander verschaltet. Ferner sind an diesem anderen Wickelkopf auch die Enden der Phasenstränge angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß bei gleichem Wicklungsaufbau und unverändertem Wickelkopf auf der einen Seite an dem anderen Wickelkopf mehrere Spulen eines Phasenstranges in Reihe oder parallel geschaltet werden können und dass dort ebenfalls die Phasenstränge zu einer Stern- oder Dreieckschaltung zu verschalten sind.While on one of the two winding heads the Connection tabs each the two conductor bars Connect the turns together are advantageous on the other winding head the individual turns of one Coil and the coils of a winding strand by one each Connection tab interconnected. Furthermore are on this other winding end also the ends of the phase strands arranged. This has the advantage that the same Winding structure and unchanged winding head on one Side on the other winding head several coils one Phase string can be connected in series or in parallel can and that there also the phase strands to a Star or delta connection must be connected.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Windungen besteht darin, daß diese aus je einem haarnadelförmig vorgefertigten, von der einen Seite des Ständers und/oder Läufers in die jeweiligen zwei Nuten eingesetzten Windungsteil bestehen, wobei auf der anderen Seite des Ständers und/oder Läufers an den dort vorstehenden Enden des Wicklungsteiles jeweils eine Verbindungslasche zur Verschaltung der Windungen beziehungsweise der Spulen angeschweißt ist - unter Ausnahme der Phasenstrangenden.An advantageous embodiment of the turns exists in that they each have a hairpin-shaped prefabricated, from one side of the stand and / or Inserted into the respective two grooves Turn part exist, being on the other side of the Stand and / or runner at the projecting ends of the Winding part each have a connecting tab Connection of the turns or the coils is welded - with the exception of the phase strand ends.

drawing

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen an Hand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Further details of the invention are set forth in the following described embodiments using the associated Drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 das Schaltbild eines Drehstromgenerators für Kraftfahrzeuge, Fig. 1 is a circuit diagram of an alternator for motor vehicles,

Fig. 2 das Wicklungsschema der Drehstrom-Ständerwicklung des Generators aus Fig. 1 als Schleifenwicklung, Fig. 2 shows the winding scheme of the three-phase stator winding of the generator of Fig. 1 as a loop coil,

Fig. 3 einen Ausschnitt des Ständer-Blechpaketes mit einem Teil der Drehstromwicklung aus Fig. 2 in raumbildlicher Darstellung, Fig. 3 shows a detail of the stator laminated core with part of the three-phase winding of Fig. 2 in three-dimensional view,

Fig. 4 eine vorgefertigte Windung einer Spule der Drehstromwicklung nach Fig. 3, Fig. 4 is a prefabricated winding of a coil of the three-phase winding according to Fig. 3,

Fig. 5 eine zu Fig. 3 alternative Ausführungsform eines Wickelkopfes der Drehstromwicklung in gestreckter Darstellung als Ausschnitt und Fig. 5 shows an alternative to Fig. 3 embodiment of a winding head of the three-phase winding in a stretched representation as a section and

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der Drehstromwicklung als Wellenwicklung Fig. 6 shows another embodiment of the three-phase winding as a shaft winding

Description of the embodiments

In Fig. 1 ist das Schaltbild eines Drehstromgenerators für Kraftfahrzeuge mit 10 bezeichnet. Es umfaßt einen Rotor 11, beispielsweise in Klauenpolausführung mit einer Gleichstrom- Erregerwicklung 12, deren Stromstärke von einem Regler 13 lastabhängig geregelt wird. Im Ständer des Generators 10 ist eine dreiphasige Drehstromwicklung 14 untergebracht, deren drei Phasen auf einen Brückengleichrichter 15 geschaltet sind. Der Brückengleichrichter 15 liegt mit einem Ausgang auf Masse und mit seinem anderen Ausgang an der Plusklemme 16 des Generators. An die Plusklemme 16 wird eine nicht dargestellte Akkumulatorbatterie eines Kraftfahrzeuges zur Versorgung eines Kraftfahrzeugbordnetzes angeschlossen.In Fig. 1, the circuit diagram of a three-phase generator for motor vehicles is designated 10. It comprises a rotor 11 , for example in a claw-pole design with a direct current excitation winding 12 , the current intensity of which is regulated by a controller 13 depending on the load. A three-phase three-phase winding 14 is accommodated in the stator of the generator 10 , the three phases of which are connected to a bridge rectifier 15 . The bridge rectifier 15 is connected to ground with one output and to the positive terminal 16 of the generator with its other output. An accumulator battery, not shown, of a motor vehicle for supplying a motor vehicle electrical system is connected to the positive terminal 16 .

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau der dreiphasigen Drehstromwicklung 14 im Ständerblechpaket 17 des Drehstromgenerators 10. Die Drehstromwicklung 14 besteht dabei aus den drei Phasen R, S und T wobei die Spulen der Phase R durchgehend, die der Phase S gestrichelt und die der Phase T strich-punktiert gezeichnet ist. Die drei Phasen bilden in der Drehstromwicklung drei Phasenstränge mit den Enden U-X für die Phase R, den Enden V-Y für die Phase S und mit den Enden W-Z für die Phase T. Jeder dieser drei Phasenstränge der Drehstromwicklung 14 besteht ihrerseits aus zwei Spulengruppen mit den Enden U1-X1 und U2-X2 beziehungsweise V1-Y1 und V2-Y2 beziehungsweise W1-Z1 und W2-Z2. Die zwei Spulengruppen einer jeden Phase können nun jeweils zueinander parallel oder in Reihe geschaltet werden. Gemäß Fig. 2 besteht jede der insgesamt sechs Spulengruppen aus zwei Spulen. Für die Phase R sind dies die Spulen 18, 19, 20 und 21. Die Spulen 18 und 21 sowie die Spulen 19 und 20 sind jeweils zu einer Spulengruppe in Reihe geschaltet. In entsprechender Weise sind auch die Spulen der Phasen S und T paarweise in Reihe geschaltet. Fig. 2 zeigt eine vierpolige Drehstromwicklung, bei der die Schrittweite der einzelnen Spulen fünf Nuten beträgt. Die Lochzahl bzw. Nutzahl pro Pol und Phase ist zwei. Ein Polpaar (2p) umfaßt somit 12 Nuten. Die Drehstromwicklung 14 ist hier als Schleifenwicklung ausgeführt. Fig. 2 shows the schematic structure of the three-phase three-phase winding 14 in the stator core 17 of the rotary current generator 10. The three-phase winding 14 consists of the three phases R, S and T, the coils of the phase R being continuous, the phase S being dashed and the phase T being dash-dotted. The three phases form three phase strands in the three-phase winding with the ends UX for the phase R, the ends VY for the phase S and with the ends WZ for the phase T. Each of these three phase strands of the three-phase winding 14 in turn consists of two coil groups with the ends U1-X1 and U2-X2 or V1-Y1 and V2-Y2 or W1-Z1 and W2-Z2. The two coil groups of each phase can now be connected in parallel or in series with each other. Referring to FIG. 2, each of the six coil groups of two coils. For phase R, these are coils 18 , 19 , 20 and 21 . The coils 18 and 21 and the coils 19 and 20 are each connected in series to form a coil group. The coils of phases S and T are connected in series in a corresponding manner. Fig. 2 shows a four-pole three-phase winding, in which the step size of the individual coils is five slots. The number of holes or number of slots per pole and phase is two. A pair of poles ( 2 p) thus comprises 12 slots. The three-phase winding 14 is designed here as a loop winding.

Fig. 3 zeigt in einem Ausschnitt des Ständerblechpaketes mit seinen Nuten 22 zur Aufnahme der Drehstromwicklung 14 den neuartigen Aufbau eines Wickelkopfes mit der gegenseitigen Durchdringung der einzelnen Spulen. An Hand der Spule 18 ist erkennbar, daß jede der Spulen vier in je einer Nut übereinander angeordnete Windungen 23 umfaßt. Die untere der vier Windungen 23 ist in Fig. 4 in raumbildlicher Darstellung erkennbar. Die Windungen 23 bestehen aus Leitern 24, zum Beispiel aus Kupfer. Die Leiterdicke d1 im Bereich der Nuten 14 ist größer als die Leiterdicke d2 im Bereich der Wickelköpfe 25. Das Verhältnis ihrer Dicke d1 zu d2 entspricht der Anzahl der sich am Wickelkopf 23 überdeckenden Spulen 18. Da die Windungen 23 der Spule 18 aus der Nut 22a austreten und bei einer Schrittweite von 5 in die Nut 22b wieder eintreten, werden sie nur von den Windungen der Spulen 18a und 18b überlagert. Daraus ergibt sich, das sich am Wickelkopf 23 jeweils die Windungen dreier Spulen überlagern und damit ergibt sich das Verhältnis d1/d2 = 3. Die Windungen 23 haben somit im Bereich des Wickelkopfes 25 nur 1/3 der Dicke ihrer Leiter 24 im Bereich der Nuten 22. Fig. 3 shows in a section of the stator core with its grooves 22 for receiving the three-phase winding 14, the novel structure of a winding head with the mutual penetration of the individual coils. It can be seen from the coil 18 that each of the coils comprises four turns 23 arranged one above the other in a groove. The lower of the four turns 23 can be seen in a spatial representation in FIG. 4. The turns 23 consist of conductors 24 , for example made of copper. The conductor thickness d1 in the area of the grooves 14 is greater than the conductor thickness d2 in the area of the winding overhangs 25 . The ratio of their thickness d1 to d2 corresponds to the number of coils 18 overlapping on winding head 23 . Since the turns 23 of the coil 18 emerge from the slot 22 a and re-enter the slot 22 b at a step size of 5, they are only superimposed by the turns of the coils 18 a and 18 b. It follows from this that the windings of three coils overlap each other on the winding head 23 and thus the ratio d1 / d2 = 3. The windings 23 in the region of the winding head 25 are therefore only 1/3 the thickness of their conductors 24 in the region of the slots 22 .

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Auslastung der Drehstromwicklung 14 ist es wichtig, daß auch in diesem Fall der Leiterquerschnitt der Windungen 23 im Bereich der Nuten 22 und der Wickelköpfe 25 gleich groß beziehungsweise im wesentlichen gleich groß ist. Um dies bei einer verringerten Leiterdicke am Wickelkopf sicherzustellen, muß umgekehrt zur Dicke nunmehr die Breite b2 der Leiter 24 im Bereich der Wickelköpfe 25 zur Breite b1 im Bereich der Nuten 22 in einem Verhältnis stehen, das der Anzahl der sich am Wickelkopf 25 überdeckenden Spulen entspricht. Daraus folgt, daß die Windungen im Bereich des Wickelkopfes 25 bei diesem Ausführungsbeispiel dreimal so breit sind wie im Bereich der Nuten 22.In order to achieve uniform utilization of the three-phase winding 14 , it is important that in this case too the conductor cross section of the turns 23 in the area of the slots 22 and the end windings 25 is of the same size or essentially the same size. In order to ensure this with a reduced conductor thickness on the end winding, the width b2 of the conductor 24 in the region of the end windings 25 and the width b1 in the region of the grooves 22 must now be in a ratio which corresponds to the number of coils overlapping on the end winding 25 , It follows from this that the turns in the area of the winding overhang 25 in this exemplary embodiment are three times as wide as in the area of the grooves 22 .

Da bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Drei- Phasen-Drehstromwicklung 14 deren Spulen gemäß Fig. 2 in jeweils 2 benachbarte Nuten pro Pol eingelegt sind, ist die Dicke der Windungen 23 im Bereich der Wickelköpfe 25 ein Drittel der Dicke der Windungen im Bereich der Nuten 22. Umgekehrt ist die Breite der Windungen 23 im Bereich der Nuten ein Drittel der Breite der Windungen im Bereich der Wickelköpfe 25. Since in the present exemplary embodiment of a three-phase three-phase winding 14, the coils according to FIG. 2 are inserted into two adjacent slots per pole, the thickness of the turns 23 in the area of the winding heads 25 is one third of the thickness of the turns in the area of the slots 22 , Conversely, the width of the turns 23 in the area of the slots is one third of the width of the turns in the area of the winding overhangs 25 .

Für eine geordnete Verschachtelung der Windungen im Bereich der Wickelköpfe ist vorgesehen, die Windungen 24 im Bereich der Nuten 22 als rechteckförmigen Leiterstab 24a und im Bereich der Wickelköpfe 25 als blechförmige Verbindungslaschen 24b auszubilden. Dabei sind die Verbindungslaschen 24b in einer Umfangsrichtung 26 von einer Nut 22a zur übernächsten Nut fortlaufend übereinander geschichtet. Um bei dieser Art der Schichtung den für jede Verbindungslasche benötigten Raum zu schaffen, ist vorgesehen, das die Verbindungslaschen 24b von einer Nut 22a zur übernächsten Nut 22c um ihre Dicke in Stufen 24c radial von innen nach außen gebogen sind. Eine relativ einfache und sichere Herstellung und Montage der Windungen 23 im Ständerblechpaket 17 läßt sich dadurch realisieren, daß jede der Windungen 23 aus je einem haarnadelförmig vorgefertigten und von der einen Seite des Ständers in die jeweiligen zwei Nuten 22a, 22b eingesetzten Windungsteil 23a bestehen. Dabei wird die Verbindungslasche 24b dieses Windungsteiles 23a in ihrer gegenüber den Leiterstäben 24a in den Nuten 22 veränderten Querschnittsform durch Prägen hergestellt. Auf der anderen Seite des Ständerblechpaketes 17 stehen dabei die Enden 23b des haarnadelförmigen Wicklungsteiles 23a aus den Nuten 22a und 22b vor. An diesen Enden 23b kann nun jeweils eine weitere, separat durch Prägen hergestellte Verbindungslasche 27 zur Verschaltung mit dem nächsten, in der Nut eingesetzten Windungsteil 23a angeschweißt werden. In gleicher Weise läßt sich auch ein vorgefertigtes Spulenende 28 an das freie Ende 23b des Wicklungsteiles 23a anschweißen. Das Spulenende 28 kann dabei zur Verschaltung einer Spulengruppe beziehungsweise eines Phasenstranges oder zu einem Phasenstrangende verwendet werden.For an orderly nesting of the windings in the area of the winding overhangs, it is provided that the turns 24 in the area of the grooves 22 as a rectangular conductor bar 24 a and in the area of the winding overhangs 25 as a sheet-shaped connecting tabs 24 b. The connecting tabs 24 b are continuously layered one above the other in a circumferential direction 26 from a groove 22 a to the next but one groove. In order to create the space required for each connecting lug in this type of stratification, it is provided that the connecting lugs 24 b are bent radially from the inside outwards in steps 24 c from one groove 22 a to the next groove 22 c by their thickness. A relatively simple and safe manufacture and assembly of the windings 23 in the stator core 17 can be realized in that each of the windings 23 is made from a hairpin-shaped and from one side of the stand inserted into the respective two grooves 22 a, 22 b winding part 23 a consist. The connecting lug 24 b of this winding part 23 a is produced in its cross-sectional shape, which is changed in the grooves 22 compared to the conductor bars 24 a, by stamping. On the other side of the stator core 17 , the ends 23 b of the hairpin-shaped winding part 23 a protrude from the grooves 22 a and 22 b. At each of these ends 23 b, a further connecting lug 27 , separately produced by stamping, can be welded for connection to the next winding part 23 a inserted in the groove. In the same way, a prefabricated coil end 28 can also be welded to the free end 23 b of the winding part 23 a. The coil end 28 can be used to connect a coil group or a phase strand or to a phase strand end.

Eine geordnete Verschachtelung der Verbindungslaschen am Wickelkopf 25 muß bereits im Übergangsbereich zu den beiden Leiterstäben 24a erfolgen. Hierzu ist vorgesehen, daß die Verbindungslaschen 24b an ihrem einen Ende im oberen Bereich 24d mit dem Leiterstab 24a und an ihrem anderen Ende im unteren Bereich 24e mit dem anderen Leiterstab 24a verbunden sind.An orderly nesting of the connecting lugs on the winding head 25 must already take place in the transition area to the two conductor bars 24 a. For this purpose, it is provided that the connecting tabs 24 b are connected at one end in the upper region 24 d to the conductor bar 24 a and at their other end in the lower region 24 e to the other conductor rod 24 a.

Eine alternative Ausführungsform der Drehstromwicklung 14 aus Fig. 2 ist mit Blick auf den Wickelkopf 25 am Ständerblechpaket 17 in Fig. 5 abschnittsweise dargestellt, wobei der Ständer mit seinen Nuten 22 gestreckt gezeichnet ist. Dort sind die Verbindungslaschen 24b der Windungen 23 in der Dicke ebenfalls auf ein Drittel der Leiterstabdicke in den Nuten 22 reduziert, dagegen jedoch dreimal so breit wie die Breite der Leiterstäbe in den Nuten. Auch hier werden die Verbindungslaschen 24b durch Prägen hergestellt, wobei jedoch eine Stufung in radiale Richtung nicht mehr erforderlich ist. Vielmehr verlaufen die Verbindungslaschen 24b parallel übereinander, wobei sie sich abschnittsweise in Umfangsrichtung überdecken. Bei der Prägung der Verbindungslaschen 24b ist jedoch darauf zu achten, daß sie sich ohne gegenseitige Behinderung und ohne Luftspalt übereinander schichten lassen. Zu diesem Zweck wird die Verbindungslasche 24b der unteren Windung 23 der Spule 18b an ihren Enden jeweils im unteren Bereich der stabförmigen Leiter 24a angeformt. Die Verbindungslaschen 24b der darüber liegenden Windungen 23 der Spule 18a wird an ihren Enden im mittleren Querschnittsbereich der stabförmigen Leiter 24a angeformt und die darüber liegenden Verbindungslaschen 24b der Leiter 23 der Spulen 18b werden mit ihren Enden im oberen Querschnittsbereich der stabförmigen Leiter 24a angeformt. Dies wiederholt sich nun für jede Windungslage. Die Verschaltungen der Windungen untereinander erfolgt hier durch eine entsprechend geformte Verbindungslasche 27 nach Fig. 4 auf der anderen Stirnseite des Blechpaketes 17. An alternative embodiment of the three-phase winding 14 from FIG. 2 is shown in sections with a view of the winding head 25 on the stator core 17 in FIG. 5, the stator with its grooves 22 being drawn in a stretched manner. There, the connecting lugs 24 b of the turns 23 are also reduced in thickness to one third of the conductor bar thickness in the grooves 22 , but on the other hand three times as wide as the width of the conductor bars in the grooves. Here, too, the connecting tabs 24 b are produced by embossing, but a gradation in the radial direction is no longer necessary. Rather, the connecting tabs 24 b run parallel one above the other, overlapping sections in the circumferential direction. When embossing the connecting tabs 24 b, however, care must be taken that they can be stacked on top of one another without mutual hindrance and without an air gap. For this purpose, the connecting tab 24 b of the lower turn 23 of the coil 18 b is formed at its ends in the lower region of the rod-shaped conductor 24 a. The connecting tabs 24 b of the turns 23 of the coil 18 a lying above are formed at their ends in the central cross-sectional area of the rod-shaped conductors 24 a and the connecting tabs 24 b above the conductors 23 of the coils 18 b are formed with their ends in the upper cross-sectional area of the rod-shaped conductors 24 a molded. This is now repeated for each turn position. The turns are interconnected here by a correspondingly shaped connecting lug 27 according to FIG. 4 on the other end face of the laminated core 17 .

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. So kann die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Drehstromwicklung 14 als Schleifenwicklung ebenso gut als Wellenwicklung ausgeführt sein. Die in Fig. 4 dargestellte Verbindungslasche 27 würde für diesen Fall bei gleicher Spulenweite in die entgegengesetzte Wickelrichtung geschwenkt werden. Anstelle einer vierpoligen Maschine kann ebenso gut mit der gleichen Wicklungsart eine höhere Polzahl bei entsprechend größerer Nutzahl realisiert werden. Außerdem können pro Pol auch mehr oder weniger Nuten als, die hier gewählten zwei Nuten verwendet werden. Anstelle von drei Wicklungssträngen wären auch zwei oder vier Wicklungsstränge realisierbar. Zu beachten ist jedoch, daß bei einer größeren Schrittweite der Spulen auch die Anzahl der sich überlagernden Spulen an den Wickelköpfen zunimmt. Dementsprechend muß dann einerseits die Dicke, der Verbindungslaschen an den Wickelköpfen abnehmen und die axiale Erstreckung durch die Breite der Verbindungslaschen muß dabei zunehmen. Hierbei ergibt sich dann in zunehmendem Maße bei dem Übergang der Leiterstäbe in den Nuten zu den Verbindungslaschen eine Engstelle mit einer erhöhten Stromdichte. In vorteilhafter Weise werden alle Wicklungsanschlüsse und Spulenverbindungen auf ein und derselben Stirnseite des Ankers angeordnet. Ebenso gut ist es jedoch im Bedarfsfalle auch möglich, die Anschlußenden und Strangverbindungen auf beide Wickelköpfe zu verteilen. Gegebenenfalls können auch die Anschlüsse auf einer Jochseite zu einem Anschlußkasten geführt werden oder in einer Ringleitung an der Stirnfläche des Ständerjoches zusammen gefaßt werden.The invention is not limited to the exemplary embodiments shown. Thus, the embodiment of the three-phase winding 14 shown in FIG. 2 as a loop winding can also be designed as a wave winding. The connecting tab 27 shown in FIG. 4 would be pivoted in the opposite winding direction for the same coil width. Instead of a four-pole machine, a higher number of poles can be realized with the same type of winding with a correspondingly larger number of uses. In addition, more or fewer slots can be used per pole than the two slots selected here. Instead of three winding strands, two or four winding strands could also be implemented. However, it should be noted that with a larger step size of the coils, the number of overlapping coils on the winding heads also increases. Accordingly, on the one hand, the thickness of the connecting tabs on the end windings must decrease and the axial extension through the width of the connecting tabs must increase. This then increasingly results in a constriction with an increased current density in the transition of the conductor bars in the grooves to the connecting tabs. All winding connections and coil connections are advantageously arranged on one and the same end face of the armature. However, it is equally possible, if necessary, to distribute the connection ends and strand connections over both winding heads. If necessary, the connections on a yoke side can be led to a junction box or can be combined in a ring line on the end face of the stator yoke.

Fig. 6 zeigt schließlich als weitere Alternative der Drehstromwicklung 14 deren Ausführung als Wellenwicklung. Bei dieser Ausführung ist eine Aufteilung der einzelnen Windungen in einen haarnadelförmigen Teil 23a und eine Verbindungslasche 27 gemäß Fig. 4 nicht mehr zwingend erforderlich. Bei entsprechend weiten Nutschlitzen im Blechpaket 17 ist es nunmehr auch möglich, die einzelnen Phasenstränge vollständig vorzufertigen und dann, ausgehend von den Anfängen U, V und W, jeweils die erste Schleife jeder Phase in einem Abstand von zwei Nuten voneinander und mit einer Schrittweite von 3 Nuten (Nutzahl pro Pol = 1) in die Nuten 1, 3 und 5 einzulegen. Alle drei Phasenstränge werden nun miteinander umlaufend in die ihnen zugeordneten Nuten 4, 6 und 8 und so fort eingelegt, so daß an den Wickelköpfen auf diese Weise automatisch die erfindungsgemäße Schichtung der Windungen entsteht. Da sich aufgrund der Nutzahl pro Pol = 1 hier nur jeweils zwei Spulen an den Wickelköpfen kreuzen, werden die Verbindungslaschen gegenüber den stabförmigen Leitern nur halb so dick und doppelt so breit ausgeführt. Fig. 6 shows a further alternative, the three-phase winding 14 which runs as a wave winding. In this embodiment, a division of the individual turns into a hairpin-shaped part 23 a and a connecting tab 27 according to FIG. 4 is no longer absolutely necessary. With correspondingly wide slot slots in the laminated core 17 , it is now also possible to completely prefabricate the individual phase strands and then, starting from the beginnings U, V and W, the first loop of each phase at a distance of two grooves from one another and with a step width of 3 Insert grooves (number of uses per pole = 1) in grooves 1 , 3 and 5 . All three phase strands are now all around in the assigned grooves 4 , 6 and 8 and so on, so that the winding layers according to the invention are automatically created in this way on the winding heads. Since only two coils cross each other at the end windings due to the number of uses per pole = 1, the connecting lugs are only half as thick and twice as wide as the rod-shaped conductors.

Claims

1. Multi-phase electrical machine with a stator and a rotor, wherein in the slots of the stator and / or rotor, a multi-phase winding ( 14 ) with end winding heads ( 25 ), in particular for generating a traveling or rotating field, the individual windings of which is arranged ( 23 ) combined into coils ( 18 a, 18 b) and connected to phase strands, the windings ( 23 ) consisting of conductors ( 24 ) with a substantially rectangular cross section, characterized in that a thickness (d1) in the region of Grooves ( 22 ) and a thickness (d2) in the area of their winding heads ( 25 ) on both sides are in a ratio that corresponds to the number of coils overlapping on the winding head and the conductor cross section of the turns ( 23 ) in the area of the grooves ( 22 ) and Winding heads ( 25 ) is the same size.

2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that in the region of the winding overhangs ( 25 ) each turn ( 23 ) of the coil ( 18 ) of a phase strand each with one turn ( 23 ) of the adjacent coil ( 18 a) of another phase strand stacked is.

3. Electrical machine according to claim 1 or 2, characterized in that the turns ( 23 ) in the region of the grooves ( 22 ) as rod-shaped conductors ( 24 a) and in the area of the winding heads ( 25 ) are designed as sheet-shaped connecting tabs ( 24 b).

4. Electrical machine according to claim 3, characterized in that the connecting tabs ( 24 b) in a circumferential direction ( 26 ) from a groove ( 22 a) to the next but one groove ( 22 c) are continuously layered one above the other.

5. Electrical machine according to claim 3 or 4, characterized in that the connecting tabs ( 24 b) of the windings ( 23 ) on at least one of the two winding heads ( 25 ) in their compared to the conductor bars ( 24 a) in the grooves ( 22 ) changed Cross-sectional shape are produced by embossing.

6. Electrical machine according to claim 4 or 5, characterized in that the connecting tabs ( 24 b) at a distance from a groove ( 22 a) to the next but one groove ( 22 c) by their thickness (d2) stepwise in the radial direction, preferably from the inside out are curved outside.

7. Electrical machine according to claim 6, characterized in that the connecting tabs ( 24 b) at one end in the upper region ( 24 d) with a rod-shaped conductor ( 24 a) and at its other end in the lower region ( 24 e) with one other rod-shaped conductors ( 24 a) are connected.

8. Electrical machine according to claim 5, characterized in that the windings ( 23 ) of the coils ( 18 to 21 ) on that winding head ( 75 ) are interconnected by a connecting tab ( 27 ), on which further the ends ( 28 ) of the phase strands are arranged.

9. Electrical machine according to claim 8, characterized in that the windings ( 23 ) consist of a hairpin-shaped, from one side of the stator and / or rotor in the respective two grooves ( 22 ) inserted winding part ( 23 a), in which Each on the other side of the stator and / or rotor protruding end ( 23 b) of the winding part ( 23 a) with the exception of the phase strand ends ( 28 ) is welded to a connecting tab ( 27 ) for connecting the windings and coils.

10. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that in a three-phase three-phase winding ( 14 ) whose coils ( 18 to 21 ) are inserted into two adjacent slots ( 22 ) per pole, the thickness (d2) the turns ( 23 ) in the area of the winding heads ( 25 ) is 1/3 the thickness (d1) of the turns ( 23 ) in the area of the grooves ( 22 ).

11. Electrical machine according to claim 10, characterized in that the width (b1) of the windings ( 23 ) in the region of the grooves ( 22 ) is 1/3 of the width (b2) of the windings ( 23 ) in the region of the end windings ( 25 ).

12. Electronic machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the phase strands of the multi-phase winding ( 14 ) as a prefabricated wave winding beginning with their offset by two slots to each other beginnings (U, V, W) with each other from winding to Are inserted into the slots of the stator and / or rotor.