WO2010078913A2 - Three-phase electric motor - Google Patents
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Abstract
The invention relates to a three-phase electric motor with a stator made up of stator segments, wherein each stator segment is provided with a winding and the windings are connected to give a star with three continuously wound windings. According to the invention, a three-phase electric motor can be produced, the windings of which have high reliability and high vibration resistance and are compact, efficient and can be economically produced. The above is achieved by means of a winding path divided into preferably two parallel coil groups 2a1 - 2a2, 2b1 - 2b2, 2c1 - 2c2, the coil groups 2a1 - 2a2, 2b1 - 2b2, 2c1 -2c2 are formed from several adjacent stator segment coils (3), the coil groups 2a1 - 2a2, 2b1 - 2b2, 2c1 - 2c2 of the three phases are arranged in sequence series and the second coil group 2a2, 2b2, 2c2 is wired parallel to the first coil group 2a1, 2b1, 2c1 with negative polarity.
Description
Dreiphasige elektrische Maschine Three-phase electrical machine
B E S C H R E I B U N GDESCRIPTION
Die Erfindung betrifft eine dreiphasige elektrische Maschine mit einem aus Statorsegmenten aufgebauten Stator, wobei jedes Statorsegment mit einer Wicklung versehen ist und wobei die Wicklungen zu einem Stern mit drei durchgehend gewickelten Wicklungssträngen verschaltet sind.The invention relates to a three-phase electrical machine with a stator constructed of stator, wherein each stator is provided with a winding and wherein the windings are connected to a star with three continuously wound winding strands.
Eine derartige elektrische Maschine ist aus der WO 2006/069841 A1 bekannt. Diese Maschine weist einen Stator auf, dessen Statorpaket über seinen Umfang gleichmäßig verteilte Statorsegmente (Statorzähne) mit einer mehrphasigen Einzelzahnbewicklung aufweist, wobei jede Phase einen Wicklungsstrang aufweist, der aus mehreren Einzelzahnspulen besteht, die durchgehend gewickelt sind. Dabei sind die Anfänge und Enden dieser Einzelzahnspulen jeweils über ein gemeinsames, mehreren Einzelzahnspulen zugeordnetes Kontaktteil geführt und dort mit diesem elektrisch verbunden.Such an electrical machine is known from WO 2006/069841 A1. This machine has a stator whose stator core has uniformly distributed stator segments (stator teeth) with multi-phase single tooth winding over its circumference, each phase having a winding strand consisting of several individual toothed coils wound continuously. The beginnings and ends of these single-tooth coils are each guided via a common, a plurality of single-tooth coils associated contact part and there electrically connected thereto.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dreiphasige elektrische Maschine bereitzustellen, die bzw. deren Wicklung eine hohe Zuverlässigkeit und Rüttelfestigkeit bei hoher Kompaktheit, Effizienz und wirtschaftlicher Herstellbarkeit aufweist.The invention has for its object to provide a three-phase electrical machine, or the winding has a high reliability and vibration resistance with high compactness, efficiency and economic manufacturability.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Wicklungsstrang in vorzugsweise zwei parallel geschalteten Spulengruppen aufgeteilt ist, dass die Spulengruppen aus mehreren nebeneinander liegenden Statorsegmentspulen gebildet sind, dass die Spulengruppen der drei Phasen in sequentieller Reihenfolge nebeneinander angeordnet sind und dass die jeweils zweite Spulengruppe parallel zu der ersten Spulengruppe geschaltet ist und ein negatives Vorzeichen aufweist. Die so aufgebaute Statorwicklung eines
Wicklungsstranges weist nur zwei Drahtenden auf. Das heißt, dass es im Wickelkopf nur ein Minimum an Drahtenden gibt, die sich unter Umständen beim Betrieb der Maschine aus einer Kontaktierung lösen können. Damit besitzt die Verschaltung das Maximum an erreichbarer Zuverlässigkeit und Rüttelfestigkeit. Dabei wurde zudem festgestellt, dass die so aufgebaute Statorwicklung sich dämpfend auf radiale Schwingungen des Rotors auswirkt, was sich positiv auf das Laufverhalten des Antriebsstrangs auswirkt. Mit der so aufgebauten und zu einem Stern verschalteten Maschine wird zudem ein gegenüber einer entsprechend im Dreieck verschalteten Maschine verbesserter Wirkungsgrad erreicht.This object is achieved in that a winding strand is divided into preferably two parallel coil groups, that the coil groups are formed of a plurality of adjacent stator segment coils, that the coil groups of the three phases are arranged side by side in sequential order and that the respective second coil group parallel to the first coil group is connected and has a negative sign. The thus constructed stator winding of a Winding strand has only two wire ends. This means that there are only a minimum of wire ends in the winding head, which may possibly come loose from a contact during operation of the machine. Thus, the interconnection has the maximum achievable reliability and vibration resistance. It was also found that the stator winding thus constructed has a damping effect on radial vibrations of the rotor, which has a positive effect on the running behavior of the drive train. With the thus constructed and interconnected to a star machine also a relation to a correspondingly connected in a triangle machine improved efficiency is achieved.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Wicklungsstränge in sequentieller Folge in einer Drehrichtung durchgewickelt. Dadurch wird neben der erreichten höheren Zuverlässigkeit erreicht, dass die Wechselbewegungen für die sonst erforderlichen Zwischenkontaktierungen wegfallen. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Wickelzeit sich um bis zu 10 % gegenüber einer im Dreieck geschalteten Maschine reduzieren lässt.In a further development of the invention, the winding strands are wound through in a sequential sequence in one direction of rotation. As a result, in addition to the achieved higher reliability is achieved that the exchange movements for the otherwise required intermediate contacts omitted. This in turn means that the winding time can be reduced by up to 10% compared to a delta-connected machine.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung verlaufen drei die Spulengruppen auf der Nichteinspeisungsseite parallel schaltende und verbindende Gruppenverbinder im Wickelkopf parallel. Dadurch wird wiederum in weiterer Ausgestaltung ermöglicht, dass die Gruppenverbinder mit einem einzigen Kontaktierungsprozess kurzgeschlossen werden können und somit die Sternschaltung realisiert werden kann. Dies trägt auch zu einer hohen Be- triebssicherheit bei.In a further embodiment of the invention run three coil groups on the non-feed side parallel switching and connecting group connector in the winding head in parallel. This in turn allows in a further embodiment that the group connector can be short-circuited with a single contacting process and thus the star connection can be realized. This also contributes to a high level of operational safety.
In Weiterbildung der Erfindung weist die elektrische Maschine n-mal sechs Statorsegmente auf, wobei "n" eine ganzzahlige Ziffer ist. Damit lässt sich das Wicklungskonzept im Minimum mit sechs Statorsegmenten realisieren, wobei insbesondere in Abhängigkeit der Größe der Maschine auch zwölf, achtzehn oder mehr Statorsegmente realisierbar sind.In a further development of the invention, the electric machine has n times six stator segments, where "n" is an integer digit. Thus, the winding concept can be realized in the minimum with six stator segments, in particular, depending on the size of the machine and twelve, eighteen or more stator segments can be realized.
Es wurde festgestellt, dass sich mit der beschriebenen Wicklung ein Statorsektor mit geringen Spannungsbelastungen definieren lässt. Vorzugsweise
wird dieser bei einer Maschine mit horizontal liegender Achse so definiert, dass der Statorsektor nach unten zu liegen kommt. Dadurch ist die Maschine robust gegen Schwitz- und gegebenenfalls eindringendes Fremdwasser.It has been found that the described winding can be used to define a stator sector with low stress loads. Preferably this is defined on a machine with a horizontal axis so that the stator sector comes to lie down. This makes the machine robust against sweat and possibly penetrating extraneous water.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in der einzigen Fig. dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments of the invention are described in the drawings, in which an illustrated in the single FIG embodiment of the invention is described in more detail.
In der Zeichnung sind in einer abgewickelten Darstellung insgesamt 18 Statorsegmente 1 eines Stators einer dreiphasigen elektrischen Maschine dargestellt. Die Statorsegmente 1 sind bei der gebauten Maschine in einem zylinderförmigen Statorsegmentgehäuse angeordnet und weisen mit dem jeweils freien Ende des Statorsegments 1 zu der Mittelachse des Statorsegmentgehäuses. Diese Achse bildet gleichzeitig die Motorwelle eines Rotors mit gleichmäßig am Umfang verteilt angeordneten Permanentmagneten, die mit den Statorsegmenten 1 zusammenwirken. Beim Betrieb der elektrischen Maschine wird die Motorwelle in Drehbewegung versetzt. Die so aufgebaute elektrische Maschine eignet sich besonders vorteilhaft in Verbindung mit einer selbstzündenden Brennkraftmaschine zur Darstellung eines Hybridantriebs zur Anwendung in Maschinen oder Geräten. Hierbei ist eine hohe Zuverlässigkeit und Rüttelfestigkeit der elektrischen Maschine erforderlich, was durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung erreicht wird. Um die beim Dauerbetrieb dieser elektrischen Maschine auftretenden thermischen Belastungen zu reduzieren ist es vorgesehen, das Statorgehäuse mit einem umlaufenden Kühlmantel zu versehen, der mit einer Kühlflüssigkeit beschickt wird. Dabei kann dieser Kühlflüssigkeitskreislauf vorteilhaft mit dem Kühlflüssigkeitskreislauf der Brennkraftmaschine verschaltet werden.In the drawing, a total of 18 stator segments 1 of a stator of a three-phase electric machine are shown in a developed view. The stator segments 1 are arranged in the machine constructed in a cylindrical stator segment housing and point with the respective free end of the stator 1 to the central axis of the stator housing. This axis simultaneously forms the motor shaft of a rotor with permanent magnets evenly distributed around the circumference, which interact with the stator segments 1. During operation of the electric machine, the motor shaft is set in rotary motion. The electric machine thus constructed is particularly advantageous in connection with a self-igniting internal combustion engine for the representation of a hybrid drive for use in machines or devices. Here, a high reliability and vibration resistance of the electrical machine is required, which is achieved by the inventive design. In order to reduce the thermal loads occurring during continuous operation of this electric machine, it is provided to provide the stator housing with a circumferential cooling jacket, which is charged with a cooling liquid. In this case, this cooling liquid circuit can be advantageously connected to the cooling liquid circuit of the internal combustion engine.
In dem Ausführungsbeispiel sind jeweils eine Spulengruppe 2a-ι, 2b1 ( 2ci, 2a2> 2b2, 2c2 aus drei nebeneinander liegenden Statorsegmentspulen 3 gebildet. Die jeweils zu der ersten Spulengruppe 2aτ parallel geschaltete zweite Spulengruppe 2a2 weist ein negatives Vorzeichen auf, was durch eine zu der ersten Spulengruppe entgegengesetzten Wicklungsrichtung
erreicht wird. In der Zeichnung sind im Übrigen immer jeweils zwei Wicklungen einer Statorsegmentspule 3 um ein Statorsegment 1 dargestellt. Es versteht sich aber von selbst, dass hier bei der ausgeführten elektrischen Maschine eine Vielzahl von entsprechenden Wicklungen vorgesehen ist.In the embodiment, each of a group of coils 2a-ι, 2b 1 (2ci, 2a 2> 2b 2 formed 2c 2 from three adjacent Statorsegmentspulen. 3 The respective to the first coil group 2aτ parallel second coil group 2a 2, has a negative sign What by a direction opposite to the first coil group winding direction is reached. Incidentally, two windings of a stator segment coil 3 are always shown around a stator segment 1 in the drawing. It goes without saying, however, that a plurality of corresponding windings is provided here in the executed electrical machine.
Die einzelnen Spulengruppen 2ai - 2a2) 2bτ - 2b2) 2C1 - 2c2 sind über Gruppenverbinder 4a, 4b, 4c miteinander verbunden, wobei die Gruppenverbinder 4a, 4b, 4c auf der Nichteinspeiseseite über eine in einem einzelnen Kontaktierungsprozess hergestellte Kurzschlussverbindung 5 zu einer Sternschaltung verbunden sind.The individual coil groups 2ai - 2a 2) 2bτ - 2b 2) 2C 1 - 2 c 2 through group connectors 4a, 4b, 4c connected to each other, wherein the group connector 4a, 4b, 4c at the Nichteinspeiseseite was constructed in a single contacting process shorting connection 5 connected to a star connection.
Auf der anschlussseitigen Seite sind die Kabelenden der einzelnen Spulengruppen paarweise zusammengeführt an eine entsprechende Spannungsversorgung angeschlossen.
On the connection side, the cable ends of the individual coil groups are connected together in pairs to a corresponding voltage supply.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Statorsegment
1 stator segment
2a2, 2b2, 2c2 Spulengruppe2a 2 , 2b 2 , 2c 2 coil group
3 Statorsegmentspule3 stator segment coil
4, 4b, 4c Gruppenverbinder4, 4b, 4c group connector
5 Kurzschlussverbindung
5 short-circuit connection
Claims
1. Dreiphasige elektrische Maschine mit einem aus Statorsegmenten aufgebauten Stator, wobei jedes Statorsegment mit einer Wicklung versehen ist und wobei die Wicklungen zu einem Stern mit drei durchgehend gewickelten Wicklungssträngen verschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wicklungsstrang in vorzugsweise zwei parallel geschaltete Spulengruppen (2a-ι - 2a2, 2^ - 2b2, 2C1 - 2c2) aufgeteilt ist, dass die Spulengruppen (2a! - 2a2, 2^ - 2b2, 2C1 - 2c2) aus mehreren nebeneinander liegenden Statorsegmentspulen (3) gebildet sind, dass die Spulengruppen ^a1 - 2a2, 2b-ι - 2b2, 2C1 - 2c2) der drei Phasen in se- quentieller Reihenfolge nebeneinander angeordnet sind und dass die jeweilige zweite Spulengruppe (2a2, 2b2, 2c2) parallel zu der ersten Spulengruppe (2a-ι, 2b!, 2C1) geschaltet ist und ein negatives Vorzeichen aufweist.1. Three-phase electric machine with a stator constructed of stator, each stator is provided with a winding and wherein the windings are connected to a star with three continuously wound winding strands, characterized in that a winding strand in preferably two parallel-connected coil groups (2a) ι - 2a 2 , 2 ^ - 2b 2 , 2C 1 - 2c 2 ) is divided, that the coil groups (2a ! - 2a 2 , 2 ^ - 2b 2 , 2C 1 - 2c 2 ) of several juxtaposed Statorsegmentspulen (3) are formed, that the coil groups ^ a 1 - 2a 2 , 2b-ι - 2b 2 , 2C 1 - 2c 2 ) of the three phases are arranged side by side in sequential order and that the respective second coil group (2a 2 , 2b 2 , 2c 2 ) parallel to the first coil group (2a-ι, 2b !, 2C 1 ) is connected and has a negative sign.
2. Dreiphasige elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsstränge in sequentieller Folge in einer Drehrichtung durchgewickelt sind.2. Three-phase electric machine according to claim 1, characterized in that the winding strands are wound in a sequential sequence in one direction of rotation.
3. Dreiphasige elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei die Spulengruppen (2a! - 2a2, 2^ - 2b2, 2C1 - 2c2) auf der Nichteinspeisungsseite parallel schaltende und verbindende Gruppenverbinder (4a, 4b, 4c) im Wickelkopf parallel verlaufen.3. Three-phase electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that three the coil groups (2a ! - 2a 2 , 2 ^ - 2b 2 , 2C 1 - 2c 2 ) on the non-feed side parallel switching and connecting group connector (4a, 4b, 4c) run parallel in the winding head.
4. Dreiphasige elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppenverbinder (4a, 4b, 4c) mit einem einzigen Kontaktierungsprozess kurzgeschlossen sind. 4. Three-phase electric machine according to claim 3, characterized in that the group connectors (4a, 4b, 4c) are short-circuited with a single contacting process.
5. Dreiphasige elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine n-mal 6 Stator- segmente (1 ) aufweist, wobei n eine ganzzahlige Ziffer ist. 5. Three-phase electric machine according to one of the preceding claims, characterized in that the electric machine has n times 6 stator segments (1), where n is an integer digit.
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