WO2007077236A1 - Electric machine - Google Patents

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WO2007077236A1
WO2007077236A1 PCT/EP2007/050012 EP2007050012W WO2007077236A1 WO 2007077236 A1 WO2007077236 A1 WO 2007077236A1 EP 2007050012 W EP2007050012 W EP 2007050012W WO 2007077236 A1 WO2007077236 A1 WO 2007077236A1
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WO
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winding
strands
strand
electrical machine
machine according
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PCT/EP2007/050012
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German (de)
French (fr)
Inventor
Gert Wolf
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 WO2007077236A1 publication Critical patent/WO2007077236A1/en

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28Layout of windings or of connections between windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/36Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches

Definitions

  • the invention relates to an electric machine, in particular an electrically excited claw pole generator for a motor vehicle, with a stand.
  • the electric machine is a multi-phase generator, which consists of a stationary stator (stator) and a rotating rotor (rotor).
  • a stationary stator stator
  • rotor rotating rotor
  • Winding arrangement can be considered in a Klauenpolgenerator whose rotor has approximately trapezoidal Klauenpolfinger comprising an annular excitation coil.
  • a chamfer may be applied to the claw finger outer surfaces such that a magnetic field break at a claw finger edge spreads to a larger claw finger surface.
  • this has a stator winding having at least two winding strands each having at least two winding sub-strands, wherein the at least two winding sub-strands of a winding strand are electrically offset from one another and the at least two winding sub-strands of a winding strand in each case at least one of the winding sub-strands of other winding strand are arranged electrically in phase.
  • This electric machine has the advantage that the magnetic noise is attenuated and by the variation of the electrical phase shift angle optimum tuning of chamfering of poles of a rotor of the electric machine (in particular claw poles in a claw pole generator formed electric machine) and a stator geometry of the stator can take place so that the magnetic noise, which is caused by electromagnetic forces, is eliminated in wide speed ranges. It is also possible to use claw poles with claw pole chamfers, which are optimized for 3-phase generators, since the adjustment can be made according to the phase angle.
  • the variation of the electrical phase shift angle is obtained by varying the distribution of each winding strand in winding sub-strands, that is, by changing the proportions of the winding sub-strands on the respective entire winding strand.
  • the winding strands are arranged in at least two winding strand groups.
  • Each winding strand of a winding strand group is assigned a winding strand of the other winding strand group (s).
  • each winding sub-string of one of the winding phases of a winding strand group is assigned a winding sub-strand of an associated winding strand of the other winding strand group (s), wherein these winding sub-strands assigned to one another are arranged in phase.
  • a voltage vector of one winding strand is electrically offset to a voltage vector of the other winding strand.
  • the voltage vector is, in particular, the voltage vector of the voltage induced in the winding strand.
  • an electrical offset between the one voltage vector of one winding strand and the voltage vector of the other winding strand is characterized by an angle ⁇ , wherein the angle ⁇ is less than 30 °, preferably between 10 ° and 28 °.
  • the two winding strands are associated with one another winding strands of different winding strand groups.
  • the size of the angle ⁇ results from the angle between the winding sub-strands of the winding strands, the proportions of the individual winding sub-strands on the respective winding strand and the number of poles.
  • the at least two winding strands belong to two different power systems.
  • the two winding phases belong to different winding groups. Each of these winding groups is connected in an associated power system.
  • each three winding strands each form a three-phase system. This prevents circulating currents which would reduce the electrical power.
  • the two three-phase systems are connected either in star-star or hexagon-hexagon (star-star-shape or hexagon-hexagon-shape).
  • Star-star or hexagon-hex shape allows for efficient mass production and regular wire exit positions on a winding head of the stator. At these wire departure positions, the stator winding is interconnected.
  • two winding strands are offset by the angle ⁇ , and the winding sub-strands are arranged in at least two immediately adjacent grooves, wherein the two grooves are associated with a pole. This arrangement results in a simple manufacturing process in forming the stator winding as a distributed winding.
  • the winding strands are introduced in layers successively in the grooves.
  • the grooves have a width that is only slightly greater than the width of a wire forming the windings, such an orderly introduction of the windings can result in a phase offset with small tolerances since each individual turn assumes a fixed position within the groove.
  • the winding arrangement is wound from a wire, wherein the wire has a width which almost corresponds to the width of the grooves.
  • each winding in a groove can be assigned a unique phase position, wherein each of the turns in a groove has the exact same phase position.
  • Figure 1 shows a longitudinal section through an alternator for
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of an alternating current generator according to the invention in a double star connection with a downstream rectifier voltage regulator and vehicle electrical system
  • FIG. 3 is a circuit diagram of an inventive
  • Winding wire consists
  • Winding strand consists of at least one continuous winding wire
  • FIG. 6 shows a phasor diagram as a schematic representation of induced voltages of the winding arrangement according to FIG. 2.
  • Fig. 1 is a section through an alternator 10 for motor vehicles is shown.
  • This has inter alia a two-part housing 13, which consists of a first bearing plate 13.1 and a second bearing plate 13.2.
  • the bearing plate 13.1 and the bearing plate 13.2 take in a stand 16, with an annular laminated core 17, in the inwardly open and axially extending grooves 15, a stator winding 18 is inserted.
  • the annular stator 16 surrounds with its radially inwardly directed
  • the rotor 20 consists inter alia of Klauenpolplatinen 22 and 23, at the outer periphery extending in each case in the axial direction Klauenpolfinger 24 and 25 are arranged. Both claw pole boards 22 and 23 are arranged in the rotor 20 such that their axially extending claw pole fingers 24, 25 alternate at the periphery of the rotor 20 as north and south poles. This results in magnetically required Klauenpol thoroughlysammlung between the oppositely magnetized Klauenpolfingern 24 and 25, which is slightly oblique because of the tapering to its free ends towards Klauenpolfinger 24 and 25 Machine axis run.
  • the rotor 20 is rotatably supported in the respective end shields 13.1 and 13.2, respectively, by means of a shaft 27 and one respective rolling bearing 28 located on each side. It has two axial end faces, on each of which a fan 30 is attached. These fans 30 essentially consist of a plate-shaped or disk-shaped section from which the air blades emanate in a known manner. These fans 30 serve to allow an air exchange between the outside and the interior of the electric machine 10 via openings 40 in the end shields 13.1 and 13.2.
  • the openings 40 are provided at the axial ends of the end shields 13.1 and 13.2, via which 30 cooling air is sucked into the interior of the electric machine 10 by means of the fan. This cooling air is accelerated by the rotation of the fan 30 radially outward, so that they through the cool air-permeable winding heads 45 on the drive side and 46 on the drive side
  • this protective cap 47 covers, for example, a slip ring assembly 49, which supplies a field winding 51 with exciting current.
  • a heat sink 53 Around this slip ring assembly 49 around a heat sink 53 is arranged, which acts as a positive heat sink here.
  • the bearing plate acts 13.2.
  • a connection plate 56 is arranged between the end plate 13.2 and the heat sink 53, which in the bearing plate 13.2 attached minus diodes 58 and not shown in this illustration plus diodes of a rectifier 19 in the heat sink 53 in the form of a bridge circuit interconnects.
  • a six-stranded generator 10 is shown schematically by a circuit diagram.
  • the six winding strands form a first winding strand group 76 with the three winding strands (U 1) 70, (V1) 71, (W1) 72 and a second winding strand group 77 with the three winding strands (U2) 73, (V2) 74, (W2) 75
  • the six winding strands of the Winding string groups 76, 77 are connected to two independent three-phase systems each in the star, wherein the first three-phase system is formed by the winding strands 70, 71 and 72, each of which forms an angle of 120 ° against each other.
  • the winding strands 70-72 are each formed by two winding sub-strands 70.1-72.1, 70.2-72.2, wherein in each case one winding sub-line 70.1-72.1 has a phase shift of 30 ° relative to the other angle sub-line 70.2-72.2 of a winding strand.
  • the winding strands 73, 74 and 75 are also electrically offset from one another by an angle of 120 °, wherein the winding strand 70 with respect to winding strand 73, winding strand 71 opposite winding strand 74 and winding strand 72 with respect to winding strand 75 by an electrical angle ⁇ are offset from each other.
  • the angle ⁇ is between 10 ° and 28 °.
  • the winding strands 73-75 are each formed by two winding sub-strands 73.1-75.1, 73.2-75.2 connected in series, one winding sub-strand 73.1-75.1 each having a phase shift of 30 ° relative to the other sub-winding 73.2-75.2 of a winding strand.
  • Each of the two three-phase systems is connected to a separate B6 bridge rectifier 19.1, 19.2, which are interconnected on the DC side.
  • a voltage regulator 21 is connected in parallel, which regulates the voltage of the generator by influencing the current through the exciter winding 51.
  • the electrical system is shown schematically by the vehicle battery 60 and by vehicle consumers 61.
  • a six-stranded generator 10 is schematically illustrated by a circuit diagram.
  • the six winding strands form a first winding strand group 76 with the three winding strands (U 1) 70, (V1) 71, (W1) 72 and a second winding strand group 77 with the three
  • Winding strands (U2) 73, (V2) 74, (W2) 75 are connected to two independent three-phase systems in a hexagonal arrangement, wherein the first three-phase system through the Winding strands 70, 71, 72 is formed, the resultant of each enclose an angle of 60 °.
  • the Winding strings 70-72 are each formed by two winding sub-strings 70.1-72.1, 70.2-72.2, wherein in each case an angle sub-string 70.1-72.1 relative to the other sub-string 70.2-72.2 of a winding phase, a phase shift of 30 ° electrically.
  • Winding strand group 77 are also electrically offset from one another by an angle of 60 °, with winding strand 70 being offset by an electrical angle ⁇ with respect to winding strand 73, winding strand 71 with respect to winding strand 74 and winding strand 72 with respect to winding strand 75.
  • the angle ⁇ is between 10 ° and 28 °.
  • the winding strands 73-75 are each formed by two winding sub-strands 73.1-75.1, 73.2-75.2, wherein in each case one angle sub-line 73.1-75.1 has a phase shift of 30 ° relative to the other angle line 73.2-75.2 of a winding strand.
  • Each of the two three-phase systems is connected to a separate B ⁇ bridge rectifier 19.1, 19.2, which are interconnected on the DC side.
  • a voltage regulator 21 is connected in parallel, which regulates the voltage of the generator by influencing the current through the exciter winding 51.
  • the electrical system is shown schematically by the vehicle battery 60 and by vehicle consumers 61.
  • Figures 4 and 5 show various winding patterns of a stator winding 18 with twenty-four (24) grooves 15 is shown, which corresponds to an embodiment of the rotor 20 with four Klauenpolfingern 24, 25.
  • a higher number of slots and a higher number of claw-pole fingers are selected in the rotor 20, preferably a number of sixty (60), seventy-two (72), eighty-four (84) or ninety-six (96) slots 15, which corresponds to a number of ten (10), twelve (12), fourteen (14) or sixteen (16) claw-pole fingers 24, 25 at six slots per pole (rotor pole).
  • the winding strands 70, 71, 72, 73, 74, 75 are made of continuous wire, that is, without interruption without the use of wire segments.
  • the six-stranded stator winding 18 according to the invention is connected in the form of two separate three-phase systems, preferably in a star-star or hexagonal hexagon, as shown in FIG. 2 or in FIG. 3 and already explained in more detail there.
  • the Winding schemes of Figure 4 and 5 are shown by way of example only the winding strands 70, 73.
  • Winding line 73 is located with his
  • Winding string 71 has the same structure as winding string 70, but the slot positions are shifted by +2 slots with respect to winding string 70, i. when winding strand 70 is inserted in the grooves 1, 2, 7, 8, 13, 14, 19, 20,
  • winding strand 74 which is constructed identically to winding strand 73, but is displaced by +2 slots with respect to winding strand 73.
  • the structure and the slot positions for winding strand 72 result from displacement by +4 slots from the winding strand
  • FIG. 4 shows a winding diagram for a simple wave winding.
  • FIG. 5 shows a winding diagram for a simple loop winding.
  • FIG. 6 shows a vector representation of the induced voltages for a star arrangement according to FIG. 2.
  • the first three-phase current system which is formed in FIG. 2 by the winding strands 70, 71, 72, is represented by the voltage vectors 80, 81, 82 of the winding strands 70, 71, 72 is shown. Accordingly, the voltage vectors of the winding sub-strings 80.1, 80.2, 81.1, 81.2, 82.1, 82.2 are shown.
  • the second three-phase system which in FIG. 2 by the winding strands 70, 71, 72.
  • Winding strands 73, 74, 75 is formed, is represented by the voltage vectors of the winding strands 83, 84, 85. Accordingly, the voltage vectors of the winding sub-strands 83.1, 83.2, 84.1, 84.2, 85.1, 85.2 are shown. It applies analogously to the description for FIG. 2 that the voltage vectors 80.1 to 80.2, 81.1 to 81.2, 82.1 to 82.2, 83.1 to 83.2, 84.1 to 84.2 and 85.1 to 85.2 have a phase shift of 30 ° electrically.
  • the phase shift of the two three-phase systems ⁇ results from the angle between the voltage vectors 80, 83, or the voltage vectors 81 and 84, and the voltage vectors 82, 85.
  • the voltage vectors of the voltages 80, 81, 82 have an electrical phase shift of 120 ° up to today.
  • the voltage vectors of the voltages 83, 84, 85 have an electrical phase shift of 120 ° to each other.
  • the magnitude of the induced stresses depends on the wire number m and n of the strands in the slots.
  • the number of poles of the electric machine 10 may in particular be between ten and eighteen.
  • the winding arrangement can in particular be a single-hole winding arrangement, ie the number of slots corresponds to the product of the number of phases (number of phases) and number of poles, or the product of the number of winding phases and number of poles.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to an electric machine, especially an electrically excited claw pole generator (10) for a motor vehicle, comprising a stator (16). The electric machine has a stator winding (18) having at least two winding strands (70,71,72; 73,74,75) with two subcoils (70.1,70.2; 71.1,71.2; 72.1,72.2; 73.1,73.2; 74.1,74.2; 75.1,75.2) each, the at least two subcoils (70.1,70.2; 71.1,71.2; 72.1,72.2; 73.1,73.2; 74.1,74.2; 75.1,75.2) of one winding strand (70,71,72; 73,74,75) being electrically off-set to each other and the at least two subcoils (70.1,70.2; 71.1,71.2; 72.1,72.2; 73.1,73.2; 74.1,74.2; 75.1,75.2) of one winding strand (70,71,72; 73,74,75) being arranged in respect to at least one of the subcoils (70.1,70.2; 71.1,71.2; 72.1,72.2; 73.1,73.2; 74.1,74.2; 75.1,75.2) each of the other winding strand (70,71,72; 73,74,75) in phase.

Description

Beschreibungdescription
Titel Elektrische MaschineTitle Electric Machine
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen elektrisch erregten Klauenpolgenerator für ein Kraftfahrzeug, mit einem Ständer.The invention relates to an electric machine, in particular an electrically excited claw pole generator for a motor vehicle, with a stand.
Stand der TechnikState of the art
Bei der elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um einen mehrphasigen Generator, der aus einem ruhenden Ständer (Stator) und einem rotierenden Läufer (Rotor) besteht. Im Folgenden soll zum Beispiel dieIn particular, the electric machine is a multi-phase generator, which consists of a stationary stator (stator) and a rotating rotor (rotor). The following is for example the
Wicklungsanordnung bei einem Klauenpolgenerator betrachtet werden, dessen Rotor näherungsweise trapezförmige Klauenpolfinger aufweist, die eine ringartige Erregerspule umfassen.Winding arrangement can be considered in a Klauenpolgenerator whose rotor has approximately trapezoidal Klauenpolfinger comprising an annular excitation coil.
Eine solche, zum Beispiel als Generator ausgebildete elektrische Maschine erzeugt im Betrieb durch elektromagnetische Kräfte ein Magnetgeräusch, das durch unterschiedliche Maßnahmen reduziert werden kann. So kann zum Beispiel eine Anfasung auf den Klauenfingeraußenflächen angebracht werden, sodass sich ein Abriss eines Magnetfeldes an einer Klauenfingerkante auf eine größere Klauenfingerfläche verteilt. Da jedoch für unterschiedlicheSuch, for example, designed as a generator electric machine generates in operation by electromagnetic forces a magnetic noise that can be reduced by different measures. For example, a chamfer may be applied to the claw finger outer surfaces such that a magnetic field break at a claw finger edge spreads to a larger claw finger surface. As for different
Anwendungen unterschiedliche Luftspalte erforderlich sind (hohe Drehzahl - großer Luftspalt; niedrige Maximaldrehzahl - kleiner Luftspalt), kann es in Abhängigkeit von der Anwendung zu deutlicher Geräuschüberhöhung kommen. Alternativ werden zwei Systeme von Wicklungsanordnungen verwendet (Doppelsystem), die in separaten Nuten mit einem Nutteilungsversatz gewickelt sind, der einem elektrischen Phasenversatz von 30° entspricht, siehe auch EP 0 454 039 B1. Durch das Doppelsystem mit einem elektrischen Phasenversatz von 30° heben sich die elektromagnetischen Kräfte der dritten Oberwelle und deren Vielfache auf, wobei das Magnetgeräusch dieser Oberwellen je nach Klauenfingeranfasung (Klauenpolanfasung) gedämpft wird. Offenbarung der ErfindungApplications with different air gaps are required (high speed - large air gap, low maximum speed - small air gap), depending on the application, there may be a significant increase in noise. Alternatively, two systems of winding arrangements are used (double system), which are wound in separate slots with a slot pitch offset corresponding to an electrical phase offset of 30 °, see also EP 0 454 039 B1. Due to the double system with an electrical phase shift of 30 °, the electromagnetic forces of the third harmonic and their multiples cancel each other, whereby the magnetic noise of these harmonics is attenuated depending on the Klauenfingerfiblings (Klauenpolanfasung). Disclosure of the invention
Bei der erfindungsgemäßen elektrische Maschine ist vorgesehen, dass diese eine Ständerwicklung aufweist, die zumindest zwei Wicklungsstränge mit jeweils zumindest zwei Wicklungsuntersträngen aufweist, wobei die zumindest zwei Wicklungsunterstränge eines Wicklungsstrangs zueinander elektrisch versetzt sind und die zumindest zwei Wicklungsunterstränge eines Wicklungsstranges jeweils zu mindestens einem der Wicklungsunterstränge des anderen Wicklungsstranges elektrisch phasengleich angeordnet sind. Diese elektrische Maschine hat den Vorteil, dass das Magnetgeräusch gedämpft wird und durch die Variation des elektrischen Phasenverschiebungswinkels eine optimale Abstimmung einer Anfasung von Polen eines Läufers der elektrischen Maschine (insbesondere Klauenpole bei einer als Klauenpolgenerator ausgebildeten elektrischen Maschine) und einer Ständergeometrie des Ständers stattfinden kann, sodass das Magnetgeräusch, das durch elektromagnetische Kräfte hervorgerufen wird, in weiten Drehzahlbereichen eliminiert wird. Es ist auch möglich Klauenpole mit Klauenpolanfasung, die für 3-phasige Generatoren optimiert sind zu verwenden, da die Abstimmung entsprechend über den Phasenwinkel vorgenommen werden kann. Die Variation des elektrischen Phasenverschiebungswinkels ergibt sich durch Variation der Aufteilung eines jeden Wicklungsstrangs in Wicklungsunterstränge, das heißt durch Veränderung der Anteile der Wicklungsunterstränge am jeweiligen gesamten Wicklungsstrang. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Wicklungsstränge in mindestens zwei Wicklungsstranggruppen angeordnet sind. Jedem Wicklungsstrang einer Wicklungsstranggruppe ist ein Wicklungsstrang der anderen Wicklungsstranggruppe(n) zugeordnet. Vorzugsweise ist auch jedem Wicklungsunterstrang eines der Wicklungsstränge einer Wicklungsstranggruppe ein Wicklungsunterstrang eines zugeordneten Wicklungsstrangs der anderen Wicklungsstranggruppe(n) zugeordnet, wobei diese einander zugeordneten Wicklungsunterstränge phasengleich angeordnet sind. Durch Variation der Aufteilung der Wicklungsstränge in unterschiedlich lange Wicklungsunterstränge ergibt sich die Variation des elektrischen Phasenverschiebungswinkels zwischen den zugeordneten Wicklungssträngen der Wicklungsstranggruppen. Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass ein Spannungsvektor eines Wicklungsstrangs zu einem Spannungsvektor des anderen Wicklungsstrangs elektrisch versetzt ist. Der Spannungsvektor ist bei einer als Generator ausgebildeten Maschine insbesondere der Spannungsvektor der im Wicklungsstrang induzierten Spannung.In the electric machine according to the invention it is provided that this has a stator winding having at least two winding strands each having at least two winding sub-strands, wherein the at least two winding sub-strands of a winding strand are electrically offset from one another and the at least two winding sub-strands of a winding strand in each case at least one of the winding sub-strands of other winding strand are arranged electrically in phase. This electric machine has the advantage that the magnetic noise is attenuated and by the variation of the electrical phase shift angle optimum tuning of chamfering of poles of a rotor of the electric machine (in particular claw poles in a claw pole generator formed electric machine) and a stator geometry of the stator can take place so that the magnetic noise, which is caused by electromagnetic forces, is eliminated in wide speed ranges. It is also possible to use claw poles with claw pole chamfers, which are optimized for 3-phase generators, since the adjustment can be made according to the phase angle. The variation of the electrical phase shift angle is obtained by varying the distribution of each winding strand in winding sub-strands, that is, by changing the proportions of the winding sub-strands on the respective entire winding strand. It is provided in particular that the winding strands are arranged in at least two winding strand groups. Each winding strand of a winding strand group is assigned a winding strand of the other winding strand group (s). Preferably, each winding sub-string of one of the winding phases of a winding strand group is assigned a winding sub-strand of an associated winding strand of the other winding strand group (s), wherein these winding sub-strands assigned to one another are arranged in phase. By varying the distribution of the winding strands in differently long winding sub-strands, the variation of the electrical phase shift angle between the associated winding strands of the winding strand groups results. Furthermore, it is advantageously provided that a voltage vector of one winding strand is electrically offset to a voltage vector of the other winding strand. In the case of a machine designed as a generator, the voltage vector is, in particular, the voltage vector of the voltage induced in the winding strand.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein elektrischer Versatz zwischen dem einen Spannungsvektor des einen Wicklungsstrangs und dem Spannungsvektor des anderen Wicklungsstrangs durch einen Winkel α gekennzeichnet ist, wobei der Winkel α kleiner 30°, vorzugsweise zwischen 10° und 28° ist. Dabei sind die beiden Wicklungsstränge einander zugeordnete Wicklungsstränge unterschiedlicher Wicklungsstranggruppen. Die Größe des Winkels α ergibt sich dabei aus dem Winkel zwischen den Wicklungsuntersträngen der Wicklungsstränge, den Anteilen der einzelnen Wicklungsunterstränge am jeweiligen Wicklungsstrang und der Anzahl der Pole.According to a development of the invention, it is provided that an electrical offset between the one voltage vector of one winding strand and the voltage vector of the other winding strand is characterized by an angle α, wherein the angle α is less than 30 °, preferably between 10 ° and 28 °. The two winding strands are associated with one another winding strands of different winding strand groups. The size of the angle α results from the angle between the winding sub-strands of the winding strands, the proportions of the individual winding sub-strands on the respective winding strand and the number of poles.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest zwei Wicklungsstränge zwei verschiedenen Stromsystemen angehören. Die beiden Wicklungsstränge gehören dabei unterschiedlichen Wicklungsstranggruppen an. Jede dieser Wicklungsstranggruppen ist in einem zugeordneten Stromsystemen verschaltet.According to a development of the invention it is provided that the at least two winding strands belong to two different power systems. The two winding phases belong to different winding groups. Each of these winding groups is connected in an associated power system.
Insbesondere ist vorgesehen, dass insgesamt sechs Wicklungsstränge vorhanden sind, wobei je drei Wicklungsstränge je ein Drehstromsystem bilden. Es werden hierdurch Kreisströme verhindert, die die elektrische Leistung verringern würden.In particular, it is provided that a total of six winding strands are present, each three winding strands each form a three-phase system. This prevents circulating currents which would reduce the electrical power.
Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass die beiden Drehstromsysteme entweder in Stern-Stern oder Sechseck-Sechseck (Stern-Stern-Form oder Sechseck-Sechseck-Form) verschaltet sind. Stern-Stern- oder Sechseck- Sechseck-Form erlaubt rationelle Serienfertigung und regelmäßige Drahtabgangspositionen auf einem Wickelkopf des Ständers. An diesen Drahtabgangspositionen wird die Ständerwicklung verschaltet. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei Wicklungsstränge um den Winkel α versetzt sind, und deren Wicklungsunterstränge in zumindest zwei unmittelbar benachbarten Nuten angeordnet sind, wobei die zwei Nuten einem Pol zugeordnet sind. Durch diese Anordnung ergibt sich ein einfacher Herstellungsprozess bei Ausbildung der Ständerwicklung als verteilte Wicklung.Furthermore, it is advantageously provided that the two three-phase systems are connected either in star-star or hexagon-hexagon (star-star-shape or hexagon-hexagon-shape). Star-star or hexagon-hex shape allows for efficient mass production and regular wire exit positions on a winding head of the stator. At these wire departure positions, the stator winding is interconnected. According to a development of the invention, it is provided that two winding strands are offset by the angle α, and the winding sub-strands are arranged in at least two immediately adjacent grooves, wherein the two grooves are associated with a pole. This arrangement results in a simple manufacturing process in forming the stator winding as a distributed winding.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Wicklungsstränge lagenweise aufeinanderfolgend in die Nuten eingebracht sind. Haben die Nuten zum Beispiel eine Breite, die nur geringfügig größer als die Breite eines die Wicklungen bildenden Drahts, so kann durch ein derart geordnetes Einbringen der Windungen ein Phasenversatz mit kleinen Toleranzen erreicht werden, da jede einzelne Windung eine feste Position innerhalb der Nut einnimmt.Furthermore, it is advantageous if the winding strands are introduced in layers successively in the grooves. For example, if the grooves have a width that is only slightly greater than the width of a wire forming the windings, such an orderly introduction of the windings can result in a phase offset with small tolerances since each individual turn assumes a fixed position within the groove.
Schließlich ist es vorteilhaft, dass die Wicklungsanordnung aus einem Draht gewickelt ist, wobei der Draht eine Breite aufweist, die der Breite der Nuten nahezu entspricht. Bei Verwendung von derart schmalen Nuten kann jeder in einer Nut einliegenden Windung eine eindeutige Phasenlage zugeordnet werden, wobei jede der Windungen in einer Nut die exakt gleiche Phasenlage besitzt.Finally, it is advantageous that the winding arrangement is wound from a wire, wherein the wire has a width which almost corresponds to the width of the grooves. When using such narrow grooves, each winding in a groove can be assigned a unique phase position, wherein each of the turns in a groove has the exact same phase position.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail in an embodiment with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Wechselstromgenerator fürFigure 1 shows a longitudinal section through an alternator for
Kraftfahrzeuge, mit einem Klauenpolrotor,Motor vehicles, with a claw pole rotor,
Figur 2 ein Schaltschema eines erfindungsgemäßen Wechselstromgenerators in Doppelsternschaltung mit nachgeordnetem Gleichrichter Spannungsregler und Bordnetz,FIG. 2 shows a circuit diagram of an alternating current generator according to the invention in a double star connection with a downstream rectifier voltage regulator and vehicle electrical system,
Figur 3 ein Schaltschema eines erfindungsgemäßenFigure 3 is a circuit diagram of an inventive
Wechselstromgenerators in Doppelsechseckschaltung mit nachgeordnetem Gleichrichter, Spannungsregler und Bordnetz, Figur 4 Darstellung eines Wickelschema zweier benachbarterAlternator in Doppelsechseckschaltung with downstream rectifier, voltage regulator and electrical system, Figure 4 representation of a winding scheme of two adjacent
Wicklungsstränge einer sechssträngigen als einfache Wellenwicklung ausgeführten Ständerwicklung, wobei jeder Wicklungsstrang aus mindestens einem durchgehendenWinding strands of a six-stranded designed as a simple wave winding stator winding, each winding strand of at least one continuous
Wicklungsdraht bestehtWinding wire consists
Figur 5 Darstellung eines Wickelschema zweier benachbarterFigure 5 representation of a winding scheme of two adjacent
Wicklungsstränge einer sechssträngigen als einfache Schleifenwicklung ausgeführten Ständerwicklung, wobei jederWinding strands of a six-stranded as simple loop winding designed stator winding, each
Wicklungsstrang aus mindestens einem durchgehenden Wicklungsdraht besteht undWinding strand consists of at least one continuous winding wire and
Figur 6 ein Zeigerdiagramm als schematische Darstellung von induzierten Spannungen der Wicklungsanordnung nach Figur 2.6 shows a phasor diagram as a schematic representation of induced voltages of the winding arrangement according to FIG. 2.
Ausfϋhrungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen Wechselstromgenerator 10 für Kraftfahrzeuge dargestellt. Dieser weist unter anderem ein zweiteiliges Gehäuse 13 auf, das aus einem ersten Lagerschild 13.1 und einem zweiten Lagerschild 13.2 besteht. Das Lagerschild 13.1 und das Lagerschild 13.2 nehmen in sich einen Ständer 16 auf, mit einem kreisringförmigen Blechpaket 17, in dessen nach innen offene und sich axial erstreckende Nuten 15 eine Ständerwicklung 18 eingelegt ist. Der ringförmige Ständer 16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichtetenIn Fig. 1 is a section through an alternator 10 for motor vehicles is shown. This has inter alia a two-part housing 13, which consists of a first bearing plate 13.1 and a second bearing plate 13.2. The bearing plate 13.1 and the bearing plate 13.2 take in a stand 16, with an annular laminated core 17, in the inwardly open and axially extending grooves 15, a stator winding 18 is inserted. The annular stator 16 surrounds with its radially inwardly directed
Oberfläche einen elektromagnetisch erregten Läufer 20, der als Klauenpolläufer ausgebildet ist. Der Läufer 20 besteht unter anderem aus Klauenpolplatinen 22 und 23, an deren Außenumfang sich jeweils in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger 24 und 25 angeordnet sind. Beide Klauenpolplatinen 22 und 23 sind im Läufer 20 derart angeordnet, dass ihre sich in axialer Richtung erstreckenden Klauenpolfinger 24, 25 am Umfang des Rotors 20 einander als Nord- und Südpole abwechseln. Es ergeben sich dadurch magnetisch erforderliche Klauenpolzwischenräume zwischen den gegensinnig magnetisierten Klauenpolfingern 24 und 25, welche wegen der sich zu ihrem freien Enden hin verjüngenden Klauenpolfinger 24 und 25 leicht schräg zur Maschinenachse verlaufen. Für die folgende Beschreibung der Erfindung und ist dieser Verlauf vereinfacht als axial bezeichnet. Der Läufer 20 ist mittels einer Welle 27 und je einem auf je einer Seite befindlichen Wälzlager 28 in den jeweiligen Lagerschilden 13.1 beziehungsweise 13.2 drehbar gelagert. Er weist zwei axiale Stirnflachen auf, an denen jeweils ein Lüfter 30 befestigt ist. Diese Lüfter 30 bestehen im Wesentlichen aus einem plattenförmigen beziehungsweise scheibenförmigen Abschnitt, von dem Lufterschaufeln in bekannter Weise ausgehen. Diese Lüfter 30 dienen dazu, über Öffnungen 40 in den Lagerschilden 13.1 und 13.2 einen Luftaustausch zwischen der Außenseite und dem Innenraum der elektrischen Maschine 10 zu ermöglichen. Dazu sind die Öffnungen 40 an den axialen Enden der Lagerschilde 13.1 und 13.2 vorgesehen, über die mittels der Lüfter 30 Kühlluft in den Innenraum der elektrischen Maschine 10 eingesaugt wird. Diese Kühlluft wird durch die Rotation der Lüfter 30 radial nach außen beschleunigt, so dass sie durch die kühlluftdurchlässigen Wickelköpfe 45 auf der Antriebsseite und 46 auf derSurface an electromagnetically excited rotor 20, which is designed as a claw snubber. The rotor 20 consists inter alia of Klauenpolplatinen 22 and 23, at the outer periphery extending in each case in the axial direction Klauenpolfinger 24 and 25 are arranged. Both claw pole boards 22 and 23 are arranged in the rotor 20 such that their axially extending claw pole fingers 24, 25 alternate at the periphery of the rotor 20 as north and south poles. This results in magnetically required Klauenpolzwischenräume between the oppositely magnetized Klauenpolfingern 24 and 25, which is slightly oblique because of the tapering to its free ends towards Klauenpolfinger 24 and 25 Machine axis run. For the following description of the invention and this course is simplified referred to as axial. The rotor 20 is rotatably supported in the respective end shields 13.1 and 13.2, respectively, by means of a shaft 27 and one respective rolling bearing 28 located on each side. It has two axial end faces, on each of which a fan 30 is attached. These fans 30 essentially consist of a plate-shaped or disk-shaped section from which the air blades emanate in a known manner. These fans 30 serve to allow an air exchange between the outside and the interior of the electric machine 10 via openings 40 in the end shields 13.1 and 13.2. For this purpose, the openings 40 are provided at the axial ends of the end shields 13.1 and 13.2, via which 30 cooling air is sucked into the interior of the electric machine 10 by means of the fan. This cooling air is accelerated by the rotation of the fan 30 radially outward, so that they through the cool air-permeable winding heads 45 on the drive side and 46 on the drive side
Elektronikseite hindurchtreten kann. Durch diesen Effekt werden die Wickelköpfe gekühlt. Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch die Wickelköpfe, beziehungsweise nach dem Umströmen dieser Wickelkopfe einen Weg radial nach außen durch nicht dargestellte Öffnungen. In Figur 1 auf der rechten Seite befindet sich eine Schutzkappe 47, die verschiedene Bauteile vorElectronics page can pass. This effect cools the windings. The cooling air takes after passing through the winding heads, or after the flow around these winding heads a way radially outward through openings not shown. In Figure 1 on the right side there is a protective cap 47, the various components before
Umgebungseinflüssen schützt. So deckt diese Schutzkappe 47 beispielsweise eine Schleifringbaugruppe 49 ab, die eine Erregerwicklung 51 mit Erregerstrom versorgt. Um diese Schleifringbaugruppe 49 herum ist ein Kühlkörper 53 angeordnet, der hier als Pluskühlkörper wirkt. Als sogenannter Minuskühlkörper wirkt das Lagerschild 13.2. Zwischen dem Lagerschild 13.2 und dem Kühlkörper 53 ist eine Anschlussplatte 56 angeordnet, welche im Lagerschild 13.2 befestigte Minusdioden 58 und in dieser Darstellung nicht gezeigte Plusdioden eines Gleichrichters 19 im Kühlkörper 53 in Form einer Brückenschaltung miteinander verbindet.Environmental influences protects. Thus, this protective cap 47 covers, for example, a slip ring assembly 49, which supplies a field winding 51 with exciting current. Around this slip ring assembly 49 around a heat sink 53 is arranged, which acts as a positive heat sink here. As a so-called minus heat sink, the bearing plate acts 13.2. Between the end plate 13.2 and the heat sink 53, a connection plate 56 is arranged, which in the bearing plate 13.2 attached minus diodes 58 and not shown in this illustration plus diodes of a rectifier 19 in the heat sink 53 in the form of a bridge circuit interconnects.
In Fig. 2 ist ein sechssträngiger Generator 10 anhand eines Schaltbildes schematisch dargestellt. Die sechs Wicklungsstränge bilden eine erste Wicklungsstranggruppe 76 mit den drei Wicklungssträngen (U 1) 70, (V1 ) 71 , (W1) 72 und eine zweite Wicklungsstranggruppe 77 mit den drei Wicklungssträngen (U2) 73, (V2) 74, (W2) 75. Die sechs Wickelungsstränge der Wicklungsstranggruppen 76, 77 sind zu zwei unabhängigen Drehstromsystemen jeweils im Stern verschaltet, wobei das erste Drehstromsystem durch die Wicklungsstränge 70, 71 und 72 gebildet wird, die jeweils gegeneinander einen Winkel von 120° einschließen. Die Wicklungsstränge 70-72 werden jeweils durch zwei Wicklungsunterstränge 70.1-72.1 ,70.2-72.2 gebildet, wobei jeweils ein Wicklungsunterstrang 70.1-72.1 gegenüber dem anderen Winklungsunterstrang 70.2-72.2 eines Wicklungsstrangs, eine Phasenverschiebung von elektrisch 30° aufweist.In Fig. 2, a six-stranded generator 10 is shown schematically by a circuit diagram. The six winding strands form a first winding strand group 76 with the three winding strands (U 1) 70, (V1) 71, (W1) 72 and a second winding strand group 77 with the three winding strands (U2) 73, (V2) 74, (W2) 75 The six winding strands of the Winding string groups 76, 77 are connected to two independent three-phase systems each in the star, wherein the first three-phase system is formed by the winding strands 70, 71 and 72, each of which forms an angle of 120 ° against each other. The winding strands 70-72 are each formed by two winding sub-strands 70.1-72.1, 70.2-72.2, wherein in each case one winding sub-line 70.1-72.1 has a phase shift of 30 ° relative to the other angle sub-line 70.2-72.2 of a winding strand.
Die Wicklungsstränge 73, 74 und 75 sind ebenfalls um einen Winkel von 120° elektrisch gegeneinander versetzt, wobei der Wicklungsstrang 70 gegenüber Wicklungsstrang 73, Wicklungsstrang 71 gegenüber Wicklungsstrang 74 und Wicklungsstrang 72 gegenüber Wicklungsstrang 75 um einen elektrische Winkel α gegeneinander versetzt sind. Der Winkel α liegt zwischen 10° und 28°. Die Wicklungsstränge 73-75 werden jeweils durch zwei in Reihe geschaltete Wicklungsunterstränge 73.1-75.1 ,73.2-75.2 gebildet, wobei jeweils ein Wicklungsunterstrang 73.1-75.1 gegenüber dem anderen Winklungsunterstrang 73.2-75.2 eines Wicklungsstrangs, eine Phasenverschiebung von elektrisch 30° aufweist. Jedes der beiden Drehstromsysteme wird mit einem separaten B6- Brückengleichrichter 19.1 ,19.2 verbunden, die gleichspannungsseitig zusammengeschaltet werden. Gleichspannungsseitig ist ein Spannungsregler 21 parallelgeschaltet, der durch Beeinflussung des Stromes durch die Erregerwicklung 51 die Spannung des Generators regelt. Das Bordnetz ist schematisch durch die Fahrzeugbatterie 60 und durch Fahrzeugverbraucher 61 dargestellt.The winding strands 73, 74 and 75 are also electrically offset from one another by an angle of 120 °, wherein the winding strand 70 with respect to winding strand 73, winding strand 71 opposite winding strand 74 and winding strand 72 with respect to winding strand 75 by an electrical angle α are offset from each other. The angle α is between 10 ° and 28 °. The winding strands 73-75 are each formed by two winding sub-strands 73.1-75.1, 73.2-75.2 connected in series, one winding sub-strand 73.1-75.1 each having a phase shift of 30 ° relative to the other sub-winding 73.2-75.2 of a winding strand. Each of the two three-phase systems is connected to a separate B6 bridge rectifier 19.1, 19.2, which are interconnected on the DC side. On the DC voltage side, a voltage regulator 21 is connected in parallel, which regulates the voltage of the generator by influencing the current through the exciter winding 51. The electrical system is shown schematically by the vehicle battery 60 and by vehicle consumers 61.
In Fig. 3 ist ein sechssträngiger Generator 10 anhand eines Schaltbildes schematisch dargestellt. Die sechs Wicklungsstränge bilden eine erste Wicklungsstranggruppe 76 mit den drei Wicklungssträngen (U 1) 70, (V1 ) 71 , (W1 ) 72 und eine zweite Wicklungsstranggruppe 77 mit den dreiIn Fig. 3, a six-stranded generator 10 is schematically illustrated by a circuit diagram. The six winding strands form a first winding strand group 76 with the three winding strands (U 1) 70, (V1) 71, (W1) 72 and a second winding strand group 77 with the three
Wicklungssträngen (U2) 73, (V2) 74, (W2) 75. Die Wicklungsstränge 70, 71 , 72, 73, 74, 75 der Wicklungsstranggruppen 76, 77 sind zu zwei unabhängigen Drehstromsystemen in einer Sechseckanordnung verschaltet, wobei das erste Drehstromsystem durch die Wicklungsstränge 70, 71 , 72 gebildet wird, deren Resultierende jeweils gegeneinander einen Winkel von 60° einschließen. Die Wicklungsstränge 70-72 werden jeweils durch zwei Wicklungsunterstränge 70.1- 72.1 ,70.2-72.2 gebildet, wobei jeweils ein Winklungsunterstrang 70.1-72.1 gegenüber dem anderen Winklungsunterstrang 70.2-72.2 eines Wicklungsstrangs, eine Phasenverschiebung von elektrisch 30° aufweist. Die Resultierenden der Wicklungsstränge 73, 74 und 75 der zweitenWinding strands (U2) 73, (V2) 74, (W2) 75. The winding strands 70, 71, 72, 73, 74, 75 of the winding strand groups 76, 77 are connected to two independent three-phase systems in a hexagonal arrangement, wherein the first three-phase system through the Winding strands 70, 71, 72 is formed, the resultant of each enclose an angle of 60 °. The Winding strings 70-72 are each formed by two winding sub-strings 70.1-72.1, 70.2-72.2, wherein in each case an angle sub-string 70.1-72.1 relative to the other sub-string 70.2-72.2 of a winding phase, a phase shift of 30 ° electrically. The resultant of the winding strands 73, 74 and 75 of the second
Wicklungsstranggruppe 77 sind ebenfalls um einen Winkel von 60° elektrisch gegeneinander versetzt, wobei Wicklungsstrang 70 gegenüber Wicklungsstrang 73, Wicklungsstrang 71 gegenüber Wicklungsstrang 74 und Wicklungsstrang 72 gegenüber Wicklungsstrang 75 um einen elektrischen Winkel α versetzt sind. Der Winkel α liegt zwischen 10° und 28°. Die Wicklungsstränge 73-75 werden jeweils durch zwei Wicklungsunterstränge 73.1-75.1 ,73.2-75.2 gebildet, wobei jeweils ein Winklungsunterstrang 73.1-75.1 gegenüber dem anderen Winklungsstrang 73.2-75.2 eines Wicklungsstrangs, eine Phasenverschiebung von elektrisch 30° aufweist. Jedes der beiden Drehstromsysteme wird mit einem separaten Bθ-Brückengleichrichter 19.1 ,19.2 verbunden, die gleichspannungsseitig zusammengeschaltet werden. Gleichspannungsseitig ist ein Spannungsregler 21 parallelgeschaltet, der durch Beeinflussung des Stromes durch die Erregerwicklung 51 die Spannung des Generators regelt. Das Bordnetz ist schematisch durch die Fahrzeugbatterie 60 und durch Fahrzeugverbraucher 61 dargestellt.Winding strand group 77 are also electrically offset from one another by an angle of 60 °, with winding strand 70 being offset by an electrical angle α with respect to winding strand 73, winding strand 71 with respect to winding strand 74 and winding strand 72 with respect to winding strand 75. The angle α is between 10 ° and 28 °. The winding strands 73-75 are each formed by two winding sub-strands 73.1-75.1, 73.2-75.2, wherein in each case one angle sub-line 73.1-75.1 has a phase shift of 30 ° relative to the other angle line 73.2-75.2 of a winding strand. Each of the two three-phase systems is connected to a separate Bθ bridge rectifier 19.1, 19.2, which are interconnected on the DC side. On the DC voltage side, a voltage regulator 21 is connected in parallel, which regulates the voltage of the generator by influencing the current through the exciter winding 51. The electrical system is shown schematically by the vehicle battery 60 and by vehicle consumers 61.
Die Figuren 4 und 5 zeigen verschiedene Wickelschemen einer Ständerwicklung 18 mit vierundzwanzig (24) Nuten 15 dargestellt ist, was einer Ausführung des Läufers 20 mit vier Klauenpolfingern 24, 25 entspricht. In der Praxis wählt man für den Generator eines Kraftfahrzeuges üblicherweise eine höhere Nutzahl und eine höhere Zahl von Klauenpolfingern im Läufer 20, vorzugsweise eine Anzahl von sechzig (60), zweiundsiebzig (72), vierundachtzig (84) oder sechsundneunzig (96) Nuten 15, was bei sechs Nuten je Pol (Läuferpol) eine Anzahl von zehn (10), zwölf (12), vierzehn (14) oder sechzehn (16) Klauenpolfingern 24, 25 entspricht. Die Wicklungsstränge 70, 71 , 72, 73, 74, 75 werden aus durchgehendem Draht hergestellt, d.h. unterbrechungsfrei ohne Verwendung von Drahtsegmenten. Die erfindungsgemäße sechssträngige Ständerwicklung 18 wird in der Form von zwei getrennten Drehstromsystemen verschaltet, vorzugsweise in Stern-Stern oder Sechseck-Sechseck, wie dies in Figur 2, bzw. in Figur 3 dargestellt ist und dort bereits näher erläutert ist. In den Wickelschemen von Figur 4 und 5 sind beispielhaft nur die Wicklungsstränge 70, 73 eingezeichnet. Wicklungsstrang 70 liegt mit seinem Wicklungsunterstrang 70.1 (U11 ) n1 mal in den Nuten 1 , 7, 13 und 19, wobei hier n1 = 3 ist und geht danach über in Wicklungsunterstrang 70.2 (U12), der m1 mal in den Nuten 2, 8, 5 14 und 20 liegt und m1 = 1 ist. Wicklungsstrang 73 liegt mit seinemFigures 4 and 5 show various winding patterns of a stator winding 18 with twenty-four (24) grooves 15 is shown, which corresponds to an embodiment of the rotor 20 with four Klauenpolfingern 24, 25. In practice, for the generator of a motor vehicle usually a higher number of slots and a higher number of claw-pole fingers are selected in the rotor 20, preferably a number of sixty (60), seventy-two (72), eighty-four (84) or ninety-six (96) slots 15, which corresponds to a number of ten (10), twelve (12), fourteen (14) or sixteen (16) claw-pole fingers 24, 25 at six slots per pole (rotor pole). The winding strands 70, 71, 72, 73, 74, 75 are made of continuous wire, that is, without interruption without the use of wire segments. The six-stranded stator winding 18 according to the invention is connected in the form of two separate three-phase systems, preferably in a star-star or hexagonal hexagon, as shown in FIG. 2 or in FIG. 3 and already explained in more detail there. In the Winding schemes of Figure 4 and 5 are shown by way of example only the winding strands 70, 73. Winding string 70 lies with its winding sub-string 70.1 (U11) n1 times in the grooves 1, 7, 13 and 19, where n1 = 3 and then passes into winding sub-string 70.2 (U12), which is m1 times in the grooves 2, 8, 5 is 14 and 20 and m1 = 1. Winding line 73 is located with his
Wicklungsunterstrang 73.1 (U21 ) n2 mal in den Nuten 2,8,14 und 20, wobei hier n2 = 3 ist und geht danach über in Wicklungsunterstrang 73.2 (U22), dem m2 mal in den Nuten 1 ,7,13 und 19 liegt und m2 = 1 ist. Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Anzahl der Drähte m1 und m2 gleich groß ist und entsprechend auch io n1 und n2. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Nuten 15 identisch mit Drähten befüllt werden. Es ist vorteilhaft wenn n1 ,n2 größer ist als m1 ,m2. Besonders vorteilhaft ist, wenn m1 ,m2 eins ist, da hier ein minimaler Fertigungsaufwand entsteht und eine sehr gute Anpassung der Anfasung auf der Klauenfingeraußenfläche entsteht, wodurch das Magnetgeräusch unterWicklungsunterstrang 73.1 (U21) n2 times in the grooves 2,8,14 and 20, where n2 = 3 here, and then turns into Wicklungsunterstrang 73.2 (U22), which is m2 times in the grooves 1, 7,13 and 19 and m2 = 1. It is also advantageous if the number of wires m1 and m2 is the same and correspondingly also io n1 and n2. This ensures that the grooves 15 are filled identically with wires. It is advantageous if n1, n2 is greater than m1, m2. It is particularly advantageous if m1, m2 is one, since here a minimal manufacturing effort arises and a very good adaptation of the chamfer on the claw finger outer surface is formed, whereby the magnetic noise under
15 Beibehaltung der für 3-phasige Generatoren üblichen Anfasung - nur eine Fase auf der ablaufenden Kante eines Klauenfingers - deutlich reduziert wird. Wicklungsstrang 71 ist identisch aufgebaut wie Wicklungsstrang 70, allerdings sind die Nutpositionen um +2 Nuten gegenüber Wicklungsstrang 70 verschoben, d.h. wenn Wicklungsstrang 70 in den Nuten 1 , 2, 7, 8, 13, 14, 19, 20 einliegt,15 Maintaining the usual chamfering for 3-phase generators - only one bevel on the trailing edge of a claw finger - is significantly reduced. Winding string 71 has the same structure as winding string 70, but the slot positions are shifted by +2 slots with respect to winding string 70, i. when winding strand 70 is inserted in the grooves 1, 2, 7, 8, 13, 14, 19, 20,
20 liegt Wicklungsstrang 71 in den Nuten 3, 4, 9, 10, 15, 16, 21 , 22.20 is winding strand 71 in the grooves 3, 4, 9, 10, 15, 16, 21, 22nd
Entsprechendes gilt für den Wicklungsstrang 74, der identisch aufgebaut ist wie Wicklungsstrang 73, allerdings um +2 Nuten gegenüber Wicklungsstrang 73 verschoben ist. Entsprechend ergibt sich der Aufbau und die Nutpositionen für Wicklungsstrang 72 durch Verschiebung um +4 Nuten aus dem WicklungsstrangThe same applies to the winding strand 74, which is constructed identically to winding strand 73, but is displaced by +2 slots with respect to winding strand 73. Correspondingly, the structure and the slot positions for winding strand 72 result from displacement by +4 slots from the winding strand
25 70 und des Wicklungsstranges 75 entsprechend durch Verschiebung um +4 Nuten aus dem Wicklungsstrang 73.25 and 70 of the winding strand 75 correspondingly by shifting by +4 slots out of the winding strand 73.
Für den Fall, dass m1 gleich m2 gleich 2 und n1 gleich n2 gleich 2 ist, stellt sich eine elektrische Phasenverschiebung α von 0° zwischen den beiden 30 Drehstromsystemen ein. Wird m1 gleich m2 gleich 3 und n1 gleich n2 gleich 1 gewählt, ergibt sich eine elektrische Phasenverschiebung α von ca. 15° zwischen den zwei elektrisch getrennten Drehstromsystemen.In the case where m1 is m2 equal to 2 and n1 is equal to n2 equal to 2, an electrical phase shift α of 0 ° occurs between the two 30-phase systems. If m1 equal to m2 equal to 3 and n1 equal to n2 equal to 1, there is an electrical phase shift α of about 15 ° between the two electrically separate three-phase systems.
In Figur 4 und 5 sind einfache Wicklungen dargestellt. Bei einer einfachen 35 Wicklung verlaufen die sich den Wicklungsabschnitten in der Nut anschließenden Wickelkopfverbindungen in eine Umfangsrichtung des Ständers 16, beziehungsweise im Wesentlichen in eine Umfangsrichtung. Es gibt aber keine Einschränkung die Erfindung auch für verteilte Wicklungen einzusetzen. Bei einer verteilten Wicklung verlaufen die sich den Wicklungsabschnitten in der Nut anschließenden Wickelkopfverbindungen im Wesentlichen gleich verteilt in beide Umfangsrichtungen und bilden die Wickelköpfe. Die verteilte Wicklung ist vorteilhaft, da durch die Symmetrie der Wickelkopfverbindungen in beide Umfangsrichtungen eine homogenere Wi ekel köpf Struktur entsteht und somit das Strömungsgeräusch reduziert wird.In Figures 4 and 5 simple windings are shown. In a simple 35 winding extending the winding sections in the groove subsequent winding head connections in a circumferential direction of the stator 16, or substantially in a circumferential direction. But there is no restriction to use the invention for distributed windings. In a distributed winding, the winding head connections following the winding sections in the groove run essentially equally distributed in both circumferential directions and form the winding heads. The distributed winding is advantageous because the symmetry of the winding head compounds in both circumferential directions a more homogeneous Wi disgusting structure is formed and thus the flow noise is reduced.
Figur 4 zeigt ein Wickelschema für eine einfache Wellenwicklung.FIG. 4 shows a winding diagram for a simple wave winding.
Figur 5 zeigt ein Wickelschema für eine einfache Schleifenwicklung.FIG. 5 shows a winding diagram for a simple loop winding.
Die Figur 6 zeigt eine Vektordarstellung der induzierten Spannungen für eine Sternanordnung nach Figur 2. Das erste Drehstromsystem, das in Figur 2 durch die Wicklungsstränge 70, 71 , 72 gebildet ist, ist durch die Spannungsvektoren 80, 81 , 82 der Wicklungsstränge 70, 71 , 72 dargestellt. Entsprechend sind auch die Spannungsvektoren der Wicklungsunterstränge 80.1 , 80.2, 81.1 , 81.2, 82.1 , 82.2 dargestellt. Das zweite Drehstromsystem, das in Figur 2 durch dieFIG. 6 shows a vector representation of the induced voltages for a star arrangement according to FIG. 2. The first three-phase current system, which is formed in FIG. 2 by the winding strands 70, 71, 72, is represented by the voltage vectors 80, 81, 82 of the winding strands 70, 71, 72 is shown. Accordingly, the voltage vectors of the winding sub-strings 80.1, 80.2, 81.1, 81.2, 82.1, 82.2 are shown. The second three-phase system, which in FIG
Wicklungsstränge 73, 74, 75 gebildet ist, ist durch die Spannungsvektoren der Wicklungsstränge 83, 84, 85 dargestellt. Entsprechend sind auch die Spannungsvektoren der Wicklungsunterstränge 83.1 , 83.2, 84.1 , 84.2, 85.1 , 85.2 dargestellt. Es gilt analog zur Beschreibung für Figur 2, dass die Spannungsvektoren 80.1 zu 80.2, 81.1 zu 81.2, 82.1 zu 82.2, 83.1 zu 83.2, 84.1 zu 84.2 und 85.1 zu 85.2 eine Phasenverschiebung von elektrisch 30° aufweist. Die Phasenverschiebung der beiden Drehstromsysteme α ergibt sich aus dem Winkel zwischen den Spannungsvektoren 80, 83, bzw. den Spannungsvektoren 81 und 84, bzw. den Spannungsvektoren 82, 85. Die Spannungsvektoren der Spannungen 80, 81 , 82 haben eine elektrische Phasenverschiebung von 120° gegeneinander. Die Spannungsvektoren der Spannungen 83, 84, 85 haben eine elektrische Phasenverschiebung von 120° gegeneinander.Winding strands 73, 74, 75 is formed, is represented by the voltage vectors of the winding strands 83, 84, 85. Accordingly, the voltage vectors of the winding sub-strands 83.1, 83.2, 84.1, 84.2, 85.1, 85.2 are shown. It applies analogously to the description for FIG. 2 that the voltage vectors 80.1 to 80.2, 81.1 to 81.2, 82.1 to 82.2, 83.1 to 83.2, 84.1 to 84.2 and 85.1 to 85.2 have a phase shift of 30 ° electrically. The phase shift of the two three-phase systems α results from the angle between the voltage vectors 80, 83, or the voltage vectors 81 and 84, and the voltage vectors 82, 85. The voltage vectors of the voltages 80, 81, 82 have an electrical phase shift of 120 ° up to today. The voltage vectors of the voltages 83, 84, 85 have an electrical phase shift of 120 ° to each other.
Die Höhe der induzierten Spannungen hängt von der Drahtzahl m und n der Stränge in den Nuten ab. Die Polzahl der elektrischen Maschine 10 kann insbesondere zwischen zehn und achtzehn liegen. Die Wicklungsanordnung kann insbesondere eine Einlochwicklungsanordnung sein, d.h. die Nutzahl entspricht dem Produkt aus Phasenzahl (Anzahl der Phasen) und Polzahl, beziehungsweise dem Produkt aus der Anzahl der Wicklungsstränge und Polzahl. The magnitude of the induced stresses depends on the wire number m and n of the strands in the slots. The number of poles of the electric machine 10 may in particular be between ten and eighteen. The winding arrangement can in particular be a single-hole winding arrangement, ie the number of slots corresponds to the product of the number of phases (number of phases) and number of poles, or the product of the number of winding phases and number of poles.

Claims

Ansprüche claims
1. Elektrische Maschine, insbesondere elektrisch erregter Klauenpolgenerator (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Ständer (16), mit einer Ständerwicklung (18), die zumindest zwei Wicklungsstränge (70,71 ,72; 73,74,75) mit jeweils zumindest zwei Wicklungsuntersträngen (70.1 ,70.2; 71.1 ,71.2; 72.1 ,72.2; 73.1 ,73.2; 74.1 ,74.2; 75.1 ,75.2) aufweist, wobei die zumindest zwei Wicklungsunterstränge (70.1 ,70.2; 71.1 ,71.2; 72.1 ,72.2; 73.1 ,73.2; 74.1 ,74.2; 75.1 ,75.2) eines Wicklungsstrangs (70,71 ,72; 73,74,75) zueinander elektrisch versetzt sind und die zumindest zwei Wicklungsunterstränge (70.1 ,70.2; 71.1 ,71.2; 72.1 ,72.2; 73.1 ,73.2; 74.1 ,74.2; 75.1 ,75.2) eines Wicklungsstranges (70,71 ,72; 73,74,75) jeweils zu mindestens einem der Wicklungsunterstränge (70.1 ,70.2; 71.1 ,71.2; 72.1 ,72.2; 73.1 ,73.2; 74.1 ,74.2; 75.1 ,75.2) des anderen Wicklungsstranges (70,71 ,72; 73,74,75) elektrisch phasengleich angeordnet sind.An electric machine, in particular an electrically excited claw-pole generator (10) for a motor vehicle, comprising a stator (16) with a stator winding (18) having at least two winding strands (70, 71, 72, 73, 74, 75), each with at least two winding sub-strands (70.1, 70.2, 71.1, 71.2, 72.1, 72.2, 73.1, 73.2, 74.1, 74.2, 75.1, 75.2), the at least two winding sub-strands (70.1, 70.2, 71.1, 71.2, 72.1, 72.2, 73.1, 73.2 74.1, 74.2, 75.1, 75.2) of a winding strand (70, 71, 72, 73, 74, 75) are offset electrically relative to one another and the at least two winding sub-strands (70.1, 70.2; 71.1, 71.2; 72.1, 72.2; 73.1, 73.2; 74.1, 74.2, 75.1, 75.2) of a winding strand (70, 71, 72, 73, 74, 75) in each case to at least one of the winding sub-strands (70.1, 70.2, 71.1, 71.2, 72.1, 72.2, 73.1, 73.2, 74.1, 74.2; 75.1, 75.2) of the other winding strand (70, 71, 72, 73, 74, 75) are arranged electrically in phase.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungsvektor eines Wicklungsstrangs (70,71 ,72;73,74,75) zu einem Spannungsvektor eines anderen Wicklungsstrangs (70,71 ,72;73,74,75) elektrisch versetzt ist.2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that a voltage vector of a winding strand (70,71, 72; 73,74,75) to a voltage vector of another winding strand (70,71, 72; 73,74,75) electrically offset is.
3. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Versatz zwischen dem einen Spannungsvektor des einen Wicklungsstrangs (70,71 ,72;73,74,75) und dem Spannungsvektor des anderen Wicklungsstrangs (70,71 ,72;73,74,75) durch einen Winkel α gekennzeichnet ist, wobei der Winkel α kleiner 30°, vorzugsweise zwischen 10° und 28° ist.3. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that an electrical offset between the one voltage vector of the one winding strand (70,71, 72; 73,74,75) and the voltage vector of the other winding strand (70,71, 72; 73,74,75) is characterized by an angle α, wherein the angle α is less than 30 °, preferably between 10 ° and 28 °.
4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Wicklungsstränge4. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two winding strands
(70,71 ,72;73,74,75) zwei verschiedenen Stromsystemen angehören.(70, 71, 72, 73, 74, 75) belong to two different power systems.
5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt sechs Wicklungsstränge (70,71 ,72,73,74,75) vorhanden sind, wobei je drei Wicklungsstränge (70,71 ,72;73,74,75) je ein Drehstromsystem bilden.5. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that a total of six winding strands (70,71, 72,73,74,75) are present, each three winding strands (70,71, 72, 73,74,75) each form a three-phase system.
6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drehstromsysteme entweder in Stern-Stern oder Sechseck-Sechseck verschaltet sind.6. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the two three-phase systems are connected in either star-star or hexagon hexagon.
7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden elektrisch getrennten Drehstromsysteme mit jeweils einem Brückengleichrichter (19.1 ,19.2) verbunden sind, wobei die Brückengleichrichter (19.1 ,19.2) parallel geschaltet sind.7. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the two electrically separate three-phase systems are each connected to a bridge rectifier (19.1, 19.2), wherein the bridge rectifier (19.1, 19.2) are connected in parallel.
8. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wicklungsstränge (70,71 ,72;73,74,75) um den Winkel α versetzt sind, und deren Wicklungsunterstränge (70.1 ,70.2; 71.1 ,71.2; 72.1 ,72.2; 73.1 ,73.2; 74.1 ,74.2; 75.1 ,75.2) in zumindest zwei unmittelbar benachbarten Nuten (15) angeordnet sind, wobei die zwei Nuten (15) einem Pol zugeordnet sind.8. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that two winding strands (70,71, 72; 73,74,75) are offset by the angle α, and whose winding sub-strands (70.1, 70.2; 71.1, 71.2; 72.1, 72.2, 73.1, 73.2, 74.1, 74.2, 75.1, 75.2) are arranged in at least two immediately adjacent grooves (15), the two grooves (15) being associated with a pole.
9. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Nut (15) eine direkt benachbarte Nut (15) aufweist, in der die gleichen Wicklungsstränge (70,73;71 ,74;72,75) liegen.9. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that each groove (15) has a directly adjacent groove (15) in which the same winding strands (70,73; 71, 74; 72,75) lie.
10. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzahl dem Produkt aus Anzahl der10. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the number of slots the product of the number
Wicklungsstränge (70,71 ,72;73,74,75) und einer Polzahl eines Läufers (20) der elektrischen Maschine (10) entspricht.Winding strands (70,71, 72; 73,74,75) and a number of poles of a rotor (20) of the electrical machine (10) corresponds.
11. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (18) verteilt oder nicht verteilt ist.11. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the winding (18) is distributed or not distributed.
12. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsanordnung aus einem Wicklungsdraht gewickelt oder gesteckt ist, wobei der Wicklungsdraht eine Breite aufweist, die annähernd der Breite der Nuten (15) entspricht. 12. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the winding assembly is wound or inserted from a winding wire, wherein the winding wire has a width which corresponds approximately to the width of the grooves (15).
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