DE112015001483T5

DE112015001483T5 - Rotating electrical machine with optimized phase connection and associated winding manufacturing process

Info

Publication number: DE112015001483T5
Application number: DE112015001483.7T
Authority: DE
Inventors: Mamy Rakotovao; Philippe-Siad Farah; Mohamed Khanchoul
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2016-12-22
Also published as: FR3019402B1; FR3019402A1; WO2015145008A1

Abstract

Die Erfindung betrifft hauptsächlich eine mehrphasige drehende elektrische Maschine (1) für ein Fahrzeug mit einem Rotor (50) und einem Stator (10) mit Zähnen (13), um die jeweils eine Spule (28) gewickelt ist, um eine konzentrierte Wicklung zu bilden, wobei jede Phase der drehenden elektrischen Maschine durch mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Spulen (A1, A2); (B1, B2); (C1, C2) gebildet ist, und die Phasen der drehenden elektrischen Maschine im Dreieck verschaltet sind, und wobei die Maschine Schlitze (67, 68) umfasst, die in den Zähnen des Stators (10) oder in den Armen des Rotors (50) hergestellt sind. Die Erfindung hat auch ein Verfahren zur Herstellung der entsprechenden Wicklung zum Gegenstand.The invention relates generally to a multi-phase rotary electric machine (1) for a vehicle having a rotor (50) and a stator (10) with teeth (13), around each of which a coil (28) is wound to form a concentrated winding wherein each phase of the rotary electric machine is characterized by at least two coils (A1, A2) connected in series; (B1, B2); (C1, C2) is formed, and the phases of the rotating electrical machine are connected in a triangle, and wherein the machine slots (67, 68) which in the teeth of the stator (10) or in the arms of the rotor (50) are made. The invention also relates to a method for producing the corresponding winding.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine drehende elektrische Maschine mit optimierter Phasenverschaltung sowie das Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Wicklung. Die Erfindung findet eine besonders vorteilhafte Anwendung auf dem Gebiet der drehenden elektrischen Maschinen in der Art eines Wechselstromgenerators oder eines Elektromotors. Die Erfindung kann vorteilhafterweise bei einem Kompressor für ein Kühlfluid einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug verwendet werden.The present invention relates to a rotary electric machine with optimized phase connection and the method for producing a corresponding winding. The invention finds a particularly advantageous application in the field of rotary electric machines such as an alternator or an electric motor. The invention can be used advantageously in a compressor for a cooling fluid of an air conditioning system for a motor vehicle.

Elektrische Maschinen mit einem Stator und einem mit einer Welle fest verbundenen Rotor, die die Bewegung eines Spiralkompressors mit einer Spirale sicherstellt, sind bekannt, wobei diese Spirale im Englischen mit dem Namen ”scroll” bezeichnet wird. Ein derartiges System umfasst zwei miteinander zusammenwirkenden Spiralen, um das Kühlfluid zu pumpen und zu komprimieren. Im Allgemeinen ist eine der Spiralen fest, ”feste Scroll”, während die andere sich exzentrisch ohne Drehbewegung verlagert ”Orbitale Scroll”, so dass Fluideinschlüsse zwischen den Spiralen gepumpt, dann eingeschlossen und komprimiert werden. Ein derartiges System ist beispielsweise im Dokument EP1865200A1 beschrieben.Electric machines having a stator and a rotor fixedly connected to a shaft, which ensures the movement of a spiral compressor with a spiral, are known, this spiral being called "scroll" in English. Such a system includes two cooperating scrolls for pumping and compressing the cooling fluid. In general, one of the scrolls is fixed, "solid scroll" while the other moves eccentrically without rotational motion "orbital scrolling" so that fluid inclusions are pumped between the scrolls, then trapped and compressed. Such a system is for example in the document EP1865200A1 described.

Der Rotor umfasst einen Körper, der aus einem Stapel von Blechen gebildet ist, die in Form eines Pakets mittels eines geeigneten Befestigungssystems gehalten werden, wie z. B. Nieten, die axial den Rotor auf voller Länge durchqueren. Der Rotor umfasst Pole, die beispielsweise aus Permanentmagneten gebildet sind, die in in der magnetischen Masse des Rotors ausgebildeten Hohlräumen aufgenommen sind. In diesem Fall kann gesagt werden, dass die Magnete in Nuten im Rotor aufgenommen sind. Alternativ können die Pole durch Spulen gebildet sein, die um einen Arm des Rotors gewickelt sind. In allen Fällen wird von Polen gesprochen, die vom Rotor ”vorstehen”. Im Fall von Permanentmagneten ist es der Unterschied der Permeabilität, die das Vorstehen über den Rotor hinaus erklärt, da die Permanentmagnete eine Permeabilität aufweisen, die nahe der Permeabilität von Luft liegtThe rotor comprises a body formed from a stack of sheets which are held in the form of a package by means of a suitable fastening system, such as e.g. B. rivets that axially traverse the rotor over its full length. The rotor includes poles formed, for example, of permanent magnets received in cavities formed in the magnetic mass of the rotor. In this case, it can be said that the magnets are received in grooves in the rotor. Alternatively, the poles may be formed by coils wound around an arm of the rotor. In all cases it is spoken of Poland, which "protrude" from the rotor. In the case of permanent magnets, it is the difference in permeability that explains protrusion beyond the rotor because the permanent magnets have a permeability that is close to the permeability of air

Außerdem umfasst der Stator einen Körper, der aus Lamellenblechen hergestellt ist, um die Wirbelströme zu verringern. Der Körper umfasst eine ringförmige Wand, die Joch genannt wird, und Zähne, die vom inneren Umfang der ringförmigen Wand vorstehen. Das Joch weist außerdem einen äußeren Umfang in Kontakt mit einem Gehäuse der elektrischen Maschine auf. Dieses Gehäuse, das auch Kasten genannt wird, ist dazu eingerichtet, die Welle des Rotors über Kugellager und/oder Nadellager drehbar zu lagern, wie es im Dokument EP1865200A1 beschrieben ist.In addition, the stator comprises a body made of laminations to reduce the eddy currents. The body includes an annular wall called a yoke and teeth protruding from the inner circumference of the annular wall. The yoke also has an outer periphery in contact with a housing of the electric machine. This housing, which is also called box, is adapted to rotatably support the shaft of the rotor via ball bearings and / or needle bearings, as in the document EP1865200A1 is described.

Die Zähne des Stators, die auf dem Joch verteilt sind, erstrecken sich zum Inneren des Stators in Richtung des Rotors. Ein Luftspalt existiert zwischen dem den inneren Umfang des Körpers des Stators definierenden freien Ende der Zähne, und dem äußeren Umfang des Rotors. Die Zähne definieren gemeinsam mit dem Joch nach innen offene Nuten, die dazu bestimmt sind, Wicklungen aufzunehmen, beispielsweise in Form von Spulen, um einen mehrphasigen Stator beispielsweise vom dreiphasigen Typ zu bilden. Vom Körper des Stators elektrisch isolierte Spulen sind um die Zähne gewickelt, so dass jede Nut des Stators zwei Halbspulen aufnimmt. Somit wird eine so genannte konzentrierte Wicklung erreicht. Die Isolation der Spulen in Bezug auf den Körper des Stators kann unter Verwendung von Isolationselementen realisiert werden, die auf beiden Seiten des Körpers des Stators angeordnet sind, in Kombination mit Nutenisolatoren, die an den inneren Wänden der Nuten anliegen. Es ist auch möglich, Spulen zu verwenden, die an einzelnen isolierenden Trägern montiert sind, welche dazu bestimmt sind, auf einen Zahn des Stators aufgeschoben zu werden.The teeth of the stator, which are distributed on the yoke, extend to the interior of the stator in the direction of the rotor. An air gap exists between the free end of the teeth defining the inner circumference of the body of the stator and the outer circumference of the rotor. The teeth define, together with the yoke, inwardly open grooves intended to receive windings, for example in the form of coils, to form a polyphase stator, for example of the three-phase type. Coils electrically insulated from the body of the stator are wound around the teeth so that each slot of the stator receives two half coils. Thus, a so-called concentrated winding is achieved. The insulation of the coils with respect to the body of the stator can be realized by using insulating elements disposed on both sides of the body of the stator in combination with slot insulators which abut the inner walls of the slots. It is also possible to use coils mounted on individual insulating supports which are intended to be slid onto a tooth of the stator.

Die Struktur der Wicklung basiert auf einer Reihenschaltung von Spulen jeder Phase, wobei dies zu einer Steigerung der elektromotorischen Kraft der Maschine führt. Damit diese elektromotorische Kraft dennoch mit Niederspannungsanwendungen kompatibel ist und in industrieller Ausführung unter Verwendung eines Nadelwicklers erreicht werden kann, besteht das Bedürfnis, eine geeignete Verschaltung zu finden, die es ermöglicht, die Anzahl von Windungen zu verringern, während gleichzeitig eine Erhöhung des Durchmessers der Drähte bei gleicher Ausfüllung der Nut begrenzt wird.The structure of the winding is based on a series connection of coils of each phase, which leads to an increase of the electromotive force of the machine. However, in order for this electromotive force to be compatible with low voltage applications and to be achieved in an industrial design using a needle winder, there is a need to find a suitable interconnection which allows the number of turns to be reduced while at the same time increasing the diameter of the wires is limited at the same filling of the groove.

Die Erfindung zielt darauf ab, auf dieses Bedürfnis wirksam zu reagieren, indem eine mehrphasige drehende elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator vorgeschlagen wird, der mit Zähnen versehen ist, um die jeweils eine Spule gewickelt ist, um eine konzentrierte Wicklung zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass jede Phase der drehenden elektrischen Maschine aus mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Spulen gebildet ist, und dass die Phasen der drehenden elektrischen Maschine im Dreieck verschaltet sind.The invention aims to effectively respond to this need by proposing a multi-phase rotating electric machine having a rotor and a stator provided with teeth, around each of which a coil is wound to form a concentrated winding in that each phase of the rotating electrical machine is formed from at least two coils connected electrically in series, and that the phases of the rotating electrical machine are connected in a triangle.

Die Erfindung ermöglicht es folglich aufgrund der Dreiecksverschaltung, die Erhöhung des Durchmessers des Drahts um einen Faktor der Wurzel drei in Bezug auf eine Sternverschaltung zu begrenzen sowie die Erhöhung der Anzahl von Windungen zu begrenzen. Die Wicklung der Maschine bleibt folglich durch eine Nadelwicklung leicht industriell herstellbar.The invention thus makes it possible, due to the triangular connection, to limit the increase in the diameter of the wire by a factor of three relative to a star connection and to limit the increase in the number of turns. The winding of the machine thus remains easily industrially produced by a needle winding.

Gemäß einer Ausführungsvariante sind die zwei elektrisch in Reihe geschalteten Spulen, die jede Phase bilden, entlang eines Umfangs des Stators zueinander benachbart.According to one embodiment, the two electrically connected in series coils, the each phase, adjacent to each other along a circumference of the stator.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist jede Phase durch eine erste Gruppe von elektrisch in Reihe geschalteten Spulen und eine zweite Gruppe von elektrisch in Reihe geschalteten Spulen gebildet, wobei die erste und zweite Gruppe von Spulen zu einander parallel geschaltet sind.According to an embodiment variant, each phase is formed by a first group of coils electrically connected in series and a second group of coils electrically connected in series, the first and second groups of coils being connected in parallel to one another.

Gemäß einer Ausführungsvariante liegen die Spulen der zweiten Gruppe in Bezug auf die Spulen der ersten Gruppe diametral gegenüber. Eine derartige Konfiguration ermöglicht es, die Länge der Drähte zu optimieren, die die Bündel der verschiedenen Phasen der elektrischen Maschine bilden.According to one embodiment variant, the coils of the second group are diametrically opposite with respect to the coils of the first group. Such a configuration makes it possible to optimize the length of the wires forming the bundles of the different phases of the electric machine.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist eine Anzahl von Nuten dividiert durch eine Anzahl von Polenpaaren der elektrischen Maschine eine nicht ganze Zahl. Eine derartige Wicklung ermöglicht es, die Geräuschbildung der elektrischen Maschine zu minimieren.According to one embodiment, a number of slots divided by a number of pairs of poles of the electric machine is a non-integer number. Such a winding makes it possible to minimize the noise of the electrical machine.

Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst die elektrische Maschine 12 Nuten und 10 Pole.According to one embodiment, the electric machine 12 includes grooves and 10 poles.

Gemäß einer Ausführungsvariante weist der Rotor Permanentmagnete auf. Die Permanentmagnete des Rotors weisen beispielsweise eine radiale Orientierung auf.According to one embodiment variant, the rotor has permanent magnets. The permanent magnets of the rotor have, for example, a radial orientation.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Maschine für den Betrieb mit einer Spannung unterhalb 50 Volt ausgelegt.According to one embodiment, the machine is designed for operation with a voltage below 50 volts.

Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst die elektrische Maschine Schlitze, die in den Zähnen des Stators oder in den Armen des Rotors ausgebildet sind. Eine derartige Konfiguration ermöglicht es, den Anteil an Flussoberwellen dritter Ordnung zu verringern.According to one embodiment variant, the electric machine comprises slots which are formed in the teeth of the stator or in the arms of the rotor. Such a configuration makes it possible to reduce the proportion of third-order flux harmonics.

Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst die elektrische Maschine zwei Schlitze, die in einer dem Rotor zugewandten Stirnfläche jedes Zahns des Stators ausgebildet sind, um jeden Zahn in drei Abschnitte mit im Wesentlichen identischen Abmessungen zu unterteilen.According to one embodiment variant, the electric machine comprises two slots which are formed in a rotor-facing end face of each tooth of the stator to divide each tooth into three sections of substantially identical dimensions.

Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst die elektrische Maschine zwei Schlitze, die in einer dem Stator zugewandten Stirnfläche jedes Arms des Rotors hergestellt sind, um jeden Arm in drei Abschnitte mit im Wesentlichen identischen Abmessungen zu unterteilen.According to an embodiment, the electric machine comprises two slots made in a stator-facing end face of each arm of the rotor to divide each arm into three sections of substantially identical dimensions.

Die Erfindung hat auch ein Verfahren zur Herstellung einer konzentrierten Wicklung eines Stators einer mehrphasigen drehenden elektrischen Maschine zum Gegenstand, wobei der Stator Zähne umfasst, die paarweise Nuten begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt zur Herstellung einer Spule aus mindestens einem Draht um jeden Zahn, einen Schritt zur Bildung jeder Phase durch eine elektrische Reihenschaltung von mindestens zwei Spulen sowie einen Schritt zum Verschalten der vorher gebildeten Phasen der elektrischen Maschine im Dreieck umfasst.The invention also relates to a method for producing a concentrated winding of a stator of a multiphase rotating electrical machine, the stator comprising teeth which define grooves in pairs, characterized in that it comprises a step of producing a coil of at least one wire around each tooth , a step of forming each phase by a series electrical connection of at least two coils and a step of interconnecting the previously formed phases of the electric machine in the triangle.

Gemäß einer Ausführungsvariante sind die zwei elektrisch in Reihe geschalteten Spulen einer jeweiligen Phase entlang des Statorumfangs zueinander benachbart.According to one embodiment variant, the two coils connected in series in series are adjacent to each phase along the stator circumference.

Gemäß einer Ausführungsvariante wird der Schritt zur Ausbildung jeder Phase durch Bildung einer Reihenschaltung von Spulen, die eine erste Gruppe von Spulen bilden, sowie durch Bildung einer Reihenschaltung von Spulen, die eine zweite Gruppe von Spulen bilden, und durch eine elektrische Parallelschaltung der ersten und zweiten Gruppe von Spulen ausgeführt.According to one embodiment, the step of forming each phase is accomplished by forming a series circuit of coils forming a first set of coils, forming a series of coils forming a second set of coils, and electrically connecting the first and second coils together Group of coils running.

Gemäß einer Ausführungsvariante liegen die Spulen der zweiten Gruppe in Bezug auf die Spulen der ersten Gruppe diametral gegenüber.According to one embodiment variant, the coils of the second group are diametrically opposite with respect to the coils of the first group.

Gemäß einer Ausführungsvariante wird der Schritt der Herstellung der Spulen mittels einer zentral hohlen Nadel durchgeführt, die den Durchgang von mindestens einem um einen Zahn zu wickelnden Draht ermöglicht.According to an alternative embodiment, the step of producing the coils is carried out by means of a centrally hollow needle which allows the passage of at least one wire to be wound around a tooth.

Gemäß einer Ausführungsvariante wird der Schritt der Herstellung der Spulen in situ durchgeführt.According to one embodiment variant, the step of producing the coils is carried out in situ.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist eine Breite einer Öffnung zwischen zwei Randbereichen benachbarter Zähne im Wesentlichen gleich dem dreifachen Durchmesser des Drahts.According to one embodiment, a width of an opening between two edge regions of adjacent teeth is substantially equal to three times the diameter of the wire.

Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst das Verfahren außerdem den Schritt der Herstellung von Schlitzen in den Zähnen des Stators oder in den Armen eines entsprechenden Rotors der elektrischen Maschine.According to an alternative embodiment, the method also comprises the step of producing slots in the teeth of the stator or in the arms of a corresponding rotor of the electric machine.

Gemäß einer Ausführungsvariante werden die Schlitze durch maschinelle Bearbeitung hergestellt.According to one embodiment, the slots are made by machining.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung und den beigefügten Figurenverdeutlicht. Diese Figuren sind nur zur Erläuterung, aber keineswegs zur Begrenzung der Erfindung gegeben.The invention will become apparent from the following description and the accompanying drawings. These figures are given only for explanation, but by no means to limit the invention.

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Stators der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ohne seine Wicklung in auseinandergezogener Anordnung; 1 is a perspective view of a stator of the electrical according to the invention Machine without its winding in an exploded arrangement;

2 ist eine Draufsicht der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, die mit ihrer Statorwicklung versehen ist; 2 is a plan view of the electric machine according to the invention, which is provided with its stator winding;

3 stellt die Schaltpläne der verschiedenen Spulen dar, die die verschiedenen Phasen der elektrischen Maschine gemäß der Erfindung bilden; 3 Fig. 12 illustrates the circuit diagrams of the various coils constituting the various phases of the electric machine according to the invention;

4 stellt die Dreiecksverschaltung der verschiedenen Phasen der elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung dar; 4 Figure 13 illustrates the triangular connection of the various phases of the electric machine according to the present invention;

5 ist eine schematische ganzheitliche Ansicht der Dreieckwicklung der elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung; 5 Fig. 12 is a schematic, holistic view of the triangular winding of the electric machine according to the present invention;

6a und 6b stellen Ausführungsvarianten von Schlitzen dar, die es ermöglichen, die Flussoberwelle dritter Ordnung zu verringern. 6a and 6b represent variant embodiments of slots, which make it possible to reduce the third harmonic flux.

Elemente, die identische, ähnlich oder analog sind, besitzen unter den Figuren dasselbe Bezugszeichen.Elements that are identical, similar or analog have the same reference number among the figures.

2 stellt eine Maschine 1 mit einem mehrphasigen Stator 10 dar, der einen Rotor 50 mit einer Achse X umgibt, der an einer Welle 54 montiert werden soll, die eine Antriebswelle oder eine angetriebene Welle sein kann. Der Stator 10 ist dafür bestimmt, von einem Gehäuse (nicht dargestellt) getragen zu werden, das zur drehbaren Lagerung der Welle über Kugel- und/oder Nadellager konfiguriert ist, wie dies beispielsweise im vorstehend genannten Dokument EP1865200A1 gezeigt ist. Diese drehende elektrische Maschine kann zu einem Kompressor gehören, der für die Kompression eines Kühlfluids einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs verwendet wird. Als Variante kann die Maschine ein Elektromotor oder ein Wechselstromgenerator sein. Vorzugsweise ist die Maschine zum Betrieb bei einer Spannung unterhalb 50 Volt konfiguriert. 2 represents a machine 1 with a multiphase stator 10 which is a rotor 50 with an axis X surrounding that on a shaft 54 to be mounted, which may be a drive shaft or a driven shaft. The stator 10 is intended to be carried by a housing (not shown) configured to rotatably support the shaft via ball and / or needle bearings, as for example in the aforementioned document EP1865200A1 is shown. This rotary electric machine may belong to a compressor used for the compression of a cooling fluid of an automotive air conditioner. As a variant, the machine may be an electric motor or an alternator. Preferably, the machine is configured to operate at a voltage below 50 volts.

Wie in 1 zu sehen ist, umfasst der Stator 10 einen Körper 11 in Form eines Pakets von Lamellenblechen, der an seinem äußeren Umfang eine ringförmige Wand 12, die Joch genannt wird, und Zähne 13 aufweist, die vom inneren Umfang der ringförmigen Wand 12 ausgehen. Diese Zähne 13 sind auf dem Umfang in regelmäßiger Weise verteilt und erstrecken sich nach innen in Richtung des Rotors 50, der beispielsweise ein Rotor mit Permanentmagneten sein kann, wie nachstehend beschrieben wird. Die Zähne 13 begrenzen paarweise Nuten 15, wobei zwei benachbarte Nuten 15 somit durch einen Zahn 13 voneinander getrennt sind. Diese Zähne 13 weisen jeweils an ihrem freien Ende zwei Randabschnitte 17 auf, die sich beiderseits des Zahns 13 in Umfangsrichtung erstrecken. Die freien Enden der Zähne 13 begrenzen in bekannter Weise einen Luftspalt mit dem äußeren Umfang des Rotors 50 der drehenden elektrischen Maschine.As in 1 can be seen, includes the stator 10 a body 11 in the form of a package of laminations having at its outer periphery an annular wall 12 , which is called yoke, and teeth 13 having, from the inner periphery of the annular wall 12 out. These teeth 13 are distributed on the circumference in a regular manner and extend inward in the direction of the rotor 50 which may be, for example, a rotor with permanent magnets, as will be described below. The teeth 13 limit in pairs grooves 15 where two adjacent grooves 15 thus by a tooth 13 are separated from each other. These teeth 13 each have at their free end two edge portions 17 on, on both sides of the tooth 13 extend in the circumferential direction. The free ends of the teeth 13 limit in a known manner an air gap with the outer circumference of the rotor 50 the rotating electric machine.

Auf beiden Seiten des Stators 10 ist je ein elektrisch isolierendes Element 20 an die entsprechende axiale Stirnseite des Stators angesetzt. Jedes isolierende Element 20 umfasst an seinem äußeren Umfang einen Träger 23 in Form eines Rings mit axialer Orientierung sowie Arme 24, die entlang des Umfangs verteilt sind und sich vom inneren Umfang des Trägers 23 radial nach innen erstrecken. Diese Arme 24 enden jeweils an ihrem freien Ende in einer Umlenkung 25, die es ermöglicht, die zur Erregerwicklung gehörenden Spulen 28 in der radialen Richtung zurück zu halten. Die Arme 24 sind regelmäßig entlang des Innenumfangs des Trägers 23 verteilt und sind dafür vorgesehen an den Zähnen 13 des Stators 10 mit entsprechender Form in Anlage zu gelangen. Der Träger 23 ist dafür vorgesehen, an das Joch 12 des Körpers 11 des Stators angelegt zu werden. Die Befestigung der isolierenden Elemente 20 kann mittels zweier Rastvorrichtungen 29 (Klemmvorrichtungen) verwirklicht werden, die eingerichtet sind mit Öffnungen 30 zusammen zu wirken, die in der entsprechenden Stirnfläche des Stators 10 ausgebildet sind.On both sides of the stator 10 is ever an electrically insulating element 20 attached to the corresponding axial end face of the stator. Each insulating element 20 comprises at its outer periphery a carrier 23 in the form of a ring with axial orientation and arms 24 which are distributed along the circumference and extending from the inner circumference of the carrier 23 extend radially inward. These arms 24 each end at its free end in a deflection 25 , which makes it possible, the coils belonging to the exciter winding 28 to hold back in the radial direction. The poor 24 are regular along the inside circumference of the wearer 23 distributed and are intended for the teeth 13 of the stator 10 to get into contact with the appropriate form. The carrier 23 is intended to the yoke 12 of the body 11 to be applied to the stator. Fixing of insulating elements 20 can by means of two locking devices 29 (Clamping devices) are implemented, which are arranged with openings 30 acting together in the corresponding end face of the stator 10 are formed.

Außerdem ist der Stator 10 mit Nutenisolatoren 33 in Form einer dünnen Membran ausgestattet, die aus einem elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Material hergestellt ist, beispielsweise einem Aramidmaterial des sogenannten Typs Nomex (eingetragene Marke). Diese dünne Membran ist gefaltet, so dass jeder Nutenisolator 33 an die inneren Wände der jeweiligen Nut 15 des Stators 10 angelegt ist.Besides, the stator is 10 with slot insulators 33 in the form of a thin membrane made of an electrically insulating and thermally conductive material, for example an aramid material of the so-called Nomex type (registered trademark). This thin membrane is folded, leaving each slot insulator 33 to the inner walls of the respective groove 15 of the stator 10 is created.

Die Drähte der Spulen 28, wie beispielsweise Kupfer- oder Aluminiumdrähte, die mit einer elektrisch isolierenden Schicht bedeckt sind, wie beispielsweise aus Emaille, sind jeweils um einen Zahn 13 und die zugehörigen Arme 24 der isolierenden Elemente 20 gewickelt, um die verschiedenen Pole des Stators 10 zu bilden. Dieser Wicklungsvorgang kann beispielsweise mit Hilfe einer zentral hohlen Nadel durchgeführt werden, um einen Durchgang für einen oder mehrere parallele Drähten, der/die die Spule ausbildet/ausbilden, zu ermöglichen. Diese Nadel bewegt sich in Umfangsrichtung axial und radial zum Stator. Die Wicklung wird vorzugsweise in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn durchgeführt. Die Wicklung wird vorzugsweise in situ ausgeführt, das heißt direkt auf die Zähne 13 des Stators 10 gewickelt. Die Breite der Öffnung zwischen zwei benachbarten Randabschnitten 17 ist im Wesentlichen gleich dem dreifachen Durchmesser des Drahts der Spulen. Die Arme 24 der isolierenden Elemente 20 und die Nutenisolatoren 33 isolieren elektrisch die Spulen 28 der Wicklung des Stators 10 in Bezug auf das Paket von Blechen des Stators 10 und schützen sie während des Wicklungsvorgangs. Alternativ kann die Wicklung auf entfernten Zähnen 13 erfolgen, die anschließend am Joch 12 des Stators 10 über ein Verbindungssystem befestigt werden. Man erhält dadurch eine so genannte konzentrierte WicklungThe wires of the coils 28 , such as copper or aluminum wires covered with an electrically insulating layer, such as enamel, are each about one tooth 13 and the associated arms 24 the insulating elements 20 wrapped around the different poles of the stator 10 to build. This winding operation may, for example, be performed by means of a centrally hollow needle to allow passage for one or more parallel wires forming the coil. This needle moves circumferentially axially and radially to the stator. The winding is preferably performed in the counterclockwise direction. The winding is preferably carried out in situ, that is directly on the teeth 13 of the stator 10 wound. The width of the opening between two adjacent edge sections 17 is substantially equal to three times the diameter of the wire of the coils. The poor 24 the insulating elements 20 and the slot insulators 33 electrically isolate the coils 28 the winding of the stator 10 in relation to the package of sheets of the stator 10 and protect them during the winding process. Alternatively, the winding on remote teeth 13 followed by the yoke 12 of the stator 10 be attached via a connection system. This gives a so-called concentrated winding

Um das Wickeln zu erleichtern, umfasst eines der isolierenden Elemente 20 vorzugsweise Verankerungssysteme 35, die es ermöglichen, ein Ende eines oder mehrerer eine jede Spule 28 bildenden Drahtes oder Drähte, der/die einen Eingang oder einen Ausgang der entsprechenden Spule 28 bildet/bilden, in Position zu halten. Jedes Verankerungssystem 35 umfasst einen Stützpunkt und eine um den Stützpunkt ausgebildete Nut, in deren Innerem das Ende eines oder mehrerer Drähte in Anlage an den Seitenwänden des Stützpunktes angeordnet wird, um gehalten zu werden. Alternativ ist das Verankerungssystem 35 durch einen Haken gebildet, der in Richtung des äußeren Rands des Trägers 23 gewandt ist.To facilitate winding, one of the insulating elements comprises 20 preferably anchoring systems 35 that allow one end of one or more of each coil 28 forming wire or wires, the / an input or an output of the corresponding coil 28 makes / form to hold in position. Every anchoring system 35 includes a fulcrum and a groove formed around the fulcrum in the interior of which the end of one or more wires is placed in abutment with the sidewalls of the fulcrum to be held. Alternatively, the anchoring system 35 formed by a hook, which is in the direction of the outer edge of the carrier 23 is turned.

Die Wicklung erfolgt derart, dass ein und dieselbe Nut 15 zwei Halbspulen 28 aufnimmt. Jede Spule 28 weist zwei vorstehende Abschnitte auf, die Wickelköpfe genannt werden und die auf beiden Seiten eines Zahns 13 des Stators angeordnet sind. Jede Spule 28 weist zwei Enden mit jeweils einem einzigen oder mehreren parallelen Drähten auf. Dies hängt tatsächlich von der Anzahl von Drähten ab, aus der jede Spule 28 hergestellt ist. Vorzugsweise ist jede Spule 28 am Ausgang aus einem einzigen Draht gebildet.The winding is such that one and the same groove 15 two half-coils 28 receives. Every coil 28 has two protruding sections, which are called winding heads and those on both sides of a tooth 13 of the stator are arranged. Every coil 28 has two ends, each with a single or more parallel wires. This actually depends on the number of wires from which each coil 28 is made. Preferably, each coil 28 formed at the exit from a single wire.

Nachfolgend wird bei den Spulen 28 zwischen den Spulen Ai, die zum Bilden der Phase U der Maschine verwendet werden, den Spulen Bi, die zum Bilden der Phase V der Maschine verwendet werden, sowie den Spulen Ci, die zum Bilden der Phase W der Maschine verwendet werden, unterschieden, wobei i von 1 bis N geht. N beträgt im vorliegenden Fall 4, könnte aber in einer Variante einen Wert aufweisen, der höher oder niedriger ist, während er mindestens gleich zwei ist.The following is with the coils 28 between the coils Ai used to form the phase U of the machine, the coils Bi used to form the phase V of the machine, and the coils Ci used to form the phase W of the machine, where i goes from 1 to N. N is in this case 4 but could in one variant have a value that is higher or lower while at least equal to two.

Genauer gesagt, wie es in 3 und 5 ersichtlich ist, in der die Nummern 1 bis 12 jeweils einer Nut entsprechen, ist jede Phase U, V, W jeweils durch eine erste Gruppe von zwei elektrisch in Reihe geschalteten Spulen (A1, A2); (B1, B2); (C1, C2), und eine zweite Gruppe von zwei elektrisch in Reihe geschalteten Spulen (A3, A4); (B3, B4); (C3, C4) gebildet. In jeder Gruppe sind die zwei in Reihe geschalteten Spulen in Bezug aufeinander entlang des Umfangs des Stators 10 benachbart, das heißt nebeneinander entlang des Umfangs des Stators 10 angeordnet. Die erste Gruppe (A1, A2); (B1, B2); (C1, C2) und die zweite Gruppe (A3, A4); (B3, B4); (C3, C4) von Spulen sind in Bezug zu einander elektrisch parallel geschaltet. Die Spulen der zweiten Gruppe (A3, A4); (B3, B4); (C3, C4) sind so gewählt, dass sie in Bezug auf die Spulen der ersten Gruppe (A1, A2); (B1, B2); (C1, C2) diametral gegenüberliegen.Specifically, as it is in 3 and 5 is apparent, in which the numbers 1 to 12 each correspond to a groove, each phase U, V, W respectively by a first group of two electrically connected in series coils (A1, A2); (B1, B2); (C1, C2), and a second group of two coils (A3, A4) electrically connected in series; (B3, B4); (C3, C4) formed. In each group, the two series-connected coils are in relation to each other along the circumference of the stator 10 adjacent, that is, side by side along the circumference of the stator 10 arranged. The first group (A1, A2); (B1, B2); (C1, C2) and the second group (A3, A4); (B3, B4); (C3, C4) of coils are electrically connected in parallel with each other. The coils of the second group (A3, A4); (B3, B4); (C3, C4) are chosen to be relative to the coils of the first group (A1, A2); (B1, B2); (C1, C2) are diametrically opposed.

Für die Phase U ist somit beispielsweise eine erste Gruppe von zwei Spulen gebildet durch die Spule A1, die elektrisch mit der Spule A2 in Reihe geschaltet ist, welche zu ihr auf dem Umfang des Stators benachbart ist (vgl. 2 und 3). Eine zweite Gruppe von zwei Spulen ist durch die Spule A3, die elektrisch mit der Spule A4 in Reihe geschaltet ist, gebildet, welche zu dieser auf dem Umfang des Stators benachbart ist. Die Spule A1 liegt der Spule A4 diametral gegenüber, während die Spule A2 der Spule A3 diametral gegenüberliegt. Die zwei Gruppen von Spulen (A1, A2) und (A3, A4) sind in Bezug aufeinander elektrisch parallel geschaltet. Die Phase U weist folglich einen Eingang EU und einen Ausgang SU auf.Thus, for the phase U, for example, a first group of two coils is formed by the coil A1, which is electrically connected in series with the coil A2, which is adjacent to it on the circumference of the stator (see. 2 and 3 ). A second group of two coils is formed by the coil A3, which is electrically connected in series with the coil A4, which is adjacent to this on the circumference of the stator. The coil A1 is diametrically opposed to the coil A4, while the coil A2 is diametrically opposed to the coil A3. The two groups of coils (A1, A2) and (A3, A4) are electrically connected in parallel with each other. The phase U thus has an input EU and an output SU.

Die Phase V ist in analoger Weise aus den vier Spulen B1–B4 gebildet und weist einen Eingang EV und einen Ausgang SV auf. Die Phase W ist in analoger Weise aus den vier Spulen C1–C4 gebildet und weist einen Eingang EW und einen Ausgang SW auf.The phase V is formed in an analogous manner from the four coils B1-B4 and has an input EV and an output SV. The phase W is formed in an analogous manner from the four coils C1-C4 and has an input EW and an output SW.

Die Phasen U, V, W der Maschine werden anschließend im Dreieck verschaltet. Wie in 4 und 5 dargestellt ist, wird folglich der Eingang EU der Phase U mit dem Ausgang SW der Phase W verbunden. Der Eingang EW der Phase W wird mit dem Ausgang SV der Phase V verbunden. Der Eingang EV der Phase V wird mit dem Ausgang SU der Phase U verbunden.The phases U, V, W of the machine are then connected in a triangle. As in 4 and 5 As a result, the input U of the phase U is connected to the output SW of the phase W. The input EW of the phase W is connected to the output SV of the phase V. The input EV of the phase V is connected to the output SU of the phase U.

Wie in 2 sichtbar ist, umfasst der Rotor 50 außerdem einen Körper 51, der durch einen Stapel ferromagnetischer Bleche gebildet ist. Der Körper 51 umfasst einen zentralen Kern 52 und Arme 53, die sich radial und axial vom Kern 52 in Bezug auf die Achse X weg erstrecken. Diese Arme 53 umfassen jeweils an ihrem freien Ende zwei Ränder 55, die am äußeren Umfang des Rotors 50 angeordnet sind. Der Kern 52 des Pakets von Blechen ist drehfest mit der Welle 54 der drehenden elektrischen Maschine verbunden.As in 2 is visible, the rotor includes 50 as well as a body 51 which is formed by a stack of ferromagnetic sheets. The body 51 includes a central core 52 and arms 53 extending radially and axially from the core 52 extend away with respect to the axis X. These arms 53 each comprise at its free end two edges 55 located on the outer circumference of the rotor 50 are arranged. The core 52 of the package of sheet metal is non-rotatable with the shaft 54 connected to the rotating electrical machine.

Der Rotor 50 umfasst Aufnahmen 59, die dafür vorgesehen sind, Permanentmagnete 62 aufzunehmen. Die Magnete 62 können entsprechend den Anwendungen und der angestrebten Leistung der drehenden elektrischen Maschine aus einem Seltenerdmetall oder aus Ferrit bestehen. Genauer gesagt sind die Aufnahmen 59 jeweils durch zwei einander gegenüberliegende seitliche Flächen zweier benachbarter Arme 53 begrenzt, wobei sich eine Außenfläche des Kerns 52 zwischen den zwei Armen 53 erstreckt und Flächen der Ränder 55 dem Kern 52 zugewandt sind. Die Aufnahmen 59 weisen eine zu den Magneten 62 komplementäre Form auf, die eine parallelepipedische Form mit zwei abgeschrägten Winkeln an ihrem inneren Umfang aufweisen. Im vorliegenden Fall umfasst der Rotor 50 zehn Magnete 62, die in zehn Aufnahmen 59 komplementärer Form eingefügt sind. Man erhält dadurch eine Flusskonzentration, wobei die zueinander gerichteten seitlichen Flächen zweier aufeinander folgender Magneten 62 dieselbe Polarität aufweisen.The rotor 50 includes shots 59 which are intended to permanent magnets 62 take. The magnets 62 may consist of a rare earth metal or ferrite according to the applications and the intended performance of the rotary electric machine. More specifically, the shots 59 each by two opposing lateral surfaces of two adjacent arms 53 limited, with an outer surface of the core 52 between the two arms 53 extends and surfaces of the edges 55 the core 52 are facing. The pictures 59 point one to the magnets 62 complementary shape having a parallelepiped shape with two beveled angles on its inner periphery. In the present case, the rotor comprises 50 ten magnets 62 that in ten shots 59 complementary form are inserted. This results in a flux concentration, wherein the mutually facing lateral surfaces of two successive magnets 62 have the same polarity.

Die Maschine umfasst somit 12 Spulen, nämlich 12 Nuten und 10 Pole, so dass die Anzahl von Nuten dividiert durch die Anzahl von Polpaaren eine nicht ganze Zahl (2, 4) ist. Folglich wird hier auch von einer Bruchwicklung gesprochen. Vorzugsweise kann auch jede andere Kombination von Nutenanzahl und Polpaaranzahl gewählt werden, um eine solche Bruchwicklung zu erhalten, die es ermöglicht, die Geräuschbildung der elektrischen Maschine zu minimieren.The machine thus comprises 12 coils, namely 12 slots and 10 poles, so that the number of slots divided by the number of pole pairs is a non-integer (2, 4). Consequently, it is also spoken of a breakage. Preferably, any other combination of number of slots and number of poles can be chosen to obtain such a breakage winding, which makes it possible to minimize the noise of the electrical machine.

Die Dreiecksverschaltung einer solchen Wicklung führt dazu, dass eine große Anzahl von Drähten verbunden werden muss, sowie aufgrund der Anwesenheit einer Flussoberwelle dritter Ordnung zum Auftreten eines erhöhten Leerlaufkreisstroms. Um diesen Anteil von Flussoberwellen dritter Ordnung zu verringern, werden vorzugsweise Schlitze 67, 68 auf der Höhe der Zähne 13 des Stators 10 oder auf der Höhe der Rotorpole hergestellt. Die Schlitze 67, 68 werden beispielsweise durch maschinelle Bearbeitung hergestellt.The triangular connection of such a winding causes a large number of wires to be connected, as well as the presence of a third-order flux harmonic to give rise to an increased no-load circuit current. To reduce this fraction of third-order flux harmonics, it is preferred to make slots 67 . 68 at the height of the teeth 13 of the stator 10 or manufactured at the height of the rotor poles. The slots 67 . 68 are manufactured for example by machining.

In der Ausführungsform von 6a umfasst die Maschine zwei Schlitze 67, die in einer dem Rotor zugewandten Stirnfläche jedes Zahns 13 ausgebildet sind, um jeden Zahn 13 in drei Abschnitte mit im Wesentlichen identischen Abmessungen zu unterteilen. Die Abstände D1, D2 zwischen einem Schlitz 67 und dem nächstgelegenen Ende des entsprechenden Randabschnitts 17 in Umfangsrichtung und der Abstand D3 zwischen den zwei Schlitzen 67 eines Zahns 13 sind folglich im Wesentlichen identisch. Diese Schlitze 67 erstrecken sich entlang der ganzen axialen Erstreckung der Zähne 13.In the embodiment of 6a the machine includes two slots 67 in a rotor-facing end surface of each tooth 13 are trained to every tooth 13 into three sections of substantially identical dimensions. The distances D1, D2 between a slot 67 and the nearest end of the corresponding edge section 17 in the circumferential direction and the distance D3 between the two slots 67 a tooth 13 are therefore essentially identical. These slots 67 extend along the entire axial extent of the teeth 13 ,

Wie in 6b dargestellt ist, sind alternativ zwei Schlitze 68 in einer dem Stator 10 zugewandten Stirnfläche jedes Arms 53 des Rotors ausgebildet, um jeden Arm 53 in drei Abschnitte mit im Wesentlichen identischen Abmessungen zu unterteilen. Die Abstände D4, D5 zwischen einem Schlitz 68 und dem nächstgelegenen Ende des entsprechenden Randes 55 in Umfangsrichtung und der Abstand D6 zwischen den zwei Schlitzen 68 eines Arms 53 sind folglich im Wesentlichen identisch. Diese Schlitze 68 erstrecken sich entlang der ganzen axialen Erstreckung der Arme 53.As in 6b are alternatively two slots 68 in a stator 10 facing end face of each arm 53 of the rotor trained to each arm 53 into three sections of substantially identical dimensions. The distances D4, D5 between a slot 68 and the nearest end of the corresponding edge 55 in the circumferential direction and the distance D6 between the two slots 68 an arm 53 are therefore essentially identical. These slots 68 extend along the entire axial extent of the arms 53 ,

Die Tiefe der Schlitze 67, 68, die es ermöglicht, ein ausreichendes Flussniveau zu erhalten, ohne den zum Erzeugen des Drehmoments erforderlichen Strom erhöhen zu müssen, liegt im Bereich von 1,5 mm. Außerdem liegt die optimale Breite der Schlitze 67, 68 zwischen 0,7 mm und 1,5 mm. Mit diesen Abmessungen wird der Anteil an Flussoberwellen dritter Ordnung durch einen Faktor größer als acht geteilt.The depth of the slots 67 . 68 , which makes it possible to obtain a sufficient flux level, without having to increase the current required to generate the torque is in the range of 1.5 mm. In addition, there is the optimum width of the slots 67 . 68 between 0.7 mm and 1.5 mm. With these dimensions, the third-order flux harmonics are divided by a factor greater than eight.

Es sei darauf hingewiesen, dass die voranstehende Beschreibung nur als Beispiel zu verstehen ist und den Umfang der Erfindung nicht begrenzt, welcher durch Ersetzen der Ausführungsdetails durch jegliche anderen Äquivalente nicht verlassen werden würde.It should be understood that the foregoing description is intended to be exemplary only and not limited by the scope of the invention, which would not be departing from the scope of the invention with any other equivalents.

Claims

Multi-phase rotating electrical machine ( 1 ) with a rotor ( 50 ) and a stator ( 10 ), with teeth ( 13 ) is provided to each one coil ( 28 ) such that a concentrated winding is formed, characterized in that each phase (U, V, W) of the rotary electric machine is controlled by at least two coils ((A1, A2); (B1, B2) connected in series; (C1, C2)) is formed and that the phases (U, V, W) of the rotating electrical machine are connected in a triangle and that they slots ( 67 . 68 ) in teeth ( 13 ) of the stator ( 10 ) or in arms ( 53 ) of the rotor ( 50 ) are formed.

Electric machine according to claim 1, characterized in that the two coils ((A1, A2); (B1, B2); (C1, C2)) which form each phase (U, V, W) are connected in series a circumference of the stator ( 10 ) are adjacent to each other.

Electric machine according to claim 1 or 2, characterized in that each phase (U, V, W) is constituted by a first group of coils ((A1, A2); (B1, B2); (C1, C2)) , and a second group of coils ((A3, A4) connected electrically in series (B3, B4); (C3, C4)), wherein the first ((A1, A2); (B1, B2); C1, C2)) and the second ((A3, A4); (B3, B4); (C3, C4)) group of coils are electrically connected in parallel with each other.

Electric machine according to claim 3, characterized in that the coils of the second group ((A3, A4); (B3, B4); (C3, C4)) correspond to the coils of the first group ((A1, A2); ); (C1, C2)) are diametrically opposed.

Electrical machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that a number of grooves ( 15 divided by a number of Pole pairs of the electric machine is not a whole number.

Electrical machine according to claim 5, characterized in that it has twelve slots ( 15 ) and ten poles.

Electrical machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rotor ( 50 ) Permanent magnets ( 62 ) having.

Electrical machine according to claim 7, characterized in that the permanent magnets ( 62 ) of the rotor ( 50 ) have a radial orientation.

Electrical machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that it is designed for operation at a voltage below 50 volts.

Electrical machine according to one of Claims 1 to 9, characterized in that it has two slots ( 67 ), which in one the rotor ( 50 ) facing end face of each tooth ( 13 ) of the stator are formed around each tooth ( 13 ) into three sections of substantially identical dimensions.

Electrical machine according to claim 10, characterized in that it has two slots ( 68 ) in a stator ( 10 ) facing end face of each arm ( 53 ) of the rotor are formed around each arm ( 53 ) into three sections of substantially identical dimensions.

Method for producing a concentrated winding of a stator ( 10 ) of a multi-phase rotating electrical machine ( 1 ) whose stator ( 10 ) Teeth ( 13 ), the pair of grooves ( 15 ), characterized in that it comprises: - a step of making a coil of at least one wire around each tooth ( 13 A step for forming each phase (U, V, W) by an electrical series connection of at least two coils ((A1, A2); (B1, B2); (C1, C2)) and a step for interconnecting the previously formed phases (U, V, W) of the electric machine in the triangle and that it is the step of making slots ( 67 . 68 ) in teeth ( 13 ) of the stator ( 10 ) or in arms ( 53 ) of a corresponding rotor ( 50 ) of the electric machine.

A method according to claim 12, characterized in that the step of forming each phase (U, V, W) by forming a series circuit of coils ((A1, A2); (B1, B2); forming first group of coils, and by forming a series circuit of coils ((A3, A4); (B3, B4); (C3, C4)) constituting a second group of coils, and electrically connecting the first ((A1 , A2); (B1, B2); (C1, C2)) and second ((A3, A4); (B3, B4); (C3, C4)) group of coils.

Method according to claim 12 or 13, characterized in that the step of producing the coils ( 28 ) is carried out by means of a centrally hollow needle which allows the passage of at least one tooth ( 13 ) allows wire to be wound.

Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that the step of producing the coils ( 28 ) is carried out in situ.

Method according to one of claims 12 to 15, characterized in that the slots ( 67 . 68 ) are made by machining.