RU2751533C1

RU2751533C1 - Method for winding phase stator windings of multi-pole electric machine

Info

Publication number: RU2751533C1
Application number: RU2021101522A
Authority: RU
Inventors: Сергей Сергеевич Лагутин; Олег Анатольевич Головко; Сергей Анатольевич Секлюцкий
Original assignee: Сергей Сергеевич Лагутин; Тау Татьяна Анатольевна; Сергей Анатольевич Секлюцкий
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2021-07-14
Also published as: WO2022164343A1

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering in terms of electrical machines. The method for winding the phase windings of the stator of a multi-pole electric machine is that the wire of the phase multi-pole winding is laid in the grooves between the teeth of the stator magnetic circuit, alternately on the left and right, bending each tooth of the stator magnetic circuit sequentially, first in the forward direction, then in the opposite direction, thus forming around each tooth the stator magnetic circuit is a coil consisting of two halves. The outputs of the beginning and end of the phase winding cross each other on the tooth of the stator magnetic circuit.EFFECT: invention increases the efficiency of the electric machine.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники в части электрических машин. The invention relates to the field of electrical engineering in terms of electrical machines.

Известен синхронный электрический двигатель-генератор (патент РФ № RU 181979 U1 от 2017.12.29 автора Андреенко Александра Степановича), содержащий статор с трехфазной обмоткой и ротор, выполненный в виде многополюсного магнита с равномерно расположенными по окружности чередующимися m магнитными полюсами, с шагом полюсного деления равным

, при этом статор выполнен с N<m зубами со симметричными и асимметричными шляпками, разделенными пазами, намотка обмотки статора выполнена пофазно для групп зубов, расположенных симметрично по окружности статора на угловом расстоянии

друг от друга, при этом в одну группу для намотки одной фазы входят зубы с симметричными и асимметричными шляпками, а угловое расстояние между краями шляпок, обращенными в сторону группы зубов, предназначенной для намотки другой фазы, равно угловому расстоянию между полюсными делениями числа магнитных полюсов ротора, равного числу последовательно расположенных зубов одной группы, относящейся к одной фазе.Known is a synchronous electric motor-generator (RF patent No. RU 181979 U1 dated 2017.12.29 by Alexander Stepanovich Andrenko), containing a stator with a three-phase winding and a rotor made in the form of a multi-pole magnet with magnetic poles uniformly spaced around the circumference of m alternating m, with a pitch of pole division equal

, while the stator is made with N <m teeth with symmetrical and asymmetric caps, separated by slots, the stator winding is wound in phases for groups of teeth located symmetrically around the stator circumference at an angular distance

from each other, while teeth with symmetrical and asymmetric caps are included in one group for winding one phase, and the angular distance between the edges of the caps facing the group of teeth intended for winding another phase is equal to the angular distance between the pole divisions of the number of magnetic poles of the rotor equal to the number of consecutively located teeth of one group belonging to one phase.

Многополюсная обмотка статора выполнена на группе зубов с чередованием направления намотки.Multi-pole stator winding is made on a group of teeth with alternating winding directions.

Модель имеет следующий недостаток – намотка, выполненная на группу зубов статора с чередованием направления намотки, засчёт соединительных участков между зубами будет иметь неполное число витков на каждом зубе и как следствие, будет иметь отклонение магнитного потока от оси зуба, которое приводит к снижению магнитного напряжения на полюсах статора и появлению бокового магнитного градиента на активной поверхности зубов, который создаёт осевое усилие на вал двигателя, нагружая при этом подшипники и приводя к их повышенному износу, снижая эффективность электрической машины в целом. При этом, чем меньше витков содержит обмотка статора, тем выше будут описанные потери и ниже эффективность электрической машины.The model has the following drawback - the winding performed on a group of stator teeth with alternating winding directions, due to the connecting sections between the teeth, will have an incomplete number of turns on each tooth and, as a result, will have a deviation of the magnetic flux from the tooth axis, which leads to a decrease in the magnetic voltage on stator poles and the appearance of a lateral magnetic gradient on the active surface of the teeth, which creates an axial force on the motor shaft, loading the bearings and leading to their increased wear, reducing the efficiency of the electric machine as a whole. In this case, the fewer turns the stator winding contains, the higher the described losses will be and the lower the efficiency of the electric machine.

Техническая задача состоит в необходимости создания такого способа намотки, который позволит выдерживать целое число витков, поскольку переходы обмоточного провода с зуба на зуб магнитопровода электрической машины также являются токоведущими частями и создают собственные потоки магнитной индукции, вызывающие отклонение зубцового потока магнитной индукции от оси зуба, что приводит к понижению магнитного напряжения и уменьшению эффективности электрической машины. Technical challengeis the need to create such winding method, which will allow to withstand a whole number of turns, since the transitions of the winding wire from tooth to tooth of the magnetic circuit of an electric machine are also live parts and create their own fluxes of magnetic induction, which cause a deviation of the toothed flux of magnetic induction from the axis of the tooth, which leads to a decrease in the magnetic voltage and a decrease the efficiency of the electric machine.

Технический результат заключается в повышении эффективности работы электрической машины.The technical result consists in increasing the efficiency of the electric machine.

Заявленный способ поясняется чертежом: фиг. 1 – схема намотки.The claimed method is illustrated by a drawing: FIG. 1 is a winding diagram.

Способ намотки фазных обмоток статора многополюсной электрической машины заключается в том, что изолированный провод обмотки, выполненный из токопроводящего материала, укладывают в пазы между зубами магнитопровода статора электрической машины, поочередно огибая слева и справа каждый зуб сначала в одном, затем в обратном направлении, таким образом формируя вокруг каждого зуба магнитопровода статора полный виток, состоящий из двух половин. Выводы начала и конца обмотки перекрещивают между собой на зубе статора, чтобы получить полный виток. Таким образом формируют обмотку, в которой все межзубовые соединения сформированы симметричными полувитковыми элементами намотки и магнитный поток зубов магнитопровода не имеет боковых отклонений, создавая при этом максимальное магнитное напряжение на активных поверностях зубов. The method of winding the phase windings of the stator of a multi-pole electric machine is that an insulated winding wire made of a conductive material is laid in the grooves between the teeth of the stator magnetic circuit of an electric machine, alternately bending around each tooth from the left and right, first in one, then in the opposite direction, thus forming a complete turn around each tooth of the stator magnetic circuit, consisting of two halves. The terminals of the beginning and end of the winding are crossed with each other on the stator tooth to get a full turn. Thus, a winding is formed in which all interdental joints are formed by symmetrical semi-turn winding elements and the magnetic flux of the teeth of the magnetic circuit does not have lateral deviations, while creating the maximum magnetic voltage on the active surfaces of the teeth.

Предлагаемый способ исключает все возможные отклонения зубового потока магнитной индукции от оси зуба статора и повышает эффективность электрических машин, в которых обмотка статора имеет малое количество витков. Это в большей степени касается низковольтных электрических машин и электрических машин большой мощности, которые имеют многополюсную обмотку с малым количеством витков.The proposed method eliminates all possible deviations of the tooth flux of magnetic induction from the axis of the stator tooth and increases the efficiency of electrical machines in which the stator winding has a small number of turns. This is especially true for low-voltage electrical machines and high-power electrical machines, which have a multi-pole winding with a small number of turns.

Для примера рассмотрим «одновитковую» обмотку, где на каждом зубе магнитопровода статора выполнен один виток фазной обмотки. Схема намотки показана на фиг.1, где под номером 1 изображены зубы магнитопровода электрической машины, под номером 2 изображён провод обмотки. Начало и конец обмотки фазной обмотки обозначены соответственно буквами Н и К. Выводы обмотки Н и К должны перекрещиваться на зубе магнитопровода статора, как это показано на рисунке. Таким образом получают обмотку, которая не искажает поток магнитной индукции, исходящий из зубов магнитопровода статора электрической машины.For example, consider a "single-turn" winding, where one turn of the phase winding is made on each tooth of the stator magnetic circuit. The winding diagram is shown in Fig. 1, where number 1 shows the teeth of the magnetic circuit of an electric machine, number 2 shows the winding wire. The beginning and end of the winding of the phase winding are designated respectively by the letters H and K. The conclusions of the winding H and K must intersect on the tooth of the stator magnetic circuit, as shown in the figure. Thus, a winding is obtained that does not distort the flux of magnetic induction emanating from the teeth of the magnetic circuit of the stator of an electric machine.

Практическая реализация способаPractical implementation of the method

Описанным способом были перемотаны несколько флагманских моделей велосипедных мотор-колёс от различных ведущих производителей. Количество витков и схема соединения обмоток при этом были оставлены такими же, как в оригинале. Остальные элементы мотор-колёс были оставлены без изменения. Испытания после перемотки во всех случаях показали увеличение КПД моторов на 5-7%. В режиме генерации, перемотанные мотор-колёса показали увеличение генерируемого напряжения на 5-7%. In the described way, several flagship models of bicycle motor-wheels from various leading manufacturers were rewound. The number of turns and the connection diagram of the windings were left the same as in the original. The rest of the wheel motor elements were left unchanged. Tests after rewinding in all cases showed an increase in the efficiency of motors by 5-7%. In the generation mode, the rewound motor-wheels showed an increase in the generated voltage by 5-7%.

Claims

1. The method of winding the phase windings of the stator of a multi-pole electric machine, which consists in the fact that the wire of the phase multi-pole winding is laid in the grooves between the teeth of the stator magnetic circuit, alternately on the left and right of each tooth of the stator magnetic circuit sequentially, first in the forward direction, then in the opposite direction, thus forming around each tooth of the stator magnetic circuit, a coil consisting of two halves.

2. The method of winding the phase windings of the stator of a multi-pole electric machine according to claim 1, characterized in that the terminals of the beginning and end of the phase winding intersect with each other on the tooth of the stator magnetic circuit.