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EP3721532A1 - Multi-zahnspulenwicklung für eine 3-strängige drehfeldmaschine - Google Patents

Multi-zahnspulenwicklung für eine 3-strängige drehfeldmaschine

Info

Publication number
EP3721532A1
EP3721532A1 EP18812162.8A EP18812162A EP3721532A1 EP 3721532 A1 EP3721532 A1 EP 3721532A1 EP 18812162 A EP18812162 A EP 18812162A EP 3721532 A1 EP3721532 A1 EP 3721532A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
winding
coils
machine according
induction machine
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP18812162.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Huth
Jens Krotsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
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 Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG filed Critical Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Publication of EP3721532A1 publication Critical patent/EP3721532A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H02K3/18—Windings for salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots

Definitions

  • the invention relates to a winding arrangement for a 3-strand rotary field machine and a 3-strand rotary field machine with such a winding arrangement.
  • PM synchronous machines Inverter-fed permanent magnet synchronous machines (PM synchronous machines) are used in a large number of technical applications. For reasons of cost PM synchronous machines are increasingly running with so-called tooth coil windings.
  • the tooth coil technology simplifies the stator structure of a PM synchronous machine and also enables a segmented stator structure, so that the stator can be manufactured in modules in a kind of modular concept.
  • a disadvantage of tooth coil windings is that they form a broad air gap field spectrum which, depending on the design of the motor, can be more or less disturbing. In the prior art, different winding concepts are already known for tooth coil windings.
  • z. B. small PM synchronous motors which are field-oriented operated on the inverter and are increasingly used in the field of high-speed drives, basically in dental coil technology run.
  • tooth coil winding at low pole numbers. Since tooth coil windings are subject to conditional too If the number of pole pairs is higher, PM synchronous motors with a low number of poles (for example 2-pole or 4-pole) can only be implemented to a very limited extent for high-speed drives with the known tooth coil windings.
  • a 3-stranded motor design that can be used effectively even at low pole numbers (2-pole and 4-pole) and also has a favorable winding field spectrum.
  • a basic idea of the present invention is to provide a tooth coil winding with a specific winding scheme for three winding strands W1, W2, W3, consisting of coil groups with multiple interlaced nested coils and preferably continuously changing width, where in the sub-coils of said coil groups from the inside to the outside (without crossing the head of the sub-coils) are arranged concentrically surrounding, one or more teeth and include the same or different coil turns numbers at a substantially equal occupancy of each groove with the same effective overall cross-section per groove cross-section.
  • the coil groups are arranged diametrically symmetrical to each other and partially overlap spatially along the circumference in their arrangement in the winding layers.
  • a 3-phase induction machine is provided with a 2p-pole stator with winding teeth, formed with a Wick lungsan Aunt in dental coil technology, comprising three winding strands W1, W2, W3, wherein the winding assembly formed from wound coil groups with multiple nested coils (partial coils) with the sub-coils of the said coil groups turning from the inside to the outside. are arranged centrically enclosing and comprise two or more Wi- crochet teeth, wherein the respective coil winding numbers are provided or wound in the grooves between the winding teeth, that in each case a substantially equal occupancy of each groove with the same effective overall cross section of the coils per groove cross-section given is.
  • the coil groups do not overlap in the forehead area, d. H. without intersecting conductors, intersecting partial coils or crossing coil groups.
  • the above object can thus be achieved by a 3-stranded "multi-tooth coil winding", which also represents a distributed tooth coil winding.
  • the basic element and thus the common part of such a 3-strand multi-tooth coil winding is a q-fold tooth coil, which occupies 2 * q adjacent grooves of the stator in each case half (in the upper layer or the lower layer).
  • the number of conductors of a further outer partial coil of a coil group is greater than the number of conductors of a further inner partial coil.
  • the partial coil arrangement is always concentric.
  • the number of conductors of the partial coils decreases from the outer to the inner partial coil.
  • the Lei teriere of the coil sections decreases steadily from the outer to the inner coil section, so to speak, the decrease in the number of conductors from partial coil to partial coil in the moving surfaces decreases steps.
  • the value Zo represents a predetermined number of conductors in the said partial coil
  • DZ represents the difference between the number of conductors and the respective external or internal partial coil
  • Fig. 1 shows a zone plan with identification of the coil guide for the
  • Each winding strand W1, W2, W3 of the 3-strand multi-tooth coil winding consists, according to FIG. 2, of two multi-tooth coils which are located once in the lower layer US and once in the upper layer OS.
  • the two multi-tooth coils of a winding strand are exactly offset by a pole pitch, ie by N / 2p slot pitches (where 2p is the pole number) against each other, conditions in the mentioned embodiment by 3q Nutteilun, and are thus arranged diametrically symmetrical.
  • the winding direction and therefore the current direction of both multi-tooth coils of the winding strands W1, W2 is reversed.
  • the transition to a higher stand payload increases the winding effort, but thereby improve the upper field behavior and the Wicklungsenticarmung on the laminated core of the stator.
  • a smaller copper volume of the partial coils allows a simplification in the winding process.
  • the winding strands W1, W2, W3 of the 2-pole Drehfeldwick ment according to the figure 3 are set against each other by N / 3p slot pitches ver, which means in the embodiment 2q slot pitches.
  • the number of conductors of the partial coils T of a coil group G is then distributed as follows:
  • a non-continuous graduation of the conductor numbers can be selected.
  • the partial coils T of a multi-tooth coil winding with different Wicklungsdragt diameters can be performed.
  • the copper volume and groove filling can be increased and the effective overall conductor cross-section over all grooves still largely uniform.
  • the partial coils T of a multi-tooth coil winding with the same winding wire diameter, but from x parallel coils with x-fold Win number can be formed to raise the Nutglallgrad and unify chen.
  • FIG. 6 shows two possibilities for a conductor separation, which lead to an identical slot filling in the case of the complete 3-phase field winding in all stator slots.
  • Za denotes the higher number of conductors of the outer partial coils T and Zi the lower number of conductors of the inner partial coils T

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine 3-strängige Drehfeldmaschine mit einem 2p-poligen Ständer mit Wickelzähnen (Z), ausgebildet mit einer Wicklungsanordnung in Zahnspulentechnik umfassend drei Wicklungsstränge (W1, W2, W3), wobei die Wicklungsanordnung aus gewickelten Spulengruppen (G) mit mehrfach ineinander verschachtelten Spulen gebildet wird, wobei die Teilspulen (T) der besagten Spulengruppen (G) von innen nach außen sich konzentrisch umschließend angeordnet sind sowie zwei oder auch mehrere Wickelzähne (Z) umfassen, wobei die jeweilige Spulenwindungszahlen in den Nuten (N) zwischen den Wickelzähnen (Z) so vorgesehen ist, dass jeweils eine im Wesentlichen gleichgroßen Belegung jeder Nut (N) mit dem gleichen wirksamen Gesamtleiterquerschnitt der Spulen pro Nutquerschnitt gegeben ist.

Description

Multi-Zahnspulenwicklung für eine 3-strängige Drehfeldmaschine
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung für eine 3-strängige Drehfeld- maschine sowie eine 3-strängige Drehfeldmaschine mit einer solchen Wick- lungsanordnung.
Umrichter gespeiste permanentmagneterregte Synchronmaschinen (PM Synchronmaschinen) kommen bei einer Vielzahl von technischen Anwendungen zum Einsatz. Aus Kostengründen werden PM Synchronmaschinen zunehmend mit so genannten Zahnspulenwicklungen ausgeführt. Die Zahnspulentechnik vereinfacht den Ständeraufbau einer PM-Synchronmaschine und ermöglicht zudem einen segmentierten Ständeraufbau, so dass der Ständer modulweise in einer Art Baukastenkonzept gefertigt werden kann. Nachteilig bei Zahnspulen- wicklungen ist es, dass diese ein breites Luftspaltfeldspektrum ausbilden, das je nach Motordesign mehr oder weniger störend sein kann. Im Stand der Technik sind zu Zahnspulenwicklungen bereits unterschiedliche Wicklungskonzepte bekannt. Die Druckschrift US 20120228981 A1 setzt sich die Reduzierung einer Subharmonischen in Bezug auf die Arbeitsfeldwelle zur Aufgabe und schlägt als Lösung eine Mehrschichtwicklung, bestehend aus mindestens zwei Spulenseiten pro Nut, vor, wobei die Leiterzahl der Spulensei- ten in einer ersten Nut von der Leiterzahl der Spulenseiten in einer zweiten Nut verschieden ist, wobei die Spulen als Zahnspulen ausgeführt werden.
In der Druckschrift US 20120001512 A1 wir ein Stator mit einer doppelten An zahl von Nuten gegenüber dem Stand der Technik vorgeschlagen. Die Spulen umschließen dabei jeweils zwei Zähne. Die Spulen sind gekennzeichnet durch unterschiedliche Windungszahlen bei gleicher Spulenweite.
Auch die Druckschrift US 20140035425 A1 beschäftigt sich mit der Reduzie- rung von unerwünschten Oberfeldern durch eine kostengünstig herstellbare Wicklung. Es wird eine Mehrschicht-Zahnspulenwicklung vorgeschlagen, wobei die einzelnen Spulen eines Stranges unterschiedliche Windungszahlen aufwei sen und die Zähne eine unterschiedliche Anzahl von Zahnspulen tragen. Auch diese Wicklungstopologie ist für kleine Polzahlen nicht zielführend.
Bei sogenannten AC-Line-Start-Motoren besteht die Notwendigkeit der Line- Start-Funktionalität, wobei sich das breite Luftspaltfeldspektrum der Zahnspu- lenwicklungen störend auswirkt, da durch die hieraus resultierenden Oberwel- lendrehmomente der Hochlauf der Line-Start-Motoren insgesamt gestört bis unterbunden wird. Käfigläufermotoren und PM-Line-Start-Motoren sind daher mit den im Stand der Technik bekannten Zahnspulenwicklungen somit nicht sinnvoll ausführbar.
Dahingegen lassen sich z. B. kleine PM Synchronmotoren, die feldorientiert am Umrichter betrieben werden und zunehmend im Bereich der Hochdrehzahlan- triebe zum Einsatz kommen, grundsätzlich in Zahnspulentechnik ausführen.
Ein weiteres grundsätzliches Problem besteht in der Nutzung der Zahnspulen- wicklung bei niedrigen Polzahlen. Da Zahnspulenwicklungen Prinzip bedingt zu höheren Polpaarzahlen tendieren, lassen sich PM Synchronmotoren mit niedri ger Polzahl (z. B. 2-polig oder 4-polig) für Hochdrehzahlantriebe mit den bekannten Zahnspulenwicklungen nur sehr beschränkt realisieren.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine Wicklungstopologie in der Ausprägung einer Zahnspulenwicklung für eine 3-strängige Drehfeldmaschine, wie z. B. eine 3-strängige n Motorausführung vorzuschlagen, die auch bei niedrigen Polzahlen (2-polig und 4-polig) wirkungsvoll einsetzbar ist und zudem ein günstiges Wicklungsfeld- spektrum besitzt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zahnspulen wicklung mit einem spezifischen Wicklungsschema für drei Wicklungsstränge W1 , W2, W3 vorzusehen, bestehend aus Spulengruppen mit mehrfach ineinan der verschachtelten Spulen und vorzugsweise sich stetig ändernder Weite, wo bei die Teilspulen der besagten Spulengruppen von innen nach außen (ohne Überkreuzung der Leiter der Teilspulen) sich konzentrisch umschließend ange ordnet sind, einen oder auch mehrere Zähne umfassen sowie gleiche oder unterschiedliche Spulenwindungszahlen aufweisen bei einer im Wesentlichen gleichgroßen Belegung jeder Nut mit dem gleichen wirksamen Gesamtleiter querschnitt pro Nutquerschnitt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Spulengruppen diametral symmetrisch zueinander angeordnet sind und sich räumlich entlang des Umfangs in ihrer Anordnung in den Wicklungslagen teilweise überdecken.
Erfindungsgemäß ist demnach eine 3-strängige Drehfeldmaschine mit einem 2p-poligen Ständer mit Wickelzähnen vorgesehen, ausgebildet mit einer Wick lungsanordnung in Zahnspulentechnik, umfassend drei Wicklungsstränge W1 , W2, W3, wobei die Wicklungsanordnung aus gewickelten Spulengruppen mit mehrfach ineinander verschachtelten Spulen (Teilspulen) gebildet wird, wobei die Teilspulen der besagten Spulengruppen sich von innen nach außen kon- zentrisch umschließend angeordnet sind sowie zwei oder auch mehrere Wi- ckelzähne umfassen, wobei die jeweiligen Spulenwindungszahlen in den Nuten zwischen den Wickelzähnen so vorgesehen bzw. gewickelt sind, dass jeweils eine im Wesentlichen gleichgroße Belegung jeder Nut mit dem gleichen wirk samen Gesamtleiterquerschnitt der Spulen pro Nutquerschnitt gegeben ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn sich die Spulengruppen im Stirnbereich nicht überlappen, d. h. ohne sich kreuzende Leiter, kreuzende Teilspulen oder kreu- zende Spulengruppen ausgeführt sind.
Die genannte Aufgabe kann somit durch eine 3-strängige„Multi-Zahnspulen wicklung“ gelöst werden, die auch eine verteilte Zahnspulenwicklung darstellt. Das Grundelement und damit das Gleichteil einer solchen 3-strängigen Multi- Zahnspulenwicklung ist eine q-fache Zahnspule, die 2*q benachbarte Nuten des Ständers jeweils zur Hälfte (in der Oberschicht oder der Unterschicht) belegt. Der Faktor q ist dabei vorzugsweise q = 2, 3 oder 4.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist demnach vorgesehen, dass jeweils benachbarte Wickelzähne bzw. Nuten des Ständers, zu einem Teil mit einem Wicklungsstrang, nämlich entweder in der Oberschicht oder der Un- terschicht bewickelt sind.
Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, dass die Leiterzahl einer weiter außenliegenden Teilspule einer Spulengruppe größer ist als die Leiterzahl einer weiter innenliegenden Teilspule. Die Teilspulenanordnung ist stets konzentrisch.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leiterzahl der Teilspulen von der äußeren zur inneren Teilspule hin, abnimmt. In einer dabei besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Lei terzahl der Teilspulen von der äußeren zur inneren Teilspule hin stetig abnimmt, sozusagen die Abnahme der Leiterzahl von Teilspule zu Teilspule in den glei chen Schritten abnimmt.
Eine für die Praxis besonders geeignete Ausgestaltung sieht vor, dass mit q = 3 genau 3 Teilspulen um die entsprechende Multi-Zahnspule gewickelt sind und die Anzahl der Leiter der Teilspulen einer Multi-Zahnspule wie folgt verteilt sind: a. die äußerste Teilspule (T) : Zo Leiter + DZ Leiter b. die mittlere Teilspule (T) : Zo Leiter
c. die innere Teilspule (T) : Zo Leiter - DZ Leiter
Dabei stellt der Wert Zo eine vorbestimmte Anzahl an Leitern in der besagten Teilspule dar, während DZ die Differenz der Leiterzahl zu der jeweils außenlie- genden bzw. innenliegenden Teilspule.
Andere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher darge stellt.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Zonenplan mit Kennzeichnung der Spulenführung für die
Fälle q= 2, 3 und 4,
Fig. 2 einen Strang-Zonenplan einer 2-poligen, 3-strängigen Zahnspu- lenwicklung für die Fälle q = 2, 3 und 4,
Fig. 3 einen Zonenplan einer 2-poligen, 3-strängigen Zahnspulen- wicklung für den Fall q = 4,
Fig. 4 einen Zonenplan mit unterschiedlichen Leiterzahlen für eine Multi-
Zahnspule mit q = 3,
Fig. 5 eine alternative Ausführung eines Zonenplans zur Fig. 4 mit unter schiedlichen Leiterzahlen für eine Multi-Zahnspule mit q = 3,
Fig. 6 zwei Zonenpläne mit unterschiedlichen Leiterzahlen für eine Multi-
Zahnspule mit q = 4 und
Fig. 7 einen Zonenplan einer 2-poligen, 3-strängigen Zahnspulen- Wicklung für eine Multi-Zahnspule mit q = 4 mit einer abnehmen den Leiterzahl aber identischen Nutfüllung.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Figuren 1 bis 7 näher be schrieben, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle oder funktiona le Merkmale hinweisen. Die Figur 1 zeigt einen Zonenplan mit Kennzeichnung der Spulenführung für die Fälle q= 2, 3 und 4 (wobei x und * die jeweilige Wick lungsrichtung bzw. Bestromungsrichtung angibt).
Ein 2-poliger, 3-strängiger Drehfeldständer mit Multi-Zahnspulenwicklung um fasst genau N = 3 x 2q = 6q Nuten N, was im Falle der in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiele bedeutet, bei q = 2 (12 Nuten), bei q = 3 (18 Nuten) und bei q = 4 (24 Nuten). Jeder Wicklungsstrang W1 , W2, W3 der 3-strängigen Mul- ti-Zahnspulenwicklung besteht dabei entsprechend der Figur 2 aus zwei Multi- Zahnspulen, die sich einmal in der Unterschicht US und einmal in der Ober schicht OS befinden.. Die zwei Multi-Zahnspulen eines Wicklungsstranges sind genau um eine Polteilung, also um N/2p Nutteilungen (wobei 2p die Polzahl ist) gegeneinander versetzt, im genannten Ausführungsbeispiel um 3q Nutteilun gen, und sind dadurch diametral symmetrisch angeordnet. Die Wickelrichtung und demzufolge die Stromrichtung beider Multi-Zahnspulen der Wicklungs stränge W1 , W2 ist jedoch umgekehrt. Der Übergang auf eine höhere Ständer nutzahl erhöht zwar den Wicklungsaufwand, jedoch verbessern sich dadurch das Oberfeldverhalten und die Wicklungsentwärmung über das Blechpaket des Ständers. Ferner ermöglicht ein geringeres Kupfervolumen der Teilspulen eine Vereinfachung beim Wickelprozess.
Die Fig. 2 zeigt einen Strang-Zonenplan einer 2-poligen, 3-strängigen Zahnspu lenwicklung für die Fälle q = 2, 3 und 4, wobei beispielhaft der Wicklungsstrang W1 gezeigt ist. Die Wicklungsstränge W1 , W2, W3 der 2-poligen Drehfeldwick lung entsprechend der Figur 3 sind gegeneinander um N/3p Nutteilungen ver setzt, was in dem Ausführungsbeispiel 2q Nutteilungen bedeutet. In der Figur 3 ist der Zonenplan einer 2-poligen, 3-strängigen Zahnspulenwicklung für den Fall q = 4 dargestellt. Sofern eine höherpolige Drehfeidwicklung benötigt wird, so lässt sich dies einfach dadurch realisieren, dass der in der Figur 3 gezeigte Zonenplan entsprechend der gewünschten Polpaarzahl multipliziert wird, bei einer 4-poligen Wick lung also verdoppelt wird.
Betrachtet man nun das Luftspaltfeldspektrum für die Ausführungsform einer 3- strängigen Multi-Zahnspulenwicklung, so wird ein Luftspaltfeldspektrum mit den folgenden Ordnungszahlen erregt: v/p :1 + 6*g mit g = 0, ±1 , ±2, ±3, ±4, ...
Sofern man den Nutschlitz als vernachlässigbar betrachtet, ergeben sich betragsmäßig genau q unterschiedliche Wicklungsfaktoren, die sich, wie in nach folgender Tabelle für q- 2, 3 und 4 dargestellt, zyklisch wiederholen.
Es ist auch möglich, die q konzentrischen Teilspulen T einer Multi-Zahnspule, die nach Figur 1 ein sich wiederholendes Gleichteil darstellen, mit unterschiedli chen Leiterzahlen auszuführen, um das Luftspaltfeldspektrum weiter zu verbes- sern. Es ist dabei sinnvoll, wenn die unterschiedlichen Leiterzahlen der Teilspu- len T jeweils so gewählt werden, dass sich bei allen Nuten trotzdem eine gleich hohe Nutfüllung einstellt.
Um den Grundfeld-Wicklungsfakor zu erhöhen, ist es notwendig, die Leiterzah- len der q konzentrischen Teilspulen T einer Multi-Zahnspule so zu staffeln, dass die Leiterzahlen von der äußeren Teilspule T hin zur inneren Teilspule T stetig d. h. gleichmäßig abfällt. Dieser Wicklungszustand ist in der Figur 4 dargestellt. Die Figur 4 zeigt hierzu einen Zonenplan mit unterschiedlichen Leiterzahlen für eine Multi-Zahnspule mit q = 3.
Die Figur 4 zeigt demnach einen für die Praxis besonders relevante Ausfüh rungsform, nämlich den Fall mit q = 3. Es ergibt sich für alle Nuten N der kom- pletten 3-strängigen Drehfeldwicklung eine gleich hohe Nutfüllung, wenn fol gende Staffelung der Leiterzahlen verwendet wird.
Die Anzahl der Leiter der Teilspulen T einer Spulengruppe G ist dann wie folgt verteilt:
a. die äußerste Teilspule T : Zo Leiter + D Z Leiter
b. die mittlere Teilspule T : Zo Leiter
c. die innere Teilspule T : Zo Leiter - D Z Leiter.
In einer alternativen Ausführungsform kann auch eine nicht stetige Staffelung der Leiterzahlen gewählt werden. Figur 5 zeigt hierzu eine alternative Ausfüh rung eines Zonenplans mit unterschiedlichen Leiterzahlen für eine Multi- Zahnspule mit q = 3. Es bleibt die resultierende Drehfeldwicklung weiterhin symmetrisch, aber die Ständernuten weisen keine einheitliche Nutfüllung auf.
Für diesen Fall nicht einheitlicher Nutfüllungen durch ungleiche Leiterzahlen, können die Teilspulen T einer Multi-Zahnspulenwicklung mit unterschiedlichen Wicklungsdragt-Durchmessern ausgeführt werden. Hierdurch lassen sich das Kupfervolumen sowie die Nutfüllung steigern und der effektive Gesamtleiter querschnitt über alle Nuten dennoch weitgehend einheitlich gestalten.
In einer besonders vorteilhaften (nicht dargestellten) Ausführungsform können die Teilspulen T einer Multi-Zahnspulenwicklung mit gleichen Wickeldraht durchmessern, jedoch aus x parallel geschalteten Spulen mit x-facher Win dungszahl gebildet werden, um den Nutfüllgrad anzuheben und zu vereinheitli chen. Im unteren Leistungsbereich ist bei 2-poligen Drehfeldmaschinen auch der Fall q = 4 von hoher praktischer Relevanz. In der Figur 6 sind zwei Möglichkeiten für eine Leiterstaffelung dargestellt, die bei der kompletten 3-strängigen Drehfeldwicklung bei allen Ständernuten zu einer identischen Nutfüllung führen.
Die Figur 7 zeigt je einen Zonenplan einer 2-poligen, 3-strängigen Zahnspulen- wicklung für eine Multi-Zahnspule mit q = 4 mit einer abnehmenden Leiterzahl aber identischen Nutfüllung, wobei in der oberen Ansicht eine stetige Reduzie- rung der Leiterzahl erfolgt, während in der unteren Ansicht ein Zonenplan mit einer quasi-stetigen Abnahme der Leiterzahl dargstellt ist.
Eine quasi-stetig abnehmende Leiterzahl, bei der nur zwei unterschiedliche Lei- terzahlen Verwendung finden, ist immer dann realisierbar, wenn q durch 2 ganzzahlig teilbar ist, also für q = 2, 4, 6, ...
Wird mit Za die höhere Leiterzahl der äußeren Teilspulen T und mit Zi die ge- ringere Leiterzahl der inneren Teilspulen T bezeichnet, so kann eine Aufteilung der Leiterzahlen in einem Verhältnis von Zi/Za mit einem Wert von etwa 0,73 gewählt werden, bei dem die Wicklungsfaktoren der 5. und 7. Ordnung zu Null gebracht werden und der Grundfeldwicklungsfaktor gleichzeitig gesteigert wer- den kann, wie es die nachfolgende Tabelle für den Fall q = 4 verdeutlicht.
Durch eine weitere Reduzierung des Verhältnisses von Zi/Za lässt sich der Grundfeldwicklungsfaktor weiter steigern. Für ein Verhältnis von etwa 0,53 er- hält man Wicklungsfaktoren für die Oberfelder der 5. und 7. Ordnung entspre- chend dem Fall Zi/Za = 1. Der Grundfeldwicklungsfaktor kann weiter auf den Wert von 0,5480 gesteigert werden. Das entspricht einer Steigerung um rund 15 % im Vergleich zur Aufteilung Zi/Za = 1. Die nachfolgende Tabelle verdeut- licht das wieder am Beispiel q = 4.

Claims

Ansprüche
1. Drehfeldmaschine mit einem 2p~poligen Ständer mit Wickelzähnen (Z), ausgebildet mit einer Wicklungsanordnung in Zahnspulentechnik umfassend drei Wicklungsstränge (W1 , W2, W3), wobei die Wicklungsanord- nung aus gewickelten Spulengruppen (G) mit mehrfach ineinander ver- schachtelten Spulen gebildet wird, wobei die Teilspulen (T) der besagten Spulengruppen (G) von innen nach außen sich konzentrisch umschlie ßend angeordnet sind sowie zwei oder auch mehrere Wickelzähne (Z) umfassen, wobei die jeweilige Spulenwindungszahlen in den Nuten (N) zwischen den Wickelzähnen (Z) so vorgesehen sind, dass jeweils eine im Wesentlichen gleichgroßen Belegung jeder Nut (N) mit dem gleichen wirksamen Gesamtleiterquerschnitt der Spulen pro Nutquerschnitt gege- ben ist.
2. 3-strängige Drehfeldmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich net, dass die Wicklungsanordnung so ausgebildet ist, dass sich die Spu- lengruppen im Stirnbereich der Wickelköpfe der Spulen nicht überlappen und ohne sich kreuzende Teilspulen (T) oder Spulengruppen (G) gewi ckelt sind.
3. 3-strängige Drehfeldmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Spulen eine sich ändernde, vorzugsweise stetig ändernde Weite aufweisen.
4. 3-strängige Drehfeldmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprü chen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen der Spulengruppen (G) diametral symmetrisch zueinander angeordnet sind und sich räumlich entlang des Umfangs in den Wicklungslagen zumindest teilweise über decken.
5. 3-strängige Drehfeldmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Spulengruppe (G) eine q- fache Zahnspule vorgesehen ist, die 2*q benachbarte Nuten des Stän ders jeweils zur Hälfte mit der Wicklung eines Wicklungsstrangs (W1 , W2; W3) belegt, wobei q = 2, 3 oder 4 ist.
6. 3-strängige Drehfeldmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprü chen, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils benachbarten Wickelzähne (Z) bzw. Nuten (N) des Ständers, die zu einem Teil mit einem Wicklungsstrang (W1 , W2; W3) bewickelt sind, entweder in der Oberschicht (OS) oder der Unterschicht (US) bewickelt sind.
7. 3-strängige Drehfeldmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprü chen, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterzahl einer weiter außen liegenden Teilspulen (T) einer Spulengruppe (G) höher ist, als die Leiter- zahl der von dieser weiter außenliegenden Teilspule konzentrisch um fassten inneren Teilspule (T).
8. 3-strängige Drehfeldmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich- net, dass die Leiterzahl der Teilspulen (T) von der äußeren zur inneren Teilspule (T) hin abnimmt.
9. 3-strängige Drehfeldmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Leiterzahl der Teilspulen (T) von der äußeren zur inneren Teilspule hin stetig abnimmt.
10.3-strängige Drehfeldmaschine nach Anspruch 5 und einem der Ansprü- che 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei q = 3 die Anzahl der Lei ter der Teilspulen (T) einer Spulengruppe (G) wie folgt verteilt ist: a. die äußerste Teilspule (T) : Zo Leiter + D Z Leiter b. die mittlere Teilspule (T) : Zo Leiter
c die innere Teilspule (T) : Zo Leiter - D Z Leiter.
EP18812162.8A 2017-12-05 2018-12-03 Multi-zahnspulenwicklung für eine 3-strängige drehfeldmaschine Pending EP3721532A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017128832.5A DE102017128832A1 (de) 2017-12-05 2017-12-05 Multi-Zahnspulenwicklung für eine 3-strängige Drehfeldmaschine
PCT/EP2018/083374 WO2019110523A1 (de) 2017-12-05 2018-12-03 Multi-zahnspulenwicklung für eine 3-strängige drehfeldmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3721532A1 true EP3721532A1 (de) 2020-10-14

Family

ID=64572376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18812162.8A Pending EP3721532A1 (de) 2017-12-05 2018-12-03 Multi-zahnspulenwicklung für eine 3-strängige drehfeldmaschine

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11791683B2 (de)
EP (1) EP3721532A1 (de)
CN (1) CN208707501U (de)
DE (1) DE102017128832A1 (de)
WO (1) WO2019110523A1 (de)

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