DE102020215671A1 - Bifilar winding and method of making a bifilar winding - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird eine bifiliare Wicklung zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes bei einem Windungsschluss, umfassend eine erste Teilwicklung und eine zweite Teilwicklung, wobei Windungen der Teilwicklungen ineinander gewickelt sind und wobei die Windungen der ersten Teilwicklung durch die Windungen der zweiten Teilwicklung voneinander beabstandet sind, und wobei die erste Teilwicklung und die zweite Teilwicklung eine leitende Verbindung aufweisen.Proposed is a bifilar winding for limiting a short-circuit current in the event of a turn fault, comprising a first partial winding and a second partial winding, turns of the partial windings being wound into one another and the turns of the first partial winding being spaced apart from one another by the turns of the second partial winding, and the first Part winding and the second part winding have a conductive connection.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die Erfindung betrifft eine bifiliare Wicklung zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes bei einem Windungsschluss.The invention relates to a bifilar winding for limiting a short-circuit current in the event of an interturn fault.
Fernern betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer bifiliaren Wicklung.Furthermore, the invention relates to a method for producing a bifilar winding.
Hintergrundbackground
Elektrische Maschinen, insbesondere permanenterregte Synchronmaschinen zur Verwendung in Flugzeugantrieben, weisen eine hohe Leistungs- und/oder Drehmomentdichte auf. In permanenterregten Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklungen wird das Erregerfeld von Permanentmagneten erzeugt und kann folglich nicht abgeschaltet werden. Die Zähne im Stator werden einzeln bewickelt. Insbesondere bei Fluganwendungen spielen Sicherheitsaspekte eine zentrale Rolle, sodass Fehlerfallbetrachtungen grundlegend in der Maschinenauslegung sind. Der Windungskurzschluss ist dabei als kritischer Fehlerfall anzusehen, da hier der Kurzschlussstrom, getrieben von der induzierten Spannung der rotierenden Permanentmagnete, ein Vielfaches des Klemmenkurzschlussstroms beträgt und sowohl die Wicklung des Stators als auch Strukturteile in kürzester Zeit zerstören kann. Um Schaden zu verhindern muss die Maschine bei einem Windungsschluss sofort angehalten werden.Electrical machines, in particular permanently excited synchronous machines for use in aircraft drives, have a high power and/or torque density. In permanently excited synchronous machines with toothed coil windings, the excitation field is generated by permanent magnets and therefore cannot be switched off. The teeth in the stator are wound individually. Safety aspects play a central role in flight applications in particular, so that fault case considerations are fundamental to machine design. The interturn short-circuit is to be regarded as a critical error case, since the short-circuit current, driven by the induced voltage of the rotating permanent magnets, is a multiple of the terminal short-circuit current and can destroy both the stator winding and structural parts in a very short time. In order to prevent damage, the machine must be stopped immediately in the event of an interturn fault.
Es besteht daher der Bedarf elektrische Maschinen windungsschlusssicher zu gestalten.There is therefore a need to design electrical machines with short-circuit protection.
Hierzu ist bereits vorgeschlagen worden, elektrische Maschinen so zu dimensionieren, dass die hohen Kurzschlussströme keinen Schaden anrichten können. Durch robuste Ausführung der Leiterisolation und höchste Qualitätsstandards in der Fertigung lässt sich die Ausfallwahrscheinlichkeit der Isolation minimieren.To this end, it has already been proposed to dimension electrical machines in such a way that the high short-circuit currents cannot cause any damage. The probability of failure of the insulation can be minimized through the robust design of the conductor insulation and the highest quality standards in production.
Dies hat jedoch den Nachteil, dass eine dickere Isolation den thermischen Widerstand am Leiter erhöht. Dadurch reduziert sich die abführbare Verlustleistung. Zudem geht der benötige Querschnitt für die Isolation zu Lasten des Leiterquerschnitts. Beides begrenzt die Leistungsfähigkeit der Maschine.However, this has the disadvantage that thicker insulation increases the thermal resistance of the conductor. This reduces the dissipated power loss. In addition, the required cross-section for the insulation is at the expense of the conductor cross-section. Both limit the performance of the machine.
Ferner ist vorgeschlagen worden, Wicklungen, in denen ein Windungsschluss aufgetreten ist, aktiv kurzzuschließen. Ein aktives Kurzschließen der Klemmen verteilt den Kurzschlussstrom auf alle Windungen gleichmäßig und reduziert somit die Verlustleistung in der Fehlerstelle. Hier besteht jedoch der Nachteil, dass Vorrichtungen zur sofortigen Erkennung eines Windungsschlusses vorgesehen werden müssen.It has also been proposed to actively short-circuit windings in which an interturn short has occurred. Active short-circuiting of the terminals distributes the short-circuit current evenly to all windings and thus reduces the power loss at the fault location. Here, however, there is the disadvantage that devices must be provided for the immediate detection of an interturn short.
Die Erfindung macht es sich daher zur Aufgabe eine Wicklung für eine elektrische Maschine bereitzustellen, die diese Nachteile zumindest abmildert.The object of the invention is therefore to provide a winding for an electrical machine which at least alleviates these disadvantages.
Kurzbeschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is solved by the invention specified in the independent claims. Advantageous configurations can be found in the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist eine Wicklung der eingangs genannten Art geschaffen, umfassend eine erste Teilwicklung und eine zweite Teilwicklung, wobei Windungen der Teilwicklungen ineinander gewickelt sind und wobei die Windungen der ersten Teilwicklung durch die Windungen der zweiten Teilwicklung voneinander beabstandet sind, und wobei die erste Teilwicklung und die zweite Teilwicklung eine leitende Verbindung aufweisen.According to the invention, a winding of the type mentioned is created, comprising a first partial winding and a second partial winding, with turns of the partial windings being wound into one another and with the turns of the first partial winding being spaced apart from one another by the turns of the second partial winding, and with the first partial winding and the second partial winding have a conductive connection.
Bei einem Windungsschluss versagt typischerweise die Isolation zwischen zwei benachbarten Windungen, sodass hier ein Kurzschlussstrom zwischen den Windungen fließen kann. Der Pfad des Kurzschlussstroms entspricht in diesem Fall einer einzelnen Windung. Der Kurzschlussstrom wird jedoch bei einer permanent erregten Synchronmaschine durch die Induktivität des kurzgeschlossenen Pfades begrenzt. Der kurzgeschlossene Pfad bildet eine eigene „Spule“ mit eigener Induktivität in der durch den permanent erregten Rotor beim Betrieb der Maschine ein eigener Strom erzeugt wird, der wiederum ein eigenes Magnetfeld hervorruft, welches dem Erzeugermagnetfeld des Rotors entgegengerichtet ist. Dieses Magnetfeld ist abhängig von der Induktivität des kurzgeschlossenen Pfades. Daher wird der Kurzschlussstrom maßgeblich durch die Induktivität des kurzgeschlossenen Pfades begrenzt. Ist diese hoch, kann sich ein umso stärkeres Magnetfeld ausbilden, welches dem Erzeugermagnetfeld entgegenwirkt und so den in der schadhaften Windung induzierten Kurzschlussstrom begrenzt. Beim Kurzschluss einer einzelnen Windung in einer Wicklung mit n Windungen entspricht der Kurzschlussstrom dem n-fachen des Klemmenkurzschlussstromes. Der Klemmenkurzschlussstrom entspricht dem Strom, der durch ein Erregerfeld in der Wicklung mit n Windungen induziert wird, wenn die Wicklungsenden (Klemmen) kurzgeschlossen werden.In the case of an interturn short, the insulation between two adjacent turns typically fails, so that a short-circuit current can flow between the turns. The path of the short-circuit current in this case corresponds to a single turn. However, in a permanently excited synchronous machine, the short-circuit current is limited by the inductance of the short-circuited path. The short-circuited path forms its own "coil" with its own inductance in which its own current is generated by the permanently excited rotor during operation of the machine, which in turn creates its own magnetic field, which is directed counter to the magnetic field of the rotor. This magnetic field is dependent on the inductance of the shorted path. Therefore, the short-circuit current is largely limited by the inductance of the short-circuited path. If this is high, an even stronger magnetic field can form, which counteracts the generator magnetic field and thus limits the short-circuit current induced in the defective winding. If a single turn in a winding with n turns is short-circuited, the short-circuit current corresponds to n times the terminal short-circuit current. The terminal short-circuit current corresponds to the current induced by an excitation field in the n-turn winding when the winding ends (terminals) are short-circuited.
Gemäß der Erfindung sind die Wicklungen bifiliar ausgeführt. Die Leiter, die die Wicklung bilden bestehen aus zwei unabhängigen, gegeneinander isolierten Teilleitern. Die beiden Teilleiter bilden zwei voneinander unabhängige Teilwicklungen. Dabei sind die Windungen der ersten Teilwicklung durch die Windungen der zweiten Teilwicklung voneinander getrennt und beabstandet. Daher kann bei Versagen der Isolation kein unmittelbarer Kurzschluss zwischen zwei Windungen einer Teilwicklung entstehen. Ein Kurzschluss, der bei Versagen der Isolation entsteht, ist daher ein Kurzschluss zwischen benachbarten Windungen der ersten Teilwicklung und der zweiten Teilwicklung. Um in diesem Fall den Pfad des Kurzschlussstromes möglichst zu verlängern, also um eine „Spule“ hoher Induktivität zu schaffen, weisen die erste Teilwicklung und die zweite Teilwicklung eine leitende Verbindung auf. Durch die erhöhte Induktivität, der in Folge der leitenden Verbindung vergrößerten Spule, die durch den Pfad des Kurzschlussstromes gebildet ist, ergibt sich auch ein verstärktes Magnetfeld, welches dem Erzeugermagnetfeld des Rotors entgegenwirkt und so den Kurzschlussstrom begrenzt. Die dabei auftretende Verlustleistung ist daher geringer und kann bei entsprechender Auslegung thermisch beherrscht werden. Daher ermöglicht die Erfindung den sicheren Weiterbetrieb eines Motors auch bei Auftreten eines Windungsschlusses. Weiterhin von Vorteil ist, dass bei einer Auslegung einer Wicklung, insbesondere einer Zahnwicklung, gemäß der Erfindung der Leiterfüllfaktor der Zahnwicklung erhalten bleibt und somit die Leitungsfähigkeit einer elektrischen Maschine, in der die Wicklung zum Einsatz kommt, nicht reduziert wird.According to the invention, the windings are bifilar. The conductors that form the winding consist of two independent partial conductors that are insulated from one another. Form the two sub-conductors two independent partial windings. The turns of the first partial winding are separated and spaced apart from one another by the turns of the second partial winding. Therefore, if the insulation fails, no direct short circuit can occur between two turns of a partial winding. A short circuit that occurs when the insulation fails is therefore a short circuit between adjacent turns of the first partial winding and the second partial winding. In order to lengthen the path of the short-circuit current as much as possible in this case, i.e. to create a "coil" with high inductance, the first partial winding and the second partial winding have a conductive connection. The increased inductance of the enlarged coil as a result of the conductive connection, which is formed by the path of the short-circuit current, also results in an increased magnetic field, which counteracts the magnetic field of the rotor and thus limits the short-circuit current. The power loss that occurs is therefore lower and can be thermally controlled with an appropriate design. Therefore, the invention enables the safe continued operation of a motor even if an interturn short occurs. Another advantage is that when a winding, in particular a tooth winding, is designed according to the invention, the conductor filling factor of the tooth winding is retained and the conductivity of an electrical machine in which the winding is used is therefore not reduced.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Teilwicklung durch die leitende Verbindung mit der zweiten Teilwicklung in Serie geschaltet. Insbesondere besteht die leitende Verbindung zwischen einem ersten Ende der zweiten Teilwicklung und einem zweiten Ende der ersten Teilwicklung.In one embodiment of the invention, the first partial winding is connected in series with the second partial winding by the conductive connection. In particular, there is a conductive connection between a first end of the second partial winding and a second end of the first partial winding.
Aufgrund der Serienschaltung der ersten und der zweiten Teilwicklung folgt, dass auf dem Pfad eines Kurzschlussstromes zwischen benachbarten Leitern der ersten Teilwicklung und der zweiten Teilwicklung stets 50% der Windungen einer einzelnen Teilwicklung mit Windungsanzahl n durchlaufen werden müssen. Wenn aber der Kurzschlussstrom stets 50% aller Windungen durchlaufen muss, verbleiben effektiv zwei Windungen, sodass in diesem Fall n den Wert 2 annimmt. Die effektive Windungsanzahl der kurzgeschlossenen „Spule“ ist daher n=2. Weil gilt, dass beim Kurzschluss einer einzelnen Windung in einer Wicklung mit n Windungen der Kurzschlussstrom dem n-fachen des Klemmenkurzschlussstromes entspricht, gilt ferner, dass gemäß der Erfindung der Kurzschlussstrom auf das doppelte des Klemmenkurzschlussstromes einer Teilwicklung begrenzt ist. Es gilt I (kurz) = 2 I (Klemme). Weil der Strom auf das Zweifache des Klemmenkurzschlussstromes begrenzt ist, ist im Fehlerfall auch kein aktives Kurzschließen der Klemmen erforderlich. Dadurch kann auch aufwändige Vorrichtungen zur Erkennung eines Windungsschlusses verzichtet werden.Due to the series connection of the first and second partial windings, it follows that on the path of a short-circuit current between adjacent conductors of the first partial winding and the second partial winding, 50% of the turns of a single partial winding with a number of turns n must always be passed through. However, if the short-circuit current always has to pass through 50% of all turns, there are effectively two turns left, so that n has the
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die bifiliare Wicklung eine Einzelzahnwicklung einer Statorspule in einer permanent erregten Synchronmaschine, insbesondere in einem elektrischen Antrieb. Da permanent erregten Synchronmaschinen auch in Luftfahrtanwendungen eingesetzt werden, und in Luftfahrtanwendungen hohe Leistungsdichten in Verbindung mit hoher Fehlertoleranz gefordert sind, eignet sich die Erfindung besonders zur Verwendung in solchen Synchronmaschinen.In one embodiment of the invention, the bifilar winding is a single-tooth winding of a stator coil in a permanently excited synchronous machine, in particular in an electric drive. Since permanently excited synchronous machines are also used in aviation applications, and aviation applications require high power densities in connection with high fault tolerance, the invention is particularly suitable for use in such synchronous machines.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die bifiliare Wicklung eine Wicklung einer einlagigen Spulenwicklung.In one embodiment of the invention, the bifilar winding is a winding of a single-layer coil winding.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die bifiliare Wicklung eine Wicklung einer zweilagigen Spulenwicklung, wobei die zweilagige Spulenwicklung eine erste Lage und eine zweite Lage umfasst wobei die erste Lage die erste Teilwicklung und die zweite Teilwicklung umfasst und die zweite Lage eine dritte und eine vierte Teilwicklung umfasst, wobei die erste Teilwicklung mit der zweiten Teilwicklung in Serie geschaltet ist und die dritte Teilwicklung mit der vieren Teilwicklung in Serie geschalten ist und wobei die zweite Teilwicklung mit der dritten Teilwicklung in Serie geschalten ist. Die Erfindung ist neben einlagigen Spulen auch auf zweilagige Spulen übertragbar, wobei die erste Lage und die zweite Lage keinen Lagensprungbereich am Ende der Spule aufweisen dürfen, sondern zunächst unabhängig übereinander parallelgeführt sein müssen. Beide Lagen umfassen zunächst unabhängig Teilwicklungen wie oben beschrieben. Um die Induktivität im Falle eines Windungsschlusses benachbarter Spulen zu erhöhen, sind in der ersten Lage die erste und die zweite Teilwicklung in Serie geschalten und in der zweiten Lage die dritte und die vierte Teilwicklung in Serie geschalten. Zusätzlich sind die beiden Lagen miteinander in Serie geschalten, indem die zweite und die dritte Teilwicklung in Serie geschalten sind. Bei einem Windungsschluss zwischen Windungen der Teilspulen innerhalb einer Lage, bleibt die jeweils andere Lage voll funktionsfähig. Bei einem Windungsschluss zwischen Windungen verschiedener Lagen wird auch jeweils wieder die Hälfte aller Windungen beider Lagen von einem Kurzschlussstrom durchlaufen. Somit kann auch bei einem Windungsschluss zwischen Windungen zweier Lagen der Pfad des Kurzschlussstromes verlängert und dessen Induktivität erhöht werden. Die Serienschaltungen sind durch leitende Verbindungen gegeben.In one embodiment of the invention, the bifilar winding is a winding of a two-layer coil winding, the two-layer coil winding comprising a first layer and a second layer, the first layer comprising the first partial winding and the second partial winding and the second layer comprising a third and a fourth partial winding , wherein the first partial winding is connected in series with the second partial winding and the third partial winding is connected in series with the fourth partial winding and wherein the second partial winding is connected in series with the third partial winding. In addition to single-layer coils, the invention can also be applied to two-layer coils, in which case the first layer and the second layer must not have a layer jump area at the end of the coil, but must first be guided independently in parallel one above the other. Both layers initially include independent partial windings as described above. In order to increase the inductance in the event of an interturn short of adjacent coils, the first and second partial windings are connected in series in the first layer and the third and fourth partial windings are connected in series in the second layer. In addition, the two layers are connected in series with one another, in that the second and third partial windings are connected in series. In the event of a turn short between turns of the partial coils within one layer, the respective other layer remains fully functional. In the case of a turn-to-turn short between turns in different layers, half of all the turns in both layers are again traversed by a short-circuit current. Thus, the path of the short-circuit current can be lengthened and its inductance increased even in the case of a turn-to-turn short between turns of two layers. The series connections are given by conductive connections.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die leitende Verbindung eine Vorrichtung zum Unterbrechen eines Stromflusses. Insbesondere kann in der leitenden Verbindung eine Sicherung vorgesehen sein, die den Pfad des Kurzschlussstromes unterbricht. Die leitende Verbindung ist ein Leiterabschnitt, der bei jedem Kurzschluss zwischen benachbarten Windungen bestromt wird. Dadurch kann eine einzelne Sicherung sämtliche Erstfehler (Windungsschlüsse) einer Isolation zwischen zwei Leitern unabhängig von der Windungszahl der Teilspulen absichern. Durch die Sicherung wird der Strom im Fehlerfall sofort abgeschaltet. Dadurch kann auch eine elektrische Maschine, die nicht zur Aufnahme hoher Ströme, insbesondere der Kurzschlussströme I(kurz) = 2 I(Klemme) ausgelegt ist, weiterbetrieben werden, wenn ein Windungsschluss aufgetreten ist. Die Maschine wird dadurch eigensicher.In one embodiment of the invention, the conductive connection includes a device for interrupting a current flow. In particular, a fuse can be provided in the conductive connection hen that breaks the path of the short-circuit current. The conductive connection is a section of conductor that is energized whenever there is a short circuit between adjacent turns. As a result, a single fuse can protect all initial faults (turn shorts) in insulation between two conductors, regardless of the number of turns in the coil sections. In the event of a fault, the current is switched off immediately by the fuse. As a result, an electrical machine that is not designed to absorb high currents, in particular the short-circuit currents I(short)=2 I(terminal), can continue to be operated if a short circuit has occurred. This makes the machine intrinsically safe.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die leitende Verbindung eine Messstelle, insbesondere einen Strommesser oder eine Messspule. Die Messtelle kann insbesondere zur Diagnose und - darauf basierend - zur Einleitung von Gegenmaßnahmen wie z.B. aktives Kurzschließen, dienen. Insbesondere kann die Messstelle als Messspule ausgeführt sein.In one embodiment of the invention, the conductive connection includes a measuring point, in particular an ammeter or a measuring coil. The measuring point can be used in particular for diagnosis and - based on this - for initiating countermeasures such as active short-circuiting. In particular, the measuring point can be designed as a measuring coil.
Insbesondere ist die Messspule mit Messpulen weiterer Wicklungen zu einer Messbrücke verschaltet.In particular, the measuring coil is connected to measuring coils of other windings to form a measuring bridge.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die leitende Verbindung in die bifiliare Wicklung integriert, insbesondere ist die leitende Verbindung durch einen Lagensprung gegeben, insbesondere durch einen Lagenrücksprung um n-2 Lagen. Die leitende Verbindung kann auch durch einen Lagenrücksprung gegeben sein, insbesondere durch einen Lagenrücksprung um n-2. Die Lagen sind dabei durch die Windungen gebildet. Dabei wird ein zweites Ende der ersten Teilwicklung direkt mit einem ersten Ende der zweiten Teilwicklung zusammengeführt, so dass sich eine zurückspringende Leiterschleife ergibt. Die Leiterschleife kann so dimensioniert sein um genau n-2 Lagen zurückzuspringen. Dann ergeben sich durch den Rücksprung genau zwei Teilwicklungen mit N/2 Windungen, also derselben Windungsanzahl, sodass im Kurzschlussfall wieder I(kurz) = 2 I (Klemme) gilt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass es in der Herstellung der Wicklungen nur eines geringen Zusatzaufwandes bedarf.In one embodiment of the invention, the conductive connection is integrated into the bifilar winding, in particular the conductive connection is provided by a layer jump, in particular by a layer jump of n-2 layers. The conductive connection can also be provided by a layer setback, in particular by a layer setback of n−2. The layers are formed by the turns. In this case, a second end of the first partial winding is brought together directly with a first end of the second partial winding, resulting in a recessed conductor loop. The conductor loop can be dimensioned in such a way that it jumps back exactly n-2 layers. The jump back results in exactly two partial windings with N/2 turns, i.e. the same number of turns, so that in the event of a short circuit, I(short) = 2 I (terminal) again applies. This configuration has the advantage that only a small amount of additional effort is required in the manufacture of the windings.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Windungen zur Aufnahme einer thermischen Verlustleistung im Falle eines Windungsschlusses dimensioniert. Mit Vorteil ist eine Dimensionierung, insbesondere eine Dicke der Litzen oder Drähte, die die Windungen bilden und eine Dicke der Isolation zwischen den Windungen der ersten und zweiten Teilwicklungen so gestaltet, dass Kurzschlussströme und daher thermische Verlustleistungen nicht zu Beschädigungen führen. Dadurch wird die Betriebssicherheit weiter erhöht.In one embodiment of the invention, the windings are dimensioned to absorb a thermal power loss in the event of a short circuit between turns. A dimensioning, in particular a thickness of the strands or wires that form the turns and a thickness of the insulation between the turns of the first and second partial windings, is advantageously designed such that short-circuit currents and therefore thermal power losses do not lead to damage. This further increases operational reliability.
Die bifiliare Wicklung kann in den vorgenannten Ausgestaltungsformen Teil einer Spule sein. Insofern ist erfindungsgemäß auch eine Spule geschaffen.In the aforementioned embodiments, the bifilar winding can be part of a coil. In this respect, a coil is also created according to the invention.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren geschaffen zur Herstellung einer bifiliaren Wicklung nach dem ersten Aspekt, insbesondere einer Einzelzahnwicklung für eine permanent erregte elektrische Synchronmaschine, das Verfahren umfassend: Wickeln der ersten Teilwicklung umfassend N Windungen, Rückführen einer letzten Windung der ersten Teilwicklung, Ausbilden, durch die rückgeführte Windung, einer Leiterschleife, wobei die Leiterschleife eine erste Windung der zweiten Teilwicklung bildet und Wickeln der zweiten Teilwicklung entlang den Windungen der ersten Teilwicklung.According to a second aspect of the invention, a method is created for producing a bifilar winding according to the first aspect, in particular a single-tooth winding for a permanently excited electrical synchronous machine, the method comprising: winding the first partial winding comprising N turns, returning a last turn of the first partial winding, forming, through the returned turn, a conductor loop, the conductor loop forming a first turn of the second partial winding and winding the second partial winding along the turns of the first partial winding.
Durch den Rücksprung ist keine zusätzliche Verbindung oder Verschaltung der freien Enden der ersten und der zweiten Teilwicklungen erforderlich. Es kann also auf zusätzliche Verbindungselemente verzichtet werden. Dies verringert den Herstellungsaufwand bei den gleichen vorteilhaften elektrischen Eigenschaften.As a result of the jump back, no additional connection or interconnection of the free ends of the first and second partial windings is required. Additional connecting elements can therefore be dispensed with. This reduces the manufacturing effort with the same advantageous electrical properties.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Wickeln der ersten Teilwicklung das Wickeln mit finaler Steigung, und das Wickeln der zweiten Teilwicklung umfasst ein Fädeln der zweiten Teilwicklungen durch die Leiterschleife. Die Leiterschleife bildet den Rücksprung und ist gleichzeitig ein Übergang der ersten Teilwicklung in die zweite Teilwicklung. Aufgrund des Rücksprunges müssen beim Wickeln die nach dem Rücksprung verbleibenden Windungen durch die Leiterschleife hindurch gefädelt werden.In one configuration of the method, the winding of the first partial winding includes winding with the final pitch, and the winding of the second partial winding includes threading the second partial winding through the conductor loop. The conductor loop forms the return and is at the same time a transition from the first partial winding to the second partial winding. Due to the return, the turns remaining after the return must be threaded through the conductor loop during winding.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Rückführen der letzten Windung der ersten Teilwicklung um N-2 Windungen. Dadurch entstehen zwei Teilwicklungen gleicher Windungsanzahl und es gilt: I(kurz) = 2 I(Klemme).In one configuration of the method, the last turn of the first partial winding is returned by N-2 turns. This creates two partial windings with the same number of turns and the following applies: I(short) = 2 I(terminal).
Figurenlistecharacter list
Nachfolgend sind anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt:
Die 1 eine beispielhafte Wicklung aus dem Stand der Technik in der ein Windungsschluss aufgetreten ist;Die 2 eine beispielhafte bifiliare Wicklung gemäß der Erfindung;Die 3 eine beispielhafte Ausgestaltung der bifiliaren Wicklung gemäß2 ;Die 4 eine weitere beispielhafte Ausgestaltung der bifiliaren Wicklung gemäß2 ; und- Die
5a und5b eine beispielhafte bifiliare Wicklung gemäß der Erfindung mit Lagensprung; Die 6 eine beispielhafte zweilagige bifiliare Wicklungen; undDie 7 beispielhafte bifiliare Wicklungen in einer zweilagigen Spule.
- the
1 an exemplary prior art winding in which a shorted turn has occurred; - the
2 an exemplary bifilar winding according to the invention; - the
3 an exemplary embodiment of the bifilar winding according to FIG2 ; - the
4 a further exemplary embodiment of the bifilar winding according to FIG2 ; and - the
5a and5b an exemplary bifilar winding according to the invention with layer jump; - the
6 an example two-layer bifilar windings; and - the
7 exemplary bifilar windings in a two-layer coil.
Figurenbeschreibungcharacter description
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- bifiliare Wicklungbifilar winding
- 22
- erste Teilwicklungfirst partial winding
- 33
- zweite Teilwicklungsecond partial winding
- 44
- erstes Ende der ersten Teilwicklungfirst end of the first partial winding
- 55
- zweites Ende ersten Teilwicklungsecond end first partial winding
- 66
- erstes Ende der zweiten Teilwicklungfirst end of the second partial winding
- 77
- zweites Ende der zweiten Teilwicklungsecond end of the second partial winding
- 88th
- Verbindungselementfastener
- 99
- Fehlerstellepoint of failure
- 1010
- Sicherungfuse
- 1111
- Messstellemeasuring point
- 1212
- Lagensprunglayer jump
- 1313
- erste Lagefirst layer
- 1414
- zweite Lagesecond layer
- 1515
- dritte Teilwicklungthird partial winding
- 1616
- vierte Teilwicklungfourth partial winding
- AA
- Amperemeterammeter
- I(kurz)I(short)
- Kurzschlussstromshort-circuit current
Claims (14)
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017217751A1 (en) | 2017-10-06 | 2019-04-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Stator winding for a rotating electrical machine |
WO2019074375A1 (en) | 2017-10-11 | 2019-04-18 | Alva Industries As | Electromagnetic mat for a stator or rotor component of an electric machine |
US20200021157A1 (en) | 2018-07-12 | 2020-01-16 | Zunum Aero, Inc. | Multi-filar coil winding for electric machine |
WO2020215154A1 (en) | 2019-04-23 | 2020-10-29 | Dpm Technologies Inc. | Fault tolerant rotating electric machine |
-
2020
- 2020-12-10 DE DE102020215671.9A patent/DE102020215671A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017217751A1 (en) | 2017-10-06 | 2019-04-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Stator winding for a rotating electrical machine |
WO2019074375A1 (en) | 2017-10-11 | 2019-04-18 | Alva Industries As | Electromagnetic mat for a stator or rotor component of an electric machine |
US20200021157A1 (en) | 2018-07-12 | 2020-01-16 | Zunum Aero, Inc. | Multi-filar coil winding for electric machine |
WO2020215154A1 (en) | 2019-04-23 | 2020-10-29 | Dpm Technologies Inc. | Fault tolerant rotating electric machine |
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