RU2799495C1

RU2799495C1 - Method of winding non-salient pole distributed stator windings of an electric machine

Info

Publication number: RU2799495C1
Application number: RU2022131574A
Authority: RU
Inventors: Сергей Сергеевич Лагутин; Олег Анатольевич Головко; Сергей Анатольевич Секлюцкий
Original assignee: Сергей Сергеевич Лагутин; Тау Татьяна Анатольевна; Сергей Анатольевич Секлюцкий
Filing date: 2022-12-02
Publication date: 2023-07-05

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: claimed method of winding non-salient-pole distributed stator windings of an electric machine provides for laying the wire in the winding grooves of the stator core, alternately bending around the left and right groups of teeth of the stator core sequentially, first in one direction, then in the opposite direction, thus forming a complete coil around each group of teeth, consisting of two halves, after which, in the same way, with an offset in one groove, the next offset turn of the distributed winding is performed.

EFFECT: lowering the magnetic voltage in the air gap between the rotor and the stator.

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 RU 181979 U1, описывающий 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 с 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.A synchronous electric motor-generator patent RU 181979 U1 is known, describing a stator with a three-phase winding and a rotor made in the form of a multi-pole magnet with alternating m magnetic poles evenly spaced around the circumference, with a pole pitch equal to

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

from each other, while one group for winding one phase includes teeth with symmetrical and asymmetric caps, and the angular distance between the edges of the caps facing the group of teeth intended for winding the other 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 successively located teeth of one group belonging to one phase.

Модель имеет следующий недостаток – намотка, выполненная на группу зубов статора с чередованием направления намотки, за счёт наличия соединительных участков между зубами будет иметь неполное число витков на каждом зубе и переходы между катушечными группами, которые, как следствие, будут создавать осевое отклонение рабочего магнитного потока от плоскости вращения, что приводит к снижению магнитного напряжения на полюсах статора и появлению бокового магнитного градиента на активной поверхности зубов, который в свою очередь 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, ниже эффективность и ресурс работы электрической машины.The model has the following drawback - winding made on a group of stator teeth with alternating winding direction, due to the presence of connecting sections between the teeth, will have an incomplete number of turns on each tooth and transitions between coil groups, which, as a result, will create an axial deviation of the working magnetic flux from the plane of rotation, which leads to a decrease in the magnetic voltage on the stator poles and the appearance of a lateral magnetic gradient on the active surface of the teeth, which in turn creates an axial force on the motor shaft, while loading the bearings and leading to their increased wear, reducing the efficiency of the electric machine in in general. At the same time, the fewer turns the stator winding contains, the higher the described losses will be, the lower the efficiency and service life of the electric machine.

Техническая задача состоит в необходимости создания такого способа намотки, который позволит выдерживать целое число витков, поскольку межкатушечные переходы обмоточного провода электрической машины также являются токоведущими частями и создают собственные потоки магнитной индукции, вызывающие осевое отклонение рабочего потока магнитной индукции от плоскости вращения. Technical taskis the need to create such winding method, which will allow to withstand an integer number of turns, since the intercoil transitions of the winding wire of an electric machine are also current-carrying parts and create their own magnetic induction fluxes, causing an axial deviation of the working magnetic induction flux from the plane of rotation.

Технический результат заключается в понижении магнитного напряжения в воздушном зазоре между ротором и статором и вносит при этом электрические потери.The technical result consists in lowering the magnetic voltage in the air gap between the rotor and the stator and, at the same time, introduces electrical losses.

Заявленный способ поясняется чертежом Фиг. 1, где схематично изображена схема фазной намотки, на которой буквами Н и К указаны начало и конец обмотки, а цифрами в круге обозначены обмоточные пазы сердечника статора. Стрелки указывают направление укладки провода при намотке.The claimed method is illustrated in Fig. 1, which schematically shows the phase winding diagram, on which the letters H and K indicate the beginning and end of the winding, and the numbers in the circle indicate the winding grooves of the stator core. The arrows indicate the direction of laying the wire when winding.

Способ намотки неявнополюсных распределённых обмоток статора электрической машины заключается в том, что изолированный провод обмотки, выполненный из токопроводящего материала, укладывают в обмоточные пазы между группами зубов сердечника статора электрической машины, поочередно огибая слева и справа группы зубов сначала в одном, затем в обратном направлении, таким образом формируя вокруг каждой группы зубов полный виток, состоящий из двух половин. Далее, в продолжение уложенного витка, укладывается следующая часть обмотки со смещением в один паз. Таким образом формируют распределённую обмотку, в которой все межполюсные соединения сформированы симметричными полувитковыми элементами намотки и создаваемый магнитный поток сердечника статора не имеет боковых отклонений, при этом магнитное напряжение является максимальным на активной поверхности зубов. The method of winding non-salient-pole distributed stator windings of an electric machine consists in the fact that an insulated winding wire made of a conductive material is placed in the winding grooves between the groups of teeth of the stator core of the electric machine, alternately bending around the left and right groups of teeth, first in one direction, then in the opposite direction, thus forming a complete coil around each group of teeth, consisting of two halves. Further, in continuation of the laid coil, the next part of the winding is laid with an offset in one groove. Thus, a distributed winding is formed, in which all interpole connections are formed by symmetrical half-turn winding elements and the generated magnetic flux of the stator core has no lateral deviations, while the magnetic voltage is maximum on the active surface of the teeth.

Предлагаемый способ исключает отклонения рабочего полюсного потока магнитной индукции от плоскости вращения и повышает эффективность и срок службы электрических машин, в которых обмотка статора имеет малое количество витков. Такая обмотка не имеет межкатушечных переходов, которые вносят электрические потери и создают осевые усилия на подшипники при работе электрической машины.The proposed method excludes deviations of the working pole flux of magnetic induction from the plane of rotation and increases the efficiency and service life of electrical machines in which the stator winding has a small number of turns. Such a winding does not have intercoil transitions that introduce electrical losses and create axial forces on the bearings during operation of the electric machine.

Рассмотрим заявленный способ на примере фазной обмотки электрической машины с числом пазов статора, равным 24, и числом полюсов обмотки, равным 4. Схема намотки схематично показана на Фиг. 1, где начало и конец фазной обмотки обозначены буквами Н и К. Цифрами в круге схематично обозначены обмоточные пазы сердечника статора, в которые укладывается обмотка. Стрелками указано направление последовательной укладки провода в обмоточные пазы сердечника статора. Таким образом получают обмотку, которая создаёт симметричный поток магнитной индукции, вращающийся в одной плоскости без осевых смещений.Consider the claimed method on the example of the phase winding of an electric machine with the number of stator slots equal to 24 and the number of winding poles equal to 4. The winding scheme is schematically shown in Fig. 1, where the beginning and end of the phase winding are indicated by the letters H and K. The numbers in the circle schematically indicate the winding grooves of the stator core into which the winding fits. The arrows indicate the direction of the sequential laying of the wire in the winding grooves of the stator core. In this way, a winding is obtained that creates a symmetrical flux of magnetic induction, rotating in one plane without axial displacements.

Практическое применение способа. Описанным способом был перемотан статор транспортного электродвигателя мощностью 35 кВт производства SIEMENS. При равном числе витков и идентичном проводе сопротивление обмотки и вес статора после перемотки уменьшились. Испытания двигателя показали снижение шума при работе и повышение его мощности на 12% - до 39 кВт при номинальном значении тока. Уменьшение шума говорит о снижении нагрузки на подшипниковые узлы за счёт выравнивания потоков магнитной индукции в плоскости вращения ротора, мощность и энергоэффективность увеличились благодаря снижению электрических потерь в обмотке, что привело к улучшению взаимодействия магнитных полей в воздушном зазоре между ротором и статором двигателя. Practical application of the method. The stator of a transport electric motor with a power of 35 kW manufactured by SIEMENS was rewound using the described method. With an equal number of turns and an identical wire, the winding resistance and the weight of the stator after rewinding decreased. Motor tests have shown a reduction in noise during operation and an increase in its power by 12% - up to 39 kW at the rated current value. Noise reduction indicates a decrease in the load on bearing assemblies due to the alignment of magnetic induction flows in the plane of rotation of the rotor, power and energy efficiency increased due to a decrease in electrical losses in the winding, which led to an improvement in the interaction of magnetic fields in the air gap between the rotor and the motor stator.

Claims

A method of winding implicit-pole distributed stator windings of an electric machine, characterized in that the wire is placed in the winding grooves of the stator core, alternately bending around the left and right groups of teeth of the stator core, sequentially first in one direction, then in the opposite direction, thus forming a complete coil around each group of teeth , consisting of two halves, after which, in the same way, with an offset in one groove, the next, offset, turn of the distributed winding is performed.