EP1342306A1 - Mehrphasige elektrische maschine - Google Patents

Mehrphasige elektrische maschine

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Publication number
EP1342306A1
EP1342306A1 EP01978152A EP01978152A EP1342306A1 EP 1342306 A1 EP1342306 A1 EP 1342306A1 EP 01978152 A EP01978152 A EP 01978152A EP 01978152 A EP01978152 A EP 01978152A EP 1342306 A1 EP1342306 A1 EP 1342306A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
phase
machine according
electrical machine
coils
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01978152A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kurt Reutlinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1342306A1 publication Critical patent/EP1342306A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots

Definitions

  • the invention relates to a multi-phase electrical machine with a stator and a rotor according to the preamble of the main claim.
  • a traveling field or rotating field is usually generated in the stator or in the rotor of the machine by a multi-phase winding, with which the rotor of the machine is driven during motor operation or the electromotive force (EMF) is induced in generator mode in the stator of the machine becomes.
  • the multi-phase winding is arranged in the slots of a stator or rotor laminated core.
  • the conductors of the multiphase winding mostly have a rectangular cross section in order to achieve a high slot filling factor.
  • the electrical machines can work as a synchronous machine, asynchronous machine or according to another principle such as a reluctance or hysteresis machine.
  • the part of the machine that the carrying multi-phase winding is called an anchor.
  • the ratio of the bare winding cross section in a slot to the bare slot cross section is referred to as the slot filling factor.
  • the insulation layer of the individual conductors must have at least the dielectric strength of the maximum voltage applied to the winding.
  • the so-called winding head projects relatively far beyond the laminated core of the armature on both sides, since the coils overlap there.
  • a traveling field machine in which an armature winding with a rectangular cross section of the individual conductors of the winding is accommodated in the slots of the stator or rotor to increase the slot filling factor.
  • the ratio of the thickness of a coil in the area of the slot to its thickness in the area of the winding head is the product of the number of phases of the traveling field machine and corresponds to the useful number of each coil.
  • the present invention strives to improve the power density in the armature in the case of conductors with reduced thickness in the area of the end windings in that the specific power loss at the end windings corresponds approximately to the specific power loss in the slots.
  • the multiphase electrical machine according to the invention with the features of the main claim has the advantage that, with the cross-section of the coils in the slot and winding head area unchanged, the power loss in these areas is also equalized. This enables a higher power density of the electrical machine to be achieved than in the prior art.
  • the width of the conductors in the region of the winding heads to the width in the region of the slots is advantageously chosen such that their ratio, irrespective of the number of uses per coil, is only the number of those on the winding head covering coils.
  • the width of the conductors at the end windings is three times as large as the width of the conductors in the slots.
  • the conductors of a slot in the area of the end windings are combined into coils and guided together around the coils of the other slots.
  • the conductors of a slot on the winding heads are no longer combined to form coils, but rather that the turns of the coil of one phase strand are layered one on top of the other with one turn of the adjacent coil of another phase strand, so that the slots are inserted next to one another in individual slots Push coils through each other on their winding heads.
  • the turns in the area of the grooves are advantageously formed as rod-shaped conductors and in the area of the winding overhangs as sheet-metal connecting tabs.
  • connecting straps are layered one above the other in a circumferential direction from slot to slot after next slot, the step size of the turns being an odd number of at least three, preferably five slot spacings.
  • the connecting tabs of the windings on at least one of the two winding heads are produced in their cross-sectional shape, which is changed in the grooves compared to the conductor bars.
  • each of the connecting lugs is advantageously connected to the rod-shaped conductor of one turn at its one end in the upper region and at its other end End connected in the lower area with another rod-shaped conductor of a turn.
  • the connecting tabs each connect the two conductor bars of one turn to one another on the one winding head
  • the individual turns of a coil and the coils of a winding strand are advantageously connected to one another by a connecting tab on the other winding head.
  • the ends of the phase strands are also arranged on this other winding head. This has the advantage that with the same winding structure and unchanged winding head on the one side on the other winding head, several coils of a phase strand can be connected in series or in parallel and that the phase strands are also to be connected to a star or delta connection there.
  • turns consists in that they each consist of a hairpin-shaped, from one side of the stator and / or rotor inserted into the respective two grooves, with the other side of the stator and / or rotor on the protruding there
  • Each end of the winding part is welded to a connection lens for interconnecting the windings or the coils, with the exception of the ends of the phase strands.
  • FIG. 1 shows the circuit diagram of a three-phase generator for motor vehicles
  • FIG. 2 shows the winding diagram of the three-phase stator winding of the generator from FIG. 1 as a loop winding
  • FIG. 3 shows a detail of the stator laminated core with part of the three-phase winding from FIG. 2 in a spatial representation
  • FIG. 4 shows a prefabricated turn of a coil of the three-phase winding according to FIG. 3,
  • Figure 5 shows an alternative to Figure 3 embodiment of a winding head of the three-phase winding in a stretched representation as a section
  • Figure 6 shows another embodiment of the three-phase winding as a shaft winding
  • FIG. 1 the circuit diagram of a three-phase generator for motor vehicles is designated 10. It comprises a rotor 11, for example in a claw-pole design with a direct current excitation winding 12, the current intensity of which is regulated by a controller 13 depending on the load.
  • a three-phase three-phase winding 14 is accommodated in the stator of the generator 10, the three phases of which are connected to a bridge rectifier 15.
  • the bridge rectifier 15 is connected to ground with one output and to the positive terminal 16 of the generator with its other output.
  • An accumulator battery, not shown, of a motor vehicle for supplying a motor vehicle electrical system is connected to the positive terminal 16.
  • FIG 2 shows the schematic structure of the three-phase three-phase winding 14 in the stator core 17 of the Three-phase generator 10.
  • the three-phase winding 14 consists of the three phases R, S and T, the coils of phase R being continuous, those of phase S being dashed and those of phase T being dash-dotted.
  • the three phases form three phase strands in the three-phase winding with the ends UX for the phase R, the ends VY for the phase S and with the ends WZ for the phase T.
  • Each of these three phase strands of the three-phase winding 14 in turn consists of two coil groups with the ends Ul-Xl and U2-X2 or Vl-Yl and V2-Y2 or Wl-Zl and W2-Z2.
  • each of the six coil groups consists of two coils.
  • For phase R these are coils 18, 19, 20 and 21.
  • Coils 18 and 21 and coils 19 and 20 are each connected in series to form a coil group.
  • the coils of phases S and T are connected in series in a corresponding manner.
  • Figure 2 shows a four-pole three-phase winding, in which the step size of the individual coils is five slots.
  • the number of holes or number of slots per pole and phase is two.
  • a pair of poles (2p) thus comprises 12 slots.
  • the three-phase winding 14 is designed here as a loop winding.
  • FIG. 3 shows in a section of the stator core with its grooves 22 for receiving the three-phase winding 14, the novel structure of a winding head with the mutual penetration of the individual coils.
  • each of the coils comprises four turns 23 arranged one above the other in a groove.
  • the lower of the four turns 23 can be seen in FIG. 4 in a spatial representation.
  • the turns 23 consist of conductors 24, for example made of copper.
  • the conductor thickness d1 in the region of the grooves 14 is greater than the conductor thickness d2 in the region of the end windings 25.
  • the ratio Its thickness d1 to d2 corresponds to the number of coils 18 overlapping on the winding head 23.
  • the conductor cross section of the turns 23 in the area of the slots 22 and the end windings 25 is of the same size or essentially the same size.
  • the width b2 of the conductor 24 in the region of the end windings 25 and the width b1 in the region of the grooves 22 must now be in a ratio which corresponds to the number of coils overlapping on the end winding 25 , It follows from this that the turns in the area of the winding overhang 25 in this exemplary embodiment are three times as wide as in the area of the grooves 22.
  • the thickness of the turns 23 in the area of the winding overhangs 25 is one third of the thickness of the turns in the area of the slots 22.
  • the width of the turns 23 in the area of the grooves is one third of the width of the turns in the area of the winding overhangs 25.
  • the connecting lugs 24b are continuously layered one above the other in a circumferential direction 26 from one groove 22a to the next but one groove. In order to create the space required for each connecting lug in this type of layering, it is provided that the connecting lugs 24b are bent radially from the inside outwards in steps 24c from one groove 22a to the next groove 22c by their thickness.
  • a relatively simple and safe production and assembly of the windings 23 in the stator core 17 can be realized in that each of the windings 23 consists of a hairpin-shaped winding part 23a which is prefabricated from one side of the stand and inserted into the respective two grooves 22a, 22b.
  • the connecting lug 24b of this winding part 23a is produced in its cross-sectional shape, which is modified in the grooves 22 compared to the conductor bars 24a, by embossing.
  • the ends 23b of the hairpin-shaped winding part 23a protrude from the grooves 22a and 22b.
  • a further connecting lug 27, separately produced by stamping can be welded for connection to the next winding part 23a inserted in the groove.
  • a prefabricated coil end 28 can also be welded to the free end 23b of the winding part 23a.
  • the coil end 28 can be used to connect a coil group or a phase strand or to a phase strand end.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments shown.
  • the embodiment of the three-phase winding 14 shown in FIG. 2 as a loop winding can also be designed as a wave winding.
  • the connecting lug 27 shown in FIG. 4 would be pivoted in the opposite winding direction for the same coil width.
  • a higher number of poles with a correspondingly larger number of poles can also be realized with the same type of winding.
  • more or fewer slots than the two slots selected here can be used per pole.
  • two or four winding strands could also be implemented.
  • the thickness of the connecting straps on the end windings must decrease and the axial extent through the width of the connecting straps must increase. This then increasingly results in a constriction with an increased current density in the transition of the conductor bars in the grooves to the connecting tabs.
  • All winding connections and coil connections are advantageously arranged on one and the same end face of the armature. However, it is equally possible, if necessary, to distribute the connection ends and strand connections over both winding heads. If necessary, the connections on a yoke side can be led to a junction box or can be combined in a ring line on the end face of the stator yoke.
  • FIG. 6 shows, as a further alternative, the three-phase winding 14 as a wave winding.
  • the individual windings are divided into a hairpin-shaped part 23a and one Connection tab 27 according to Figure 4 is no longer absolutely necessary.
  • With correspondingly wide slot slots in the laminated core 17, it is now also possible to completely prefabricate the individual phase strands and then, starting from the beginnings U, V and W, the first loop of each phase at a distance of two grooves from one another and with a step width of 3 Insert grooves (number of uses per pole 1) in grooves 1, 3 and 5.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrphasige elektrische Maschine (10) mit einem Ständer und einem Läufer, wobei in Nuten (22) des Ständers und/oder Läufers eine mehrphasige Wicklung mit stirnseitigen Wickelköpfen (25) zur Erzeugung eines Wander-bzw. Drehfeldes angeordnet ist. Die Wicklung besteht aus Windungen (23), die zu Spulen (18) zusammengefaßt und deren Spulen zu Phasensträngen verschaltet sind. Die Leiter (24) der Windungen haben zur Erzielung eines hohen Nutfüllfaktors einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt. Die Dicke der Leiter im Bereich der Nuten steht zur Dicke im Bereich ihrer beidseitigen Wickelköpfe in einem Verhältnis, daß der Anzahl der sich am Wickelkopf überdeckenden Spulen entspricht. Der Leiterquerschnitt ist im Bereich der Nuten und der Wickelköpfe gleich groß.

Description

Mehrphasige elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine mehrphasige elektrische Maschine mit einem Ständer und einem Läufer nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Stand der Technik
Bei mehrphasigen elektrischen Maschinen wird in der Regel im Ständer oder im Läufer der Maschine durch eine mehrphasige Wicklung ein Wanderfeld bzw. Drehfeld erzeugt, mit dem im Motorbetrieb der Läufer der Maschine angetrieben bzw. im Generatorbetrieb im Ständer der Maschine die elektromotorische Kraft (EMK) induziert wird. Die mehrphasige Wicklung ist dabei in Nuten eines Ständer- oder Läufer-Blechpaketes angeordnet. Bei leistungsstarken Maschinen wie Kraftwerksgeneratoren und dergleichen haben die Leiter der mehrphasigen Wicklung zumeist zur Erzielung eines hohen sogenannten Nutfüllfaktors einen rechteckigen Querschnitt . Bei Drehstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge werden dagegen zumeist Leiter mit rundem Querschnitt verwendet, wodurch ein wesentlich geringerer Nutenfüllfaktor erzielbar ist. Die elektrischen Maschinen können als Synchronmaschine, Asynchronmaschine oder nach einem anderem Prinzip wie beispielsweise als Reluktanz- oder Hysteresemaschine arbeiten. Der Teil der Maschine, der die mehrphasige Wicklung trägt, wird als Anker bezeichnet. Als Nutenfüllfaktor wird das Verhältnis des blanken Wicklungsquerschnittes in einer Nut zu dem blanken Nutquerschnitt bezeichnet. Da bei elektrischen Maschinen mit Runddrahtwicklungen nicht sicher vorhersehbar ist, welche Windungen der einzelnen, in den Nuten untergebrachten Spulen nebeneinander zu liegen kommen, muß die Isolationsschicht der einzelnen Leiter hierbei mindestens die Durchschlagsfestigkeit der maximalen, an der Wicklung anliegenden Spannung haben. Außerdem überragt bei gewickelten Spulen der sogenannte Wickelkopf das Blechpaket des Ankers auf beiden Seiten relativ weit, da sich die Spulen dort überlagern.
Aus der DE 197 36 645 C2 ist eine Wanderfeldmaschine bekannt, bei der zur Erhöhung des Nutenfüllfaktors eine Ankerwicklung mit rechteckförmigem Querschnitt der einzelnen Leiter der Wicklung in den Nuten des Ständers bzw. Läufers untergebracht ist . Um die Abmessungen der Wickelköpfe an den Stirnseiten des Blechpaketes im Bereich der sich überlagernden Spulen möglichst gering zu halten, ist dort vorgesehen, dass das Verhältnis der Dicke einer Spule im Bereich der Nut zu seiner Dicke im Bereich des Wickelkopfes dem Produkt der Phasenzahl der Wanderfeldmaschine und der Nutzahl jeder Spule entspricht. Das bedeutet, das bei einer Dreiphasen- Drehstrommaschine nach dem dortigen Ausführungsbeispiel die einzelnen Leiter einer Spule in einer Nut im Bereich der Wickelköpfe auf ein Drittel ihres Querschnittes reduziert werden sollen. Die Spulen bleiben dabei im Bereich der Wickelköpfe gebündelt, so dass sich dort die Spulen einer Phase mit den jeweils benachbarten Spulen der anderen Phasen überlagern. Dies hat jedoch den Nachteil, das durch die erhebliche Querschnittsreduzierung der Spulen im Bereich der Wickelköpfe eine erhöhte Wärmebelastung durch erhöhte spezifische Verlustleistung auftritt, zumal die Wärmeabführung an den Wickelköpfen geringer ist als im Bereich der Nuten.
Mit der vorliegenden Erfindung wird angestrebt, die Leistungsdichte im Anker, bei Leitern mit reduzierter Dicke im Bereich der Wickelköpfe dadurch zu verbessern, daß die spezifische Verlustleistung an den Wickelköpfen in etwa der spezifischen Verlustleistung in den Nuten entspricht.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße mehrphasige elektrische Maschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass bei unverändertem Querschnitt der Spulen im Nut- und Wickelkopfbereich auch die Verlustleistung in diesen Bereichen einander angeglichen sind. Damit läßt sich eine gegenüber dem Stand der Technik höhere Leistungsdichte der elektrischen Maschine erzielen. Um die Abmessungen der Wickelköpfe dabei nicht wieder zu vergrößern, wird des weiteren in vorteilhafter Weise die Breite der Leiter im Bereich der Wickelköpfe zur Breite im Bereich der Nuten so gewählt, daß ihr Verhältnis unabhängig von der Nutzahl je Spule lediglich der Anzahl der sich am Wickelkopf überdeckenden Spulen entspricht. Bei einer Dreiphasenwicklung ist somit die Breite der Leiter an den Wickelköpfen dreimal so groß wie die Breite der Leiter in den Nuten.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Bei den bekannten Lösungen sind die Leiter einer Nut im Bereich der Wickelköpfe zu Spulen zusammengefaßt und gemeinsam um die Spulen der anderen Nuten herumgeführt . Um die sich dadurch häufig ergebenden beachtlichen axialen und radialen Ausdehnungen des Wickelkopfes in Grenzen zu halten, wird in vorteilhafter Weise vorgeschlagen, die Leiter einer Nut an den Wickelköpfen nicht mehr zu Spulen zusammenzufassen, sondern die Windungen der Spule eines Phasenstranges einzeln mit je einer Windung der benachbarten Spule eines anderen Phasenstranges übereinander zu schichten, so dass sich die nebeneinander in einzelnen Nuten eingebrachten Spulen an ihren Wickelköpfen gegenseitig durchdringen. Zu diesem Zweck werden in vorteilhafter Weise die Windungen im Bereich der Nuten als stabförmige Leiter und im Bereich der Wickelköpfe als blechförmige Verbindungslaschen ausgebildet.
Geordnete, gleichf rmige Wickelköpfe lassen sich in vorteilhafter Weise dadurch erzielen, dass die Verbindungslaschen in einer Umfangsrichtung von Nut zur übernächsten Nut fortlaufend übereinander geschichtet sind, wobei die Schrittweite der Windungen eine ungerade Zahl von mindestens drei vorzugsweise fünf Nutabständen beträgt .
Des Weiteren ist es für eine möglichst einfache und fertigungstechnisch sichere Herstellung der Wicklung vorteilhaft, wenn die Verbindungslaschen der Windungen an mindestens einem der beiden Wickelköpfe in ihrer gegenüber den Leiterstäben in den Nuten veränderten Querschnittsform durch Prägen hergestellt sind.
Für einen geordneten Aufbau des Wickelkopfes ist es außerdem von Vorteil, wenn die Verbindungslaschen in Abständen von einer Nut zur übernächsten Nut um jeweils ihre Dicke stufenartig in radiale Richtung, vorzugsweise von innen nach außen gebogen sind. Damit sich die Leiter aus benachbarten Nuten im Bereich der Wickelköpfe nicht gegenseitig behindern, wird in vorteilhafter Weise jede der Verbindungslaschen an ihrem einen Ende im oberen Bereich mit dem stabförmigen Leiter einer Windung und an ihrem anderen Ende im unteren Bereich mit einem anderen stabförmigen Leiter einer Windung verbunden.
Während an dem einen der beiden Wickelköpfe die Verbindungslaschen jeweils die beiden Leiterstäbe einer Windung miteinander verbinden, sind in vorteilhafter Weise an dem anderen Wickelkopf die einzelnen Windungen einer Spule sowie die Spulen eines Wicklungsstranges durch je eine Verbindungslasche miteinander verschaltet. Ferner sind an diesem anderen Wickelkopf auch die Enden der Phasenstränge angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß bei gleichem Wicklungsaufbau und unverändertem Wickelkopf auf der einen Seite an dem anderen Wickelkopf mehrere Spulen eines Phasenstranges in Reihe oder parallel geschaltet werden können und dass dort ebenfalls die Phasenstränge zu einer Stern- oder Dreieckschaltung zu verschalten sind.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Windungen besteht darin, daß diese aus je einem haarnadelförmig vorgefertigten, von der einen Seite des Ständers und/oder Läufers in die jeweiligen zwei Nuten eingesetzten Windungsteil bestehen, wobei auf der anderen Seite des Ständers und/oder Läufers an den dort vorstehenden Enden des Wicklungsteiles jeweils eine Verbindungslasehe zur Verschaltung der Windungen beziehungsweise der Spulen angeschweißt ist-unter Ausnahme der Phasenstrangenden.
Zeichnung
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen an Hand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 das Schaltbild eines Drehstromgenerators für Kraftfahrzeuge, Figur 2 das Wicklungsschema der Drehstrom-Ständerwicklung des Generators aus Figur 1 als Schleifenwicklung,
Figur 3 einen Ausschnitt des Ständer-Blechpaketes mit einem Teil der Drehstromwicklung aus Figur 2 in raumbildlicher Darstellung,
Figur 4 eine vorgefertigte Windung einer Spule der Drehstromwicklung nach Figur 3 ,
Figur 5 eine zu Figur 3 alternative Ausführungsform eines Wickelkopfes der Drehstromwicklung in gestreckter Darstellung als Ausschnitt und
Figur.6 eine weitere Ausführungsform der Drehstromwicklung als Wellenwicklung
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist das Schaltbild eines Drehstromgenerators für Kraftfahrzeuge mit 10 bezeichnet. Es umfaßt einen Rotor 11, beispielsweise in Klauenpolausführung mit einer Gleichstrom- Erregerwicklung 12 , deren Stromstärke von einem Regler 13 lastabhängig geregelt wird. Im Ständer des Generators 10 ist eine dreiphasige Drehstromwicklung 14 untergebracht, deren drei Phasen auf einen Brückengleichrichter 15 geschaltet sind. Der Brückengleichrichter 15 liegt mit einem Ausgang auf Masse und mit seinem anderen Ausgang an der Plusklemme 16 des Generators . An die Plusklemme 16 wird eine nicht dargestellte Akkumulatorbatterie eines Kraftfahrzeuges zur Versorgung eines Kraftfahrzeugbordnetzes angeschlossen.
Figur- 2 zeigt den schematischen Aufbau der dreiphasigen Drehstromwicklung 14 im Ständerblechpaket 17 des Drehstromgenerators 10. Die Drehstromwicklung 14 besteht dabei aus den drei Phasen R, S und T wobei die Spulen der Phase R durchgehend, die der Phase S gestrichelt und die der Phase T strich-punktiert gezeichnet ist. Die drei Phasen bilden in der Drehstromwicklung drei Phasenstränge mit den Enden U-X für die Phase R, den Enden V-Y für die Phase S und mit den Enden W-Z für die Phase T. Jeder dieser drei Phasenstränge der Drehstromwicklung 14 besteht ihrerseits aus zwei Spulengruppen mit den Enden Ul-Xl und U2-X2 beziehungsweise Vl-Yl und V2-Y2 beziehungsweise Wl-Zl und W2-Z2. Die zwei Spulengruppen einer jeden Phase können nun jeweils zueinander parallel oder in Reihe geschaltet werden. Gemäß Figur 2 besteht jede der insgesamt sechs Spulengruppen aus zwei Spulen. Für die Phase R sind dies die Spulen 18, 19, 20 und 21. Die Spulen 18 und 21 sowie die Spulen 19 und 20 sind jeweils zu einer Spulengruppe in Reihe geschaltet. In entsprechender Weise sind auch die Spulen der Phasen S und T paarweise in Reihe geschaltet . Figur 2 zeigt eine vierpolige Drehstromwicklung, bei der die Schrittweite der einzelnen Spulen fünf Nuten beträgt. Die Lochzahl bzw. Nutzahl pro Pol und Phase ist zwei. Ein Polpaar (2p) umfaßt somit 12 Nuten. Die Drehstromwicklung 14 ist hier als Schleifenwicklung ausgeführt .
Figur 3 zeigt in einem Ausschnitt des Ständerblechpaketes mit seinen Nuten 22 zur Aufnahme der Drehstromwicklung 14 den neuartigen Aufbau eines Wickelkopfes mit der gegenseitigen Durchdringung der einzelnen Spulen. An Hand der Spule 18 ist erkennbar, daß jede der Spulen vier in je einer Nut übereinander angeordnete Windungen 23 umfaßt. Die untere der vier Windungen 23 ist in Figur 4 in raumbildlicher Darstellung erkennbar. Die Windungen 23 bestehen aus Leitern 24, zum Beispiel aus Kupfer. Die Leiterdicke dl im Bereich der Nuten 14 ist größer als die Leiterdicke d2 im Bereich der Wickelköpfe 25. Das Verhältnis ihrer Dicke dl zu d2 entspricht der Anzahl der sich am Wickelkopf 23 überdeckenden Spulen 18. Da die Windungen 23 der Spule 18 aus der Nut 22a austreten und bei einer Schrittweite von 5 in die Nut 22b wieder eintreten, werden sie nur von den Windungen der Spulen 18a und 18b überlagert. Daraus ergibt sich, das sich am Wickelkopf 23 jeweils die Windungen dreier Spulen überlagern und damit ergibt sich das Verhältnis dl/d2 = 3. Die Windungen 23 haben somit im Bereich des Wickelkopfes 25 nur 1/3 der Dicke ihrer Leiter 24 im Bereich der Nuten 22.
Zur Erzielung einer gleichmäßigen Auslastung der Drehstromwicklung 14 ist es wichtig, daß auch in diesem Fall der Leiterquerschnitt der Windungen 23 im Bereich der Nuten 22 und der Wickelköpfe 25 gleich groß beziehungsweise im wesentlichen gleich groß ist. Um dies bei einer verringerten Leiterdicke am Wickelkopf sicherzustellen, muß umgekehrt zur Dicke nunmehr die Breite b2 der Leiter 24 im Bereich der Wickelköpfe 25 zur Breite bl im Bereich der Nuten 22 in einem Verhältnis stehen, das der Anzahl der sich am Wickelkopf 25 überdeckenden Spulen entspricht. Daraus folgt, daß die Windungen im Bereich des Wickelkopfes 25 bei diesem Ausführungsbeispiel dreimal so breit sind wie im Bereich der Nuten 22.
Da bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Drei- Phasen-Drehstromwicklung 14 deren Spulen gemäß Figur 2 in jeweils 2 benachbarte Nuten pro Pol eingelegt sind, ist die Dicke der Windungen 23 im Bereich der Wickelköpfe 25 ein Drittel der Dicke der Windungen im Bereich der Nuten 22. Umgekehrt ist die Breite der Windungen 23 im Bereich der Nuten ein Drittel der Breite der Windungen im Bereich der Wickelköpfe 25. Für eine geordnete Verschachtelung der Windungen im Bereich der Wickelköpfe ist vorgesehen, die Windungen 24 im Bereich der Nuten 22 als rechteckformigen Leiterstab 24a und im Bereich der Wickelköpfe 25 als blechförmige Verbindungslaschen 24b auszubilden. Dabei sind die Verbindungslaschen 24b in einer Umfangsrichtung 26 von einer Nut 22a zur übernächsten Nut fortlaufend übereinander geschichtet. Um bei dieser Art der Schichtung den für jede Verbindungslasche benötigten Raum zu schaffen, ist vorgesehen, das die Verbindungslaschen 24b von einer Nut 22a zur übernächsten Nut 22c um ihre Dicke in Stufen 24c radial von innen nach außen gebogen sind. Eine relativ einfache und sichere Herstellung und Montage der Windungen 23 im Ständerblechpaket 17 läßt sich dadurch realisieren, daß jede der Windungen 23 aus je einem haarnadelförmig vorgefertigten und von der einen Seite des Ständers in die jeweiligen zwei Nuten 22a, 22b eingesetzten Windungsteil 23a bestehen. Dabei wird die Verbindungslasche 24b dieses Windungsteiles 23a in ihrer gegenüber den Leiterstäben 24a in den Nuten 22 veränderten QuerSchnitts orm durch Prägen hergestellt. Auf der anderen Seite des Ständerblechpaketes 17 stehen dabei die Enden 23b des haarnadelförmigen Wicklungsteiles 23a aus den Nuten 22a und 22b vor. An diesen Enden 23b kann nun jeweils eine weitere, separat durch Prägen hergestellte Verbindungslasche 27 zur Verschaltung mit dem nächsten, in der Nut eingesetzten Windungsteil 23a angeschweißt werden. In gleicher Weise läßt sich auch ein vorgefertigtes Spulenende 28 an das freie Ende 23b des Wicklungsteiles 23a anschweißen. Das Spulenende 28 kann dabei zur Verschaltung einer Spulengruppe beziehungsweise eines Phasenstranges oder zu einem Phasenstrangende verwendet werden.
Eine geordnete Verschachtelung der Verbindungslaschen am Wickelkopf 25 muß bereits im Übergangsbereich zu den beiden Leiterstäben 24a erfolgen. Hierzu ist vorgesehen, daß die
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele . So kann die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform der Drehstromwicklung 14 als Schleifenwicklung ebenso gut als Wellenwicklung ausgeführt sein. Die in Figur 4 dargestellte Verbindungslasche 27 würde für diesen Fall bei gleicher Spulenweite in die entgegengesetzte Wickelrichtung geschwenkt werden. Anstelle einer vierpoligen Maschine kann ebenso gut mit der gleichen Wicklungsart eine höhere Polzahl bei entsprechend größerer Nutzahl realisiert werden. Außerdem können pro Pol auch mehr oder weniger Nuten als die hier gewählten zwei Nuten verwendet werden. Anstelle von drei Wicklungssträngen wären auch zwei oder vier Wicklungsstränge realisierbar. Zu beachten ist jedoch, daß bei einer größeren Schrittweite der Spulen auch die Anzahl der sich überlagernden Spulen an den Wickelkopfen zunimmt . Dementsprechend muß dann einerseits die Dicke der Verbindungslaschen an den Wickelköpfen abnehmen und die axiale Erstreckung durch die Breite der Verbindungslaschen muß dabei zunehmen. Hierbei ergibt sich dann in zunehmendem Maße bei dem Übergang der Leiterstäbe in den Nuten zu den Verbindungslaschen eine Engstelle mit einer erhöhten Stromdichte. In vorteilhafter Weise werden alle Wicklungsanschlüsse und Spulenverbindungen auf ein und derselben Stirnseite des Ankers angeordnet. Ebenso gut ist es jedoch im Bedarfsfalle auch möglich, die Anschlußenden und Strangverbindungen auf beide Wickelköpfe zu verteilen. Gegebenenfalls können auch die Anschlüsse auf einer Jochseite zu einem Anschlußkasten geführt werden oder in einer Ringleitung an der Stirnfläche des Ständerjoches zusammen gefaßt werden.
Figur 6 zeigt schließlich als weitere Alternative der Drehstromwicklung 14 deren Ausführung als Wellenwicklung. Bei dieser Ausführung ist eine Aufteilung der einzelnen Windungen in einen haarnadelförmigen Teil 23a und eine Verbindungslasche 27 gemäß Figur 4 nicht mehr zwingend erforderlich. Bei entsprechend weiten Nutschlitzen im Blechpaket 17 ist es nunmehr auch möglich, die einzelnen Phasenstränge vollständig vorzufertigen und dann, ausgehend von den Anfängen U, V und W, jeweils die erste Schleife jeder Phase in einem Abstand von zwei Nuten voneinander und mit einer Schrittweite von 3 Nuten (Nutzahl pro Pol = 1) in die Nuten 1, 3 und 5 einzulegen. Alle drei Phasenstränge werden nun miteinander umlaufend in die ihnen zugeordneten Nuten 4, 6 und 8 und so fort eingelegt, so daß an den Wickelkopfen auf diese Weise automatisch die erfindungsgemäße Schichtung der Windungen entsteht. Da sich aufgrund der Nutzahl pro Pol = 1 hier nur jeweils zwei Spulen an den Wickelköpfen kreuzen, werden die Verbindungslaschen gegenüber den stabförmigen Leitern nur halb so dick und doppelt so breit ausgeführt.

Claims

Ansprüche
1. Mehrphasige elektrische Maschine mit einem Ständer und einem Läufer, wobei in Nuten des Ständers und/oder Läufers eine mehrphasige Wicklung (14) mit stirnseitigen Wickelköpfen (25) , insbesondere zur Erzeugung eines Wander- bzw. Drehfeldes, angeordnet ist, deren einzelne Windungen (23) zu Spulen (18a, 18b) zusammengefaßt und zu Phasensträngen verschaltet sind, wobei die Windungen (23) aus Leitern (24) mit einem im wesentlichen rechteckformigen Querschnitt bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke (dl) im Bereich der Nuten
(22) und eine Dicke (d2) im Bereich ihrer beidseitigen Wickelkδpfe (25) in einem Verhältnis stehen, das der Anzahl der sich am Wickelkopf überdeckenden Spulen entspricht und der Leiterquerschnitt der Windungen (23) im Bereich der Nuten (22) und der Wickelköpfe (25) gleich groß ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Wickelköpfe (25) jede Windung (23) der Spule (18) eines Phasenstranges jeweils mit je einer Windung (23) der benachbarten Spule (18a) eines anderen Phasenstranges übereinander geschichtet ist .
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (23) im Bereich der Nuten (22) als stabförmige Leiter (24a) und im Bereich der Wickelköpfe (25) als blechför ige Verbindungslaschen (24b) ausgebildet sind.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslaschen (24b) in einer Umfangsrichtung (26) von einer Nut (22a) zur übernächsten Nut (22c) fortlaufend übereinander geschichtet sind.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslaschen (24b) der Windungen (23) an mindestens einem der beiden Wickelköpfe
(25) in ihrer gegenüber den Leiterstäben (24a) in den Nuten (22) veränderten Querschnittsform durch Prägen hergestellt sind.
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslaschen (24b) im Abstand, von einer Nut (22a) zur übernächsten Nut (22c) um ihre Dicke (d2) stufenartig in Radialrichtung, vorzugsweise von innen nach außen gebogen sind.
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslaschen (24b) an ihrem einen Ende im oberen Bereich (24d) mit einem stabförmigen Leiter (24a) und an ihrem anderen Ende im unteren Bereich (24e) mit einem anderen stabförmigen Leiter (24a) verbunden sind.
8. Elektrische Maschine nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (23) der Spulen (18 bis 21) an demjenigen Wickelkopf (25) durch je eine Verbindungslasche (27) miteinander verschaltet sind, an dem ferner die Enden (28) der Phasenstränge angeordnet sind.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (23) aus je einem haarnadelfδrmig vorgefertigten, von der einen Seite des Ständers und/oder Läufers in die jeweiligen zwei Nuten
(22) eingesetzten Windungsteil (23a) bestehen, wobei an jedem auf der anderen Seite des Ständers und/oder Läufers vorstehenden Ende (23b) des Windungsteiles (23a) unter Ausnahme der Phasenstrangenden (28) jeweils eine Verbindungslasehe (27) zur Verschaltung der Windungen und Spulen angeschweißt ist.
10. Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Drei-Phasen- Drehstrom-Wicklung (14) deren Spulen (18 bis 21) in jeweils zwei benachbarte Nuten (22) pro Pol eingelegt sind, die Dicke (d2) der Windungen (23) im Bereich der Wickelköpfe (25) 1/3 der Dicke (dl) der Windungen (23) im Bereich der Nuten (22) ist.
11.Elektrische Maschine nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (bl) der Windungen (23) im Bereich der Nuten (22) 1/3 der Breite (b2) der Windungen
(23) im Bereich der Wickelköpfe (25) ist.
12. Elektronische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenstränge der mehrphasigen Wicklung (14) als vorgefertigte Wellenwicklung beginnend mit ihren im Abstand von zwei Nuten zueinander versetzten Anfängen (U,V,W) miteinander umlaufend von Windung zu Windung in die Nuten des Ständers und/oder Läufers eingelegt sind.
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