DE102018113740A1

DE102018113740A1 - Stand for an electric machine with six phase windings and electric machine

Info

Publication number: DE102018113740A1
Application number: DE102018113740.0A
Authority: DE
Inventors: Kurt Reutlinger; Gert Wolf; Markus Tscheja; Alexander Laufenberg; Xaver Laufenberg
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2018-06-08
Filing date: 2018-06-08
Publication date: 2019-12-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ständer für eine elektrische Maschine mit n*8 Polen, aufweisend einen Ständerkern mit n*12*3 Nuten (102) und n*12*3 Zähnen und eine Ständerwicklung mit sechs Phasenwicklungen (U, V, W, X, Y, Z), welche derart durch die Nuten (102) verlaufend an dem Ständerkern angeordnet ist, dass jede Phasenwicklung n Spulengruppen (210, 211) aufweist, wobei jede Spulengruppe aus zwei Spulen erster Art (201), zu deren Bildung die Phasenwicklung um vier Zähne gewickelt ist, und aus einer Spule zweiter Art (202), zu deren Bildung die Phasenwicklung um fünf Zähne gewickelt ist, besteht. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Ständer.The invention relates to a stator for an electrical machine with n * 8 poles, comprising a stator core with n * 12 * 3 slots (102) and n * 12 * 3 teeth and a stator winding with six phase windings (U, V, W, X, Y, Z) which extends through the slots (102) on the stator core such that each phase winding has n coil groups (210, 211), each coil group consisting of two coils of the first type (201) to form the phase winding four teeth is wound, and consists of a coil of the second type (202), for the formation of which the phase winding is wound around five teeth. The invention further relates to an electrical machine with a stand according to the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ständer für eine elektrische Maschine mit sechs Phasenwicklungen und eine elektrische Maschine mit einem solchen Ständer. Insbesondere liegt die Erfindung auf dem Gebiet von Generatoren für Kraftfahrzeuge.The present invention relates to a stator for an electric machine having six phase windings and an electric machine having such a stator. In particular, the invention is in the field of generators for motor vehicles.

Stand der TechnikState of the art

Im Stand der Technik sind elektrische Maschinen, insbesondere Generatoren, mit drei elektrischen Phasenwicklungen bekannt und weit verbreitet. Bei Anwendungen von elektrischen Maschinen, welche einer geringeren Geräuschentwicklung und/oder einer geringeren Spannungswelligkeit bedürfen, werden oftmals auch elektrische Maschinen verwendet, welche fünf oder sechs elektrische Phasenwicklungen aufweisen und sechs oder acht Polpaare aufweisen.In the prior art electrical machines, in particular generators, with three electrical phase windings are known and widely used. In applications of electrical machines, which require less noise and / or less voltage ripple, electrical machines are often used which have five or six electrical phase windings and six or eight pole pairs.

Beispielsweise kann dazu ein Ständerkern gewählt werden, dessen Nutzahl, d.h. die Anzahl der darin ausgebildeten Nuten, durch welche die Ständerwicklung verlaufen kann, dem Produkt aus der Anzahl von elektrischen Phasenwicklungen bzw. Phasen und der Anzahl der Pole entspricht. Beispielsweise wird somit typischerweise für eine elektrische Maschine mit 16 Polen (acht Polpaaren) und sechs elektrischen Phasenwicklungen ein Ständerkern mit 96 Nuten verwendet, um eine symmetrische Anordnung der Phasenwicklungen, eine geringe Oberwellenstreuung und einen effizienten Betrieb der elektrischen Maschine zu erzielen. Dies ergibt eine Lochzahl, d.h. eine Nutzahl pro Pol und elektrischer Phase, von eins.For example, a stator core may be chosen for this purpose whose number of slots, i. the number of grooves formed therein through which the stator winding can pass corresponds to the product of the number of electrical phase windings or phases and the number of poles. For example, typically for a 16 pole (eight pole pair) electrical machine and six electrical phase windings, a 96 slot stator core is typically used to achieve symmetrical arrangement of the phase windings, low harmonic dispersion, and efficient operation of the electrical machine. This gives a hole number, i. one slot per pole and electrical phase, from one.

Ständerkerne mit einer derart hohen Nutzahl weisen jedoch häufig den Nachteil auf, dass die Zähne zwischen zwei angrenzenden Nuten sehr schmal ausgebildet werden müssen und deswegen häufig Stabilitätseinbußen in Kauf genommen werden müssen. Insbesondere kann auf einen Ständerkern mit einer derart hohen Nutzahl die Ständerwicklung häufig nicht mittels eines Einziehverfahrens aufgebracht werden, da aufgrund der filigranen Zähne der Ständerkern keine ausreichende Stabilität aufweist, um den mechanischen Beanspruchungen während des Einziehverfahrens standhalten zu können. Aus diesem Grund müssen Ständer, deren Ständerkern eine derart hohe Nutzahl aufweist, häufig mit andersartigen Herstellungsverfahren gewickelt werden, die jedoch oftmals einen sehr viel höheren Herstellungsaufwand mit sich bringen.However, stator cores with such a high number of slots often have the disadvantage that the teeth between two adjacent grooves must be made very narrow and therefore stability losses must often be taken into account. In particular, the stator winding can often not be applied to a stator core with such a high number of slots by means of a Einziehverfahrens because due to the filigree teeth of the stator core does not have sufficient stability to withstand the mechanical stresses during the Einziehverfahrens can. For this reason, stands whose stator core has such a high number of slots often have to be wound with different types of manufacturing methods, which, however, often entail a much higher production outlay.

Im Stand der Technik sind Lösungen bekannt, welche dieses Problem durch eine Reduzierung der Nutzahl zu lösen versuchen. In der DE 103 27 689 A1 ist eine elektrische Maschine mit acht Polpaaren bzw. 16 Polen offenbart, welche eine sechsphasige Ständerwicklung aufweist, die als zwei um 30° el. zueinander verdrehte Systeme ausgebildet sind und auf einem Ständerkern mit 48 Nuten angeordnet sind. Anders ausgedrückt weist die offenbarte elektrische Maschine zwei Phasenwicklungsgruppen mit jeweils drei Phasenwicklungen auf, wobei die beiden Phasenwicklungsgruppen um 30° el. zueinander phasenverschoben sind. Die Phasenverschiebung der beiden Phasenwicklungsgruppen ergibt sich durch eine unterschiedliche Verschaltung der beiden Phasenwicklungsgruppen, indem eine Phasenwicklungsgruppe als Dreieck und die andere Phasenwicklungsgruppe als Stern verschaltet ist. Dabei müssen jedoch die Phasenwicklungen der beiden Phasenwicklungsgruppen unterschiedlich gewickelt werden, sodass diese unterschiedliche Windungszahlen aufweisen. Sollen insbesondere die elektrischen Spannungen der beiden Phasenwicklungsgruppen übereinstimmen, müssen sich die Windungszahlen der Phasenwicklungsgruppen genau um den Faktor $\sqrt{3}$

unterscheiden, d.h. in etwa um den Faktor 1,73. Dies ist jedoch in der Regel nicht exakt realisierbar, weshalb typischerweise Spannungsunterschiede zwischen den beiden Phasenwicklungsgruppen nicht vermeidbar sind.In the prior art solutions are known which try to solve this problem by reducing the number of slots. In the DE 103 27 689 A1 discloses an electric machine with eight pole pairs or 16 poles, which has a six-phase stator winding, which are formed as two by 30 ° el. To each other twisted systems and are arranged on a stator core with 48 slots. In other words, the disclosed electric machine has two phase winding groups each having three phase windings, the two phase winding groups being out of phase with each other by 30 ° el. The phase shift of the two phase winding groups is due to a different interconnection of the two phase winding groups by a phase winding group is connected as a triangle and the other phase winding group as a star. However, the phase windings of the two phase winding groups must be wound differently, so that they have different numbers of turns. If, in particular, the electrical voltages of the two phase winding groups coincide, the number of turns of the phase winding groups must be exactly the factor

\sqrt{3}

differ, ie by a factor of about 1.73. However, this is usually not exactly feasible, which is why typically voltage differences between the two phase winding groups are unavoidable.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung eines sechsphasigen Ständers bzw. einer sechsphasigen Ständerwicklung umfassend zwei dreiphasige Phasenwicklungsgruppen ist beispielsweise in der Druckschrift EP 1 225 676 A1 offenbart. Auch dabei kommen unterschiedlich ausgebildete Phasenwicklungen zum Einsatz, wobei manche Phasenwicklungen nur Pole aufweisen, zu deren Bildung die Phasenwicklung um eine Anzahl von Zähnen gewickelt ist, die dem Verhältnis aus Polteilung und Nutenteilung entspricht (engl.: full pitch pattern), und andere Phasenwicklungen nur Pole aufweisen, zu deren Bildung die Phasenwicklung um eine geringere Anzahl von Zähnen gewickelt ist (engl.: short pitch pattern). Somit sind auch hierfür verschiedenartige Phasenwicklungen zur Realisierung der sechsphasigen Ständerwicklung erforderlich.Another possibility for producing a six-phase stator or a six-phase stator winding comprising two three-phase phase winding groups is, for example, in the document EP 1 225 676 A1 disclosed. Here, too, differently shaped phase windings are used, with some phase windings having only poles, for the formation of which the phase winding is wound around a number of teeth that corresponds to the ratio of pole pitch and groove pitch (full pitch pattern), and other phase windings only Pole, to whose formation the phase winding is wound around a smaller number of teeth (English: short pitch pattern). Thus, different phase windings for the realization of the six-phase stator winding are also required for this purpose.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Ständer für eine elektrische Maschine mit sechs Phasenwicklungen und eine elektrische Maschine mit einem solchen Ständer mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Die elektrische Maschine kann als Generator, insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, oder als Motor ausgebildet sein.According to the invention, a stator for an electric machine with six phase windings and an electric machine with such a stator with the features of the independent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description. The electric machine can be designed as a generator, in particular for use in a motor vehicle, or as a motor.

Die Erfindung stellt eine Möglichkeit vor, eine 2x3-phasige verteilte Wicklung mit einem Phasenversatz zwischen den zwei dreiphasigen Phasenwicklungsgruppen, mit n*8 Polen in einen Ständerkern mit nur n*12*3 Nuten einzulegen. Somit kann ein identischer Blechschnitt (für Lamellen des Ständerkerns) verwendet werden, wie er für die dreiphasige Maschine mit n*12 Polen vorgesehen ist. Besonders vorteilhaft daran ist, dass alle sechs Phasenwicklungen gleichartig gewickelt sind und somit gleiche elektrische und elektro-magnetische Eigenschaften aufweisen. Die Erfindung bedient sich dazu der Maßnahme, dass jede Phasenwicklung n Spulengruppen aufweist, wobei jede Spulengruppe aus zwei Spulen erster Art, zu deren Bildung die Phasenwicklung um vier Zähne gewickelt ist, und aus einer Spule zweiter Art, zu deren Bildung die Phasenwicklung um fünf Zähne gewickelt ist, besteht. Vorzugsweise ist n=1, d.h. 8 Pole und 36 Nuten, oder n=2, d.h. 16 Pole und 72 Nuten.The invention presents a possibility of a 2x3-phase distributed winding with a phase shift between the two three-phase Phase winding groups, with n * 8 poles in a stator core with only n * 12 * 3 grooves insert. Thus, an identical lamination (for lamellae of the stator core) can be used, as it is intended for the three-phase machine with n * 12 poles. It is particularly advantageous because all six phase windings are wound similarly and thus have the same electrical and electromagnetic properties. The invention uses the measure that each phase winding has n groups of coils, each coil group of two coils of the first kind, to the formation of which the phase winding is wound around four teeth, and a coil of the second kind, to form the phase winding by five teeth is wound. Preferably, n = 1, ie 8 poles and 36 slots, or n = 2, ie 16 poles and 72 slots.

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass ein Ständer für eine elektrische Maschine mit n*8 Polen und sechs elektrischen Phasenwicklungen mit besonders geringem Herstellungsaufwand bereitgestellt werden kann. Es kann dazu insbesondere ein Ständerkern einer dreiphasigen Maschine mit n*12 Polen verwendet werden. Durch die geringe Zahl der Nuten kann der Ständerkern derart stabil ausgebildet werden, dass er den beim Wickeln der Ständerwicklung mittels eines Einziehverfahrens auftretenden mechanischen Beanspruchungen standhält. Dadurch, dass der Ständerkern mit nur n*12*3 Nuten bereitgestellt wird, können die Nuten stabiler und insbesondere weniger filigran ausgebildet werden als bei herkömmlicherweise für sechsphasige Wicklungen mit n*8 Polen verwendeten Ständerkernen mit n*8*6 Nuten. Insbesondere erhält man auf diese Weise besonders einfach einen n*8-poligen Ständer mit sechs Phasenwicklungen, die als Einschichtwicklung, d.h. eine Phasenwicklung pro Nut, ausgeführt sind.The invention offers the advantage that a stator for an electric machine with n * 8 poles and six electrical phase windings can be provided with particularly low production costs. It can be used in particular a stator core of a three-phase machine with n * 12 poles. Due to the small number of grooves, the stator core can be formed so stable that it withstands the mechanical stresses occurring during winding of the stator winding by means of a retraction process. The fact that the stator core is provided with only n * 12 * 3 grooves, the grooves can be made more stable and in particular less filigree than conventionally used for six-phase windings with n * 8 poles stator cores with n * 8 * 6 grooves. In particular, it is particularly easy to obtain an n * 8-pole stator with six phase windings which are used as a single-layer winding, i. a phase winding per groove, are executed.

Da, wie erwähnt, alle Phasenwicklungen gleichartig gewickelt sind, weisen sie die gleiche effektive Leiterzahl auf und sind somit einer gleichen Strombelastung ausgesetzt. Dadurch ist die durch die Ständerwicklung bereitgestellte elektrische Spannung besonders gleichmäßig. Mit anderen Worten ist dies insbesondere deshalb vorteilhaft, da sich durch die identisch ausgebildeten Phasenwicklungen Inhomogenitäten vermeiden lassen und die von dem Generator erzeugte elektrische Spannung besonders gleichmäßig und/oder homogen und/oder schwankungsarm bereitgestellt werden kann. Ferner bietet dies den Vorteil, dass der Herstellungsaufwand vereinfacht werden kann, da vorzugsweise keine verschiedenen Wicklungsprozeduren für die einzelnen Phasenwicklungen berücksichtigt werden müssen.Since, as mentioned, all the phase windings are wound similarly, they have the same effective number of conductors and are thus exposed to the same current load. As a result, the electrical voltage provided by the stator winding is particularly uniform. In other words, this is particularly advantageous because inhomogeneities can be avoided by the identically designed phase windings and the electrical voltage generated by the generator can be provided in a particularly uniform and / or homogeneous and / or low-fluctuation manner. Furthermore, this offers the advantage that the production cost can be simplified, since preferably no different winding procedures for the individual phase windings must be taken into account.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist in jeder der n Spulengruppen die Spule zweiter Art in Umfangsrichtung des Ständers zwischen den zwei Spulen erster Art angeordnet. Weiter vorzugsweise ist dabei die Spule zweiter Art in Umfangsrichtung des Ständers um vier Zähne von einer der zwei Spulen erster Art und um fünf Zähne von der anderen der zwei Spulen erster Art beabstandet ist. Dadurch ergibt sich eine Zahnfolge Spule erster Art, Abstand, Spule zweiter Art, Abstand, Spule erster Art von 4, 4, 5, 5, 4 (bzw. 4, 5, 5, 4, 4 - je nach Richtung). Der anschließende Abstand zur nächsten Spulengruppe bzw. Spule erster Art beträgt in diesem Fall 14 Zähne. Dadurch erhält man eine besonders einfach herzustellende Ausführungsform.According to a preferred embodiment, in each of the n coil groups, the coil of the second kind is arranged in the circumferential direction of the stator between the two coils of the first type. Further preferably, the coil of the second kind is spaced in the circumferential direction of the stator by four teeth of one of the two coils of the first kind and by five teeth of the other of the two coils of the first kind. This results in a sequence of gears coil of the first kind, distance, coil of the second kind, distance, coil of the first kind of 4, 4, 5, 5, 4 (or 4, 5, 5, 4, 4 - depending on the direction). The subsequent distance to the next coil group or coil of the first type is 14 teeth in this case. This gives a particularly easy to manufacture embodiment.

Vorzugsweise umfassen die sechs Phasenwicklungen zwei Phasenwicklungsgruppen mit jeweils drei Phasenwicklungen, wobei die Phasenwicklungen einer Phasenwicklungsgruppe in Umfangsrichtung des Ständerkerns eine identische Zahnfolge aufweisen. Somit erzeugen die Phasenwicklungen einer Phasenwicklungsgruppe zusammen eine Spannung mit einem homogenen Spannungsverlauf. Weiter vorzugsweise weisen die Phasenwicklungen einer ersten der zwei Phasenwicklungsgruppen in eine Umfangsrichtung und die Phasenwicklungen einer zweiten der zwei Phasenwicklungsgruppen in die andere Umfangsrichtung die identische Zahnfolge auf. Auf diese Weise lässt sich die Forderung nach sechs gleichartigen Wicklungen bei gleichzeitig möglichst 30° el. Verschiebung besonders leicht realisieren. Dies bietet den weiterhin Vorteil, dass der Herstellungsaufwand für die Ständerwicklung reduziert werden kann und dass sich aufgrund der Symmetrie und/oder Gleichartigkeit der Phasenwicklungsgruppen Inhomogenitäten und/oder Spannungsschwankungen besonders effektiv vermeiden lassen. Besonders bevorzugt können die beiden Phasenwicklungsgruppen derart zueinander angeordnet und verschaltet sein, dass sich zwischen den Spannungsverläufen der beiden Phasenwicklungsgruppen eine Phasenverschiebung von im Wesentlichen 30° (z.B. mit einer Abweichung von höchstens 5°, vorzugsweise höchstens 3,5°) ergibt, was insbesondere für den Betrieb eines Generators eines Kraftfahrzeugs und insbesondere für sechsphasige Generatoren besonders vorteilhaft ist.Preferably, the six phase windings comprise two phase winding groups each having three phase windings, wherein the phase windings of a phase winding group in the circumferential direction of the stator core have an identical tooth sequence. Thus, the phase windings of a phase winding group together generate a voltage having a homogeneous voltage characteristic. More preferably, the phase windings of a first of the two phase winding groups in one circumferential direction and the phase windings of a second of the two phase winding groups in the other circumferential direction have the identical tooth sequence. In this way, the demand for six similar windings can be realized with a maximum of 30 ° el. Displacement particularly easy. This offers the further advantage that the production costs for the stator winding can be reduced and that due to the symmetry and / or similarity of the phase winding groups inhomogeneities and / or voltage fluctuations can be avoided particularly effectively. Particularly preferably, the two phase winding groups can be arranged and interconnected in such a way that a phase shift of substantially 30 ° results between the voltage curves of the two phase winding groups (eg with a deviation of at most 5 °, preferably at most 3.5 °), which is particularly suitable for the operation of a generator of a motor vehicle and in particular for six-phase generators is particularly advantageous.

Weiter vorzugsweise weisen die Phasenwicklungen derselben Phasenwicklungsgruppe in Umfangsrichtung untereinander einen Versatz von 12 Zähnen auf. Somit lassen sich die 36 Zähne je Spulengruppe gleichmäßig auffüllen.Further preferably, the phase windings of the same phase winding group in the circumferential direction with each other an offset of 12 teeth. Thus, the 36 teeth per coil group can be filled evenly.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of an embodiment in the drawings and will be described below with reference to the drawings.

Figurenlistelist of figures

1A shows a winding scheme for a stator winding according to a preferred embodiment with six phase windings.
1B shows the winding scheme 1A table.
2A and 2 B show electrical circuits for interconnecting the six phase windings according to preferred embodiments.

Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention

1A zeigt ein Wicklungsschema 100 für eine Ständerwicklung einer elektrischen Maschine mit n*8=16 Polen (n=2) gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für einen Ständerkern mit n*12*3=72 Nuten und 72 Zähnen. Wie erkennbar ist, handelt es sich um eine verteilte Wicklung. 1A shows a winding scheme 100 for a stator winding of an electric machine with n * 8 = 16 poles (n = 2) according to a preferred embodiment of the invention for a stator core with n * 12 * 3 = 72 slots and 72 teeth. As can be seen, it is a distributed winding.

Die Ständerwicklung besteht aus sechs Phasenwicklungen U, V, W, X, Y, Z, die in die 72 Nuten des Ständerkerns eingelegt sind. Dabei sind alle 72 Nuten des Ständerkerns tabellarisch aufgelistet und durchlaufend nummeriert sowie anhand der horizontal verlaufenden Linien 102 symbolisch dargestellt. Ferner sind in der in 1B dargestellten Tabelle 104 die Belegungen der einzelnen Nuten mit den Wicklungsdrähten bzw. elektrischen Leitern der Phasenwicklungen und der Verlaufsrichtung der jeweiligen Wicklungsdrähte in der entsprechenden Nut dargestellt. Zum Bilden einer Phasenwicklung kann der Wicklungsdraht einmal oder mehrmals durch die Nut geführt werden. Dabei bedeutet der Wert 1 in der Tabelle 104, dass der oder die Wicklungsdrähte entlang einer ersten Richtung durch die Nut verlaufen und der Wert -1, dass der oder die Wicklungsdrähte entgegensetzt zur ersten Richtung durch die Nut verlaufen.The stator winding consists of six phase windings U, V, W, X, Y, Z, which are inserted into the 72 slots of the stator core. All 72 slots of the stator core are listed in tabular form and numbered consecutively as well as on the horizontal lines 102 symbolically represented. Furthermore, in the in 1B shown table 104 the assignments of the individual grooves with the winding wires or electrical conductors of the phase windings and the direction of the respective winding wires in the corresponding groove shown. To form a phase winding, the winding wire can be passed through the groove one or more times. The value means 1 in the table 104 in that the winding wire (s) extend through the groove along a first direction and the value -1 that the winding wire (s) is opposite to the first direction through the groove.

In der tabellarischen Darstellung sind die Anordnungen der Wicklungsdrähte der Phasenwicklungen U, V, W, X, Y und Z nebeneinander dargestellt, wenngleich diese natürlich in der Realität sich übergreifend in den Nuten liegen. Wie in dem Wicklungsschema 100 und in der Tabelle 104 erkennbar ist, ist jede der Nuten mit Wicklungsdrähten derselben Phasenwicklung belegt. Demnach handelt es sich bei dem gezeigten Wicklungsschema um eine Einschichtwicklung.In the tabular representation, the arrangements of the winding wires of the phase windings U, V, W, X, Y and Z are shown side by side, although these are of course in reality overlapping in the grooves. As in the winding scheme 100 and in Table 104, each of the slots is covered with winding wires of the same phase winding. Accordingly, the winding scheme shown is a single-layer winding.

Es ist erkennbar, dass alle Phasenwicklungen U bis Z gleichartig gewickelt sind, wenngleich die Wicklungen X, Y und Z umgekehrte Zahnabstände aufweisen wie die Wicklungen U, V und W. Die Phasenwicklungen U - W bilden somit eine erste Phasenwicklungsgruppe und die Phasenwicklungen X - Z eine zweite Phasenwicklungsgruppe.It can be seen that all the phase windings U to Z are wound in the same way, although the windings X, Y and Z have inverse tooth spacings, such as the windings U, V and W. The phase windings U - W thus form a first phase winding group and the phase windings X - Z a second phase winding group.

Das Wicklungsschema wird nun anhand der Phasenwicklung W näher erläutert. Die Phasenwicklung weist zwei Spulengruppen 210, 211 zu je drei Spulen, d.h. insgesamt sechs Spulen auf. Jede Spulengruppe besteht aus zwei Spulen erster Art 201, zu deren Bildung die Phasenwicklung um vier Zähne gewickelt ist, und aus einer Spule zweiter Art 202, zu deren Bildung die Phasenwicklung um fünf Zähne gewickelt ist. Dabei ist in Umfangsrichtung des Ständers in jeder Spulengruppe die Spule zweiter Art 202 zwischen den zwei Spulen erster Art 201 angeordnet.The winding scheme will now be explained in more detail with reference to the phase winding W. The phase winding has two coil groups 210 . 211 to three coils, ie a total of six coils on. Each coil group consists of two coils of the first kind 201 , to the formation of which the phase winding is wound around four teeth, and of a coil of the second kind 202 , to whose formation the phase winding is wound around five teeth. In this case, in the circumferential direction of the stator in each coil group, the coil of the second kind 202 between the two coils of the first kind 201 arranged.

Alle Phasenwicklungen einer Phasenwicklungsgruppe laufen in Umfangsrichtung in gleicher Weise durch die Zähne und Nuten. Dabei ist innerhalb einer jeden Spulengruppe die Spule zweiter Art 202 um vier Zähne von der einen Spule erster Art und um fünf Zähne von der anderen Spulen erster Art beabstandet. Dadurch ergibt sich eine Zahnfolge Spule erster Art, Abstand, Spule zweiter Art, Abstand, Spule erster Art von 4, 4, 5, 5, 4 (bzw. 4, 5, 5, 4, 4, je nach Richtung). Der anschließende Abstand zur nächsten Spulengruppe bzw. Spule erster Art beträgt 14 Zähne.All phase windings of a phase winding group run circumferentially in the same way through the teeth and grooves. In this case, the coil is the second type within each coil group 202 spaced by four teeth from one coil of the first kind and five teeth away from the other coils of the first kind. This results in a sequence of sprockets of the first type, spacing, second-order coil, spacing, coil of the first type of 4, 4, 5, 5, 4 (or 4, 5, 5, 4, 4, depending on the direction). The subsequent distance to the next coil group or coil of the first type is 14 teeth.

In 1 ist erkennbar, dass alle Phasen U, V, W einer Phasenwicklungsgruppe in Umfangsrichtung eine identische Zahnfolge aufweisen. Dabei ist die Phasenwicklungen V um 12 Nuten bzw. Zähne und die Phasenwicklung W um 24 Nuten bzw. Zähne zur Phasenwicklung U versetzt. Weiterhin ist erkennbar, dass alle Phasen X, Y, Z ebenfalls die identische Zahnfolge aufweisen, allerdings in der anderen Umfangsrichtung, und ebenfalls zueinander um jeweils 12 Nuten versetzt sind. Die beiden Phasenwicklungsgruppen sind dadurch um ca. 30° el. zueinander verschoben.In 1 It can be seen that all phases U, V, W of a phase winding group have an identical sequence of teeth in the circumferential direction. In this case, the phase windings V is offset by 12 slots or teeth and the phase winding W by 24 slots or teeth to the phase winding U. Furthermore, it can be seen that all phases X, Y, Z also have the identical sequence of teeth, but in the other circumferential direction, and are also offset from each other by 12 grooves. The two phase winding groups are thereby shifted by about 30 ° el. To each other.

Diese Wicklungsanordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass diese sich auf besonders einfache Weise wickeln lässt und der Ständer somit besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Insbesondere kann eine derartige Ständerwicklung mittels eines Einziehverfahrens auf dem Ständerkern angeordnet werden, da der Ständerkern mit n*12*3 = 72 Zähnen mit einer ausreichenden mechanischen Widerstandsfähigkeit versehen werden kann, um diesem Verfahren standhalten zu können.This winding arrangement according to the preferred embodiment is characterized in particular by the fact that it can be wound in a particularly simple manner and the stator can thus be produced in a particularly cost-effective manner. In particular, such a stator winding can be arranged on the stator core by means of a pull-in method, since the stator core can be provided with n * 12 * 3 = 72 teeth with a sufficient mechanical resistance in order to be able to withstand this method.

Ein Ständer mit einer Ständerwicklung gemäß der bevorzugten Ausführungsform weist vorzugsweise demnach eine Nutzahl N = n*12*3 = 72, eine Polzahl 2p = n*8 = 16 und, eine Phasenzahl m = 6 auf. Ein derart realisierter Ständer konnte einen Wicklungsfaktor von 97,2 %, eine Oberwellenstreuung von 15,2% und eine Phasenverschiebung zwischen den Phasenwicklungsgruppen von φ = 26,7° erzielen. Die Abweichung von einer besonders bevorzugten Phasenverschiebung von 30° beträgt daher lediglich 3,3°. Diese geringe Abweichung von der gewünschten bzw. bevorzugten Phasenverschiebung von 30° stellt jedoch beim Betrieb des Ständers kein Problem und/oder keinen Nachteil dar.A stator with a stator winding according to the preferred embodiment has preferably therefore a number N = n * 12 * 3 = 72, a number of poles 2p = n * 8 = 16 and, a phase number m = 6. A stator realized in this way could achieve a winding factor of 97.2%, a harmonic dispersion of 15.2% and a phase shift between the phase winding groups of φ = 26.7 °. The deviation from a particularly preferred phase shift of 30 ° is therefore only 3.3 °. However, this small deviation from the desired or preferred phase shift of 30 ° does not represent a problem and / or a disadvantage during operation of the stator.

Dem gezeigten Wicklungsschema wurde eine Einzugswicklung zugrunde gelegt. Die einzelnen Phasenwicklungen können sowohl als Wellenwicklung als auch als Umkehrwelle realisiert werden.The winding scheme shown was based on a pull-in winding. The individual phase windings can be realized both as a wave winding and as a reverse wave.

Die 2A und 2B zeigen elektrische Maschinen 400 gemäß bevorzugter Ausführungsformen, mit einem fremderregten Läufer 401 und einem Ständer gemäß obiger Beschreibung. Der Ständer ist mit einem Gleichrichter 402 elektrisch verbunden, wobei in 2A die Phasenwicklungen U, V, W bzw. X, Y, Z in einer doppelten Sternschaltung und in 2B in einer doppelten Dreieck-Schaltung geschaltet sind.The 2A and 2 B show electrical machines 400 according to preferred embodiments, with a foreign-excited runner 401 and a stand as described above. The stand is with a rectifier 402 electrically connected, in 2A the phase windings U, V, W or X, Y, Z in a double star connection and in 2 B are connected in a double delta circuit.

Die elektrischen Maschinen und/oder Ständer gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung können mit elektrischen Schaltungen zur Gleichrichtung verbunden werden, ohne dass dafür besondere Anforderungen an die elektrischen Schaltungen zu stellen sind, welche über die Anforderungen zur Verbindung von Gleichrichtern mit herkömmlichen elektrischen Maschinen bzw. Ständern hinausgehen würden. Somit kann ein Ständer bzw. eine elektrische Maschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in konventionelle Schaltungen bzw. Systeme eingegliedert werden, vorzugsweise ohne dass dafür aufwändige konstruktive Änderungen und/oder Anpassungen erforderlich sind.The electric machines and / or stands according to preferred embodiments of the invention can be connected to electrical circuits for rectification, without special requirements are placed on the electrical circuits, which go beyond the requirements for connecting rectifiers with conventional electric machines or stands would. Thus, a stand or an electric machine according to a preferred embodiment of the invention can be incorporated into conventional circuits or systems, preferably without the need for elaborate design changes and / or adjustments are required.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10327689 A1 [0005]
EP 1225676 A1 [0006]

Claims

Stand for an electric machine with n * 8 poles, comprising: a stator core with n * 12 * 3 slots (102) and n * 12 * 3 teeth; a stator winding comprising six phase windings (U, V, W, X, Y, Z) arranged on the stator core through the slots (102) such that each phase winding has n coil groups (210, 211), each coil group consists of two coils of the first type (201), to the formation of which the phase winding is wound around four teeth, and of a coil of the second kind (202), to whose formation the phase winding is wound around five teeth.

Stand after Claim 1 in which, in each of the n coil groups (210, 211), the coil of the second type (202) is arranged in the circumferential direction of the stator between the two coils of the first type (201).

Stand after Claim 2 wherein the second type coil (202) is circumferentially spaced from the stator by four teeth from one of the two first type coils (201) and five teeth from the other of the first type first coils (201).

Stand according to one of the preceding claims, wherein in the circumferential direction of the stator two coil groups (210, 211) are spaced by fourteen teeth.

Stand according to one of the preceding claims, wherein n = 1 or n = 2 or n = 3.

Stand according to one of the preceding claims, wherein the six phase windings (U, V, W, X, Y, Z) comprise two phase winding groups each having three phase windings, wherein the phase windings of a phase winding group in the circumferential direction have an identical sequence of teeth.

Stand after Claim 6 wherein the phase windings of a first of the two phase winding groups in one circumferential direction and the phase windings of a second of the two phase winding groups in the other circumferential direction have the identical tooth sequence.

Stand after Claim 6 or 7 , wherein the two phase winding groups are shifted by (30 ± 5) ° el.

Stand according to one of the preceding claims, wherein the phase windings (U, V, W, X, Y, Z) are wound in the Einziehverfahren and / or single-layer windings.

An electric machine (400) comprising a rotor (401) and a stator according to any one of the preceding claims.

Electric machine according to Claim 10 which is designed as a generator.