DE102014205084A1 - Electric coil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Spule, welche eine Wicklungsanordnung, die durch W ≥ 2 Wicklungen mit jeweils N Windungen gebildet ist, und einen oder mehrere Wicklungskörper, um den/die die Wicklungen derart gewickelt sind, dass die Windungen um den/die Wicklungskörper verlaufen und die Windungen unterschiedlicher Wicklungen aufeinander liegen, aufweist, wobei die Wicklungen derart eingerichtet sind, dass durch sie unterschiedliche Ströme fließen können.The invention relates to an electric coil which has a winding arrangement which is formed by W ≥ 2 windings each having N windings, and one or more winding bodies around which the windings are wound such that the windings run around the winding body (s) the windings of different windings lie on one another, wherein the windings are arranged such that different currents can flow through them.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Spule und einen Drehstrommotor, insbesondere Synchron- oder Asynchronmotor, der eine solche Spule aufweist.The invention relates to an electric coil and a three-phase motor, in particular synchronous or asynchronous motor having such a coil.
Bekanntermaßen werden elektrische Spulen im Stand der Technik in vielerlei Hinsicht eingesetzt. Beispielsweise kommen Spulen bei Sensoren, wie Näherungssensoren, und Motoren, wie elektrischen Drehstrommotoren, zur Formung und Ausbildung eines notwendigen Magnetfeldes zum Einsatz.As is known, electrical coils are used in many ways in the prior art. For example, coils are used in sensors, such as proximity sensors, and motors, such as three-phase electric motors, for shaping and forming a necessary magnetic field.
Bei elektrischen Synchron- oder Asynchronmotoren werden Spulen auf einem Stator zur Erzeugung eines Drehmagnetfeldes, das einen Rotor des Synchron- oder Asynchronmotors in Rotation versetzt, angeordnet. Das durch diese Spulen erzeugte Drehmagnetfeld durchsetzt unter anderem den Luftspalt zwischen Stator und Rotor, wobei es erstrebenswert ist, dass die Felderregerkurve, die die Verteilung der magnetischen Spannung entlang des Umfanges des Stators angibt (X-V-Kennlinie; wobei X der Ort des Umfanges und V die magnetische Spannung ist), einen möglichst sinusförmigen Verlauf aufweist.In synchronous or asynchronous electric motors, coils are arranged on a stator for generating a rotating magnetic field which rotates a rotor of the synchronous or asynchronous motor. The rotating magnetic field generated by these coils inter alia traverses the air gap between the stator and the rotor, and it is desirable that the field exciter curve indicating the distribution of the magnetic voltage along the circumference of the stator (XV characteristic; where X is the location of the circumference and V the magnetic tension is), has a sinusoidal course as possible.
Zur Erzielung eines ungefähren sinusförmigen Verlaufs ist es im Stand der Technik bekannt, Wicklungen der am Stator angeordneten Spulen entlang des Umfanges des Stators zu verteilen (sog. verteilte Wicklungen).In order to achieve an approximate sinusoidal profile, it is known in the prior art to distribute windings of the coils arranged on the stator along the circumference of the stator (so-called distributed windings).
Solche verteilte Wicklungen haben allerdings zur Folge, dass das Wicklungsverfahren zur Herstellung des Stators sehr aufwändig ist und damit die Herstellung teuer macht.However, such distributed windings have the consequence that the winding process for the production of the stator is very complicated and thus makes the production expensive.
Alternativ zu den verteilten Wicklungen können an dem Stator Wicklungen in Form von Zahnspulenwicklungen angeordnet werden, die sich leichter herstellen lassen und gleichzeitig kleinere Stromwärmeverluste haben, allerdings zu einer schlechteren Felderregerkurve führen.As an alternative to the distributed windings, windings in the form of tooth coil windings can be arranged on the stator, which can be produced more easily and at the same time have smaller current heat losses, but lead to a poor field exciter curve.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Spule, die eine variablere Magnetfeldformung zulässt, sowie einen mit einer solchen Spule ausgestatten Drehstrommotor, insbesondere Synchron- oder Asynchronmotor, zu schaffen.Against this background, it is an object of the invention to provide an electric coil, which allows a more variable magnetic field shaping, and provided with such a coil three-phase motor, in particular synchronous or asynchronous motor.
Eine erfindungsgemäße elektrische Spule sowie ein erfindungsgemäßer Drehstrommotor sind Gegenstand der Ansprüche 1 und 6. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.An electric coil according to the invention and a three-phase motor according to the invention are subject matter of claims 1 and 6. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine elektrische Spule eine Wicklungsanordnung, die durch W ≥ 2 Wicklungen mit jeweils N Windungen gebildet ist, und einen oder mehrere Wicklungskörper, um den/die die Wicklungen derart gemeinsam gewickelt sind, dass die Windungen um den/die gleichen bzw. identischen Wicklungskörper verlaufen und die Windungen unterschiedlicher Wicklungen aufeinander/übereinander liegen, wobei die Wicklungen derart an eine Stromversorgung anschließbar sind, dass durch sie jeweils ein Strom fließen kann.According to one aspect of the invention, an electrical coil comprises a winding arrangement formed by W ≥ 2 windings each having N windings, and one or more winding bodies around which the windings are co-wound such that the windings are about the same or identical winding body and the windings of different windings on each other / are superimposed, wherein the windings are connected to a power supply such that each can flow through a current.
Die Wicklungen der erfindungsgemäßen Spule sind insbesondere durch unabhängige Drähte, die von einer Isolation überzogen sind, ausgebildet. Bei den Drähten kann es sich beispielsweise um Kupferlackdrähte handeln.The windings of the coil according to the invention are in particular formed by independent wires, which are covered by an insulation. The wires may be, for example, copper enameled wires.
Die Anzahl W der Wicklungen beträgt insbesondere 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Wicklungen, die jeweils N Windungen aufweisen, wobei die Anzahl N der Windungen unterschiedlicher Wicklungen zueinander gleich oder auch voneinander unterschiedlich sein kann.The number W of the windings is in particular 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 windings, each having N windings, wherein the number N of turns of different windings may be the same or different from each other.
Bei einer (einzigen) Windung handelt es sich um einen (einzigen) Umlauf des die entsprechende Wicklung aufbauenden Drahtes um den Wicklungskörper, d. h. eine Windung umschließt den Wicklungskörper. Erfindungsgemäß verlaufen die Windungen der mehreren Wicklungen um den/die gleichen bzw. identischen Wicklungskörper, derart, dass die Windungen der mehreren Wicklungen aufeinander/übereinander verlaufen. Wie erwähnt, sind die Wicklungen voneinander isoliert und können aus diesem Grund Ströme verschiedener Stärken leiten, ohne dass die Gefahr eines Wicklungs-/Windungsschlusses besteht. Auch können die Stromrichtungen in den Wicklungen unterschiedlich sein.A (single) winding is a (single) revolution of the wire constituting the corresponding winding around the winding body, i. H. a turn encloses the winding body. According to the invention, the turns of the plurality of windings extend around the same or identical winding body, such that the windings of the several windings run on top of each other. As mentioned, the windings are insulated from each other and for this reason can conduct currents of different strengths without the risk of a winding / winding short circuit. Also, the current directions in the windings may be different.
Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Spule an eine Stromversorgung derart angeschlossen, dass verschiedene Ströme gleicher oder unterschiedlicher Stärke durch die Windungen fließen. In Abhängigkeit von der Stromstärke der einzelnen Ströme, der Windungsanzahl und den geometrischen Abmaßen (Länge und Durchmesser der Wicklungen) bauen die einzelnen Wicklungen unterschiedliche Magnetfelder auf, die in Überlagerung ein Gesamtmagnetfeld ergeben. Durch Festlegung der genannten Parameter der Wicklungen und Steuerung der Stromstärken und/oder Frequenzen – bei gleichen Frequenzen auch deren Phasenlage – der durch die einzelnen Wicklungen fließenden Ströme können folglich anwendungsabhängige gewünschte Gesamtmagnetfelder erzeugt werden.Preferably, the coil according to the invention is connected to a power supply such that different currents of equal or different strength flow through the windings. Depending on the current intensity of the individual currents, the number of turns and the geometric dimensions (length and diameter of the windings), the individual windings build up different magnetic fields which, when superimposed, produce a total magnetic field. By defining the said parameters of the windings and controlling the current strengths and / or frequencies - at the same frequencies and their phase position - the currents flowing through the individual windings consequently application-dependent desired total magnetic fields can be generated.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung sind die Wicklungen um den/die Wicklungskörper derart gewickelt, dass die Wicklungen koaxial sind. Anders ausgedrückt sind die Windungen der unterschiedlichen Wicklungen im Querschnitt der Spule gesehen konzentrisch. Bei dem genannten Querschnitt handelt es sich um einen Schnitt durch die Spule quer zu ihrer Längsachse, d. h., quer zu der Achse, um die die Windungen der Spule verlaufen.According to a preferred aspect of the invention, the windings are wound around the winding body (s) such that the windings are coaxial are. In other words, the turns of the different windings seen in the cross section of the coil are concentric. The said cross-section is a section through the coil transverse to its longitudinal axis, ie transverse to the axis about which the turns of the coil run.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung sind die Wicklungen jeweils eine wilde Wicklung, d. h., die Windungen der Wicklungen liegen geometrisch unbestimmt übereinander und/oder sind ineinander verschlungen.According to a preferred aspect of the invention, the windings are each a wild winding, i. h., The windings of the windings are geometrically undefined one above the other and / or are intertwined.
In einem weiteren bevorzugten Aspekt ist eine Wicklung eine wilde Wicklung und eine andere der Wicklungen eine schraubenförmige Wicklung.In another preferred aspect, one winding is a wild winding and another of the windings is a helical winding.
Allgemein ausgedrückt können die Wicklungen jeweils eine wilde Wicklung, eine schraubenförmige Wicklung oder eine orthozyklische Wicklung sein.Generally speaking, the windings may each be a wild winding, a helical winding or an orthocyclic winding.
Ein weiterer bevorzugter Aspekt der Erfindung betrifft einen Drehstrommotor, insbesondere einen Synchron- oder Asynchronmotor, welcher einen Stator, in den ein Rotor eingesetzt ist, und eine Vielzahl von Spulen aufweist. Die Spulen sind an dem Stator angeordnet, wobei in ihnen ein Stromfluss derart erzeugbar ist, dass die Spulen ein für eine Rotation des Rotors notwendiges Drehmagnetfeld aufbauen. Zumindest eine der Vielzahl von Spulen ist eine im Vorhergehenden erläuterte erfindungsgemäße Spule, wobei der/die Wicklungskörper in diesem Fall aus zumindest einem Zahn des Stators gebildet ist.Another preferred aspect of the invention relates to a three-phase motor, in particular a synchronous or asynchronous motor, which has a stator, in which a rotor is inserted, and a plurality of coils. The coils are arranged on the stator, wherein in them a current flow can be generated such that the coils build up a necessary for a rotation of the rotor rotary magnetic field. At least one of the plurality of coils is a coil according to the invention explained above, wherein the winding body (s) in this case is formed from at least one tooth of the stator.
Insbesondere wird durch diese Ausgestaltung des Stators erreicht, dass die Felderregerkurve des sich im Luftspalt befindenden Magnetfeldes variabler und einfacher beeinflusst werden kann.In particular, this configuration of the stator ensures that the field exciter curve of the magnetic field in the air gap can be influenced in a more variable and simple manner.
Bevorzugt sind die Wicklungen der an dem mindestens einen Zahn des Stators angeordneten Wicklungsanordnung koaxial ausgebildet.The windings of the winding arrangement arranged on the at least one tooth of the stator are preferably coaxial.
Weiterhin bevorzugt ist der Drehstrommotor so eingerichtet, den Stromfluss in den Wicklungen der Wicklungsanordnung derart zu erzeugen, dass Stromwerte von durch die Wicklungen fließenden Strömen unterschiedlich sind. Beispielsweise wird dies dadurch erreicht, dass verschiedene Phasen einer an den Drehstrommotor angeschlossenen Drehstromversorgung an unterschiedliche Wicklungen der Wicklungsanordnung angeschlossen werden/sind.Further preferably, the three-phase motor is configured to generate the current flow in the windings of the winding arrangement such that current values of currents flowing through the windings are different. For example, this is achieved by connecting different phases of a three-phase current supply connected to the three-phase motor to different windings of the winding arrangement.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass jede der Vielzahl von Spulen des Drehstrommotors eine erfindungsgemäße Spule mit einer Wicklungsanordnung, die mehrere Wicklungen umfasst, ist.In particular, it is preferable that each of the plurality of coils of the three-phase motor is a coil according to the invention having a winding arrangement comprising a plurality of windings.
Insbesondere ist es weiterhin bevorzugt, dass die Wicklungsanordnung der Spule(n) des Drehstrommotors eine Zahnspulenwicklungsanordnung ist.In particular, it is further preferred that the winding arrangement of the coil (s) of the three-phase motor is a tooth coil winding arrangement.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die beigefügte Figur erläutert.Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be explained with reference to the accompanying figure.
Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Spule eines Drehstrommotors, insbesondere eines Drehstromsynchron- oder DrehstromasynchronmotorsThe figure shows a coil according to the invention of a three-phase motor, in particular a three-phase synchronous or three-phase asynchronous motor
Die Figur zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spule, wobei es sich hierbei bevorzugt um eine Spule eines Drehstromsynchron- oder Drehstromasynchronmotors (im Folgenden nur Motor genannt) handelt. Die in der Figur dargestellte Schnittansicht des Stator entspricht einem Schnitt senkrecht zu einer nicht gezeigten Rotationsachse eines in den Stator eingesetzten Rotors (ebenfalls nicht gezeigt).The FIGURE shows a preferred embodiment of a coil according to the invention, which is preferably a coil of a three-phase synchronous or three-phase asynchronous motor (hereinafter referred to as motor). The sectional view of the stator shown in the figure corresponds to a section perpendicular to a rotation axis, not shown, of a rotor inserted into the stator (also not shown).
In Abhängigkeit von dem Einsatzzweck des Motors kann der Motor eine Vielzahl solcher Spulen aufweisen, die entlang des Umfanges des Stators angeordnet sind.Depending on the purpose of the motor, the motor may include a plurality of such coils arranged along the circumference of the stator.
Die erfindungsgemäße Spule umfasst eine Wicklungsanordnung
Eine erste Wicklung
Die Windungsanzahl N der Wicklungen ist in dem gezeigten Aufbau voneinander unterschiedlich. Die erste Wicklung
Die Wicklungen sind insbesondere so um den Zahn
Die erste und zweite Wicklung
Als Alternative zu der Ausführung der Wicklungsanordnung als Zahnspulenwicklungsanordnung kann die Spule eine Weite haben, die sich über mehr als einen Zahn erstreckt.As an alternative to the design of the coil assembly as a tooth coil winding assembly, the coil may have a width extending over more than one tooth.
Sind mehrere Spulen an dem Stator angeordnet, können diese so dimensioniert sein, dass sie Spulen gleicher Weite oder konzentrische Spulen bilden.If several coils are arranged on the stator, they can be dimensioned so that they form coils of the same width or concentric coils.
Insbesondere kann es sich bei der/den an dem Stator angeordneten erfindungsgemäßen Spulen um Spulen mit konzentrierter Wicklungsanordnung, d. h. nicht verteilte Spulen, oder – sofern der erhöhte Herstellungsaufwand in Kauf genommen wird – um Spulen mit einer verteilten Wicklungsanordnung handeln.In particular, the coils according to the invention arranged on the stator can be coils with a concentrated winding arrangement, i. H. non-distributed coils, or - if the increased manufacturing cost is taken - to act coils with a distributed winding arrangement.
Wie aus der Figur ersichtlich ist, fließen die Ströme der Wicklungen in der gleichen Richtung, weshalb sich von den Wicklungen
In Abhängigkeit von der Größe und Richtung der durch die einzelnen Wicklungen fließenden Stromes und den geometrischen Abmessungen der Wicklungsanordnung (Windungszahl N, Durchmesser D und Länge L) bauen beide Wicklungen
Im Ergebnis kann hierdurch die erfindungsgemäße Spule derart von Strömen durchflossen werden, dass sich eine Felderregerkurve besserer sinusförmiger Form ergibt.As a result, the coil according to the invention can be flowed through by currents in such a way that a field exciter curve results in a better sinusoidal shape.
Claims (10)
Priority Applications (1)
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DE102014205084.7A DE102014205084A1 (en) | 2014-03-19 | 2014-03-19 | Electric coil |
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DE102014205084.7A DE102014205084A1 (en) | 2014-03-19 | 2014-03-19 | Electric coil |
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DE102014205084.7A Pending DE102014205084A1 (en) | 2014-03-19 | 2014-03-19 | Electric coil |
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DE (1) | DE102014205084A1 (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015213134A1 (en) * | 2015-07-14 | 2017-02-02 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Improved winding for a rotor of a current-excited electric machine |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102007007578A1 (en) * | 2006-02-20 | 2007-09-20 | Mitsubishi Electric Corp. | Electric machine |
AT513114A1 (en) * | 2012-06-27 | 2014-01-15 | Egston System Electronics Eggenburg Gmbh | coil winding |
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2014
- 2014-03-19 DE DE102014205084.7A patent/DE102014205084A1/en active Pending
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DE102007007578A1 (en) * | 2006-02-20 | 2007-09-20 | Mitsubishi Electric Corp. | Electric machine |
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