RU2760568C1 - Starter-generator with stator winding with different conductor cross-sections - Google Patents

Starter-generator with stator winding with different conductor cross-sections Download PDF

Info

Publication number
RU2760568C1
RU2760568C1 RU2021107966A RU2021107966A RU2760568C1 RU 2760568 C1 RU2760568 C1 RU 2760568C1 RU 2021107966 A RU2021107966 A RU 2021107966A RU 2021107966 A RU2021107966 A RU 2021107966A RU 2760568 C1 RU2760568 C1 RU 2760568C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stator winding
starter
generator
section
cross
Prior art date
Application number
RU2021107966A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Флюр Рашитович Исмагилов
Вячеслав Евгеньевич Вавилов
Ильдус Финатович Саяхов
Данис Рамилевич Фаррахов
Руслан Динарович Каримов
Оксана Алексеевна Юшкова
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
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 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority to RU2021107966A priority Critical patent/RU2760568C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2760568C1 publication Critical patent/RU2760568C1/en

Links

Images

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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/46—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual synchronous motor
    • H02P1/52—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual synchronous motor by progressive increase of frequency of supply to motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/20—Arrangements for starting
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

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

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used in starter-generator systems for electric vehicles. The starter generator contains a stator winding of several parts, at least one part of the stator winding has a conductor cross-section that is different from the cross-section of another part of the stator winding. Parts of the stator winding with different conductor cross-sections are separated by taps, open when operating in the starter mode with the possibility of current flowing through the entire stator winding and closed when operating in generator mode with the formation of a neutral, with the possibility of current flowing along a part of the stator winding with conductors of a larger cross-section.EFFECT: reduction of heating of the stator winding due to the implementation of a part of the winding from a wire of a larger cross-section.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в стартер-генераторных системах электрического транспорта.The invention relates to power engineering and can be used in starter-generator systems for electric vehicles.

Известен асинхронный генератор с восьмиполюсной сгаторной обмоткой [патент RU №2516012 A1, H02K 17/04, H02K 3/28, 20.05.2014], содержащей конденсаторы возбуждения, двадцать четыре катушечные группы, соединенные определенным образом, в которой при диаметральном шаге расположения сторон катушек частей фазных обмоток, с большим и малым токами в одних и тех же пазах можно выполнять катушки частей обмоток проводом разного сечения, что до определенного уровня степени загрузки (до 50-60%) способствует заметному снижению потерь в статорной обмотке.Known asynchronous generator with an eight-pole squeezer winding [patent RU No. 2516012 A1, H02K 17/04, H02K 3/28, 05/20/2014], containing excitation capacitors, twenty-four coil groups, connected in a certain way, in which at a diametrical pitch of the sides of the coils parts of phase windings, with high and low currents in the same grooves, it is possible to make coils of parts of the windings with wire of different cross-sections, which, up to a certain level of loading (up to 50-60%), contributes to a noticeable decrease in losses in the stator winding.

Недостатком аналога является невозможность обеспечения нескольких режимов работы, в частности стартерного и генераторного.The disadvantage of the analogue is the impossibility of providing several modes of operation, in particular, starter and generator.

Известна энергоэффективная электрическая машина с компактными лобовыми частями обмотки [RU №2602511, H02K 3/28, опубл. 20.11.2016], включающая сердечники статора и ротора, разделенные воздушным зазором, в прямоугольной формы пазах по крайней мере одного из которых расположены активные прямоугольной формы проводники слоев фаз волновой обмотки, включающие активные проводники выводов фаз, а над поверхностями торцевых зон этого сердечника расположены лобовые проводники обмотки, включающие лобовые проводники витков и витковых групп, при этом площади мест соединения по меньшей мере большинства лобовых и активных проводников меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения активных проводников, а части лобовых проводников витков обмотки, расположенные параллельно торцевым поверхностям сердечника, в большинстве находятся между местами соединения лобовых и активных проводников, при этом она снабжена дополнительными проводниками, а обмотка выполнена в виде по меньшей мере двух частей, разнесенных по высоте пазов, имеющих по два слоя активных проводников, одинаковое число фаз и полюсов, причем одноименные фазы этих частей соединены дополнительными проводниками так, что их совокупность образует фазы полной обмотки электрической машины.Known energy efficient electric machine with compact frontal parts of the winding [RU No. 2602511, H02K 3/28, publ. 11/20/2016], including the cores of the stator and the rotor, separated by an air gap, in the rectangular grooves of at least one of which there are active rectangular conductors of the layers of the phases of the wave winding, including the active conductors of the phase outputs, and over the surfaces of the end zones of this core are frontal winding conductors, including frontal conductors of turns and turn groups, while the area of the joints of at least most of the frontal and active conductors is less than the cross-sectional area of active conductors averaged over the length of the groove, and the parts of the frontal conductors of the winding turns located parallel to the end surfaces of the core, in most are located between the junction points of the frontal and active conductors, while it is equipped with additional conductors, and the winding is made in the form of at least two parts spaced along the height of the slots, each having two layers of active conductors, the same number of phases and poles, and the same These phases of these parts are connected by additional conductors so that their combination forms the phases of the complete winding of the electric machine.

Недостатком аналога является невозможность обеспечения нескольких режимов работы, в частности стартерного и генераторного.The disadvantage of the analogue is the impossibility of providing several modes of operation, in particular, starter and generator.

Известен статор электрического двигателя [US 2018152070 А1, H02K 1/14; H02K 3/12; H02K 3/18; H02K 3/28, опубл. 31.05.2018], содержащий полый стальной сердечник с пазами, в которые уложено множество катушек в несколько слоев причем, по меньшей мере, в одном (нижнем) слое площадь поперечного сечения проводников обмотки, меньше, чем площадь поперечного сечения проводников (секций) во внешнем слое обмотки.Known electric motor stator [US 2018152070 A1, H02K 1/14; H02K 3/12; H02K 3/18; H02K 3/28, publ. 05/31/2018], containing a hollow steel core with grooves in which a plurality of coils are laid in several layers, and in at least one (lower) layer the cross-sectional area of the winding conductors is less than the cross-sectional area of the conductors (sections) in the outer layer of winding.

Недостатком аналога является невозможность обеспечения нескольких режимов работы, в частности стартерного и генераторного.The disadvantage of the analogue is the impossibility of providing several modes of operation, in particular, starter and generator.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению приходится электрическая машина, в частности генератор с когтеобразными полюсами для автомобиля [WO 2008080966, H02K 15/03, H02K 3/12, H02K 3/28, H02K 15/04, опубл. 10.07.2008] с обмоткой статора, состоящей из нескольких частей, при этом, по крайней мере одна часть обмотки имеет поперечное сечение проводника, которое отличается от поперечного сечения другой части обмотки.The closest in technical essence to the claimed invention is an electric machine, in particular a generator with claw-like poles for a car [WO 2008080966, H02K 15/03, H02K 3/12, H02K 3/28, H02K 15/04, publ. 07/10/2008] with a stator winding consisting of several parts, while at least one part of the winding has a conductor cross-section that differs from the cross-section of the other part of the winding.

Недостатком ближайшего аналога является сложная технология сборки и ограниченные функциональные возможности, в частности невозможность обеспечения нескольких режимов работы.The disadvantage of the closest analogue is the complex assembly technology and limited functionality, in particular, the impossibility of providing several modes of operation.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение коэффициента полезного действия и надежности электрической машины за счет снижения нагрева обмотки статора.The objective of the invention is to expand the functionality, increase the efficiency and reliability of the electric machine by reducing the heating of the stator winding.

Технический результат - снижение нагрева обмотки статора благодаря выполнению части обмотки из провода большего сечения и обеспечение работы в стартерном и генераторном режимах.The technical result is to reduce the heating of the stator winding due to the implementation of a part of the winding from a wire of a larger cross-section and to ensure operation in the starter and generator modes.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в стартер-генераторе с обмоткой статора, состоящей из нескольких частей, по крайней мере одна часть обмотки статора имеет поперечное сечение проводника, отличающееся от поперечного сечения другой части обмотки статора, согласно изобретению, части обмотки статора с разным поперечным сечением проводника разделены отпайками, разомкнутыми при работе в стартерном режиме с возможностью протекания тока по всей обмотке статора и замкнутыми при работе в генераторном режиме, с формированием нейтрали, с возможностью протекания тока по части обмотки статора с проводниками большего поперечного сеченияThe problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in a starter-generator with a stator winding consisting of several parts, at least one part of the stator winding has a conductor cross-section that differs from the cross-section of another part of the stator winding, according to the invention, part of the winding stator with different conductor cross-sections are separated by taps, open during operation in the starter mode with the possibility of current flow throughout the stator winding and closed during operation in the generator mode, with the formation of a neutral, with the possibility of current flow through part of the stator winding with conductors of a larger cross-section

Существо изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема обмотки статора.The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows a diagram of the stator winding.

Стартер-генератор представляет собой электрическую машину обратимого действия, обмотка статора которой состоит из нескольких частей 1, 1', 1'' и 2, 2', 2'', разделенных отпайками D, D', D'', при этом первая часть обмотки статора 1, 1', 1'' выполнена из проводника большего поперечного сечения, чем вторая часть обмотки статора 2, 2', 2''. При работе в стартерном режиме отпайки D, D', D'' разомкнуты, а при работе в генераторном режиме отпайки D, D', D'' замкнуты и формируют нейтраль.The starter-generator is an electric machine of reversible action, the stator winding of which consists of several parts 1, 1 ', 1' 'and 2, 2', 2 '', separated by D, D ', D' 'taps, while the first part the stator winding 1, 1 ', 1' 'is made of a conductor with a larger cross-section than the second part of the stator winding 2, 2', 2 ''. When operating in the starter mode, the taps D, D ', D' 'are open, and when operating in the generator mode, the taps D, D', D '' are closed and form a neutral.

Стартер-генератор работает следующим образом.The starter generator works as follows.

Существует два основных режима работы: 1) стартерный режим; 2) генераторный режим.There are two main modes of operation: 1) starter mode; 2) generator mode.

В стартерном режиме блок управления стартер-генератором (на фиг. не показан) подает сигнал на преобразователь частоты, соединенный с обмоткой статора. Далее преобразователь частоты подает напряжение на обмотку статора и в результате электромагнитного взаимодействия ротор начинает вращаться. Так как в стартерном режиме частота вращения ротора низкая, а, следовательно низкая противо-ЭДС и высокий ток, то для снижения тока и увеличения противо-ЭДС необходимо использовать большое число витков, т.е. используется вся обмотка статора (части обмотка статора 1, 1', 1'' и 2, 2', 2''), а отпайки D, D', D'' разомкнуты, то есть в данном режиме ток протекает по всей обмотке статора.In the starter mode, the starter-generator control unit (not shown in the figure) sends a signal to the frequency converter connected to the stator winding. Further, the frequency converter supplies voltage to the stator winding and, as a result of electromagnetic interaction, the rotor begins to rotate. Since in the starter mode the rotor speed is low, and, therefore, low back-EMF and high current, a large number of turns must be used to reduce the current and increase the back-EMF, i.e. the entire stator winding is used (parts of the stator winding 1, 1 ', 1' 'and 2, 2', 2 ''), and the taps D, D ', D' 'are open, that is, in this mode, the current flows through the entire stator winding ...

После запуска двигателя блок управления стартер-генератором переключает его в генераторный режим и он работает как источник электроэнергии. Так как в генераторном режиме частота вращения ротора высокая, то противо-ЭДС высокая, а ток небольшой, следовательно, нет необходимости применять большое число витков, и используются части обмотки статора 1, 1', 1'', (с большим поперечным сечением) а отпайки D, D', D'' формируют нейтраль. При работе на все витки (при использовании частей обмотки статора 1, 1', 1'' и 2, 2', 2'', то есть всей обмотки статора) будет высокое напряжение, которое нужно ограничивать, что усложняет конструкцию блока управления.After starting the engine, the starter-generator control unit switches it to generator mode and it works as a source of electricity. Since in the generator mode the rotor speed is high, the back-EMF is high, and the current is small, therefore, there is no need to use a large number of turns, and parts of the stator winding 1, 1 ', 1' '(with a large cross section) are used taps D, D ', D' 'form a neutral. When working on all turns (when using parts of the stator winding 1, 1 ', 1' 'and 2, 2', 2 '', that is, the entire stator winding) there will be a high voltage that needs to be limited, which complicates the design of the control unit.

Достижение повышенного коэффициента полезного действия обеспечивается снижением потерь в генераторном режиме, обусловленных нагревом обмотки статора, путем подключения к части обмотки статора с проводниками большего поперечного сечения. Так как уровень удельной тепловой нагрузки статора определяется плотностью тока в обмотке, то снижение плотности тока за счет применения проводника с большим поперечным сечением позволит уменьшить нагрев стартер-генератора.Achieving an increased efficiency is ensured by a decrease in losses in the generator mode, caused by heating of the stator winding, by connecting to a part of the stator winding with conductors of a larger cross-section. Since the level of the specific thermal load of the stator is determined by the current density in the winding, a decrease in the current density due to the use of a conductor with a large cross-section will reduce the heating of the starter-generator.

Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает снижение нагрева и потерь в обмотке статора и как следствие увеличение коэффициента полезного действия и надежности стартер-генератора, а также обеспечивает работу в стартерном и генераторном режимах.Thus, the claimed invention provides a decrease in heating and losses in the stator winding and, as a consequence, an increase in the efficiency and reliability of the starter-generator, and also provides operation in the starter and generator modes.

Claims (1)

Стартер-генератор с обмоткой статора, состоящей из нескольких частей, по крайней мере одна часть обмотки статора имеет поперечное сечение проводника, отличающееся от поперечного сечения другой части обмотки статора, отличающийся тем, что части обмотки статора с разным поперечным сечением проводника разделены отпайками, разомкнутыми при работе в стартерном режиме с возможностью протекания тока по всей обмотке статора и замкнутыми при работе в генераторном режиме, с формированием нейтрали, с возможностью протекания тока по части обмотки статора с проводниками большего поперечного сечения. A starter generator with a stator winding consisting of several parts, at least one part of the stator winding has a conductor cross-section that differs from the cross-section of another part of the stator winding, characterized in that parts of the stator winding with different conductor cross-sections are separated by taps that are open when operation in the starter mode with the possibility of current flow through the entire stator winding and closed during operation in the generator mode, with the formation of a neutral, with the possibility of current flow through a part of the stator winding with conductors of a larger cross-section.
RU2021107966A 2021-03-25 2021-03-25 Starter-generator with stator winding with different conductor cross-sections RU2760568C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021107966A RU2760568C1 (en) 2021-03-25 2021-03-25 Starter-generator with stator winding with different conductor cross-sections

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021107966A RU2760568C1 (en) 2021-03-25 2021-03-25 Starter-generator with stator winding with different conductor cross-sections

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760568C1 true RU2760568C1 (en) 2021-11-29

Family

ID=79173971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021107966A RU2760568C1 (en) 2021-03-25 2021-03-25 Starter-generator with stator winding with different conductor cross-sections

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760568C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2271600C1 (en) * 2004-10-25 2006-03-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет Synchronous motor
WO2008080966A2 (en) * 2006-12-29 2008-07-10 Robert Bosch Gmbh Stator winding strands with different conductor cross-sections
US20180152070A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 Delta Electronics, Inc. Stator
EP3726725A1 (en) * 2020-08-25 2020-10-21 Pfeiffer Vacuum Technology AG Procedure for starting up an sensorless permanent magnet synchronous machine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2271600C1 (en) * 2004-10-25 2006-03-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет Synchronous motor
WO2008080966A2 (en) * 2006-12-29 2008-07-10 Robert Bosch Gmbh Stator winding strands with different conductor cross-sections
US20180152070A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 Delta Electronics, Inc. Stator
EP3726725A1 (en) * 2020-08-25 2020-10-21 Pfeiffer Vacuum Technology AG Procedure for starting up an sensorless permanent magnet synchronous machine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Abdel-Aziz et al. A neutral-point diode-clamped converter with inherent voltage-boosting for a four-phase SRM drive
JP2008054404A (en) Rotary electric machine, winding machine, rotary electric machine system, hybrid car, fuel cell vehicle, and electric vehicle
CN105186817A (en) Winding design aimed at winding switching device of permanent magnet synchronous motor
CN109804537A (en) The manufacture of the rotor of rotor and rotating electric machine
Sun et al. Torque ripple comparison of short-pitched and fully-pitched winding switched reluctance machine
Liu et al. Research on novel flat wire transposed winding of PMSM for electric vehicle
Raj et al. Design of a variable phase-pole induction machine for electric vehicle applications
Raminosoa et al. Fault tolerant winding technology comparison for flux switching machine
Liu et al. Feasibility study of a superconducting DC direct-drive wind generator
RU2760568C1 (en) Starter-generator with stator winding with different conductor cross-sections
CN212258560U (en) Three-phase stator winding, motor stator assembly and motor
US11621598B2 (en) Torque density pseudo six-phase induction machine
JP2008543267A (en) Apparatus and method for improving the efficiency of an electric motor
Sulaiman et al. Investigation on flux characteristics of field excitation flux switching machine with single FEC polarity
Zhang et al. Improved design for electric vehicle induction motors using an optimisation procedure
RU2526835C2 (en) Energy-efficient electrical machine
CN211183582U (en) Permanent magnet motor stator multiphase winding
CN115173607A (en) Motor winding and stator assembly
EP3419161B1 (en) Motor control system
RU2658903C2 (en) Energy-efficient electric machine with non-traditional electromagnetic nucleus
RU215087U1 (en) Combined winding of an AC electric machine
RU2602511C1 (en) Energy-efficient electrical machine with compact end parts of winding
CN210867325U (en) Permanent magnet motor stator multiphase winding
CN216749041U (en) Stator winding turn-to-turn short circuit fault simulation device of permanent magnet synchronous wind driven generator
KR102553974B1 (en) Electric motors and winding methods