DE102018117261A1 - Six-zone single-tooth coil winding - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Drehfeldmaschine mit einem 2p-poligen Ständer mit Wickelzähnen (Z) und N Nuten, ausgebildet mit einer Wicklungsanordnung in verteilter Einschicht-Zahnspulentechnik, umfassend drei Wicklungsstränge (W1, W2, W3), die jeweils auf Spulengruppen (G1, G2, G3) aus sich wiederholenden gewickelten Wicklungseinheiten gewickelt sind, wobei die Wicklungsstränge (W1, W2, W3) der sich wiederholenden Wicklungseinheiten gegeneinander gemäß der folgenden Festlegung um eine geradzahlige Anzahl von 2q Nutteilungen versetzt angeordnet sindThe invention relates to a three-phase machine with a 2-pole stator with winding teeth (Z) and N slots, designed with a winding arrangement in distributed single-layer toothed coil technology, comprising three winding strands (W1, W2, W3), each of which is based on coil groups (G1, G2, G3) are wound from repetitive wound winding units, the winding strands (W1, W2, W3) of the repeating winding units being arranged offset from one another by an even number of 2q slot pitches in accordance with the following specification
Description
Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung für eine 3-strängige Drehfeldmaschine, die als verteilte Einschicht-Zahnspulenwicklung ausgebildet ist.The invention relates to a winding arrangement for a 3-strand induction machine, which is designed as a distributed single-layer tooth coil winding.
Umrichter gespeiste permanentmagneterregte Synchronmaschinen (PM Synchronmaschinen) kommen bei einer Vielzahl von technischen Anwendungen zum Einsatz. Aus Kostengründen werden PM Synchronmaschinen zunehmend mit so genannten Zahnspulenwicklungen ausgeführt. Die Zahnspulentechnik vereinfacht den Ständeraufbau einer PM-Synchronmaschine und ermöglicht zudem einen segmentierten Ständeraufbau, so dass der Ständer modulweise in einer Art Baukastenkonzept gefertigt werden kann. Nachteilig bei Zahnspulenwicklungen ist es, dass diese ein breites Luftspaltfeldspektrum ausbilden, das je nach Motordesign mehr oder weniger störend sein kann und diese eher bei höheren Polzahlen Verwendung finden.Converter-fed permanent magnet synchronous machines (PM synchronous machines) are used in a variety of technical applications. For cost reasons, PM synchronous machines are increasingly being equipped with so-called toothed coil windings. The tooth coil technology simplifies the stator structure of a PM synchronous machine and also enables a segmented stator structure, so that the stator can be manufactured in modules in a kind of modular concept. It is disadvantageous with toothed coil windings that they form a wide air gap field spectrum which, depending on the motor design, can be more or less disruptive and are more likely to be used with higher numbers of poles.
Im Stand der Technik sind zu Zahnspulenwicklungen bereits unterschiedliche Wicklungskonzepte bekannt. Die Druckschrift
In der Druckschrift
Auch die Druckschrift
Die beiden Offenbarungen
Die aus dem Stand der Technik bekannten Doppel- oder Multi-Zahnspulenwicklungen sind demnach stets Mehrschichtwicklungen mit zumindest einer Unter- und einer Oberschicht. Daraus resultieren signifikante Nachteile, insbesondere bei Motoren kleiner Baugröße, die darin bestehen, dass sich einerseits das Einbringen der Wicklungsschichten aufwendig gestaltet und ferner diese Wicklungen durch zusätzliche Maßnahmen gegeneinander zu isolieren sind. Dies hat eine negative Auswirkung auf den Nutfüllgrad, was sich wiederum nachteilig auf die Kosten auswirkt.The double or multi-tooth coil windings known from the prior art are therefore always multi-layer windings with at least one lower and one upper layer. This results in significant disadvantages, in particular in the case of motors of small size, which consist in the fact that the introduction of the winding layers is complex on the one hand and that these windings are to be insulated from one another by additional measures. This has a negative impact on the degree of groove filling, which in turn has a negative impact on costs.
Ein weiteres grundsätzliches Problem besteht in der Nutzung der Zahnspulenwicklung bei niedrigen Polzahlen. Da Zahnspulenwicklungen Prinzip bedingt zu höheren Polpaarzahlen tendieren, lassen sich PM Synchronmotoren mit niedriger Polzahl (z. B. 2-polig oder 4-polig) für Hochdrehzahlantriebe mit den bekannten Zahnspulenwicklungen nur sehr beschränkt realisieren.Another fundamental problem is the use of the tooth coil winding with low number of poles. Since toothed coil windings tend to have a higher number of pole pairs, PM synchronous motors with a low number of poles (e.g. 2-pole or 4-pole) for high-speed drives with the known toothed coil windings can only be realized to a very limited extent.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine Wicklungstopologie in der Ausprägung einer Zahnspulenwicklung für eine 3-strängige Drehfeldmaschine, wie z. B. eine 3-strängige Motorausführung vorzuschlagen, die kostengünstig und einfach herstellbar ist und einen größeren Wicklungsfaktor besitzt.It is therefore an object of the present invention to overcome the aforementioned disadvantages and a winding topology in the form of a tooth coil winding for a 3-strand induction machine, such as. B. to propose a 3-strand engine design that is inexpensive and easy to manufacture and has a larger winding factor.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the combination of features according to
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zahnspulenwicklung mit einem spezifischen Wicklungsschema für drei Wicklungsstränge
In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist q damit nur mit geradzahligem Wert, d. h. mit einem Wert q = 4, 6, 8,..., ausführbar, während der folgende Zusammenhang zur Lochzahl q* besteht: q* = q/2.In the embodiment according to the invention, q is therefore only an even value, ie. H. with a value q = 4, 6, 8, ..., executable, while the following relationship exists to the number of holes q *: q * = q / 2.
Das zuvor geschilderte technische Problem kann nach dem Gedanken der vorliegenden Erfindung demnach durch eine verteilte Einschicht-Zahnspulenwicklung, die einen 3-zonigen Wicklungsaufbau besitzt, gelöst werden. Die vorgeschlagene Drehfeldwicklung besteht aus sich wiederholenden Wicklungseinheiten, die jeweils zwei Polteilungen bezüglich der Grundpolpaarzahl p umfassen.According to the idea of the present invention, the technical problem described above can accordingly be solved by a distributed single-layer tooth coil winding which has a 3-zone winding structure. The proposed rotating field winding consists of repeating winding units, each comprising two pole pitches with respect to the number of basic pole pairs p.
Eine Eigenschaft der bevorzugte Ausführungsform ist es, dass die Drehfeldmaschine ein Luftspaltspektrum mit den Drehfeld-Polzahlen
Aufgrund der beschriebenen Wicklungssystematik wird ein Luftspaltfeldspektrum mit den genannten Drehfeld-Polpaarzahlen erregt. Wird der Nutschlitzfaktor vernachlässigt, so existieren betragsmäßig genau q verschiedene Wicklungsfaktoren, die sich zyklisch wiederholen.Due to the winding system described, an air gap field spectrum is excited with the above-mentioned rotating field pole pair numbers. If the slot factor is neglected, there are q different winding factors, which are repeated cyclically.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird durch die Wicklungsanordnung erreicht, dass das Luftspaltfeldspektrum bei der Drehfeld-Polpaarzahl |v/p| = 5 eine dominante niederpolige Spektrallinie besitzt. Demnach wird als wirksame Arbeitspolpaarzahl p* = 5 p genutzt.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the winding arrangement ensures that the air gap field spectrum at the rotating field pole pair number | v / p | = 5 has a dominant low-polar spectral line. Accordingly, p * = 5 p is used as the effective number of working poles.
Erfindungsgemäß wird demnach zur Drehmomentbildung und zum Antrieb des Rotors, anders als im Stand der Technik über die Feldgrundwelle, bestimmungsgemäß eine Feldoberwelle mit v/p ≠ 1 verwendet.According to the invention, a field harmonic with v / p ≠ 1 is accordingly used for torque generation and for driving the rotor, unlike in the prior art via the field fundamental wave.
Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, dass eine Änderung der Laufrichtung des Rotors durch den Tausch von zwei Phasen der drei Wicklungsstränge (
Die erfindungsgemäße verteilte Einschicht-Zahnspulenwicklung weist demnach gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile auf:
- a) einfacherer Wicklungsaufbau
- b) kostengünstiger herstellbare Wicklung
- c) größerer Wicklungsfaktors der Arbeitspolpaarzahl
- d) bessere Ausnutzung der Aktivteile des Motors
- a) easier winding construction
- b) winding which can be produced more cost-effectively
- c) greater winding factor of the number of working poles
- d) better utilization of the active parts of the engine
Andere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.Other advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures.
Es zeigen:
-
1 einen Strang-Zonenplan der verteilten Zahnspulenwicklung mit Kennzeichnung der Spulenführung für den Fall q= 4 über zwei Polteilungen und -
2 einen Zonenplan einer 3-strängigen verteilten Einschicht-Zahnspulenwicklung einer sich wiederholenden Wicklungseinheit für den Fall q = 4.
-
1 a strand zone plan of the distributed tooth coil winding with identification of the coil guide for the case q = 4 over two pole pitches and -
2 a zone plan of a 3-strand distributed single-layer tooth coil winding of a repetitive winding unit for the case q = 4.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die
Dabei ist die Lochzahl q* = 2. In diesem Ausführungsbeispiel sind 24 Nuten ausgebildet, wobei die Nuten
In der
Sofern man den Nutschlitz als vernachlässigbar betrachtet, ergeben sich betragsmäßig genau q unterschiedliche Wicklungsfaktoren, die sich, wie in nachfolgender Tabelle 1 für q= 4 dargestellt, zyklisch wiederholen.
Tabelle 1
Wird die Wicklung bezüglich der Wicklungssystematik 2-polig entworfen, so entsteht eine 10-polige Drehfeldwicklung mit der Arbeitspolpaarzahl p* = 5 p.If the winding is designed with 2 poles in terms of the winding system, a 10-pole rotating field winding with the number of working poles p * = 5 p is created.
Der systematische Zusammenhang ist in der folgenden Tabelle 2 dargestellt:
Tabelle 2
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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