Stand der TechnikState of the art
Die
Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, insbesondere
auf eine Drehstrommaschine mit einer mehrphasigen Ständerwicklung nach
der Gattung des Anspruchs 1.The
The invention relates to an electrical machine, in particular
on a three-phase machine with a polyphase stator winding after
the genus of claim 1.
Bei
Wechselstrom- bzw. Drehstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge
werden vorwiegend elektrische Maschinen mit einem durch Gleichstrom
erregten Rotor in Gestalt eines Klauenpolläufers eingesetzt,
um das Gleichstrom-Bordnetz des jeweiligen Kraftfahrzeugs auch im
Leerlauf des Antriebsmotors ausreichend versorgen zu können.
Neben zahlreichen anderen Anforderungen an den Generator ist auch
das so genannte Magnetgeräusch des Generators zu dämpfen,
welches insbesondere im unteren Drehzahlbereich der Maschine störend
wahrnehmbar ist. Zur Unterdrückung der Magnetgeräusche
ist es bekannt, an der Dreiphasen-Ständerwicklung des Generators
die einzelnen Wicklungsstränge so aufzuteilen, dass sie
zum Teil in die Nuten des benachbarten Wicklungsstranges eingesetzt
werden. Durch diese Maßnahmen sinkt jedoch die Leistungsabgabe des
Generators und es steigen die Verluste. Aufgrund der Welligkeit
des abgegebenen Gleichstromes können außerdem
in den Kabelsträngen der Fahrzeuge Schwingungsgeräusche
in bestimmten Drehzahlbereichen des Antriebsmotors auftreten.at
AC or alternators for motor vehicles
are mainly electrical machines with a direct current
excited rotor used in the form of a claw-pole runner,
to the DC electrical system of the respective motor vehicle in the
To provide sufficient idling of the drive motor can.
In addition to numerous other generator requirements is also
to dampen the so-called magnetic noise of the generator,
which disturbs especially in the lower speed range of the machine
is perceptible. For suppression of magnetic noise
It is known at the three-phase stator winding of the generator
divide the individual winding strands so that they
partly inserted into the grooves of the adjacent winding strand
become. These measures, however, reduce the power output of the
Generators and it increases the losses. Because of the ripple
of the DC output can also
in the cable harnesses of the vehicles vibration noises
occur in certain speed ranges of the drive motor.
Es
ist ferner bekannt, den Drehstromgenerator mit einem Sechsphasen-System
auszurüsten, um die Frequenz der Gleichrichtung zu verdoppeln
und damit die Welligkeit des über eine Gleichrichter-Baueinheit
einem Akkumulator des Kraftfahrzeug-Bordnetzes zugeführten
Gleichstromes zu verringern. Dabei ist es aus der EP 0 454 039 B1 (6)
bekannt, die Ständerwicklung eines Drehstromgenerators
aus zwei Wicklungssystem mit je drei zueinander in einer Sternschaltung
verbundenen Wicklungssträngen auszubilden. Die Wicklungsstränge
sind in der Sternschaltung jeweils 120° elektrisch zueinander
versetzt. Die zwei Wicklungssysteme sind zueinander um etwa 30° elektrisch
versetzt. Die hierbei auftretenden Magnetgeräusche der
Maschine sind jedoch insbesondere im unteren Drehzahlbereich unzureichend
gedämpft. Nachteilig ist dabei ferner die immer noch große
Spannungs- und Drehmomentenwelligkeit derartiger Maschinen, was
insbesondere für leistungsstarke Maschinen sowohl im Generator – als auch
im Motorbetrieb gilt.It is also known to equip the three-phase generator with a six-phase system to double the frequency of rectification and thus to reduce the ripple of a rectifier unit to a battery of the motor vehicle electrical system supplied direct current. It is from the EP 0 454 039 B1 ( 6 ) known to form the stator winding of an alternator of two winding system, each with three connected to each other in a star connection winding strands. The phase windings are each offset by 120 ° in the star circuit to each other. The two winding systems are offset from one another by about 30 °. However, the magnetic noise of the machine occurring here are insufficiently damped, especially in the lower speed range. Another disadvantage is the still large voltage and torque ripple of such machines, which is especially true for powerful machines both in the generator - and in engine operation.
Schließlich
ist es aus der DE
102 09 054 A1 bekannt, zur Bedämpfung der Magnetgeräusche
und zur Verringerung der Stromwelligkeit einer Kraftfahrzeug-Lichtmaschine
eine siebenphasige Ständerwicklung zu verwenden und deren
sieben in den Nuten eines Ständerblechpaketes nebeneinander
liegenden Phasenstränge zu einem Stern zu verschalten oder
zu einem Heptagon in Reihe zu schalten. Solche Lösungen
haben zwar gegenüber sechsphasigen Systemen eine geringere
Stromwelligkeit und geringere Magnetgeräusche; diese sind
jedoch im unteren Drehzahlbereich noch immer unzureichend bedampft.
Außerdem ist dort der Anstieg der Leistungskennlinie der
Maschine zu gering, da in Kraftfahrzeugen oftmals gerade im Leerlaufbereich
der Brennkraftmaschine ein hoher Leistungsbedarf im Bordnetz besteht.Finally it is off the DE 102 09 054 A1 known to use for damping the magnetic noise and to reduce the current ripple of a motor vehicle alternator, a seven-phase stator winding and interconnect their seven in the slots of a stator core adjacent phase strands to a star or to connect a heptagon in series. Although such solutions have less current ripple and magnetic noise than six-phase systems; However, these are still insufficient steamed in the lower speed range. In addition, there is the increase in the performance curve of the machine is too low, since in motor vehicles, especially in the idle range of the internal combustion engine, a high power requirement in the electrical system.
Mit
der vorliegenden Lösung wird nunmehr angestrebt, im unteren
Drehzahlbereich der elektrischen Maschine sowohl die Magnetgeräusche
stärker zu bedampfen als auch die elektrische Leistung zu
verbessern.With
The present solution is now sought, in the lower
Speed range of the electric machine both the magnetic noise
to vaporize more as well as the electric power too
improve.
Zeichnungendrawings
Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden beispielhaft anhand
der Figuren näher erläutert. Es zeigen:Further
Details of the invention will be described below by way of example
the figures explained in more detail. Show it:
1 einen
Längsschnitt durch einen Wechselstromgenerator, 1 a longitudinal section through an alternator,
2 ein
Schaltbild eines Wechsel- bzw. Drehstromgenerators mit erfindungsgemäßer
Ständerwicklung und Gleichrichter-Baueinheit, 2 a circuit diagram of an AC or three-phase generator with inventive stator winding and rectifier assembly,
3 und 4, 5 und 6, 7 und 8, 9 und 10 verschiedene
Ausführungsbeispiele von Wicklungen, 3 and 4 . 5 and 6 . 7 and 8th . 9 and 10 various embodiments of windings,
11a und 11b eine
Einzelheit in zwei Ansichten. 11a and 11b a detail in two views.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In 1 ist
ein Querschnitt durch eine elektrische Maschine 10, hier
in der Ausführung als Generator bzw. Wechsel-, insbesondere
Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge, dargestellt. Diese
elektrische Maschine 10 weist u. a. 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 sogenannten Stator 16 auf,
der einerseits aus einem im Wesentlichen kreisringförmigen
Ständereisen 17 besteht, und in dessen nach radial
innen gerichtete, sich axial erstreckende Nuten eine Ständerwicklung 18 eingelegt
ist. Dieser ringförmige Stator 16 umgibt mit seiner
radial nach innen gerichteten genuteten Oberfläche einen
Rotor 20, der als Klauenpolläufer bzw. Klauenpolrotor
ausgebildet ist. Der Rotor 20 besteht u. a. aus zwei Klauenpolplatinen 22 und 23,
an deren Außenumfang jeweils sich in axialer Richtung erstreckende
Klauenpolfinger 24 und 25 angeordnet sind. Beide
Klauenpolplatinen 22 und 23 sind im Rotor 20 derart
angeordnet, dass deren sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger 24 bzw. 25 am
Umfang des Rotors 20 einander abwechseln. Es ergeben sich
dadurch magnetisch erforderliche Zwischenräume zwischen
den gegensinnig magnetisierten Klauenpolfingern 24 und 25,
die als Klauenpolzwischenräume bezeichnet werden. Der Rotor 20 ist
mittels einer Welle 27 und je einem auf je einer Rotorseite
befindlichen Wälzlager 28 in den jeweiligen Lagerschilden 13.1 bzw. 13.2 drehbar
gelagert.In 1 is a cross section through an electric machine 10 , shown here in the embodiment as a generator or alternator, in particular three-phase generator for motor vehicles. This electric machine 10 has, inter alia, a two-part housing 13 on, that from a first bearing shield 13.1 and a second end shield 13.2 consists. The bearing plate 13.1 and the bearing plate 13.2 take in a so-called stator 16 on, on the one hand from a substantially circular stator iron 17 and in its radially inwardly directed, axially extending grooves a stator winding 18 is inserted. This annular stator 16 surrounds with its radially inwardly directed grooved surface a rotor 20 formed as a claw pole rotor or claw pole rotor. The rotor 20 consists inter alia of two claw pole boards 22 and 23 , At the outer periphery in each case extending in the axial direction Klauenpolfinger 24 and 25 are arranged. Both claw pole boards 22 and 23 are in the rotor 20 arranged such that their claw-pole fingers extending in the axial direction 24 respectively. 25 on the circumference of the rotor 20 alternate each other. This results in magnetically required spaces between the oppositely magnetized Klauenpolfingern 24 and 25 , which are referred to as Klauenpolzwischenräume. The rotor 20 is by means of a wave 27 and one each located on one rotor side bearings 28 in the respective bearing shields 13.1 respectively. 13.2 rotatably mounted.
Der
Rotor 20 weist insgesamt zwei axiale Stirnflächen
auf, an denen jeweils ein Lüfter 30 befestigt
ist. Dieser Lüfter 30 besteht im Wesentlichen aus
einem plattenförmigen bzw. scheibenförmigen Abschnitt,
von dem Lüfterschaufeln 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 der elektrischen Maschine 10 und
dem Innenraum der elektrischen Maschine 10 zu ermöglichen.
Dazu sind die Öffnungen 40 im Wesentlichen 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 nach
radial außen beschleunigt, so dass diese durch den kühlluftdurchlässigen
Wicklungsüberhang 45 hindurchtreten kann. Durch
diesen Effekt wird der Wicklungsüberhang 45 gekühlt.
Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch den Wicklungsüberhang 45 bzw.
nach dem Umströmen dieses Wicklungsüberhangs 45 einen
Weg nach radial außen, durch hier in dieser 1 nicht
dargestellte Öffnungen.The rotor 20 has a total of two axial end faces, on each of which a fan 30 is attached. This fan 30 consists essentially of a plate-shaped or disc-shaped portion, run from the fan blades in a known manner. These fans 30 serve to over openings 40 in the bearing shields 13.1 and 13.2 an air exchange between the outside of the electric machine 10 and the interior of the electric machine 10 to enable. These are the openings 40 essentially at the axial ends of the end shields 13.1 and 13.2 provided by means of the fan 30 Cooling air in the interior of the electric machine 10 is sucked in. This cooling air is generated by the rotation of the fan 30 accelerated radially outwards, so that they through the cool air-permeable winding overhang 45 can pass through. This effect turns the winding overhang 45 cooled. The cooling air takes after passing through the winding overhang 45 or after the flow around this winding overhang 45 a way radially outward, through here in this 1 not shown openings.
In 1 auf
der rechten Seite befindet sich eine Schutzkappe 47, die
verschiedene Bauteile vor Umgebungseinflüssen schützt.
So deckt diese Schutzkappe 47 beispielsweise eine sogenannte Schleifringbaugruppe 49 ab,
die dazu dient, eine Erregerwicklung 51 mit Erregerstrom
zu versorgen. 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,
die dazu dient, im Lagerschild 13.2 angeordnete Minusdioden 58 und
hier in dieser Darstellung nicht gezeigte Plusdioden im Kühlkörper 53 miteinander zu
verbinden und somit eine an sich bekannte Brückenschaltung
darzustellen.In 1 on the right side there is a protective cap 47 , which protects various components against environmental influences. So cover this cap 47 For example, a so-called slip ring assembly 49 which serves, a field winding 51 supply with excitation current. To this slip ring assembly 49 around is a heat sink 53 arranged, which acts here as plus heat sink. As a so-called negative heat sink, the bearing plate acts 13.2 , Between the end shield 13.2 and the heat sink 53 is a connection plate 56 arranged, which serves, in the bearing plate 13.2 arranged negative diodes 58 and here in this illustration not shown plus diodes in the heat sink 53 to connect with each other and thus represent a known bridge circuit.
2 zeigt
in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße
elektrische Maschine 10 zur Versorgung des Bordnetzes von
Kraftfahrzeugen. Die Erregerwicklung 13 wird über
einen Regler 14 vom Gleichstromausgang einer Gleichrichter-Baueinheit 15 versorgt,
der gemeinsam mit dem Regler 14 am nicht dargestellten
hinteren Lagerschild des Generators befestigt und mit diesem fest
verschaltet ist. Je nach Anzahl und Verschaltung der Phasenstränge der
Ständerwicklung 18 wird dabei im Betrieb des Generators
am Ausgang der Gleichrichter-Baueinheit 15 eine mehr oder
weniger wellige Gleichspannung an das nicht dargestellte Fahrzeug-Bordnetz abgegeben,
in dem die Plus- und Minus-Anschlussklemmen 60 bzw. 63 der
Gleichrichter-Baueinheit 15 unmittelbar mit einer Akkumulatorbatterie
des Fahrzeugs verbunden werden. 2 shows a schematic representation of the electrical machine according to the invention 10 for the supply of the electrical system of motor vehicles. The excitation winding 13 is via a regulator 14 from the DC output of a rectifier unit 15 supplied, in common with the regulator 14 attached to the rear end shield of the generator, not shown, and connected to this fixed. Depending on the number and interconnection of the phase strands of the stator winding 18 is doing during operation of the generator at the output of the rectifier unit 15 a more or less wavy DC voltage delivered to the vehicle electrical system, not shown, in which the plus and minus terminals 60 respectively. 63 the rectifier unit 15 be directly connected to an accumulator battery of the vehicle.
Durch
die üblicherweise bei derartigen Maschinen verwendeten
Lüfter 30 werden mit zunehmender Drehzahl Lüftergeräusche
induziert, denen je nach Art und Verschaltung der Ständerwicklung 18,
die im Zusammenwirken mit dem Klauenpolläufer 12 von
der Ständerwicklung 18 verursachten Magnetgeräusche überlagert
sind. Diese Magnetgeräusche treten insbesondere im unteren
Drehzahlbereich auf, so dass sie als besonders störend
empfunden werden.By the fans commonly used in such machines 30 Fan noise is induced with increasing speed, depending on the type and wiring of the stator winding 18 , in cooperation with the clawpoll runner 12 from the stator winding 18 caused magnetic noise are superimposed. These magnetic noises occur in particular in the lower speed range, so that they are perceived as particularly disturbing.
Um
die Magnetgeräusche der elektrischen Maschine möglichst
stark zu dämpfen und deren Spannungs- und Drehmomentwelligkeit
zu verringern, ist die Ständerwicklung 18 des
Drehstromgenerators 10 mit insgesamt sieben Phasensträngen
P1 bis P7 versehen. Alle sieben Phasenstränge sind bezüglich
ihrer Spulen- und Windungszahl gleich groß und miteinander
mit dem gleichen elektrischen Winkel α verschaltet. Im
Ausführungsbeispiel nach 2 sind die
Phasenstränge P1 bis P7 derart miteinander in Reihe geschaltet,
dass bei der Reihenschaltung jeweils ein elektrisch nachfolgender
Phasenstrang übersprungen wird. Dadurch ergibt sich gemäß 2,
dass die Phasenstränge P1 bis P7 in der Phasenfolge P1-P3-P5-P7-P2-P4-P6
in Reihe geschaltet sind. Auf diese Weise sind alle Phasenstränge
P1 bis P7 in einem elektrischen Winkel α von 3/7·180° = 540°/7
= 77, 14° miteinander verschaltet. Bei Generatoren mit
unterschiedlich großer Zahnteilung ihres Ständerblechpaketes
können folglich die sieben Phasenstränge auch
nicht mit gleichem elektrischen Winkel α miteinander verschaltet
werden.To dampen the magnetic noise of the electric machine as much as possible and to reduce their voltage and torque ripple, is the stator winding 18 of the alternator 10 provided with a total of seven phase strands P1 to P7. All seven phase strands are equal in terms of their coil and number of turns and interconnected with the same electrical angle α. In the embodiment according to 2 the phase strands P1 to P7 are connected in series with each other in such a way that in the series connection in each case an electrically subsequent phase strand is skipped. This results according to 2 in that the phase strings P1 to P7 are connected in series in the phase sequence P1-P3-P5-P7-P2-P4-P6. In this way, all phase strands P1 to P7 are interconnected at an electrical angle α of 3/7 × 180 ° = 540 ° / 7 = 77.14 °. In the case of generators having differently sized tooth pitches of their stator core, the seven phase phases can consequently not be connected to one another with the same electrical angle α.
Aus 2 ist
ferner erkennbar, dass die Verbindungen zwischen den Phasensträngen
P1 bis P7 jeweils zu einer von sieben Gleichrichterbrücken
B1 bis B7 der Gleichrichter-Baueinheit 15 herausgeführt sind.
Die Gleichrichterbrücken B1 bis B7 sind dabei in an sich
bekannter Weise mittels jeweils zwei Dioden zu einer Zweiweg-Gleichrichter-Baueinheit 15 verschaltet.
Die Verschaltung der Phasenstränge P1 bis P7 erfolgt dabei
zweckmäßigerweise am hinteren Wickelkopf der Maschine,
in dessen Bereich in bekannter Weise auch die Gleichrichter-Baueinheit 15 angeordnet
ist. Dabei ist vorgesehen, dass von den Verbindungen zwischen den
Phasensträngen P1 bis P7 jeweils nur ein Anschluss 1e bis 7e (Stranganschluss)
zu einer der sieben Gleichrichterbrücken B1 bis B7 geführt
ist.Out 2 Furthermore, it can be seen that the connections between the phase strings P1 to P7 each lead to one of seven rectifier bridges B1 to B7 of the rectifier unit 15 led out. The rectifier bridges B1 to B7 are in a conventional manner by means of two diodes to a two-way rectifier unit 15 connected. The interconnection of the phase strands P1 to P7 takes place expediently at the rear end winding of the machine, in the area in a known manner, the rectifier assembly 15 is arranged. It is provided that of the connections between the phase strands P1 to P7 in each case only one connection 1e to 7e (Strand connection) to one of the seven rectifier bridges B1 is guided to B7.
3 zeigt
in schematischer Weise ein Wickelschema einer siebenphasigen Ständerwicklung 18,
wobei die sieben Phasenstränge P1 bis P7 in Form einer
Wellenwicklung in die Nuten eines nicht dargestellten Ständerblechpaketes
eingesetzt sind. Im vorliegenden Beispielsfall hat die Maschine
einen vierpoligen Rotor 20. Jeder Phasenstrang P1 bis P7 ist
in mehreren Wellen in die Nuten N1 bis N28 eingefügt, so
dass sich für jeden Phasenstrang P1 bis P7 jeweils eine
aus mehreren Windungen bestehende Spule ergibt. Die Anfänge
der Phasenstränge P1 bis P7 sind dort mit 1a bis 7a und
die Enden mit 1e bis 7e bezeichnet. Der Wickelschritt
dieser als Wellenwicklung ausgeführten Phasenstränge
P1 bis P7 beträgt sieben Nuten. Die Enden 1e bis 7e der Wicklungsstränge
P1 bis P7 bilden hier jeweils die Verbindungen zu dem Spulenanfang
des nachfolgend dazu in Reihe geschalteten Phasenstranges. Da auch
hier bei der Reihenschaltung der Phasenstränge P1 bis P7
der jeweils elektrisch folgende Spulenstrang zur Erzielung einer
optimalen Bedämpfung des Magnetgeräusches und
der Welligkeit übersprungen wird, erfolgt auch hier die
Reihenschaltung der Spulenstränge in gleicher Weise wie
im Ausführungsbeispiel nach 2. Das Ende 1e des
ersten Wicklungsstranges P1 wird mit dem Wicklungsanfang 3a des
Phasenstranges P3 verschaltet, dessen Ende 3e wird mit dem
Anfang 5a des Phasenstranges P5 verschaltet, dessen Ende 5e wird
mit dem Anfang 7a des Phasenstranges P7 verschaltet, dessen
Ende 7e wird mit dem Anfang 2a des Phasenstranges
P2 verschaltet, dessen Ende 2e wird mit dem Anfang 4a des
Phasenstranges P4 verschaltet, dessen Ende 4e wird mit dem
Anfang 6a des Phasenstranges P6 verschaltet und dessen
Ende 6e wird schließlich mit dem Anfang 1a des
ersten Phasenstranges P1 verschaltet, 4. Alle
sieben Verbindungen liegen auf ein und derselben Seite am hinteren
Wickelkopf der Ständerwicklung 11a, wobei die
Anfänge 1e bis 7e der Phasenstränge
P1 bis P7 zum Anschluss einer Gleichrichter-Baueinheit 15 mit
sieben Gleichrichterbrücken gemäß 1 aus
der Maschine herausgeführt sind. Das Ständeeisen
hat auch hier 28 Nuten. 3 schematically shows a winding diagram of a seven-phase stator winding 18 , wherein the seven phase strands P1 to P7 are inserted in the form of a wave winding in the grooves of a stator core, not shown. In the present example, the machine has a four-pole rotor 20 , Each phase strand P1 to P7 is inserted in several waves in the grooves N1 to N28, so that each results in a multi-turn coil for each phase phase P1 to P7. The beginnings of the phase strands P1 to P7 are there with 1a to 7a and the ends with 1e to 7e designated. The winding step of this phase winding P1 to P7 designed as a wave winding is seven slots. The ends 1e to 7e The winding strands P1 to P7 in each case form the connections to the beginning of the coil of the subsequently connected in series phase strand. Since, in the series connection of the phase strands P1 to P7, the respectively following electrical coil string is also skipped in order to achieve optimum damping of the magnetic noise and the ripple, the series connection of the coil strands takes place in the same way as in the exemplary embodiment 2 , The end 1e of the first winding strand P1 becomes the winding start 3a the phase string P3 interconnected, whose end 3e will start with 5a the phase string P5 connected, the end 5e will start with 7a the phase string P7 interconnected, the end 7e will start with 2a the phase string P2 connected, the end 2e will start with 4a the phase string P4 connected, the end 4e will start with 6a the phase string P6 connected and its end 6e will finally start 1a connected to the first phase string P1, 4 , All seven connections are on one and the same side at the rear end winding of the stator winding 11a , where the beginnings 1e to 7e the phase strands P1 to P7 for connecting a rectifier unit 15 with seven rectifier bridges according to 1 are led out of the machine. The stand iron also has 28 slots here.
In
vierzehn nebeneinander liegenden Nuten sind Stranganschlüsse 1a, 1e, 2a, 2e, 3a, 3e, 4a, 4e, 5a, 5e, 6a, 6e, 7a, 7e angeordnet.In fourteen adjacent grooves are strand connections 1a . 1e . 2a . 2e . 3a . 3e . 4a . 4e . 5a . 5e . 6a . 6e . 7a . 7e arranged.
In 5 und 6 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer siebenphasigen Ständerwicklung 18 dargestellt,
wobei die sieben Phasenstränge P1 bis P7 ebenfalls in Form
einer Wellenwicklung in die Nuten eines nicht dargestellten Ständerblechpaketes eingesetzt
sind. In diesem Beispiel ist das Ende 1e des ersten Wicklungsstranges
P1 mit mit dem Wicklungsanfang 3a des Phasenstranges P3
verschaltet, dessen Ende 3e wird mit dem Anfang 5a des
Phasenstranges P5 verschaltet, dessen Ende 5e wird mit dem
Anfang 7a des Phasenstranges P7 verschaltet, dessen Ende 7e wird
mit dem Anfang 2a des Phasenstranges P2 verschaltet, dessen
Ende 2e wird mit dem Anfang 4a des Phasenstranges
P4 verschaltet, dessen Ende 4e wird mit dem Anfang 6a des
Phasenstranges P6 verschaltet und dessen Ende 6e wird schließlich
mit dem Anfang 1a des ersten Phasenstranges P1 verschaltet, 6.
Alle sieben Verbindungen liegen auf ein und derselben Seite am hinteren
Wickelkopf der Ständerwicklung 11a, wobei die Anfänge 1a bis 7a der
Phasenstränge P1 bis P7 zum Anschluss einer Gleichrichter- Baueinheit 15 mit
sieben Gleichrichterbrücken gemäß 1 aus
der Maschine herausgeführt sind.In 5 and 6 is another embodiment of a seven-phase stator winding 18 shown, wherein the seven phase strands P1 to P7 are also used in the form of a wave winding in the grooves of a stator core, not shown. In this example is the end 1e of the first winding strand P1 with the winding beginning 3a the phase string P3 interconnected, whose end 3e will start with 5a the phase string P5 connected, the end 5e will start with 7a the phase string P7 interconnected, the end 7e will start with 2a the phase string P2 connected, the end 2e will start with 4a the phase string P4 connected, the end 4e will start with 6a the phase string P6 connected and its end 6e will finally start 1a connected to the first phase string P1, 6 , All seven connections are on one and the same side at the rear end winding of the stator winding 11a , where the beginnings 1a to 7a the phase strands P1 to P7 for connecting a rectifier unit 15 with seven rectifier bridges according to 1 are led out of the machine.
Wie
nach Vergleich mit 4 erkannt werden kann, sind
die Anfänge und Enden der Phasenstränge P2 und
P4 um zwei Polteilungen versetzt, während die Enden der
Phasenstränge P5, P6 und P7 um zwei Polteilungen versetzt
sind.How to compare with 4 can be recognized, the starts and ends of the phase strands P2 and P4 are offset by two pole pitches, while the ends of the phase strands P5, P6 and P7 are offset by two pole pitches.
In 7 und 8 ist
eine siebensträngige Schleifenwicklung dargestellt. Die
Anzahl der Windungen je Schleife kann ein beliebiges Vielfaches von
1 sein.In 7 and 8th is a seven-stranded loop winding shown. The number of turns per loop can be any multiple of one.
In
diesem Beispiel ist das Ende 1e des ersten Wicklungsstranges
P1 mit mit dem Wicklungsanfang 3a des Phasenstranges P3
verschaltet, dessen Ende 3e wird mit dem Anfang 5a des
Phasenstranges P5 verschaltet, dessen Ende 5e wird mit
dem Anfang 7a des Phasenstranges P7 verschaltet, dessen Ende 7e wird
mit dem Anfang 2a des Phasenstranges P2 verschaltet, dessen
Ende 2e wird mit dem Anfang 4a des Phasenstranges
P4 verschaltet, dessen Ende 4e wird mit dem Anfang 6a des
Phasenstranges P6 verschaltet und dessen Ende 6e wird schließlich
mit dem Anfang 1a des ersten Phasenstranges P1 verschaltet, 6.In this example is the end 1e of the first winding strand P1 with the winding beginning 3a the phase string P3 interconnected, whose end 3e will start with 5a the phase string P5 connected, the end 5e will start with 7a the phase string P7 interconnected, the end 7e will start with 2a the phase string P2 connected, the end 2e will start with 4a the phase string P4 connected, the end 4e will start with 6a the phase string P6 connected and its end 6e will finally start 1a connected to the first phase string P1, 6 ,
In 9 und 10 ist
eine weitere siebensträngige Schleifenwicklung dargestellt.
Die Anzahl der Windungen je Schleife kann ebenfalls ein beliebiges
Vielfaches von 1 sein.In 9 and 10 another seven-stranded loop winding is shown. The number of turns per loop may also be an arbitrary multiple of one.
In
diesem Beispiel ist das Ende 1e des ersten Wicklungsstranges
P1 mit mit dem Wicklungsanfang 3a des Phasenstranges P3
verschaltet, dessen Ende 3e wird mit dem Anfang 5a des
Phasenstranges P5 verschaltet, dessen Ende 5e wird mit
dem Anfang 7a des Phasenstranges P7 verschaltet, dessen Ende 7e wird
mit dem Anfang 2a des Phasenstranges P2 verschaltet, dessen
Ende 2e wird mit dem Anfang 4a des Phasenstranges
P4 verschaltet, dessen Ende 4e wird mit dem Anfang 6a des
Phasenstranges P6 verschaltet und dessen Ende 6e wird schließlich
mit dem Anfang 1a des ersten Phasenstranges P1 verschaltet, 6.In this example is the end 1e of the first winding strand P1 with the winding beginning 3a the phase string P3 interconnected, whose end 3e will start with 5a the phase string P5 connected, the end 5e will start with 7a the phase string P7 interconnected, the end 7e will start with 2a the phase string P2 connected, the end 2e will start with 4a the phase string P4 connected, the end 4e will start with 6a the phase string P6 connected and its end 6e will finally start 1a connected to the first phase string P1, 6 ,
11a und 11b zeigt
beispielhaft zwei Phasenstranganschlüsse 1e und 3a (ein
Anfang und ein Ende), die miteinander verdrillt sind und in diesem verdrillten
Bereich mittels einer Bündelungshülse 97 gebündelt
sind. Der Draht ist in diesem Bereich noch von einer Isolationsschicht 98 umgeben.
Die physischen Enden der Phasenstranganschlüsse sind abisoliert
(abisolierter Bereich 100) und dort mittels Lot 103 durch
eine Verbindungsklammer 106 (Blech) zu einer Verbindungsstelle 107 gebündelt.
Ein Gleichrichteranschluss 109 an der Verbindungsklammer 106 führt
elektrisch zum Gleichrichter. Die an der Verbindungsstelle 107 unmittelbar
miteinander verschalteten Drähte sind geradzahlig, hier
zwei. 11a and 11b shows by way of example two Pha senstranganschlüsse 1e and 3a (a beginning and an end) which are twisted together and in this twisted area by means of a bundling sleeve 97 are bundled. The wire is still in this area of an insulation layer 98 surround. The physical ends of the phase strand connections are stripped (stripped area 100 ) and there by means of solder 103 through a connection bracket 106 (Sheet metal) to a junction 107 bundled. A rectifier connection 109 at the connection bracket 106 leads electrically to the rectifier. The at the junction 107 Directly interconnected wires are even, here two.
Eine
bevorzugte Anwendung der Erfindung ergibt sich bei Drehstromgeneratoren
für Kraftfahrzeuge mit vier- bis achtzehnpoligen Klauenpolläufern und
einem reglergesteuerten Erregerstrom. Die Lösung ist jedoch
ebenso anwendbar bei elektrischen Maschinen mit permanent magnetischer
Erregung sowie bei so genannten Asynchron-Maschinen. Anstelle eines
mit einem Wickeldraht durchgewickelten Phasenstranges der Ständerwicklung
kann es bei leistungsstarken elektrischen Maschinen gegebenenfalls
zweckmäßiger sein, vorgefertigte Leiterstäbe
in die Nuten des Ständerblechpaketes einzusetzen und diese
am Wickelkopf in bekannter Technik miteinander zu verschalten. Außerdem
können die einzelnen Spulen der Phasenstränge
P sowohl miteinander in Reihe als auch zueinander parallel geschaltet
werden. Anstelle eines dicken Wickeldrahtes können auch
zwei oder mehrere parallele Wickeldrähte zu Phasensträngen
durchgewickelt werden.A
preferred application of the invention results in three-phase generators
for motor vehicles with four- to eighteen-pole claw-pole runners and
a regulator controlled excitation current. The solution is, however
also applicable to electric machines with permanent magnetic
Excitement and so-called asynchronous machines. Instead of a
with a winding wire wound phase strand of the stator winding
It can be with powerful electric machines if necessary
be more appropriate, prefabricated conductor bars
insert into the grooves of the stator core and this
on the winding head in a known technique to interconnect. Furthermore
can the individual coils of the phase strands
P connected both in series and in parallel with each other
become. Instead of a thick winding wire can also
two or more parallel winding wires to phase strings
be wound through.
Es
ist eine elektrische Maschine vorgesehen, insbesondere Wechselstrommaschine 10,
mit einem Rotor 20 und mit einer Ständerwicklung 11,
die insgesamt sieben Phasenstränge P1 bis P7 aufweist, die
mit einem zumindest etwa gleichen elektrischen Winkel α miteinander
in Reihe geschaltet sind, wobei bei der Reihenschaltung der Phasenstränge
P1 bis P7 die Phasenstränge P1 bis P7 derart zusammengeschaltet
sind, dass ein Phasenstrang P1 bis P7 in einer Nutgruppe angeordnet
ist, wobei dieser Phasenstrang P1; P2; P3; P4; P5; P6; P7 mit einem
anderen Phasenstrang P6; P7; P1; P2; P3; P4; P5 in Reihe geschaltet
ist und dieser andere Phasenstrang in einer Nutgruppe angeordnet
ist, deren Nuten von den nächstliegenden Nuten des einen
Phasenstrangs P1; P2; P3; P4; P5; P6; P7 drei Nuten beabstandet
ist.It is an electric machine provided, in particular AC machine 10 , with a rotor 20 and with a stator winding 11 , which has a total of seven phase strands P1 to P7, which are connected in series with an at least approximately equal electrical angle α, wherein in the series connection of the phase strands P1 to P7, the phase strands P1 to P7 are interconnected such that a phase strand P1 to P7 in a groove group is arranged, said phase strand P1; P2; P3; P4; P5; P6; P7 with another phase string P6; P7; P1; P2; P3; P4; P5 is connected in series and this other phase strand is arranged in a groove group whose grooves from the nearest grooves of the one phase strand P1; P2; P3; P4; P5; P6; P7 is spaced three grooves.
Der
Rotor 20 hat eine bestimmte Anzahl an Polen (Klauenpole,
bspw. 4, 6, 8, 10, 12 oder 14) und der Ständer 16 eine
siebenfache Anzahl von Nuten (28, 42, 56, 70, 84 oder 98).The rotor 20 has a certain number of poles (claw poles, eg 4, 6, 8, 10, 12 or 14) and the stand 16 a sevenfold number of grooves (28, 42, 56, 70, 84 or 98).
Innerhalb
von sieben Nutteilungen sind mindestens zwei Stranganschlüsse
verschaltet.Within
of seven groove pitches are at least two strand joints
connected.
In
vierzehn nebeneinander liegenden Nuten sind Stranganschlüsse 1a, 1e, 2a, 2e, 3a, 3e, 4a, 4e, 5a, 5e, 6a, 6e, 7a, 7e angeordnet.In fourteen adjacent grooves are strand connections 1a . 1e . 2a . 2e . 3a . 3e . 4a . 4e . 5a . 5e . 6a . 6e . 7a . 7e arranged.
Die
Stranganschlüsse (1a, 5e, 2a, 6e, 3a, 7e, 4a, 1e, 5a, 2e, 6a, 3e, 7a, 4e)
sind paarweise derart miteinander verschaltet, dass ein Paar aus
einem Stranganschluss (1a; 5e; 2a; 6e; 3a; 7e; 4a)
in der Nut an der Position n und einem Stranganschluss (6e; 3a; 7e; 4a; 1e; 5a; 2e)
in der Nut an der Position n + 3 gebildet ist, wobei n = 1, 2, 5,
7, 9 und 11 ist, wobei zusätzlich ein Paar aus einem Stranganschluss
(5e) in der Nut () an der Position n = 2 und einem Stranganschluss
(7a) in der Nut () an der Position n = 13 gebildet ist, 8.The strand connections ( 1a . 5e . 2a . 6e . 3a . 7e . 4a . 1e . 5a . 2e . 6a . 3e . 7a . 4e ) are connected in pairs in such a way that a pair of a strand connection ( 1a ; 5e ; 2a ; 6e ; 3a ; 7e ; 4a ) in the groove at the position n and a strand connection ( 6e ; 3a ; 7e ; 4a ; 1e ; 5a ; 2e ) is formed in the groove at the position n + 3, where n = 1, 2, 5, 7, 9 and 11, wherein additionally a pair of a strand connection ( 5e ) in the groove () at the position n = 2 and a strand connection ( 7a ) is formed in the groove (13) at the position n = 13, 8th ,
Zwischen
zwei miteinander verschalteten Stranganschlüssen, bspw. 1a und 6e, 8,
die drei Nutteilungen beabstandet sind, sind zwei weitere Stranganschlüsse 2a, 5e herausgeführt.
Allgemein gilt dies für die Stranganschlüsse 1a, 6e, 2a, 7e, 3a, 1e, 4a, 2e, 5a, 3e, 6a, 4e, 7a, 5e und
zwei weitere Stranganschlüsse 2a, 5e, 6e, 3a, 7e, 4a, 1e, 5a, 2e, 6a, 3e, 7a, 8.Between two interconnected strand connections, eg. 1a and 6e . 8th that are spaced three slot pitches are two more strand connections 2a . 5e led out. Generally, this applies to the strand connections 1a . 6e . 2a . 7e . 3a . 1e . 4a . 2e . 5a . 3e . 6a . 4e . 7a . 5e and two more strand connections 2a . 5e . 6e . 3a . 7e . 4a . 1e . 5a . 2e . 6a . 3e . 7a . 8th ,
Die
Phasenstränge P1 bis P7 sind derart miteinander verschaltet,
dass die ummittelbar miteinander verschalteten Phasenstränge
um elektrisch 3/7·180° beabstandet sind.The
Phase strands P1 to P7 are interconnected in such a way,
in that the phase strands which are directly interconnected with one another
electrically spaced at 3/7 x 180 °.
An
Verbindungsstellen, an denen die Phasenstränge (P1 mit
P6 und P3, P2 mit P7 und P4, P3 mit P1 und P5, P4 mit P2 und P6,
P5 mit P3 und P7, P6 mit P4 und P1, P7 mit P5 und P2) unmittelbar
miteinander verschaltet sind, ist eine gerade Anzahl an Drähten
verschaltet.At
Connection points at which the phase strands (P1 with
P6 and P3, P2 with P7 and P4, P3 with P1 and P5, P4 with P2 and P6,
P5 with P3 and P7, P6 with P4 and P1, P7 with P5 and P2) immediately
are connected to each other, is an even number of wires
connected.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
- EP 0454039
B1 [0003] EP 0454039 B1 [0003]
-
- DE 10209054 A1 [0004] - DE 10209054 A1 [0004]