EP1671411A1 - Electric machine stator - Google Patents

Electric machine stator

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Publication number
EP1671411A1
EP1671411A1 EP04787245A EP04787245A EP1671411A1 EP 1671411 A1 EP1671411 A1 EP 1671411A1 EP 04787245 A EP04787245 A EP 04787245A EP 04787245 A EP04787245 A EP 04787245A EP 1671411 A1 EP1671411 A1 EP 1671411A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
strand
stand
stator
winding
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Withdrawn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
EP04787245A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hubert Bischof
Frank Stambulic
Reinhard Meyer
Istvan Ragaly
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 EP1671411A1 publication Critical patent/EP1671411A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y10T29/49073—Electromagnet, transformer or inductor by assembling coil and core

Definitions

  • the invention relates to a stator for an electrical machine, in particular for a three-phase generator for motor vehicles with an annular stator core, which has a plurality of grooves arranged parallel to one another, in which strand windings are inserted.
  • Such three-phase generators are well known from the prior art. They are used in particular in motor vehicles as alternators. So-called claw-pole generators have established themselves as advantageous with regard to their size, manufacturing costs and robustness.
  • a claw pole generator usually comprises a rotor receiving the excitation winding and a ring-shaped stator surrounding the latter, which receives the three-phase windings.
  • a plurality of grooves are provided in the stand designed as a laminated core, which run parallel to one another and are evenly spaced apart. The windings for the three phases are now inserted into the slots in a specific winding pattern, with only windings of the same phase lying in one slot.
  • the problem of noise development plays an important role in the development of three-phase generators.
  • the changing magnetic fields in the air gap contribute to this, the air gap field being created by superposing the main field of the rotor and the field of the armature reaction of the stator.
  • These magnetic noises are countered with different measures, for example by enlarging the air gap or tighter manufacturing tolerances.
  • An effective measure to reduce the noise is the so-called claw lifting, a beveling of the running pole edges of the
  • This change in the claw pole shape reduces the effects of the armature reaction of the stator currents, which causes a strong field distortion in the air gap when the generator is subjected to electrical loads and thereby causes the noise.
  • the stand according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a noise reduction is achieved by an intervention in the stator winding.
  • no change in the claw poles or no change in their shape is necessary to achieve this noise reduction, which leads to financial savings in production and storage.
  • the course of the air gap field can be influenced such that a noise reduction is achieved.
  • FIG. 1 shows a winding diagram of an offset shaft winding according to a first exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a winding diagram of an offset shaft winding according to a second exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows noise level diagrams for three different winding diagrams.
  • FIG. 1 shows a plan view of an essentially flat stator iron 10 which is packaged from individual strip-shaped lamellae 13 arranged next to one another.
  • the flat stator iron 10 for example with thirty-six or forty-eight slots 16, there are a total of three strands 19 of a slender winding in a three-strand machine
  • the strand 19.1 consists of a multiple of a group 22 of several coils, a first coil 24 and a second coil 27.
  • the first coil 24 has first coil sides 28 and second coil sides 29 which are inserted in slots 16 which are spaced apart by electrical 180 ° ,
  • the second coil 27 also has first coil sides 30 and second coil sides 1, which in turn are inserted in slots 16 which are 180 ° apart electrically.
  • a winding ratio of 5: 1 is thus achieved here.
  • a corresponding number of groups corresponds to the number of pole pairs specified for
  • the first group 22 of the strand 19.1 is arranged in the slots 16 as follows: the first coil sides 28 are located in the first slot 16.1, the second coil sides 29 are located in the fourth slot 16.4. The first coil sides 30 are in the second groove 16.2, the second coil sides 31 are in the fifth groove 16.5.
  • a second strand 19.2 with its coil sides, coil side connectors and group connectors is arranged in the same way, but with the difference that all corresponding strand regions are offset by 3607m in the direction of R1.
  • the second strand 19.2 thus begins with an electrical 120 ° offset with the start of the strand V in groove 16.3, the third strand 19.3 begins with the beginning of the strand W in groove 16.5 and so on.
  • FIG. 2 again shows a plan view of an essentially flat stator iron 10.
  • a total of three strands 19 of a stator winding 21 are inserted into the flat stator iron 10, for example with thirty-six or forty-eight slots 16, in which case only the strand 19.1 with the end of the strand U is located.
  • the strand 19.1 also consists of a group 22 of several coils, a first coil 24, a second coil 27 and a third coil 50.
  • the first coil 24 has first ones Coil sides 28 and second coil sides 29, which are inserted in slots 16, which are landed by electrical 180 °.
  • the second coil 27 also has first coil sides 30 and second coil sides 31, which in turn are inserted in slots 16 which are electrically 180 ° apart.
  • the second coil 27 is offset from the first coil 24 in a first direction R1 by an electrical 1807 m.
  • the third coil 50 also has first coil sides 51 and second coil sides 52 which are inserted into slots 16 which are electrically 180 ° apart.
  • the third coil 50 is offset from the first coil 24 in a second direction R2 by 1807 m electrically.
  • the second direction R2 is opposite to the first direction R1. It is provided that the third coil 50 has fewer turns than the first coil 24.
  • m 3 so that the offset between the first coil 24 and the second coil 27 is electrical 60 °.
  • the offset between the first and the third coil is electrical -60 °.
  • a corresponding number of groups 22 are arranged one after the other offset by 360 ° in the stator. If the electrical machine has six or eight pole pairs, six or eight groups 22 are correspondingly arranged in the stator.
  • the first group 22 of the strand 19.1 is arranged in the slots 16 as follows: the first coil sides 28 are located in the second slot 16.2, the second coil sides 29 are located in the fifth slot 16.5. The first coil sides 30 are in the third groove 16.3, the second coil sides 31 are in the sixth groove 16.6. The first coil cables 51 are located in the first slot 16.1, the second coil sides 52 are located in the fourth slot 16.4.
  • a second strand 19.2 with its coil sides, coil side connectors and group connectors is arranged in the same way, but with the difference that all corresponding strand regions are offset by 3607m in the direction of R1.
  • the second strand 19.2 begins with the beginning of the strand V in groove 16.3, the third strand 19.3 begins with the beginning of the strand W in groove 16.5 and so on.
  • the strands 19 can be wound both with a single wire and with a multiple wire.
  • Multiple wire means that two or more parallel wires are wound simultaneously during winding.
  • Z w of the first coil / Z w of the second coil 4: 1; 5: 1; 6: 1; 7: 1; 8: 1; 2: 4; 4: 2; 2: 5; 5: 2; 2: 6;
  • the stand is a so-called flat packet stand.
  • the stand is manufactured using a specific manufacturing process.
  • a winding is inserted into an essentially flat stator iron 10, which is packaged from individual strip-shaped lamellae 13 arranged next to one another, and then the stator iron 10 with the winding is bent round so that it corresponds to an annular stator which is customary in terms of its electrical properties ,
  • the coil sides of the winding or the strands 19 are shaped before being inserted in a tool in such a way that those for one Groove 16 provided coil sides are adapted to a groove contour after the round bending.
  • the stator should be the stator of a three-strand machine, in particular a three-phase generator.
  • the magnetic field in the air gap can be designed by changing the armature field in such a way that the magnetic noise is reduced.
  • the airborne noise level L (dB (A)) is particularly in the lower speed range of 2000 revolutions per minute (generator speed) with winding ratios of 5: 1 (b.) And 4: 2 ( c.) greatly reduced compared to the non-offset winding arrangement according to Figure la). Since a generator speed of 2000 revolutions per minute with a usual gear ratio of approx. 3: 1 corresponds to an engine speed of 600 to 700 revolutions per minute, the noise reduction achieved is quite noticeable for the vehicle occupants, since the engine is still relatively quiet at idling speeds.
  • Another advantage of the offset winding is that the generator efficiency is improved. This is due to the lower iron losses caused by the lower harmonic content of the air gap magnetic field. With a delta connection of the three phase windings, the circulating currents caused by the third harmonic in the stator windings and the associated losses are reduced. Otherwise the ripple of the DC voltage supplied is reduced.

Abstract

The invention relates to a stator for a three-phase generator comprising a stator coil wherein each of m thread (19) is provided with a group (22) consisting of a first reel (24) whose coil sides (28, 29) are arranged in grooves (16) remote from each at electric angle of 180°, said first reel (24) having a predetermined number of turns (zw), a second reel (27) whose coil sides (29, 30) are arranged in grooves (16) remote from each at electric angle of 180°, said second reel (27) having a predetermined number of turns (zw), in which the second reel (27) is remote from the first real (24) at an electric angle 180°/m in a first direction and corresponding specified number of pole pairs which are relative to the group (22) number and successively arranged in the stator in such a way that they are remote at an electric angle of 360°.

Description

Ständer für eine elektrische MaschineStand for an electrical machine
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Ständer für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge mit einem ringförmigen Ständerblechpaket, das eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Nuten aufweist in die Strangwicklungen eingelegt sind.The invention relates to a stator for an electrical machine, in particular for a three-phase generator for motor vehicles with an annular stator core, which has a plurality of grooves arranged parallel to one another, in which strand windings are inserted.
Derartige Drehstromgeneratoren sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Sie werden insbesondere in Kraftfahrzeugen als Lichtmaschinen eingesetzt. Als vorteilhaft im Hinblick auf ihre Baugröße, Herstellkosten und Robustheit haben sich sogenannte Klauenpolgeneratoren durchgesetzt.Such three-phase generators are well known from the prior art. They are used in particular in motor vehicles as alternators. So-called claw-pole generators have established themselves as advantageous with regard to their size, manufacturing costs and robustness.
Ein Klauenpolgenerator umfasst üblicherweise einen die Erregerwicklung aufnehmenden Läufer und einen diesen umgebenden, ringförmigen Ständer, der die Drehstromwicklungen aufnimmt. Dafür sind in dem als Blechpaket ausgebildeten Ständer eine Vielzahl von Nuten vorgesehen, die achsenparallel zueinander verlaufen und gleichmäßig beabstandet zueinander sind. Die Wicklungen für die drei Phasen sind nun in einem bestimmten Wickelschema in die Nuten eingelegt, wobei nur Wicklungen gleicher Phase in einer Nut liegen.A claw pole generator usually comprises a rotor receiving the excitation winding and a ring-shaped stator surrounding the latter, which receives the three-phase windings. For this purpose, a plurality of grooves are provided in the stand designed as a laminated core, which run parallel to one another and are evenly spaced apart. The windings for the three phases are now inserted into the slots in a specific winding pattern, with only windings of the same phase lying in one slot.
Beim Einsatz in Kraftfahrzeugen spielt das Problem der Geräuschentwicklung bei der Entwicklung von Drehstromgeneratoren eine bedeutende Rolle. Insbesondere die sich ändernden, magnetischen Felder im Luftspalt tragen dazu bei, wobei das Luftspaltfeld durch das Superponieren des Hauptfelds des Läufers und des Feldes der Ankerrückwirkung des Ständers entsteht. Diesen magnetischen Geräuschen wird mit unterschiedlichen Maßnahmen entgegengetreten, beispielsweise durch Luflspaltvergrößerung oder engere Fertigungstoleranzen. Eine wirkungsvolle Maßnahme zur Reduzierung der Geräusche ist die sogenannte Klauenabhebung, einer Abschrägung der ablaufenden Polkanten desWhen used in motor vehicles, the problem of noise development plays an important role in the development of three-phase generators. In particular, the changing magnetic fields in the air gap contribute to this, the air gap field being created by superposing the main field of the rotor and the field of the armature reaction of the stator. These magnetic noises are countered with different measures, for example by enlarging the air gap or tighter manufacturing tolerances. An effective measure to reduce the noise is the so-called claw lifting, a beveling of the running pole edges of the
Läufers.Runner.
Diese Änderung der Klauenpolform mindert die Auswirkungen der Ankerrückwirkung der Ständerströme, die bei elektrischer Belastung des Generators eine starke Feldverzerrung im Luftspalt hervorruft und dadurch das Geräusch verursacht.This change in the claw pole shape reduces the effects of the armature reaction of the stator currents, which causes a strong field distortion in the air gap when the generator is subjected to electrical loads and thereby causes the noise.
Auch andere Änderungen der Klauenpolform werden zur Verminderung der Geräuschentwicklung durchgeführt.Other claw pole shape changes are also made to reduce noise.
All diese Maßnahmen führen jedoch dazu, dass für Generatoren mit unterschiedlichen Strom-Drehzahlkennlinien beziehungsweise für gleiche Generatortypen in unterschiedlichen Applikationen unterschiedliche Klauenpolräder hergestellt und vorgehalten werden müssen. Hohe Fertigungs- und Lagerkosten sind also die Folge.However, all of these measures mean that different claw-wheel wheels have to be manufactured and kept available for generators with different current-speed characteristics or for the same generator types in different applications. The result is high manufacturing and storage costs.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Ständer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch einen Eingriff in die Ständerwicklung eine Geräuschsenkung erreicht wird. Darüber hinaus ist zur Erzielung dieser Geräuschsenkung keine Änderung der Klauenpole oder keine Veränderung ihrer Form notwendig, was zu finanziellen Einsparungen bei der Fertigung und Lagerhaltung führt.The stand according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a noise reduction is achieved by an intervention in the stator winding. In addition, no change in the claw poles or no change in their shape is necessary to achieve this noise reduction, which leads to financial savings in production and storage.
Dadurch, dass zumindest ein Leiter aller Leiter einer Phasenwicklung um zumindest eine Nut gegenüber der herkömmlichen Wicklungsweise versetzt ist, kann der Verlauf des Luftspaltfeldes so beeinflusst werden, dass eine Geräuschsenkung erzielt wird.Because at least one conductor of all conductors of a phase winding is offset by at least one slot from the conventional winding method, the course of the air gap field can be influenced such that a noise reduction is achieved.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Drehstromgenerators möglich. ZeichnungenAdvantageous further developments and improvements of the three-phase generator specified in claim 1 are possible through the measures mentioned in the subclaims. drawings
Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention is explained in more detail using two exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:
Figur 1 ein Wicklungsschema einer versetzten Wellenwicklung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figur 2 ein Wicklungsschema einer versetzten Wellenwicklung gemäß einem zweiten Λusfϊihrungsbeispiel der Erfindung, Figur 3 Geräuschpegel-Diagramme für drei unterschiedliche Wicklungsschemata.1 shows a winding diagram of an offset shaft winding according to a first exemplary embodiment of the invention, FIG. 2 shows a winding diagram of an offset shaft winding according to a second exemplary embodiment of the invention, FIG. 3 shows noise level diagrams for three different winding diagrams.
Beschreibungdescription
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf ein im wesentlichen flaches Ständereisen 10, das aus einzelnen nebeneinander angeordneten streifenförmigen Lamellen 13 paketiert ist. In das flache Ständereisen 10, beispielsweise mit sechsunddreißig oder achtundvierzig Nuten 16, sind bei einer dreisträngigen Maschine insgesamt drei Stränge 19 einer SländerwicklungFIG. 1 shows a plan view of an essentially flat stator iron 10 which is packaged from individual strip-shaped lamellae 13 arranged next to one another. In the flat stator iron 10, for example with thirty-six or forty-eight slots 16, there are a total of three strands 19 of a slender winding in a three-strand machine
21 eingelegt, wobei in diesem Fall nur ein Strang 19.1 mit dem Strangende U eingezeichnet ist. Die Anfänge V und W der anderen beiden Stränge sind angedeutet.21 inserted, in which case only one strand 19.1 with the end of the strand U is shown. The beginnings V and W of the other two strands are indicated.
Der Strang 19.1 besteht aus einem Vielfachen einer Gruppe 22 mehrerer Spulen, einer ersten Spule 24 und einer zweiten Spule 27. Die erste Spule 24 hat erste Spulenseiten 28 und zweite Spulenseiten 29, die in Nuten 16 eingesetzt sind, die um elektrische 180° beabstandet sind. Die erste Spule 24 hat eine bestimmte Windungszahl zw, im Beispiel ist zw = 5. Die zweite Spule 27 hat ebenfalls erste Spulenseiten 30 und zweite Spulenseiten 1, die wiederum in Nuten 16 eingesetzt sind, die um elektrische 180° beabstandel sind. Die zweite Spule 27 hat eine bestimmte Windungszahl zw, im Beispiel ist zw = 1. Es ist hier somit ein Wicklungsverhältnis von 5: 1 verwirklicht. Die zweite Spule 27 ist von der ersten Spule 24 in eine erste Richtung Rl um elektrisch 1807m versetzt. Bei einem dreisträngigen Drehstromgenerator ist m = 3, so dass der Versatz zwischen der ersten Spule 24 und der zweiten Spule 27 elektrische 60° beträgt. Entsprechend der für eine elektrische Maschine vorgegebenen Polpaarzahl ist eine entsprechende Zahl von GruppenThe strand 19.1 consists of a multiple of a group 22 of several coils, a first coil 24 and a second coil 27. The first coil 24 has first coil sides 28 and second coil sides 29 which are inserted in slots 16 which are spaced apart by electrical 180 ° , The first coil 24 has a certain number of turns z w , in the example z w = 5. The second coil 27 also has first coil sides 30 and second coil sides 1, which in turn are inserted in slots 16 which are 180 ° apart electrically. The second coil 27 has a certain number of turns zw, in the example z w = 1. A winding ratio of 5: 1 is thus achieved here. The second coil 27 is offset from the first coil 24 in a first direction R1 by an electrical 1807 m. In the case of a three-phase alternator, m = 3, so that the offset between the first coil 24 and the second coil 27 is electrical 60 °. A corresponding number of groups corresponds to the number of pole pairs specified for an electrical machine
22 um elektrische 360° versetzt im Ständer nacheinander angeordnet. Hat die elektrische Maschine sechs oder acht Polpaare, sind entsprechend sechs oder acht Gruppen 22 im Ständer angeordnet. Es ergibt sich somit als das zuvor erwähnte Vielfache die Zahl sechs oder acht.22 offset by 360 ° electrical in the stand one after the other. Has the electrical Machine six or eight pairs of poles, corresponding to six or eight groups 22 are arranged in the stator. The result of the multiple mentioned above is six or eight.
Dementsprechend ist die erste Gruppe 22 des Strangs 19.1 wie folgt in den Nuten 16 angeordnet: Die ersten Spulenseiten 28 befinden sich in der ersten Nut 16.1, die zweiten Spulenseiten 29 befinden sich in der vierten Nut 16.4. Die ersten Spulenseiten 30 befinden sich in der zweiten Nut 16.2, die zweiten Spulenseiten 31 befinden sich in der fünften Nut 16.5.Accordingly, the first group 22 of the strand 19.1 is arranged in the slots 16 as follows: the first coil sides 28 are located in the first slot 16.1, the second coil sides 29 are located in the fourth slot 16.4. The first coil sides 30 are in the second groove 16.2, the second coil sides 31 are in the fifth groove 16.5.
Ausgehend vom Stranganfang U wird die erste Gruppe 22 wie folgt gewickelt: Die erste Spule 24 wird mit der Windungszahl z = 5 in die Nuten 16.1 und 16.4 gesetzt. Nach der letzten zweiten Spulenseite 29 geht von dieser ein Spulenseitenverbinder 35 aus, der bis zur ersten Spulenseite 30 in Nut 16.2 der zweiten Spule 27 reicht. Im Beispiel folgt auf diese Spulenseite 30 ein weiterer Spulenseitenverbinder 35, der bis zur zweiten Spulenseite 31 der zweiten Spule 27 reicht. Die zweite Spulenseite 31 der zweiten Spule 27 ist in Nut 16.5 eingesetzt. Von dieser zweiten Spulenseite 31 geht ein Gruppenverbinder 40 aus, der bis zur Nut 16.7 reicht und dort dann in eine erste Spulenseite 28 der ersten Spule 24 der zweiten Gruppe 22 übergeht.Starting from the start of the strand U, the first group 22 is wound as follows: the first coil 24 is placed in the slots 16.1 and 16.4 with the number of turns z = 5. After the last second coil side 29, a coil side connector 35 extends from this, which extends to the first coil side 30 in groove 16.2 of the second coil 27. In the example, this coil side 30 is followed by a further coil side connector 35, which extends to the second coil side 31 of the second coil 27. The second coil side 31 of the second coil 27 is inserted in slot 16.5. A group connector 40 extends from this second coil side 31, which extends to the groove 16.7 and then merges into a first coil side 28 of the first coil 24 of the second group 22.
Ein zweiter Strang 19.2 ist mit seinen Spulenseiten, Spulenseitenverbindern und Gruppenverbinder in sich genauso angeordnet, jedoch mit dem Unterschied, dass alle entsprechenden Strangbereiche um elektrische 3607m in Richtung Rl versetzt sind. Der zweite Strang 19.2 beginnt somit um elektrische 120° versetzt mit dem Stranganfang V in Nut 16.3, der dritte Strang 19.3 beginnt mit dem Stranganfang W in Nut 16.5 und so weiter.A second strand 19.2 with its coil sides, coil side connectors and group connectors is arranged in the same way, but with the difference that all corresponding strand regions are offset by 3607m in the direction of R1. The second strand 19.2 thus begins with an electrical 120 ° offset with the start of the strand V in groove 16.3, the third strand 19.3 begins with the beginning of the strand W in groove 16.5 and so on.
Figur 2 zeigt wiederum eine Draufsicht auf ein im wesentlichen flaches Ständereisen 10. In das flache Ständereisen 10, beispielsweise mit sechsunddreißig oder achtundvierzig Nuten 16, sind insgesamt drei Stränge 19 einer Ständerwicklung 21 eingelegt, wobei in diesem Fall auch nur der Strang 19.1 mit dem Strangende U eingezeichnet ist.FIG. 2 again shows a plan view of an essentially flat stator iron 10. A total of three strands 19 of a stator winding 21 are inserted into the flat stator iron 10, for example with thirty-six or forty-eight slots 16, in which case only the strand 19.1 with the end of the strand U is located.
Der Strang 19.1 besteht ebenfalls aus einer Gruppe 22 mehrerer Spulen, einer ersten Spule 24, einer zweiten Spule 27 und einer dritten Spule 50 . Die erste Spule 24 hat erste Spulenseiten 28 und zweite Spulenseiten 29, die in Nuten 16 eingesetzt sind, die um elektrische 180° beabslandet sind. Die erste Spule 24 hat eine bestimmte Windungszahl zw, im Beispiel ist z = 4. Die zweite Spule 27 hat ebenfalls erste Spulenseiten 30 und zweite Spulenseiten 31, die wiederum in Nuten 16 eingesetzt sind, die um elektrische 180° beabstandet sind. Die zweite Spule 27 hat eine bestimmte Windungszahl zw, im Beispiel ist zw = 1. Die zweite Spule 27 ist von der ersten Spule 24 in eine erste Richtung Rl um elektrisch 1807m versetzt. Die dritte Spule 50 hat ebenfalls erste Spulenseiten 51 und zweite Spulenseiten 52, die in Nuten 16 eingesetzt sind, die um elektrische 180° beabstandet sind. Die dritte Spule 50 hat eine bestimmte Windungszahl zw, im Beispiel ist zw = 1. Die dritte Spule 50 ist von der ersten Spule 24 in eine zweite Richtung R2 um elektrisch 1807m versetzt. Die zweite Richtung R2 ist der ersten Richtung Rl entgegengesetzt. Es ist vorgesehen, dass die dritte Spule 50 weniger Windungen als die erste Spule 24 aufweist.The strand 19.1 also consists of a group 22 of several coils, a first coil 24, a second coil 27 and a third coil 50. The first coil 24 has first ones Coil sides 28 and second coil sides 29, which are inserted in slots 16, which are landed by electrical 180 °. The first coil 24 has a specific number of turns z w , in the example z = 4. The second coil 27 also has first coil sides 30 and second coil sides 31, which in turn are inserted in slots 16 which are electrically 180 ° apart. The second coil 27 has a specific number of turns z w , in the example z w = 1. The second coil 27 is offset from the first coil 24 in a first direction R1 by an electrical 1807 m. The third coil 50 also has first coil sides 51 and second coil sides 52 which are inserted into slots 16 which are electrically 180 ° apart. The third coil 50 has a specific number of turns z w , in the example z w = 1. The third coil 50 is offset from the first coil 24 in a second direction R2 by 1807 m electrically. The second direction R2 is opposite to the first direction R1. It is provided that the third coil 50 has fewer turns than the first coil 24.
Bei einem dreisträngigen Drehstromgenerator ist m = 3, so dass der Versatz zwischen der ersten Spule 24 und der zweiten Spule 27 elektrische 60° beträgt. Der Versatz zwischen der ersten und der dritten Spule beträgt elektrische -60°. Entsprechend der für eine elektrische Maschine vorgegebenen Polpaarzahl ist eine entsprechende Zahl von Gruppen 22 um elektrische 360° versetzt im Ständer nacheinander angeordnet. Hat die elektrische Maschine sechs oder acht Polpaare, sind entsprechend sechs oder acht Gruppen 22 im Ständer angeordnet.In the case of a three-phase alternator, m = 3, so that the offset between the first coil 24 and the second coil 27 is electrical 60 °. The offset between the first and the third coil is electrical -60 °. Corresponding to the number of pole pairs specified for an electrical machine, a corresponding number of groups 22 are arranged one after the other offset by 360 ° in the stator. If the electrical machine has six or eight pole pairs, six or eight groups 22 are correspondingly arranged in the stator.
Dementsprechend ist die erste Gruppe 22 des Strangs 19.1 wie folgt in den Nuten 16 angeordnet: Die ersten Spulenseiten 28 befinden sich in der zweiten Nut 16.2, die zweiten Spulenseiten 29 befinden sich in der fünften Nut 16.5. Die ersten Spulenseiten 30 befinden sich in der dritten Nut 16.3, die zweiten Spulenseiten 31 befinden sich in der sechsten Nut 16.6. Die ersten Spulenseilen 51 befinden sich in der ersten Nut 16.1, die zweiten Spulenseiten 52 befinden sich in der vierten Nut 16.4.Accordingly, the first group 22 of the strand 19.1 is arranged in the slots 16 as follows: the first coil sides 28 are located in the second slot 16.2, the second coil sides 29 are located in the fifth slot 16.5. The first coil sides 30 are in the third groove 16.3, the second coil sides 31 are in the sixth groove 16.6. The first coil cables 51 are located in the first slot 16.1, the second coil sides 52 are located in the fourth slot 16.4.
Ausgehend vom Stranganfang U wird die erste Gruppe 22 wie folgt gewickelt: Zunächst wird die dritte Spule 50 mit der Windungszahl zw = 1 in die Nuten 16.1 und 16.4 gesetzt. Nach der letzten zweiten Spulenseite 52 geht von dieser ein Spulenseitenverbinder 35 aus, der bis zur ersten Spulenseite 28 der ersten Spule 24 reicht und dadurch in die erste Spulenseite 28 übergeht. Die erste Spule 24 wird mit der Windungszahl z = 4 in die Nuten 16.2 und 16.5 gesetzt. Nach der letzten zweiten Spulenseite 29 geht von dieser ein Spulenseitenverbinder 35 aus, der bis zur ersten Spulenseite 30 in Nut 16.3 der zweiten Spule 27 reicht. Im Beispiel folgt auf diese Spulenseite 30 ein weiterer Spulenseitenverbinder 35, der bis zur zweiten Spulenseite 31 der zweiten Spule 27 reicht. Die zweite Spulenseite 31 der zweiten Spule 27 ist in Nut 16.6 eingesetzt. Von dieser zweiten Spulenseite 31 geht ein Gruppenverbinder 40 aus, der bis zur Nut 16.7 reicht und dort dann in eine erste Spulenseite 28 der dritten Spule 50 der zweiten Gruppe 22 übergeht.Starting from the start of the strand U, the first group 22 is wound as follows: First, the third coil 50 with the number of turns z w = 1 is placed in the slots 16.1 and 16.4. After the last second coil side 52, a coil side connector 35 extends from this, which extends to the first coil side 28 of the first coil 24 and thereby merges into the first coil side 28. The first coil 24 with the number of turns z = 4 in the Grooves 16.2 and 16.5 set. After the last second coil side 29, a coil side connector 35 extends from this, which extends to the first coil side 30 in the groove 16.3 of the second coil 27. In the example, this coil side 30 is followed by a further coil side connector 35, which extends to the second coil side 31 of the second coil 27. The second coil side 31 of the second coil 27 is inserted in slot 16.6. A group connector 40 extends from this second coil side 31 and extends to the groove 16.7 and then merges into a first coil side 28 of the third coil 50 of the second group 22.
Ein zweiter Strang 19.2 ist mit seinen Spulenseiten, Spulenseitenverbindem und Gruppenverbindern in sich genauso angeordnet, jedoch mit dem Unterschied, dass alle entsprechenden Strangbereiche um elektrische 3607m in Richtung Rl versetzt sind. Der zweite Strang 19.2 beginnt mit dem Stranganfang V in Nut 16.3, der dritte Strang 19.3 beginnt mit dem Stranganfang W in Nut 16.5 und so weiter.A second strand 19.2 with its coil sides, coil side connectors and group connectors is arranged in the same way, but with the difference that all corresponding strand regions are offset by 3607m in the direction of R1. The second strand 19.2 begins with the beginning of the strand V in groove 16.3, the third strand 19.3 begins with the beginning of the strand W in groove 16.5 and so on.
Allgemein ist vorgesehen, dass die Stränge 19 sowohl mit einem Einzeldraht als auch mit einem Mehrfachdraht gewickelt sein können. Mehrfachdraht bedeutet, dass beim Wickeln gleichzeitig zwei oder mehr parallele Drähte gewickelt werden.It is generally provided that the strands 19 can be wound both with a single wire and with a multiple wire. Multiple wire means that two or more parallel wires are wound simultaneously during winding.
Hinsichtlich der Windungszahlen haben sich für 14V-Generatoren folgende günstigen Verhältnisse ergeben:With regard to the number of turns, the following favorable conditions have arisen for 14V generators:
Zw der ersten Spule/ Zw der zweiten Spule: 4:1; 5:1; 6:1; 7:1; 8:1; 2:4; 4:2; 2:5; 5:2; 2:6;Z w of the first coil / Z w of the second coil: 4: 1; 5: 1; 6: 1; 7: 1; 8: 1; 2: 4; 4: 2; 2: 5; 5: 2; 2: 6;
6:2; 3:6; 6:3; 2:7; 7:2; 2:8; 8:2; 6:4; 4:66: 2; 3: 6; 6: 3; 2: 7; 7: 2; 2: 8; 8: 2; 6: 4; 4: 6
Zw der ersten Spule/ Zw der zweiten Spule/ Zw der dritten Spule: 1:4:1; 1:5:1; 1:6:1Z w of the first coil / Z w of the second coil / Z w of the third coil: 1: 4: 1; 1: 5: 1; 1: 6: 1
Es ist vorgesehen, dass der Ständer ein sogenannter Flachpaket-Ständer ist. Dies bedeutet, dass der Ständer nach einem bestimmten Herstellungsverfahren hergestellt ist. Dazu wird in ein im wesentlichen flaches Ständereisen 10, das aus einzelnen nebeneinander angeordneten streifenförmigen Lamellen 13 paketiert ist, in die Nuten 16 eine Wicklung eingelegt und anschließend das Ständereisen 10 mit der Wicklung rundgebogen, so dass dieser einem hinsichtlich seiner elektrischen Eigenschaften üblichen ringförmigen Ständer entspricht. Es ist vorgesehen, dass die Spulenseiten der Wicklung bzw. der Stränge 19 vor dem Einlegen in einem Werkzeug so umgeformt werden, dass die für eine Nut 16 vorgesehenen Spulenseiten an eine Nutkontur nach dem Rundbiegen angepasst sind. Der Ständer soll der Ständer einer dreisträngigen Maschine, insbesondere eines Drehstromgenerators sein.It is provided that the stand is a so-called flat packet stand. This means that the stand is manufactured using a specific manufacturing process. For this purpose, a winding is inserted into an essentially flat stator iron 10, which is packaged from individual strip-shaped lamellae 13 arranged next to one another, and then the stator iron 10 with the winding is bent round so that it corresponds to an annular stator which is customary in terms of its electrical properties , It is envisaged that the coil sides of the winding or the strands 19 are shaped before being inserted in a tool in such a way that those for one Groove 16 provided coil sides are adapted to a groove contour after the round bending. The stator should be the stator of a three-strand machine, in particular a three-phase generator.
Durch entsprechende Wahl des Versetzungsverhältnisses der Leiter lässt sich das magnetische Feld im Luftspalt durch die Änderung des Ankerfeldes so gestalten, dass eine Senkung der magnetischen Geräusche bewirkt wird.By appropriately selecting the displacement ratio of the conductors, the magnetic field in the air gap can be designed by changing the armature field in such a way that the magnetic noise is reduced.
Messungen haben ergeben, dass der Generatorstrom eines Generators mit versetzter Wicklung ab einer bestimmten Drehzahl größer ist als derjenige eines Generators herkömmlicher Bauart. Lediglich bei niedrigen Drehzahlen ist der vom herkömmlichen Generator gelieferte Strom größer. Ein Ausgleich lässt sich jedoch sehr einfach durch Erhöhen der Gesamtleiterzahl oder Verlängerung des Ständereisens erreichen, sofern der gelieferte Strom bei teilversetzter Wicklung bei niedrigen Generator-Drehzahlen nicht den Mindestanforderungen entspricht.Measurements have shown that the generator current of a generator with an offset winding is greater than that of a generator of a conventional type from a certain speed. The current supplied by the conventional generator is greater only at low speeds. However, compensation can be achieved very easily by increasing the total number of conductors or extending the stator iron, provided that the current supplied with partially offset winding at low generator speeds does not meet the minimum requirements.
Aus den in Figur 3 gezeigten Messdiagrammen zur Geräuschentwicklung ist erkennbar, dass sich der Luftschallpegel L (dB(A)) insbesondere im unteren Drehzahlbereich von 2000 Umdrehungen pro Minute (Generatordrehzahl) bei Wicklungsverhältnissen von 5: 1 (b.) und 4:2 (c.) stark verringert gegenüber der nicht versetzten Wicklungsanordnung gemäß Figur la). Da eine Generatordrehzahl von 2000 Umdrehungen pro Minute bei einem üblichen Übersetzungsverhältais von ca. 3 : 1 einer Motordrehzahl von 600 bis 700 Umdrehungen pro Minute entspricht, ist die erzielte Geräuschsenkung für die Fahrzeuginsassen durchaus bemerkbar, da der Motor bei Leerlaufdrehzahlen noch relativ leise ist.It can be seen from the measurement diagrams for noise development shown in FIG. 3 that the airborne noise level L (dB (A)) is particularly in the lower speed range of 2000 revolutions per minute (generator speed) with winding ratios of 5: 1 (b.) And 4: 2 ( c.) greatly reduced compared to the non-offset winding arrangement according to Figure la). Since a generator speed of 2000 revolutions per minute with a usual gear ratio of approx. 3: 1 corresponds to an engine speed of 600 to 700 revolutions per minute, the noise reduction achieved is quite noticeable for the vehicle occupants, since the engine is still relatively quiet at idling speeds.
Ein weiterer Vorteil der versetzten Wicklung ist darin zu sehen, dass der Generatorwirkungsgrad verbessert wird. Dies ergibt sich aufgrund geringerer Eisenverluste verursacht durch geringere Oberwellenanteile des Luftspaltmagnetfeldes. Bei einer Dreiecksverschaltung der drei Phasenwicklungen verringern sich die durch die dritte Oberschwingung hervorgerufenen Kreisströme in den Ständerwicklungen und die damit verbundenen Verluste. Im Übrigen wird die Welligkeit der gelieferten Gleichspannung verringert. Another advantage of the offset winding is that the generator efficiency is improved. This is due to the lower iron losses caused by the lower harmonic content of the air gap magnetic field. With a delta connection of the three phase windings, the circulating currents caused by the third harmonic in the stator windings and the associated losses are reduced. Otherwise the ripple of the DC voltage supplied is reduced.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Ständer eines Drehstromgenerators, mit einer mehrsträngigen Sländerwicklung, wobei ein jeder der m Stränge (19) aus einer Gruppe (22) besteht, die eine erste Spule (24) mit Spulenseiten (28, 29) in um elektrisch 180° beabstandeten Nuten (16) aufweist und die erste Spule (24) eine bestimmte Windungszahl (z ) hat, eine zweite Spule (27) mit Spulenseiten (29, 30) in um elektrisch 180° beabstandeten Nuten (16) aufweist und die zweite Spule (27) eine bestimmte Windungszahl (zw) hat, wobei die zweite Spule (27) von der ersten Spule (24) in eine erste Richtung um elektrisch 1807m versetzt ist, - wobei entsprechend der vorgegebenen Polpaarzahl eine entsprechende Zahl von Gruppen (22) um elektrisch 360° versetzt im Ständer nacheinander angeordnet sind.1. Stand of a three-phase generator, with a multi-strand slander winding, each of the m strands (19) consisting of a group (22) which has a first coil (24) with coil sides (28, 29) in slots 180 ° apart electrically ( 16) and the first coil (24) has a certain number of turns (z), a second coil (27) with coil sides (29, 30) in slots (16) spaced electrically by 180 ° and the second coil (27) has a certain number of turns (zw), the second coil (27) being offset from the first coil (24) in a first direction by 1807 m electrically, - a corresponding number of groups (22) being offset by 360 ° electrically according to the predetermined number of pole pairs are arranged one after the other in the stand.
2. Ständer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe (22) zusätzlich eine dritte Spule (50) aufweist, die der ersten Spule (24) in einer zweiten Richtung, die der ersten entgegengesetzt ist, um elektrisch 1807m vorgeordnel ist.2. A stand according to claim 1, characterized in that the group (22) additionally has a third coil (50) which is 1807m electrically pre-arranged in a second direction opposite the first coil (24) in a second direction.
3. Ständer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Spule (50) weniger Windungen als die erste Spule (24) aufweist.3. Stand according to claim 2, characterized in that the third coil (50) has fewer turns than the first coil (24).
4. Ständer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge (19) aus einem Mehrfachdraht bestehen. 4. Stand according to one of the preceding claims, characterized in that the strands (19) consist of a multiple wire.
5. Ständer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Flachpaket-Ständer ist.5. Stand according to one of the preceding claims, characterized in that this is a flat package stand.
6. Ständer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenseiten der Ständerwicklung umgeformt und an eine Nutkontur angepasst sind.6. Stand according to claim 5, characterized in that the coil sides of the stator winding are formed and adapted to a slot contour.
7. Ständer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Ständer einer dreisträngigen Maschine, insbesondere eines Drehstromgenerators ist. 7. Stand according to one of the preceding claims, characterized in that it is a stand of a three-strand machine, in particular a three-phase generator.
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