DE19852762A1

DE19852762A1 - Electrical machine with single-layer stator winding e.g. for linear motor

Info

Publication number: DE19852762A1
Application number: DE1998152762
Authority: DE
Inventors: Gerhard Huth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-11-16
Filing date: 1998-11-16
Publication date: 2000-05-25

Abstract

An electrical machine with a stator (5) winding having a single-layer and a number of pole pairs (P), where p is not equal to 3 or an integral multiple of three. The winding of at least one phase (U,V,W) has at least partly prefabricated coils (1), which are designed as tooth-wound coils (1) such that they can be 'plugged' onto the stator (5) pole with one side of a coil (10, at the most, lying in each stator slot (N).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ständerwicklung einer elektrischen Maschine.The invention relates to a stator winding of an electrical Machine.

Wicklungen in Ständer elektrischer Maschinen sollen magneti sche Felder erzeugen, oder es soll in ihnen durch magnetische Felder eine Spannung induziert werden.Windings in the stand of electrical machines are said to be magneti generate fields, or it should be in them by magnetic Fields a voltage can be induced.

Elektrische Maschinen werden derzeit mit verteilten Wick lungssystemen im Ständer ausgeführt. Diese klassischen Wick lungssysteme haben den Nachteil einer aufwendigen Fertigungs technik der Wicklung und des Isolationssystems. Außerdem be findet sich ein großer Teil des Wicklungsmaterials außerhalb des Ständerblechpakets im Wickelkopfbereich und ist somit für die Drehmomentbildung inaktiv.Electrical machines are currently distributed with wick systems in the stand. This classic wick Systems have the disadvantage of complex production technology of the winding and insulation system. In addition be a large part of the winding material is found outside of the stator core in the winding head area and is therefore for torque formation inactive.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine elek trische Maschine zu schaffen, die eine Maximierung des für die Drehmomentbildung unabdingbaren aktiven Wicklungsmateri als aufweist.The invention is therefore based on the object, an elek tric machine that maximize the for the torque generation of indispensable active winding material than has.

Diese Aufgabe löst erfindungsgemäß eine elektrische Maschine mit einem Ständer und in vorzugsweise Nuten des Ständers be findliche Wicklungen, die insbesondere als Einschichtwicklung mit einer Polpaarzahl p ≠ 3 oder einem ganzzahligen Vielfa chen davon ausgeführt sind, wobei die Wicklung wenigstens ei nes Stranges zumindest teilweise vorgefertigte Spulen auf weist, die insbesondere als Zahnspulen ausgebildet derart auf Pole des Ständers steckbar sind, daß in jeder Nut des Stän ders höchstens eine Seite einer Spule liegt.According to the invention, this object is achieved by an electrical machine be with a stand and preferably in grooves of the stand sensitive windings, especially as a single-layer winding with a pole pair number p ≠ 3 or an integer multiple Chen are executed, the winding at least egg nes strand at least partially prefabricated coils has, in particular, formed as tooth coils Poles of the stand are pluggable, that in each groove of the stand which is at most one side of a coil.

Die erfindungsgemäße Ständerwicklung einer elektrischen Ma schine insbesondere eines permanenterregten Drehstromservomo tors ist als Ganzloch- oder als Bruchlochwicklungen ausge führt. Wenn die Nutenzahl je Pol und Strang vorzugsweise ge radzahlig ist, ergibt sich aufgrund der gleichgeformten Spu len, insbesondere Zahnspulen eine besonders günstige Wick lungsverteilung um ein sinusförmiges Erregerfeld im Luftspalt der elektrischen Maschine zu erhalten. Die Anzahl der Spulen läßt sich gegenüber vergleichsweise betrachteten Spulenwick lungen halbieren, wenn folgende Gesetzmäßigkeit für die Stän dernutenzahl N und die Lochzahl q gilt:
The stator winding according to the invention of an electrical machine, in particular a permanently excited three-phase servo motor, is designed as a whole-hole or as a broken-hole winding. If the number of slots per pole and strand is preferably ge number of wheels, there is a particularly favorable winding distribution due to the uniformly shaped spools, in particular toothed coils, in order to obtain a sinusoidal excitation field in the air gap of the electrical machine. The number of coils can be halved compared to the coil windings considered comparatively if the following law applies to the number of stator slots N and the number of holes q:

N = 2 × p × m × q
N = 2 × p × m × q

wobei m die Strangzahl und q die Lochzahl ist, für die gilt:
where m is the number of strands and q is the number of holes for which:

q = (z/p) mit p ≠ 3, 6, 9q = (z / p) with p ≠ 3, 6, 9

Die Wicklungen dieser Ausführung besitzen demnach genau N/2 Zahnspulen. Jede Nut ist somit höchstens von einer Seite ei ner Zahnspule belegt.The windings of this version therefore have exactly N / 2 Dental coils. Each groove is thus at most from one side ner spool occupied.

Für die Wicklung mit reduzierter Spulenzahl kann ferner die Gesetzmäßigkeit aufgestellt werden:
Anzahl der Ständernuten N aus 6, 12, 18, 24, wobei die Stän dernutenzahl N ungefähr der Polzahl 2p sein soll, d. h. N ≈ 2p.For the winding with a reduced number of coils, the law can also be established:
Number of stator slots N from 6, 12, 18, 24, the number of stator slots N being approximately the number of poles 2p, ie N ≈ 2p.

Demnach sind auch keine erhöhten Isolationsanforderungen der Wicklung bzgl. der Phasentrennung erforderlich. Durch diese Ausführung wird der Kupferfüllfaktor einer Nut wesentlich er höht. Daraus resultiert eine höhere Ausnutzung der elektri schen Maschine.Accordingly, there are no increased insulation requirements Winding required for phase separation. Through this Execution, the copper fill factor of a groove becomes essential increases. This results in a higher utilization of the electri machine.

Das inaktive Wicklungsmaterial des Wickelkopfes reduziert sich aufgrund des erfindungsgemäßen Wicklungsaufbaus wesent lich. The inactive winding material of the winding head is reduced essential due to the winding structure according to the invention Lich.

Somit weist eine elektrische Maschine mit einer derartigen Ständerwicklung einen gegenüber herkömmlichen elektrischen Maschinen gleicher Abmessungen wesentlich höheren Anteil an elektrisch aktivem Material auf.Thus, an electrical machine with such Stator winding compared to conventional electrical Machines of the same dimensions have a significantly higher proportion electrically active material.

Dieses Wicklungssystem ist insbesondere auch bei permanenter regten Linearmotoren einsetzbar.This winding system is particularly permanent excited linear motors.

Durch die erfindungsgemäße Reduktion des Wicklungsmaterials und den dabei geringeren Isolationsaufwand der Wicklungen, reduziert sich der Fertigungsaufwand einer elektrischen Ma schine.By reducing the winding material according to the invention and the lower insulation effort of the windings, the manufacturing effort of an electrical measurement is reduced seem.

Anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Aus führungsbeispiels einer Ständerwicklung einer elektrischen Maschine wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Da bei zeigen:Based on a schematically shown in the drawing example of a stator winding of an electrical The invention will be explained in more detail below. There at show:

Fig. 1 den Zonenplan einer Wicklung, Fig. 1 shows the diagram of a winding zone,

Fig. 2 den Wicklungsplan eines Stranges und Fig. 2 shows the winding plan of a strand and

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ständers Fig. 3 is a schematic representation of a stand

In Fig. 1 ist ein Zonenplan eines Wicklungsbeispiels eines dreisträngigen permanenterregten Drehstromservomotors mit ei ner Polzahl 2p = 8, einer Lochzahl q = ¹/₂ und eine Ständernu tenzahl N = 12 (N = 2p.3.q) dargestellt. Der Zonenplan des derartig ausgeführten Wicklungsbeispieles zeigt die drei Stränge U, V und W mit jeweils zwölf Nuten N und die Anord nung der Zahnspulen 1 derart, daß in jeder Nut N nur eine Seite einer Zahnspule 1 liegt. Der Stromfluß in der jeweili gen Zahnspule. 1 ist in die Zeichenebene mit "X" und aus der Zeichenebene mit "." ausgewiesen. Die Zahnspulen 1 umgeben jeweils nur einen mechanischen Pol, insbesondere Zahn 2 des Ständers 5.In Fig. 1 is a diagram of a winding zone example is a three-phase permanent-magnet three-phase servo motor with egg ner poles 2p = 8, a number of holes q = ^_1/2 and shown a Ständernu quantum number N = 12 (N = 2p.3.q). The zone plan of the winding example executed in this way shows the three strands U, V and W, each with twelve slots N and the arrangement of the toothed coils 1 such that only one side of a toothed coil 1 is located in each slot N. The current flow in the respective coil. 1 is in the drawing level with "X" and from the drawing level with "." expelled. The tooth coils 1 each surround only one mechanical pole, in particular tooth 2 of the stator 5 .

Der Wicklungsplan gemäß Fig. 2 zeigt, daß die Zahnspulen 1 ei nes Stranges U in Reihe geschaltet sind und mit den jeweils in Reihe geschalteten Zahnspulen 1 der anderen Stränge V, W auf einen gemeinsamen Sternpunkt 4 geführt sind.The winding diagram shown in FIG. 2 shows that the tooth coils 1 ei nes strand U are connected in series and with the respective series connected tooth-wound coils of the other strands 1 V, W are connected to a common star point 4..

Fig. 3 zeigt in einer anderen Darstellung die Anordnung der Zahnspulen 1 am Ständer 5. Die Fixierung der Zahnspulen 1 am Zahn 2 erfolgt durch stoffschlüssige Verbindungen oder durch auf die Zähne 2 des Ständers 5 in Richtung Luftspalt der elektrischen Maschine nicht näher dargestellte angeordnete Zahnschuhe oder Nutverschlußkeile. Fig. 3 shows in another view the arrangement of the tooth coils 1 on the stand 5. The tooth coils 1 are fixed to the tooth 2 by means of integral connections or by means of toothed shoes or slot wedges which are not shown on the teeth 2 of the stator 5 in the direction of the air gap of the electrical machine.

Unter Zahnspulen 1 werden dabei vorgefertigte Wicklungsteile verstanden, die einen mechanische Zahn 2 umfassen und aus Wicklungsdrähten oder -folien aufgebaut sind und sich be darfsweise auf einem geeignet geformten Wicklungskörper be finden, der u. a. Mittel für eine Fixierung am Zahn 2 und/oder Ständer 5 aufweist.Toothed coils 1 are understood to mean prefabricated winding parts which comprise a mechanical tooth 2 and are made up of winding wires or foils and may be found on a suitably shaped winding body which has, inter alia, means for fixing to tooth 2 and / or stand 5 .

Claims

Electrical machine with a stator ( 5 ) and windings located in preferred slots of the stator ( 5 ), which are in particular designed as a single-layer winding with a number of pole pairs p + 3 or an integral multiple thereof, the winding of at least one strand (U, V, W) has at least partially prefabricated coils ( 1 ), which are designed in particular as tooth coils ( 1 ) and can be plugged onto poles of the stator ( 5 ) in such a way that in each slot (N) of the stator ( 5 ) at most one side of a coil ( 1 ) lies.