DE19853966A1

DE19853966A1 - Ständerwicklung für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE19853966A1
Application number: DE1998153966
Authority: DE
Inventors: Gerhard Huth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 1998-11-23
Publication date: 2000-05-31

Abstract

Um bei einer elektrischen Maschine mit minimiertem Magnetvolumen auch unterhalb einer Grenznutzahl die Drehmomentenwelligkeit zu minimieren, wird eine Ständerwicklung mit einer Polpaarzahl p = 3 oder einem ganzzahligen Vielfachen davon vorgeschlagen, welche Wicklung als unsymmetrische gesehnte Zweischichtwicklung mit Schrittverkürzung ausgeführt ist und jede Wicklung Spulengruppen aufweist, wobei die Spulengruppen eines Wicklungsstrangs sich aus Spulengruppen unterschiedlicher Lochzahlen zusammensetzen und die Anzahl der Spulengruppen der Anzahl der elektrischen Pole entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ständerwicklung für eine elektri sche Maschine.

Zur Reduzierung der Drehmomentwelligkeit werden permanentma gneterregte Drehstromservomotoren hinsichtlich ihrer Ständer wicklung so ausgeführt, daß bei sinusförmig eingeprägten Strömen durch den permanenterregten Rotor eine sinusförmige Spannung (EMK) in der Ständerwicklung induziert wird. Die si nusförmigen Ströme werden durch entsprechende Regelung des die Maschine speisenden Umrichters eingeprägt. Um eine sinus förmige EMK zu erhalten, muß die Ständerwicklung entsprechend ausgebildet sein.

Das Bestreben nach minimalem Magnetvolumen führt bei Ausle gungen des Motors bevorzugt auf die Pol zahl 2p = 6. Damit die Wicklungsausführung einen Beitrag zur Reduzierung der Drehmo mentwelligkeit liefert, lassen sich 6-polige symmetrische Wicklungssysteme für die Strangzahl drei nur mit Nutzahlen größer oder gleich 27 realisieren. Die Drehmomentwelligkeit ergibt sich aufgrund von Nutrastmomenten sowie lastabhängiger Pendelmomente.

Bei kleineren Aktivteildurchmessern sind Nutzahlen unterhalb dieser Grenznutzahl aber aufgrund der Geometrieverhältnisse unter technischen und ökonomischen Gesichtspunkten nicht aus führbar.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine elektrische Ma schine zu schaffen, der durch Magnetvolumenminimierung auch unterhalb der jeweiligen Grenznutzahl eine maßgebliche Unter drückung der Drehmomentwelligkeit aufweist.

Diese Aufgabe löst eine Ständerwicklung für eine elektrische Maschine mit einer Polpaarzahl p = 3 oder einem ganzzahligen Vielfachen davon, welche Wicklung als unsymmetrisch gesehnte Zweischichtwicklung mit Schrittverkürzung ausgeführt ist und jede Wicklung Spulengruppen aufweist, wobei die Spulengruppen eines Wicklungsstrangs sich aus Spulengruppen unterschiedli cher Lochzahlen zusammensetzen und die Anzahl der Spulengrup pen der Anzahl der elektrischen Pole entspricht.

Mit dem erfindungsgemäßen unsymmetrischen Wicklungsaufbau können vorzugsweise 6-polige gesehnte Zweischichtwicklungen mit kleineren Nutzahlen vorzugsweise kleiner 27 realisiert werden. Der Wicklungsaufbau selbst ist eine Zweischichtwick lung mit Schrittverkürzung.

Die 2p-Spulengruppen eines jeden Wicklungsstranges sind vor zugsweise in Reihe geschaltet, dadurch ist die Unsymmetrie der Wicklung vernachlässigbar.

Die 2p-Spulengruppen eines Wicklungsstranges umfassen Spulen gruppen mit zumindest zwei unterschiedlichen Lochzahlen. Da durch werden 6-polige permanentmagneterregte Drehfeldmotoren ermöglicht, die eine kleine Drehmomentwelligkeit auch bei kleinen Achshöhen bzw. kleinen Aktivteildurchmessern aufwei sen. Demzufolge können statt der herkömmlichen 4-polig ausge führten Servomotoren nun 6-polig ausgeführte Servomotoren eingesetzt werden. Dies führt zu einer erheblichen Magnetma terialeinsparung.

Für m-strängige Wicklungen dieses Typs gilt die Nutenzahlre gel:

N = 2p.m.z/n

wobei
N die Nutenzahl
2p die Polzahl
m die Strangzahl
ist
und z/n der Lochzahl q entspricht, wobei z und n teilerfremd sind.

Vorzugsweise sind dabei 2p = 6 und m = 3.

Wenn n = 3 erfüllt ist, dann entfällt auf eine Polteilung stets eine ganze Zahl von Nuten. Das führt dazu, daß sich das Bele gungsschema der Nuten nach drei Polteilungen wiederholt. Drei Spulengruppen bilden eine Urwicklung, von denen eine Spulen gruppe die Lochzahl q₁ und zwei Spulengruppen die Lochzahl q₂ aufweisen. Insbesondere für z/n = 4/3 ergibt sich q₁ = 2 und q₂ = 1.

Wenn n = 6 erfüllt ist, dann wiederholt sich das Belegungssche ma der Nuten erst nach sechs Polteilungen. Sechs Spulengrup pen bilden eine Urwicklung, von denen eine Spulengruppe die Lochzahl q₁ und fünf Spulengruppen die Lochzahl q₅ aufweisen.

Insbesondere für z/n = 7/6 ergibt sich q₁ = 2 und q₂ = 1.

Die Spulengruppe mit der Lochzahl q₁ wird zyklisch nach links oder rechts im Nutenbelegungsschema fortgesetzt.

Die Belegungsschematas der Nuten wiederholen sich nach einer vorgebaren Anzahl von Polteilungen.

Die Wicklungssystematik ist durch periodische Fortsetzung auch auf die ganzzahligen Vielfachen der Polzahlen 2p = 6 über tragbar. Die sechspolige Grundwicklung wird entsprechend der höheren Polzahl wiederholt am Umfang einer elektrischen Ma schine angeordnet.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spiels einer Ständerwicklung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Zonenplan mit N = 21 Nuten der drei Stränge U, V, W eines Wicklungssystems einer elektrischen Maschine mit den jeweils gekennzeichneten Unterschichten 10 und Ober schichten 11. "x" kennzeichnet den Stromfluß in Zeichenebene; "." den Stromfluß einer Spule aus der Zeichenebene. Dieses Wicklungssystem besteht aus:
2p = 6 Polen,
N = 21 Nuten,
m = 3, mit den Strängen U, V, W,

w/τ = 3/3,5

wobei w die Spulenweite und τ die Polteilung ist.

Mit einer Lochzahl q = z/n = 1 1/6 = 7/6. Daraus folgt,
daß q₁ = 2 und q₅ = 1 und q₁ + 5q₅ = z = 7 ist.

Der Mittelwert der Spulengruppen ergibt q.

Damit wird das Oberfeld der Polpaarzahl 7p durch die Wicklung nahezu vollständig unterdrückt.

Bei einer Rotorpolbedeckung von 80% wird das Oberfeld der Polpaarzahl 5p unterdrückt und die Drehmomentenwelligkeit weiter reduziert. Die verkettete induzierte Spannung ist ide al sinusförmig.

Da N = 21 und die Polpaarzahl 2p = 6 nicht ganzzahlig teilbar sind, kann sich das Nutrastmoment infolge der Nutgrundteilung nicht ausbilden. Auf die gegenseitige Schrägung bzw. Staffe lung von Rotor und Stator kann deshalb vorzugsweise verzich tet werden.

Claims

Ständerwicklung für eine elektrische Maschine mit einer Polpaarzahl p = 3 oder einem ganzzahligen Vielfachen davon, welche Wicklung als unsymmetrische gesehnte Zweischichtwick lung mit Schrittverkürzung ausgeführt ist und jede Wicklung Spulengruppen aufweist, wobei die Spulengruppen eines Wick lungsstrangs sich aus Spulengruppen unterschiedlicher Loch zahlen zusammensetzen und die Anzahl der Spulengruppen der Anzahl der elektrischen Pole entspricht.