WO1994007296A1 - Wicklungsanordnung für eine mehrphasige elektrische maschine - Google Patents

Wicklungsanordnung für eine mehrphasige elektrische maschine Download PDF

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WO1994007296A1
WO1994007296A1 PCT/DE1993/000895 DE9300895W WO9407296A1 WO 1994007296 A1 WO1994007296 A1 WO 1994007296A1 DE 9300895 W DE9300895 W DE 9300895W WO 9407296 A1 WO9407296 A1 WO 9407296A1
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coils
winding arrangement
winding
turns
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PCT/DE1993/000895
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Inventor
Gerhard Meiler
Horst Pittke
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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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

Definitions

  • Winding arrangement for a multi-phase electrical machine for a multi-phase electrical machine. . .
  • the invention relates to a winding arrangement for multiphase electrical machines.
  • the object of the invention is to create a winding arrangement which is simple and inexpensive to produce and which produces a field distribution in the air gap of the electrical machine which corresponds to any two-layer winding.
  • This winding arrangement consists of two single-layer windings introduced one after the other.
  • Single-layer windings can be inserted in a particularly simple manner, since they can be inserted without overlap.
  • Such a winding arrangement can thus be produced inexpensively.
  • Corresponding switching and offset of the upper and lower layer coils, as in the case of a two-layer winding reduce or eliminate disturbing harmonics in the field profile of the air gap field of the electrical machine. This results in better utilization of the electrical machine.
  • a winding arrangement according to the invention can be produced in a particularly simple manner with concentric coils.
  • the winding arrangement can be designed with both an even and an odd number of holes.
  • an embodiment with either a divided bobbin or a divided bobbin can also be carried out depending on the requirements.
  • the top layer and bottom layer coils can be designed in the same way.
  • a winding arrangement which can be produced in a simple manner in this way, corresponding field profiles are achieved in the air gap of the electrical machine for an arbitrarily desired two-layer winding.
  • Grooves is symmetrical. In no case, however, do even-numbered field harmonics occur.
  • the winding arrangement disclosed in claim 10 is again of such high symmetry that there are no longer any differences in the field profile of the electrical machine compared to a conventional currently produced two-layer winding result. This also creates a two-layer winding for an odd number of conductors per slot, which combines the advantages of overlap-free insertion of a single-layer winding with the advantages of a longed-for two-layer winding.
  • the number of turns of the coils used can be fine-tuned. As a result, the corresponding flooding of the electrical machine is better matched to the desired requirements.
  • FIG. 1 shows a winding diagram of a winding arrangement with an even number of holes
  • FIG. 2 shows a winding diagram of a winding arrangement with an even number of holes
  • FIG. 3 shows a winding diagram of a winding arrangement with an even number of holes and undivided coil heads
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the arrangement of the coil sides belonging to a pole and a strand
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an arrangement of coil sides for improved symmetry of the field distribution generated in the air gap of the electrical machine
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of an arrangement of coil sides when using mixed coils
  • FIG. 7 the corresponding design of the coils located in the lower layer and for this purpose
  • FIG. 8 the corresponding design of the coils located in the top layer
  • Figure 9 is a schematic representation of an arrangement of coil sides when using coils with half-turns in the winding arrangement.
  • Figure 10 shows the relevant design of the coils used in the lower layer
  • Figure 11 shows the design of the coils used in the upper layer.
  • FIGS. 1 and 2 schematically show winding arrangements which include coils with divided coil heads.
  • the upper-layer coils 2 located in the upper layer 1 are laid alone in the upper layer 1, just as the lower-layer coils 4 located in the lower layer 3 remain only in the lower layer 3.
  • the number of stator slots per pole and strand of the electrical machine which is denoted by the number of holes, is even. In this example it is exactly 6. That for one strand
  • the winding arrangement of the coils shown corresponds, if one considers each layer individually, to a single-layer winding which can be inserted without overlap.
  • sub-coil groups 5 of the lower layer 3 are connected in series with sub-coil groups 6 of the upper layer 1.
  • the partial coil groups 5, 6 are arranged offset from one another by three slots.
  • the field profiles in the air gap of the electrical machine correspond to a two-layer winding, the chord factor of which is indicated by -7.
  • the chord factor is a quotient of the coil width of the coil shortened by chord specified in a number of stator slots and the coil width of the unabridged coil or a pole pitch, likewise specified in stator slots. All effective chords possible here can be carried out with the same coil head length.
  • the winding arrangement is symmetrical with respect to all machine strands and in particular with regard to the parallel branches formed by coils connected in parallel. This avoids problems with the local heating of individual conductor sections in the event of scatter inequality in parallel branches.
  • the winding arrangement can be inserted without overlap. The maximum number of parallel branches is this
  • Winding arrangement equal to the number of poles of the electrical machine.
  • such a winding arrangement can also be used for electrical machines with an odd number of holes.
  • partial coil groups 5 of the lower layer 3 are connected in series with partial coil groups 6 of the upper layer 1, in order to correspond to one longed for corresponding two-layer winding To achieve field distribution in the air gap of the electrical machine.
  • the advantages of the winding arrangement shown in FIG. 1 remain unaffected.
  • the number of parallel branches cannot be varied as desired due to the odd number of holes.
  • a number of parallel branches corresponding to the number of poles of the electrical machine is not possible.
  • FIG. 1 A winding arrangement with the same number of holes as in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 is shown in FIG.
  • coils with undivided coil heads are used.
  • the upper layer coils 2 remain in the upper layer 1 and the lower layer coils 4 in the lower layer 3
  • Sub-coil groups 5 of the lower layer 3 are connected in series with the sub-coil groups 6 of the upper layer 1.
  • the coil head length is increased compared to a version with split coil heads.
  • the coil head can be made narrower in the radial direction. It should be noted that the number of parallel branches does not exceed the number of pole pairs on the machine.
  • the number of conductors in a stator slot is odd, i.e. the top layer coil sides 7 located in the top layer 1 and the bottom layer coil sides 8 located in the bottom layer 3 are no longer the same, for example a winding arrangement as in FIG Figure 4 shown, advantageous. This results in a different number of conductors for the lower layer coil sides 8 and the upper layer coil sides 7. If the number of conductors per slot is Z N , the number of conductors for the individual ones is Lower layer coil side 8
  • Upper layer coil side is 7 - ⁇ -.
  • the coil sides with the larger number of conductors are shown as filled dots in FIG.
  • Only one strand of a pole of the electrical machine of the winding arrangement is shown.
  • FIG. 5 An improved symmetry of the field curve is shown in the embodiment shown in FIG. 5.
  • the number of conductors per slot is odd and coil sides 7, 8 with different numbers of conductors are used.
  • the filled-in dots for coil sides are also shown
  • Ladders In this version, coil sides of different numbers of conductors are arranged in both layers. A machine with a number of holes of 6 has again been selected and the sub-coil groups 5 of the lower layer are arranged relative to the sub-coil groups 6 of the upper layer 1 in such a way that a chord factor of yg is again given, however with improved symmetry of the arrangement. As a result, this winding arrangement is a correspondingly longed-for two-layer winding with respect to that generated in the air gap of the electrical machine
  • Figure 6 shown version of the winding arrangement, also allows all other conceivable forms of tendons.
  • the exact design and manufacture of mixed coils is disclosed in DE-PS 27 41 403.
  • the sub-coil groups 5 of the lower layer 3 are opposite to the
  • Sub-coil groups 6 of the top layer 1 are shifted by a groove.
  • there is a field distribution in the air gap of the electrical machine which is similar to a field distribution generated by a two-layer winding with a chord factor of yg.
  • a mixed coil comprises both coils, the coil sides of which have the same number of conductors, that is to say consist of so-called whole turns, and coils, the coil sides of which have different numbers of conductors, ie contain half turns.
  • FIG. 9 shows a winding arrangement which has a chord factor of J 1T4J.
  • the sub-coil groups are corresponding
  • Coils with half-turns are shown in Figures 10 and 11. Such coils contain only and only turns whose coil sides have different numbers of conductors. Coils with half-turns are also explained in detail in DE PS 2741 403. In the present case, the number of conductors on the coil sides labeled 10 is again z N + 1, while the number of conductors on the coil sides labeled 11 is also

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Abstract

Die Wicklungsanordnung umfaßt eine vorgebbare Zahl von Spulen, wobei diese Spulen in zwei Schichten, einer Unterschicht (3) und einer Oberschicht (1), jede Schicht für sich allein, in den Ständernuten der elektrischen Maschine entsprechend einer Einschichtwicklung eingelegt sind. Die in der Unterschicht (3) befindlichen Unterschichtspulen (4) sind mit den in der Oberschicht (1) befindlichen Oberschichtspulen (2) derart geschaltet und gegeneinander versetzt angeordnet, daß eine einer beliebig gesehnten Zweischichtwicklung entsprechende Feldverteilung im Luftspalt der elektrischen Maschine bewirkt wird.

Description

Wicklungsanordnung für ei ne mehrphasige elektrische Maschine . . .
1
Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung für mehr- phasige elektrische Maschinen.
Bei herkömmlich hergestellten, einer Zweischichtwicklung entsprechenden Wicklungsanordnungen für mehrphasige elektrische Maschinen werden bei den zuerst in die Stän- dernuten eingebrachten Spulen nur die zur Unterschicht gehörigen Spulenseiten eingelegt. Die zur Oberschicht gehörigen Spulenseiten dieser Spulen können noch nicht eingelegt werden. Die nicht eingelegten Spulenseiten behindern den weiteren Ablauf des Wickelvorganges. Sie werden daher in der den Läufer der elektrischen Maschine aufnehmenden"Bohrung vorläufig befestigt, bevor sie in der Oberschicht verlegt werden können. Auch die provisorisch in der Bohrung befestigten Spulenseiten behindern den Wickelvorgang.
Dieses Problem wird in bekannter Weise dadurch gelöst, daß auch die zur Oberschicht gehörenden Spulenseiten der zuerst in die Ständernuten eingelegten Spulen auch in die Unterschicht eingelegt werden. Hierdurch müssen auch die zur Unterschicht gehörenden Spulenseiten der zuletzt in die Ständernuten eingelegten Spulen in die Oberschicht eingelegt werden. Die zuerst eingelegten Spulen liegen dann mit beiden Spulenseiten in der Unterschicht, die zuletzt eingelegten Spulen mit ihren beiden Spulenseiten in der Oberschicht, die im chronologischen Ablauf des Wickelvorganges dazwischen eingelegten Spulen liegen dach¬ ziegelartig mit einer Spulenseite in der Ober- und mit der anderen Spulenseite in der Unterschicht. Da die nur in der Ober- und die nur in der Unterschicht liegenden Spulen nicht gleichmäßig auf die einzelnen Stränge und Zweige der Wicklung verteilt sind, ist die Streuinduktivität der ein¬ zelnen Stränge und Zweige der Wicklungsanordnung unter¬ schiedlich. Diese Unsymmetrie hat insbesondere bei paral¬ lelen Zweigen eine unterschiedliche Stromverteilung in den Strängen und insbesondere in den parallelen Zweigen zur Folge, welche unterschiedliche Erwärmungen der einzelen Leiterabschnitte der Spulen bewirken. Die entstehenden lokalen Heißpunkte gefährden die Wicklung in thermischer Hinsicht. Zur Lösung dieses Problemes sind verschiedene Wicklungsanordnungen bzw. Vorgehensweisen bekannt.
Bei kleinen Maschinen (bis Achshöhe 315 mm) wird auf parallele Zweige ganz verzichtet. Ein solches Vorgehen ist bei kleinen Maschinen deshalb möglich, weil auch ohne parallele Zweige eine befriedigende Durchflutung und damit Ausnutzung der elektrischen Maschine erzielt werden kann. Bei größeren elektrischen Maschinen (bis Achshöhe 400 mm) ist es nicht mehr möglich, eine befriedigende Durchflutung der elektrischen Maschine ohne parallele Zweige in der Wicklungsanordnung zu erzielen. Bei diesen Maschinen werden die entstehenden Heißpunkte in Kauf genommen und bedarfsweise die thermische Belastung durch entsprechend reduzierte elektrische Leistung vermindert. Bei elektri¬ schen Maschinen mit noch größeren Achshöhen (Achshöhe grö- ßer 400 mm) und entsprechend vergrößerten Leistungsbedarf kann weder auf parallele Zweige in der Wicklungsanordnung verzichtet werden noch die entstehenden Heißpunkte tole¬ riert werden. Eine entsprechende Reduktion der Leistung ist bei wirtschaftlichem Betrieb einer solchen Maschine nicht möglich. Bei diesen Maschinen werden die in Form einer Zweischichtwicklung angeordneten Wicklungen symme¬ trisch eingeträufelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und billig herzustellende Wicklungsanordnung zu schaf¬ fen, die eine einer beliebigen Zweischichtwicklung ent¬ sprechende Feldverteilung im Luftspalt der elektrischen Maschine erzeugt.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer gemäß Anspruch 1 ausgeführten Wicklungsanordnung. Diese Wick¬ lungsanordnung besteht aus zwei nacheinander eingebrachten Einschichtwicklungen. Einschichtwicklungen sind in beson- ders einfacher Weise einlegbar, da sie überlappungsfrei eingelegt werden können. Damit kann eine solche Wicklungs¬ anordnung kostengünstig hergestellt werden. Durch ent¬ sprechendes Schalten und gegeneinander Versetzen der Ober- und Unterschichtspulen werden, wie bei einer Zweischicht- Wicklung, störende Oberschwingungen im Feldverlauf des Luftspaltfeldes der elektrischen Maschine reduziert bzw. beseitigt. Hierdurch ist eine bessere Ausnutzung der elek¬ trischen Maschine gegeben.
Die für die Heißpunkte verantwortliche Stromunsymmetrie läßt sich bei einer dem Anspruch 2 entsprechenden Schal¬ tung der einzelnen Schichten vermeiden, da bei den paral¬ lelen Zweigen Streuungsgleichheit erzielt wird. Die so eingelegte Wicklungsanordnung ist bezüglich der drei Stränge und der einzelnen parallelen Zweige symmetrisch. Die Vorteile der überlappungsfreien Einlegbarkeit bleiben davon unberührt. Eine erfindungsgemäße Wicklungsanordnung ist in besonders einfacher Weise mit konzentrischen Spulen herzustellen. Die Wicklungsanordnung kann sowohl mit gerader als auch ungerader Lochzahl ausgeführt werden.
Gemäß Anspruch 5 ist auch eine Ausführung entweder mit ge¬ teiltem Spulenkopf oder angeteiltem Spulenkopf je nach Anforderungen ausführbar.
Wenn die Leiterzahl pro Ständernut gerade ist, können die Oberschicht- und die Unterschichtspulen in gleicher Weise ausgeführt sein. Bei einer derart in einfacher Weise herzu¬ stellenden Wicklungsanordnung werden im Luftspalt der elek¬ trischen Maschine einer beliebig gesehnten Zweischichtwicklung entsprechende Feldverläufe erzielt.
Bei einer ungeraden Leiterzahl pro Nut ist es nur schwer mög¬ lich, die Oberschicht- und die Unterschichtspulen in gleicher Weise herzustellen. Bei einer gemäß Anspruch 8 ausgeführten Wicklungsanordnung werden dennoch einer beliebig gesehnten Zweischichtwicklung annähernd identische Feldverläufe im Luftspalt der elektrischen Maschine erzielt. Die erzeugten Feldkurven sind deshalb etwas ungünstiger als bei einer ent¬ sprechend gesehnten Zweischichtwicklung, da die Wicklungs- anordnung nicht in jeder als Zone bezeichneten Gruppe von
Nuten symmetrisch ist. Keinesfalls treten jedoch geradzahlige Feldharmonische auf.
Eine konkrete Ausführungsmöglichkeit zu einer solchen Wicklungsanordnung ist in Anspruch 9 gegeben.
Die in Anspruch 10 offenbarte Wicklungsanordnung ist wiederum von so hoher Symmetrie, daß sich keine Unterschiede mehr im Feldverlauf der elektrischen Maschine gegenüber einer her- kommlich hergestellten Zweischichtwicklung ergeben. Damit ist auch für eine ungerade Leiterzahl pro Nut eine Zwei¬ schichtwicklung geschaffen, die die Vorteile des über¬ lappungsfreien Einlegens eine Einschichtwicklung mit den Vorteilen einer gesehnten Zweischichtwicklung verbindet.
Bei einer Wicklungsanordnung gemäß Anspruch 11 können die Windungszahlen der verwendeten Spulen feiner abgestimmt werden. Hierdurch ist auch die entsprechende Durchflutung der elektrischen Maschine besser auf die gewünschten Anforderungen abgestimmt.
Mit den gemäß Anspruch 12 und 13 hergestellten Wicklungs¬ anordnungen können weitere, mit den bisher offenbarten Wicklungsanordnungen nicht mögliche, Sehnungen einer Zweischichtwicklung so nachvollzogen werden, daß diesen Zweischichtwicklungen entsprechende Feldverläufe im Luftspalt der elektrischen Maschine bewirkt werden.
Nachstehend werden einige Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 ein Wickelschema einer Wicklungsanordnung mit einer geraden Lochzahl,
Figur 2 ein Wickelschema einer Wicklungsanordnung mit un¬ gerader Lochzahl,
Figur 3 ein Wickelschema einer Wicklungsanordnung mit gerader Lochzahl und ungeteilten Spulenköpfen,
Figur 4 eine schematische Darstellung der Anordnung der zu einem Pol und einem Strang gehörigen Spulenseiten, Figur 5 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Spulenseiten für eine verbesserte Symmetrie der im Luft¬ spalt der elektrischen Maschine erzeugten Feldverteilung,
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Spulenseiten bei Verwendung von gemischten Spulen,
Figur 7 die entsprechende Ausführung der in der Unter¬ schicht befindlichen Spulen und dazu
Figur 8 die entsprechende Ausführung der in der Ober¬ schicht befindlichen Spulen,
Figur 9 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Spulenseiten bei Verwendung von Spulen mit Halbwindungen in der Wicklungsanordnung und
Figur 10 die betreffende Ausführung der in der Unterschicht verwendeten Spulen und
Figur 11 die Ausführung der in der Oberschicht verwendeten Spulen.
In den Figuren 1 und 2 sind schematisch Wicklungsanord- nungen dargestellt, die Spulen mit geteilten Spulenköpfen umfassen. Die in der Oberschicht 1 befindlichen Ober¬ schichtspulen 2 sind allein in der Oberschicht 1 verlegt, ebenso wie die in der Unterschicht 3 befindlichen Unter¬ schichtspulen 4 allein in der Unterschicht 3 verbleiben.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die mit Lochzahl bezeichnete Anzahl der Ständernuten je Pol und Strang der elektrischen Maschine gerade. Sie be¬ trägt in diesem Beispiel genau 6. Die für einen Strang dargestellte Wicklungsanordnung der Spulen entspricht, wenn man jede Schicht für sich betrachtet, einer über¬ lappungsfrei einlegbaren Einschichtwicklung. Um auch die Vorteile einer Zweischichtwicklung nutzen zu können, werden Teilspulengruppen 5 der Unterschicht 3 mit Teil¬ spulengruppen 6 der Oberschicht 1 in Reihe geschaltet. Im vorliegenden Fall sind die Teilspulengruppen 5, 6 um drei Nuten gegeneinander versetzt angeordnet. Die Feld¬ verläufe im Luftspalt der elektrischen Maschine, die von einer solchen Wicklungsanordnung bewirkt werden, ent¬ sprechen einer Zweischichtwicklung, deren Sehnungsfaktor mit -7 angegeben ist. Der Sehnungsfaktor ist ein Quotient aus der in einer Anzahl von Ständernuten ange¬ gebenen Spulenweite der durch Sehnung verkürzten Spule und der ebenfalls in Ständernuten angegebenen Spulenweite der unverkürzten Spule oder einer Polteilung. Alle hier möglichen effektiven Sehnungen können bei gleicher Spulen¬ kopflänge ausgeführt werden. Die Wicklungsanordnung ist bezüglich aller Maschinenstränge und insbesondere be- züglich der von parallel geschalteten Spulen gebildeten parallelen Zweige symmetrisch. Hierdurch werden Probleme mit der lokalen Erwärmung einzelner Leiterabschnitte bei Streuungsungleichheit in parallelen Zweigen vermieden. Die Wicklungsanordnung ist überlappungsfrei einlegbar. Die maximale Anzahl der parallelen Zweige ist bei dieser
Wicklungsanordnung gleich der Polzahl der elektrischen Maschine.
Wie in Figur 2 gezeigt, kann eine solche Wicklungsanord- nung auch für elektrische Maschinen mit einer ungeraden Lochzahl eingesetzt werden«, Auch hier sind Teilspulen¬ gruppen 5 der Unterschicht 3 mit Teilspulengruppen 6 der Oberschicht 1 in Reihe geschaltet, um eine einer ent¬ sprechend gesehnten Zweischichtwicklung entsprechende Feldverteilung im Luftspalt der elektrischen Maschine zu erzielen. Die Vorteile der in Figur 1 gezeigten Wicklungs¬ anordnung bleiben unberührt. Bei der Schaltung der ein¬ zelnen Spulen ist lediglich zu beachten, daß die Anzahl der parallelen Zweige infolge der ungeraden Lochzahl nicht beliebig variiert werden kann. Insbesondere ist eine der Polzahl der elektrischen Maschine entsprechende Anzahl der parallelen Zweige nicht möglich.
Eine Wicklungsanordnung gleicher Lochzahl, wie bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, ist in Figur 3 gezeigt. In dieser Wicklungsanordnung werden Spulen mit ungeteilten Spulenköpfen verwendet. Erfindungsgemäß verbleiben die Oberschichtspulen 2 in der Oberschicht 1 und die Unterschichtspulen 4 in der Unterschicht 3. Die
Teilspulengruppen 5 der Unterschicht 3 sind mit den Teil¬ spulengruppen 6 der Oberschicht 1 in Reihe geschaltet. Die Spulenkopflänge ist gegenüber einer Ausführung mit geteilten Spulenköpfen vergrößert. In radialer Richtung kann der Spulenkopf schmaler ausgeführt werden. Es gibt zu beachten, daß die Anzahl der parallelen Zweige nicht die Polpaarzahl der Maschine überschreitet.
Wenn die Anzahl der in einer Ständernut befindlichen Leiter, die Leiterzahl pro Nut ungerade ist, also die in der Oberschicht 1 befindlichen Oberschichtspulenseiten 7 und die in der Unterschicht 3 befindlichen Unterschicht¬ spulenseiten 8 nicht mehr gleich ausgeführt sind, ist beispielsweise eine Wicklungsanordnung, wie in Figur 4 gezeigt, vorteilhaft. Hierdurch ergibt sich eine unter¬ schiedliche Leiterzahl der Unterschichtspulenseiten 8 und der Oberschichtspulenseiten 7. Wenn die Leiterzahl pro Nut zN beträgt, so beträgt die Leiterzahl der einzelnen Unterschichtspulenseite 8
ZN + λ 2— > wobei zN für die Leiterzahl pro Nut steht, während die Leiterzahl einer zN - 1 - -
Oberschichtspulenseite 7 —^— beträgt. Grundsätz¬ lich ist auch eine umgekehrte Zuordnung der betreffenden Leiterzahlen zu den jeweiligen Spulensätzen (7,8) in der Wicklungsanordnung möglich. Die Spulenseiten mit der größeren Leiterzahl sind in Figur 4 als ausgefüllte Punkte dargestellt. Es ist beispielhaft, nur ein Strang eines Poles der elektrischen Maschine der Wicklungsanordnung gezeigt. Es ergibt sich eine unsymmetrische Belegung der mit 9 bezeichneten Zonen der Wicklungsanordnung, gemäß Anspruch 9. Durch die Versetzung der Oberschichtspulen¬ seiten 7 gegenüber den Unterschichtspulenseiten 8 um drei Nuten ergibt sich eine Wicklungsanordnung, die einer Zweischichtwicklung mit einem Sehnungsfaktor von γ-~ entspricht.
Eine verbesserte Symmetrie der Feldkurve zeigt sich bei der in Figur 5 dargestellten Ausführung. Auch hier ist die Leiterzahl pro Nut ungerade und es werden somit Spulen¬ seiten 7, 8 mit unterschiedlicher Leiterzahl benutzt. Auch in dieser Figur stehen die ausgefüllten Punkte für Spulen¬ seiten mit
ZN + X
Leitern und die nicht ausgefüllten Punkte für Spulenseiten mit
"N - 1
Leitern. Bei dieser Ausführung sind Spulenseiten unterschiedlicher Leiterzahlen in beiden Schichten angeordnet. Es ist wie¬ derum eine Maschine mit einer Lochzahl von 6 ausgewählt worden und die Teilspulengruppen 5 der Unterschicht sind gegenüber den Teilspulengruppen 6 der Oberschicht 1 so angeordnet, daß wiederum ein Sehnungsfaktor von yg , allerdings bei verbesserter Symmetrie der Anordnung, ge¬ geben ist. Hierdurch ist diese Wicklungsanordnung einer entsprechend gesehnten Zweischichtwicklung hinsichtlich der im Luftspalt der elektrischen Maschine erzeugten
Feldkurven gleichwertig. Allerdings sind bei dieser Aus¬ führung der Wicklungsanordnung nicht alle denkbaren Sehnungen durchführbar.
Erst der Einsatz von gemischten Spulen, wie bei der in
Figur 6 gezeigten Ausführung der Wicklungsanordnung, läßt auch alle weiteren denkbaren Sehnungsformen zu. Die genaue Ausführung und Herstellung gemischter Spulen ist in der DE-PS 27 41 403 offenbart. Im vorliegenden Falle sind die Teilspulengruppen 5 der Unterschicht 3 gegenüber den
Teilspulengruppen 6 der Oberschicht 1 um eine Nut ver¬ schoben. In diesem Fall ergibt sich eine Feldverteilung im Luftspalt der elektrischen Maschine der einer von einer Zweischichtwicklung mit einem Sehnungsfaktor von yg erzeugten Feldverteilung gleicht.
Den dieser Wicklungsanordnung eingesetzten gemischten Spulen sind in Figur 7 und Figur 8 nach Unterschicht 3 und Oberschicht 1 geordnet schematisch dargestellt. Eine ge- mischte Spule umfaßt sowohl Spulen, deren Spulenseiten die gleiche Leiterzahl aufweist, also aus sogenannten ganzen Windungen bestehen, als auch Spulen, deren Spulen¬ seiten unterschiedliche Leiterzahlen aufweisen, also halbe Windungen enthalten. Im vorliegenden Falle enthalten die mit 10 bezeichneten Spulenseiten
ZN * λ 2
Leiter, während die mit 11 bezeichneten Spulenseiten
ZN -1 2
Leiter umfassen. Ihre genaue Anordnung ergibt sich aus der gewünschten Sehnung der Wicklungsanordnung. In Figur 9 ist eine Wicklungsanordnung gezeigt, die einen Sehnungsfaktor von J 1T4J aufweist. Entsprechend sind die Teilspulengruppen
5 der Unterschicht 3 gegenüber den Teilspulengruppen 6 der Oberschicht 1 um vier Nuten gegeneinander versetzt ange¬ ordnet. Eine solche Wicklungsanordnung ist nur bei Ver- wendung von Spulen mit Halbwindungen möglich.
Spulen mit Halbwindungen sind in den Figuren 10 und 11 dargestellt. Solche Spulen enthalten nur und nur Windungen deren Spulenseiten unterschiedlicher Leiterzahl sind. Spu- len mit Halbwindungen sind im übrigen in der DE PS 2741 403 ausführlich erklärt. Im vorliegenden Falle beträgt erneut die Anzahl der Leiter der mit 10 bezeichneten Spulenseiten zN + 1 , während die Anzahl der Leiter der mit 11 be- 2 zeichneten Spulenseiten mit
"N - 1 angegeben ist,

Claims

Patentansprüche
1. Wicklungsanordnung für eine mehrphasige elektrische Maschine, die eine vorgebbare Zahl von Spulen umfaßt, wo- bei diese Spulen in zwei Schichten, einer Oberschicht (1) und einer Unterschicht (3), jede Schicht für sich allein, in den Ständernuten der elektrischen Maschine entsprechend einer Einschichtwicklung eingelegt sind, und die in der Unterschicht (3) befindlichen Unterschichtspulen (4) mit den in der Oberschicht (1) befindlichen Oberschichtspulen (2) derart geschaltet und gegeneinander versetzt angeord¬ net sind, daß eine einer beliebig gesehnten Zweischicht¬ wicklung entsprechende Feldverteilung im Luftspalt der elektrischen Maschine bewirkt wird.
2. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Ober¬ schicht (1) und die Unterschicht (3) jeweils in Teil¬ spulengruppen (5, 6) unterteilt sind und wobei die in der Unterschicht (3) befindlichen Unterschichtteilspulengruppe (5) jeweils mit einer in der Oberschicht (1) befindlichen Oberschichtteilspulengruppe (6) in Reihe geschaltet sind.
3. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, die konzen¬ trische Spulen umfaßt.
4. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der eine mit Lochzahl bezeichnete Anzahl der Ständernuten je Pol und Strang der Maschine wahlweise gerade oder ungerade ist.
5. Wicklungsanordnung nach einem oder mehreren der vorher¬ gehenden Ansprüche, wobei die in der Wicklungsanordnung verwendeten Spulen wahlweise mit geteiltem oder unge¬ teilten Spulenkopf angeordnet sind.
6. Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die mit Leiterzahl pro Nut bezeichnete Anzahl der in einer Ständernut befindlichen Leiter gerade ist.
7. Wicklungsanordnung nach einem oder mehreren der An¬ sprüche 1 bis 5, bei der die Leiterzahl pro Nut ungerade ist.
8. Wicklungsanordnung nach Anspruch 7, bei der sich eine Windungszahl aller zu einer Schicht gehörenden Spulen ent¬ weder nach der Formel
(z, k)
oder nach der Formel
<zN - k)
berechnet, wobei k = 1, 3, 5...ist und zN für die Leiterzahl pro Nut steht und wobei, falls sich die
Windungszahl der Spulen einer Schicht nach einer der beiden Formeln bestimmen läßt, die Windungszahl der Spulen der anderen Schicht sich aus der jeweils anderen Formel ergibt.
9. Wicklungsanordnung nach Anspruch 7, bei der sich bei
Betrachtung der Leiterzahlen pro Nut nur für einen Strang pro Pol der elektrischen Maschine auf der einen Seite einer mit einer Leiterzahl pro Nut, die den Wert x hat, belegten ersten Gruppe von Ständernuten eine zweite
Gruppe von Ständernuten angeordnet ist, deren Leiterzahl pro Nut sich aus der Formel x+k 2 ergibt, wobei k = 1, 3, 5... ist und wobei auf der anderen Seite eine dritte Gruppe von Ständernuten angeordnet ist, deren Leiterzahl pro Nut sich nach der Formel x-k berechnet.
10. Wicklungsanordnung nach Anspruch 7, bei der in beiden Schichten sowohl Spulen mit einer Windungszahl, die sich aus der Formel
ergibt, als auch Spulen, deren Windungszahl sich aus der Formel
(zN - k)
ergibt, angeordnet sind, wobei k = 1, 3, 5... ist und zN für die Leiterzahl pro Nut steht.
11. Wicklungsanspruch nach einem oder mehreren der vorher- gehenden Ansprüche, bei der die Windungszahlen der verwen¬ deten Spulen verschiedene Leiterzahlen pro Nut für die Ständernuten ergeben, wobei der Mittelwert aus der Addi¬ tion aller Leiterzahlen pro Nut durch die Gesamtzahl der Nuten einen gebrochenen Wert ergibt.
12. Wicklungsanordnung nach einem oder mehreren der vor¬ hergehenden Ansprüche, wobei die Wicklungsanordnung Spulen mit halben Windungen umfaßt.
13. Wicklungsanordnung nach einem oder mehreren der vor¬ hergehenden Ansprüche, wobei die Wicklungsanordnung gemischte Spulen mit sowohl halben Windungen als auch ganzen Windungen umfaßt.
PCT/DE1993/000895 1992-09-24 1993-09-20 Wicklungsanordnung für eine mehrphasige elektrische maschine WO1994007296A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
EP93919022A EP0662261A1 (de) 1992-09-24 1993-09-20 Wicklungsanordnung für eine mehrphasige elektrische maschine
JP6507698A JPH08501679A (ja) 1992-09-24 1993-09-20 多相電機の巻線構成
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DEG9212889.0U 1992-09-24
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