DE2906862A1

DE2906862A1 - Mehrphasiger motor und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2906862A1
Application number: DE19792906862
Authority: DE
Inventors: Alan Leon Kindig
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-02-27
Filing date: 1979-02-22
Publication date: 1979-09-06
Also published as: GB2015829A; AU4357679A; JPS54124201A; IT7920043A0; IT1110634B; FR2418564A1

Description

Mehrphasiger Motor und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf mehrphasige Wechselstrommaschinen und insbesondere auf einen gewickelten Stator für derartige Maschinen mit konzentrischen Phasenwicklungen, die sich bestimmte Statornuten teilen, und weiterhin auf ein Verfahren zum Herstellen der Phaoenwicklungen für einen derartigen Stator einer mehrphasigen Maschine.

Mehrphasige dynamoelektrische Maschinen und insbesondere dreiphasige Maschinen, wie beispielsweise dreiphasige Motoren oder Generatoren, sind allgemein bekannt. Derartige Motoren werden beispielsweiae häufig als Induktionsmotoren mit einem Käfigläufer-I¹OtOr verwendet, der in einem'bewickelten Stator drehbar gelagert ist. Bei einer derartigen Maschine weist der Stator einen Magnetkern mit zahlreichen Nuten auf, in denen die Statorwicklungen angeordnet sind. Die Statorwicklungen sind häufig als Schleifenwicklung ausgeführt, wobei jede Statornut einen Seitenabsohnitt von jeweils zwei verschiedenen Spulen enthält, wobei der eine dieser Seitenabschnitte an der Unterseite der Nut nahe dem Statorjoch und der andere Wicklungsabschnitt anschließend in der Nut angeordnet wird, so daß er näher an der Statorböhrung liegt. Um eine Maschine mit guter Symmetrie zu erhalten, ist von einer gegebenen Statorwicklung die eine Spulenseite in der Unterseite angeordnet, während ihr anderer Seitenabschnitt an der Oberseite einer Nut angeordnet ist, so daß bei der gesamten Wicklungsanordnung diese Spulen in symmetrischer Weise eingeschichtet sind. Während eine derartige Schleifenwicklung für gut symmetrierte BetriebsCharakteristiken sorgt, so ist die Wicklung nicht einfach mit der Maschine zu wickeln und einzusetzen, da von jeder Spule die eine Spulenseite in die Unterseite einer Nut einzusetzen ist und anschließend der andere Seitenabschnitt von jeder Spule in einer anderen Nut auf dem ersten Seitenabschnitt von einer der anderen Spulen angeordnet wird.

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Um Vorteile aus den Techniken für das maschinelle Wickeln von Spulen zu ziehen, entweder direkt in die Statornuten oder durch Verwendung getrennter Wicklungsmaschinen, die die Spulen herstellen die anschließend in die Statornuten eingesetzt werden, sind bisher mehrere sogenannte konzentrische Wickeltechniken für mehrphasige Maschinen entwickelt worden.

Aus Wirtschaftlichkeitsgründen kann der gleiche Statorkern, wie er für EJnphasen-Induktionsmotoren verwendet wird, zur Fertigung beispielsweise eines dreiphasigen Induktionsmotors mit konzentrischen Wicklungen verwendet werden. Um eine gute Nutfüllung und deshalb einen hohen Wirkungsgrad mit einer derartigen Kombination zu erhalten, teilen sich häufig Spulen verschiedener Phasenwicklungen eine oder mehrere Nuten in dem Statorkern. Weiterhin ist die jenige Spule, die sich in einer gegebenen Nut radial am weitesten innen befindet (d. h. näher an der Bohrung), häufig auch die radial innerste Spule in ihrer anderen Nut, und deshalb, hat diese Phasenwicklungsspule eine kleinere Nutstreureaktanz als die Phasenspulen, die beispielsweise in der Unterseite von jeweils zwei Nuten angeordnet sind, oder die Phaseruspule, die in der oberen Schicht der e'nen Nut und der unteren oder radial äußersten Schicht einer anderen Nut angeordnet sein kann. Es entsteht eine elektrische Unsymmetrie, die das Leistungsvermögen senkt, eine unsymetrische Last auf der dreiphasigen Leitung hervorruft oder Anlaß zu anderen Problemen gibt.

Die bei konzentrischen Wicklungsanordnungen auftretende Unsymmetrie ist bereits erkannt und beispielsweise in den US-Patentschriften 2 796 543, 2 9^7 894 und 3 439 205 beschrieben. Es sind verschiedene Techniken entwickelt worden, wie beispielsweise das Verändern der Windungszahl in verschiedenen Spulen und Verändern der Spulenweite, um die Probleme der Phasenstromunsymmetrie auf ein Minimum zu reduzieren, wobei für eine gleiche Nutfüllung für eine optimale Ausnutzung des magnetischen Materials und des Kupfers gesorgt wurde.

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Andere Probleme ergeben sich bei dem "Versuch, möglichst viel Leitermaterial in den Statornuten unterzubringen, um den Wirkungsgrad der dynamoelektrischen Maschine möglichst groß zu machen, und unter diesen tritt das physikalische Problem hervor, die innersten, d. h. die der Bohrung am nächsten liegenden, Wicklungsabschnitte in Nuten zu drücken, die bereits eine wesentliche Anzahl von Windungen enthalten. Während größere Spulen häufig leichter zu bilden und in einen geräumigen Nutbereich einzusetzen sind, sind sie nach dem Einsetzen entsprechend schwieriger auszubilden. Ein Beispiel dieser Schwierigkeit würde die Wickelkopf ausbildung von Spulen sein nach dem Anordnen in dem Stator, was häufig mechanisch gemacht wird, indem der Stator über einer Kugel oder einem sogenannten Bullet angeordnet wird, oder was auch elektromechanisch durchgeführt werden kann.

Diese verschiedenen, widerstrebenden Überlegungen haben häufig Konstruktionskompromisse zur Folge, wozu beispielsweise das Wickeln der dritten oder innersten Phasenwicklung aus Leitern aus einem anderen Material als. für die zwei anderen Phasenwicklungen und auch die Ausbildung aller drei Phasenwicklungen durch zweistrangige oder bifilare Techniken gehören.

Di. zwei:Gängige Ausbildung aller drei Phasen ruft jedoch häufig Probleme hervor während des Anordnens der Wicklungen in dem genuteten Statorkern. Beim typischen Einziehen der Wicklung wird eine erste Wicklung in bestimmte Statornuten eingesetzt und dann maschinell zurückgepreßt in die Nut durch eine Vorrichtung, wie sie beispielsweise in der US-PS k OO3 II6 beschrieben ist, als Vorbereitung des anschließenden Einbringens von Isolierkeilen und der Bhasenisolierung. Die Wicklungsabschnitte in den gewählten Nuten werden wieder gepreßt, um Raum für das anschließende Einsetzen einer weiteren Wicklung zu schaffen. Wenn für die erste einzusetzende Phasenwicklung doppelstrangiger Draht verwendet wird, kann der Draht mit dem kleineren Durchmesser zwischen den Wänden der Statorkernnuten und den Blättern der das Preßen durchführenden Vorrichtung eingeschlossen werden. Wenn der Draht eingeschlossen bzw.- gefangen wird, wird der Einsetzvorgang unter-

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brochen und im allgemeinen muß die gesamte Wicklung weggeworfen werden wegen der Beschädigung der Drahtisolation. Weiterhin bedeutet die Ausbildung einer Wicklung durch zweistrangige Leiter daß doppelt so viele Drähte erfo. derlich sind, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, daß Drähte sich mit isolierenden Nutauskleidungen verheddern.

Eine Lösung, um die Probleme eingeschlossener oder verwickelter Drähte zu vermeiden, die der. CpuleneinziehVorgang unterbrechen and eine Drahtbeschädigung bewirken, kann darin bestehen, das Preßgerät so zu verändern, daß nur Drähte mit kleinerem Durchmesser gepreßt xverden. Es können jedoch häufig Vorteile erhalten werden durch Fertigen der Wicklungen aus einem einsträngigen Leiter, so daß es nicht v^:"nt·jhenswert ist, alle Wicklungen aus ;',weis\rängigem Draht herzustellen. Beispielsweise erfordert das Wickeln zweiaträngiger Leiter, daß doppelt so viele Drahtzuführungen vorhanden sind, wie beispielsweise Rollen oder Haspeln, wodurch das Problem entsteht, daß verschiedene Draht Zuführungen zu verschiedenen Zeiten leer sind. Wenn die eine Drahtzuführung leer ist, bevor eine Wicklung hergestellt ist, muß der bereits hergestellte Wicklungsteil weggeworfen werden, einschließlich des Drahtes von r Drahtzuführung, die noch nicht lee:> ist, und die Wicklung muß dann wieder neu gebildet werden. Da Draht im allgemeinen nach Gewicht verkauft wird, kann die Drahtlänge aufgrund von Fertigungstoleranzen variieren; somit kann während des WickelVorganges ein erheblicher Ausschuß an Draht entstehen, insbesondere wo die Drahtzuführung eine große Drahtmenge enthäl', wie beispielsweise eine Drahttrommel.

Es treten jedoch häufig andere Probleme auf, wenn versucht wird, alle drei Wicklungen aus einsträngigen Leitern zu bilden. Die erste Wicklung wird relativ leicht in die leeren Nuten eines Statorkernes eingesetzt. Die zweite Phasenwicklung wird dann eingesetzt, aber mit etwas größerer Schwierigkeit, da .Teile der Wickelköpfe der ersten Wicklung während des Einsetzens mit Wickelkopfabschnitten der zweiten Wicklung gekreuzt werden müssen. Jedoch ist das Einsetzen der dritten Phasenwicklung häufig recht

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schwierig, insbesondere wenn eine maximale Nutfüllung angestrebt wird. Die für die dritte Phaaenwicklung erforderlichen Einziehkräfte würden viel größer sein als für die ersten und zweiten Phasenwicklungen j da die Wickelköpfe der Phasenwicklungen die Bewegung der dritten Phasenwicklung einschränken oder stören.

Die vorstehend erläuterten Probleme würden sich noch stärker zeigen bei der Fertigung eines Motors, der Wicklungen verwendet, die nicht aus Kupferdraht, sondern beispielsweise aus Aluminium oder -?iner Aluminiumlegierung gebildet sind. In vielen Fällen ist es vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit her wünschenswert, so viele Wicklungen wie möglich nicht aus Kupfer herzusteilen. Jedoch werden die Probleme, wie beispielsweise die Maximierung der Nut füllung, das Einziehen de ν Wx>. ;ilung und die Verformbarkeit zum Zusammenpressen der Wickelköpfe und/oder die Anbringung von thermischen Schutzeinrichtungen, noch schwieriger, da οin nicht aus Kupfermaterial hergestellter Draht im allgemeinen einen größeren Purchmesser hat ·η muß, um das Stromführungsvermögen von Kupferdraht zu erhalten.

Eine bekannte Lüsung zur Überwindung des vorstehend beschrieber.an Problems, das auftritt, wenn ein nicht aus Kupfer bestehender Draht in einem mehrphasigen Motor verwendet wird, besteht darin, eine Phase - normalerweise die zuletzt einzusetzende Phase - aus Kupferdraht zu wickeln, während für die übrigen Phasen nicht aus Kupfer bestehender Draht verwendet wird. Jedoch verhindert die Verwendung von Kupferdraht für eine Phase die Erzielung maximaler wirtschaftlicher Vorteile, die aus der Herstellung aller Wicklungen aus einem anderen Material als Kupfer entstehen würden. Ferner kann die Verwendung von mcht-Kupfermaterial und Kupfermaterial für Wicklungen zu zusätzlichen Problemen bei der Herstellung elektrischer Verbindungen beitragen, die bei unähnlichen Materialien auftreten.

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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine mehrphasige Statoranordnung zu schaffen, die die elektrische Unsymmetrie verkleinert, während die Wicklungsbildung und die anschließenden Wicklungseinziehtechniken erleichtert ;_:Lnd. Dabei sollen auch die Probleme bei der Ausbildung der Wickelköpfe verkleinert sein.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung der Wicklungen für einen mehrphasigen Magnetkern zu schaffen, das die Probleme verkleindert, die bei konzentrischen Spulenanordnungen mit Nuten auftreten, die von Wicklungsabschnitten verschiedener Phasen geteilt werden. Dabei sollen die Wicklungsmaterialkosten gesetikt und die Herstellung von Statoren mehrphasiger dynamoelektrischer Maschinen erleichtert sein.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine mehrphasige Wicklung in einem genuteten Magnetkern hergestellt. Dieses Ausführungsbeispiel umfaßt,daß Spulen aus einem Leiter mit einer ersten Größe gebildet und diese Spulen in gewählten Magnetkernnuten angeordnet werden, um erste und zweite Phasenwicklungen zu bilden, dann andere Spulen aus eiin-m zweiten Leiter gebildet werden, dessen Durchmesser kleiner als derjenigen des ernten Leiters ist, und diese anderen Spulen in weitere gewählte Magnetkernnuten eingesetzt werden, um eine dritte Phasenwicklung zu bilden, wobei die weiteren gewählten Nuten wenigstens eine Nut der ersten gewählten Nuten umfassen, so daß Abschnitte der dritten Phasenwicklung sich die wenigstens eine Nut mit Wicklungen von wenigstens einer anderen Phase teilen. Bei der Ausführung der Erfindung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können die Spulen nach einem von mehreren bekannten Verfahren ausgebildet werden, und ihr Einziehen oder Anordnen in den Nuten kann der Reihe nach oder gleichzeitig je nach Wunsch erfolgen.

Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung kann auch bei der Ausbildung von Statoren mehrphasiger Wechselstroinmauehinen ausgeführt werden. Dabei weist ein Stator einen genuteten Magnetkern auf, wobei drei Phasenwicklungen in Nuten angeordnet

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sind und bestimmte Nuten mehr als einer Phasenwicklung gemeinsam sind. Bei einer Anzahl der gemeinsamen oder geteilten Nuten ist ein Teil der einen Phasenwicklung in der Unterseite der Nut nahe dem Statorjoch angeordnet und ein Teil einer anderen Phasenwicklung ist an der Oberseite oder dem radial inneren Teil der Nut nahe der Statorbohrung angeordnet. Die eine oder innen angeordnete Phasenwicklung weist eiae größere Windungszahl von einem Draht mit kleinerem Durchmesser auf im Vergleich zu der anderen oder außen angeordneten Phasenwicklung. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Temperaturfühler in den Wickelköpfen einer Phasenwicklung aus relativ kleinem Draht angeordnet oder eingenistet, wobei die Wickelköpfe des kleineren Drahtes um den Temperaturfühler ausgebildet sindj um für eine gute Wärmeübertragung zwischen der Wicklung und dem Temperaturfühler zu sorgen.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 ist eine Endansicht von einem vereinfachten Stator mit einer darauf angeordneten dreiphasigen, zweipoligen Wicklung.

Figur 2 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Figur I₅ stellt aber einen 12 Nuten- aufweisenden Stator mit einer darin angeordneten dreiphasigenj zweipoligen Wicklung dar.

Figur 3 zeigt einen 36 Nuten aufweisenden Statorkern mit einer darin befindlichen dreiphasigen₃ vierpoligen Wicklung.

Figur k ist eine Schnittansicht von einem Teil eines Statorkernes und stellt eine Nut dar, die Spulen von verschiedenen Phasenwicklungen enthält.

Figur 5 ist eine Ansicht von dem Stirnflächenabschnitt der in Figur k gezeigten Nut.

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Die Figuren 1-3 stellen schematisch verschiedene dreiphasige Motorwicklungsanoi- -iungen dar, wobei die einzelnen Spulen der verschiedenen Wicklungen als eine einzelne Windung dargestellt sind. Die in den Figuren 1 ■- 3 dargestellten Statorkerne können einen im wesentlichen üblichen Aufbau besitzen und beispielsweise aus einem Stapel von Blechen bzw. Lamellen aus Magnetmaterial gebildet sein.

Figur 1 stellt einen stark vereinfachten dreiphasigen, zweipoligen Stator mit einer Spule pro Pol dar. Der Stator 11 weist

einen Magnetkern 13 mit gegenüberliegenden

Stirnflächen 15 und einem ringförmigen Jochabschnitt 17 auf. Dieser Jochabschnitt weist Zahnabschnitte 19 und 21 auf, die von dem Jochabschnitt 17 radial nach innen verlaufen, wobei zwischen zwei benachbarten Zahnabschnitten 19 und 21 Nuten 23 gebildet sind. Diese Zahnabschnitte erstrecken sich von dem Jochabschnitt radial nach innen und enden an einer im allgemeinen zylindrischen Rotorbohrung 25.

In Figur 1 stimmt ein Maschinenpol mit einem einzelnen Spulenpol 29 .-überein, der an einem einzelnen Statorzahn 27 gebildet ist. Die Phasenwicklung für die eine Phase dieser dreiphasigen Maschine umfaßt Spulen 29 und 3I₅ während eine zweite Phasenwicklung Spulen 33 und 35 umfaßt, wobei Spulen 37 und 39 die dritte Phasenwicklung bilden. Die Wicklungen in dem Statorkern könnten durch Nutwicklungstechniken gebildet sein oder sie können außerhalb des Statorkernes auf einem Wickelkörper gebildet und anschließend durch bekannte Injektionstechniken in den Statorkern eingezogen werden. Jede Wicklung könnte einzeln eingesetzt werden oder es können alle drei Wicklungen während eines einzigen Einziehvorganges in den Statorkern eingesetzt werden. In ähnlicher Weise können die Zwischenpolverbindungen zwischen den Wicklungen für zwei Pole der gleichen Phase während eines externen Wicklungsvorganges hergestellt werden oder die Spulen können verbunden werden, nachdem sie in ihre Lage gebracht worden sind..

Wie auch immer eine Wicklung gemäß Figur 1 eingesetzt, wird, sie weist Abschnitte auf, die Statornuten mit Abschnitten der anderen

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Wicklungen teilen. Wie in Figur 1 dargestellt ist, haben die Spulen 29 und 3I₃ die die erste Phasenwicklung bilden, beide Schenkel oder Wicklungsabschnitte an der Unterseite ihrer entsprechenden Nuten, d. h. näher dem Jochabschnitt, da diese Phasenwicklung als erste in den Statorkern eingesetzt wird. Die Spulen 33 und 35, die die zweite Phasenwicklung bilden, weisen jeweils einen Schenkel auf, der an der Unterseite der entsprechenden Nu'en angeordnet ist, während der jeweilig andere Schenkel dieser spulen näher an der Statorbohrung angeordnet ist, da der andere Schenkel eine Nut mit einem Abschnitt der vorher eingesetzten Spulen 29 und 31 teilt. Da die Spulen 37 und 39, die die dritte Phasenwicklung bilden, als letzte in dem Statorkern angeordnet werden sollen, sind deren gegenüberliegenden Spulenseiten beide in dem oberen Abschnitt ihrer entsprechenden Nuten, Ö- h. der Bohrung 25 nächst ge Ie gen) ingeordnet sind, wobei der untere oder radial äußere Abschnitt dieser Nuten vorher von Abschnitten entweder der ersten oder zweiten Phasenwicklung eingenommen worden ist. Beispielsweise enthält die Nut 4l nahe ihrer Unterseite den einen Abschnitt der Spule 33₅ während der obere oder innere Abschnitt der Nut 41 von dem einen Schenkel der Spule 39 eingenommen ist. andererseits nimmt die Spule 39 den oberen oder inneren Bereich von beiden Nuten 41 und 43 ein.

Wie bereits ausgeführt wurde, ist es relativ einfacher, einen dickeren Draht in eine geräumige Nut einzusetzen, wenn jedoch die Nutfüllung relativ hoch wird, kann es einfacher sein, eine größere Anzahl von Windungen mit einem kleineren Drahtdurchmesser einzusetzen. Weiterhin ist die größere Anzahl von Windungen aus Draht mit kleinerem Durchmesser leichter verformbar an den Wicke 1-köpf'en. Um also das Einsetzen der Wicklung zu erleichtern und die Verformbarkeit der Wicklung zu verbessern, würden die die dritte Phasenwicklung bildenden Spulen 37 und 39 mit einer größeren Anzahl von Windungen aus einem Draht mit kleinerem Durchmesser gebildet als die beiden Spulen 29 und 3I₃ die die erste Phasenwieklung bilden oder die beiden Spulen 33 und 35, die die zweite Phasenwicklung bilden. Eine derartige Wahl würde beispielsweise in der Nut 41 für eine Querschnittsariordnung von

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Leitern bilden, wie sie in Figur 4 dargestellt ist, die im folgenden näher anhand von Figur 2 erläutert wird. Der einen kleineren Durchmesser aufweisende Draht würde so gewählt werden, daß, wenn Abschnitte davon parallel geschaltet werden, die dritte Phasenwicklung etwa den gleichen Widerstand und Leiterquerschnitt haben würde wie die ersten und zweiten Phasenwicklungen. Wenn beispielsweise die dritte Phasenwicklung aus zwei Strängen eines kleineren Leiterdrahtes gebildet würde, die p.arallt. 1 geschaltet werden, würde der kleinere Draht etwa die halbe Querschnittsfläche aufweisen von dem Draht, der für die ersten und zweiten Phasenwicklungen verwendet ist.

Figur 2 stellt einen dreiphasigen, zweipoligen Motor dar, bei dem jeder Pol zwei im allgemeinen konz atrische Spulen aufweist. Beispielsweise kann der eine Pol einer ersten Phasenwicklung die Spule, die sich von der Nut 45 zur Nut 47 erstreckt, und zusätzlich die Spule umfassen, die sich zwischen den Nuten 49 und 51 erstreckt. Jede in Figur 2 gezeigte Nut wird von Wicklungen zweier verschiedener Phasen geteilt. Somit enthält die Nut 49 die äußere Spule 53 der ersten Phase und ferner die äußere Spule 55 einer zweiten oder Zwischenphase. Die Nut 47 enthält die innere Spule einer dritten Phasenwicklung und ferner die innere Spule der ersten Phasenwicklung. Figur 2 stellt eine Situation dar, in der es wünschenswert sein kann, sowohl die zweiten als auch dritten Phasenwicklungen aus einem Leiter mit kleinerem Durchmesser und einer größeren Windungszahl herzustellen, beispielsweise durch doppelsträngige Leiter, im Vergleich zu der ersten Phasenwicklung, da jede Wicklung Spulen aufweist, die sich Nuten mit Spulen der ersten Phasenwicklung teilen. Somit würden die zum Einsetzen der zweiten und dritten Phasenwicklungen nach dem Einsetzen der ersten Phajenwicklung erforderlichen Kräfte verkleinernt werden.

Figur 4 stellt die Nut 49 gemäß Figur 3 dar, wobei die Windungen der Spulen 53 und 55 dargestellt sind. Die Nut 49 weist eine Isolierauskleidung 57 auf, die durch ein Tauch- oder Überzugsverfahren gebildet sein kann oder die einfach eine eingesetzte

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Nutauskleidung aufweist, die aus einem elektrischen Isoliermaterial gebildet ist, wie beispielsweise der unter dem Handelsnamen "MYLAR" aus dem Markt befindliche Polyt^erphthalatsäure-Glycolester. Die Spule 53 der ersten Phasenwicklung wird zuerst in der Nut nahe ihrer Unterseite, d. h. nahe dem Joch, angeordnet. Die Spule 43 wird dann gepreßt, um Raum für das Einsetzen eines Phasenisolatotxonskexles 59 zu schaffen, der beispielsweise einen Aufbau besitzt, wie er in der US-PS 3 439 beschrieben ist. Die Spule 53 wird erneut gepreßt, um den Raum für das Einsetzen der zweiten Phasenwicklung 55 zu bestimmen. Die die Spule 55 bildenden Drähte mit einem kleineren Durchmesser haben eine größere Biegbarkeit als die größeren Drähte der Spule 57 wodurch die Einsetzkräfte verkleinert und das Einbringen der Spule 55 in die Nut 49 vereinfacht wird- Ein Bohrungskeil 6l kann nach Wunsch in der Nut angeordnet werden, um die Leiter der Spule 55 in ihrer Lage zu halten und eine Beschädigung dieser Leiter zu verhindern. Wie in Figur 4 deutlich dargestellt ist, ist die Spule 53 aus einem Draht mit größerem Durchmesser und einer kleineren Anzahl von Leitern gebildet im Vergleich zur Spule 55· Diese Spulen können in den Statorkernen gebildet und angeordnet werden., indem beispielsweise die Vorrichtung und die Verfahren gemäß der US-PS 3 510 939 verwendet werden.

Ein Weg zur Herstellung der in den Figuren 2 und 4 gezeigten Anordnung würde darin bestehen, eine Spule, wie die Spule 53₅ aus einem einzelnen Strang aus einem Aluminiumdraht mit relativ großem Durchmesser zu wickeln und dann mit der gleichen Vorrichtung die gleiche Anzahl von Windungen zur Ausbildung beispielsweise einer Spule 55 von einer zweisträngigen oder bifilaren Drahtzufuhr zu wickeln, so daß die Windungszahl der Spule 55 doppelt so groß ist wie die Windungszahl der Spule 53· Ob das Verhältnis der Windungszahlen für verschiedene Spulen in einer gegebenen Nut 2:1 ist, hängt von dem jeweiligen Statoraufbau und, wie es aus der Erläuterung von Figur 3 noch deutlicher werden j von der jeweils betrachteten Mut ab.

Der in Figur 3 gezeigte Stator gehört zu einer vierpoligen, dreiphasigen Maschine mit konzentrischen Wicklungen, die in 36 Nuten

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des Stators angeordnet sind. Die Spulen für die Wicklungen sind als einzelne Windungen aus Leiterdraht dargestellt, obwohl die Spulen selbstverständlich aus einer Vielzahl von Windungen aus Leiterdraht gebildet sein können. Jede Polgruppe für diese Statorö'iordnung wird aus vier konzentrischen Spulen gebildet, wobei von einer ersten Phasenwicklung mit der Polgruppe 58 alle Spulen in der Unterseite oder dem äußersten Bereich, d. h. dem Statorjoch nächstgelegen, der eingenommenen Statornuten angeordnet sind. Die Spulen für die erste Phasenwicklung sind aus • 'inem Draht mit relativ großem Durchmesser gebildet. Von der zweiten oder Zwischenphasenwicklung, die mit einer Polgruppe 60 dargestellt ist, sind die meisten Spulen radial innen, d. h. in Richtung auf die Bohrung, relativ zu den Spulen der ersten Phasenwicklung angeordnet, die in den gleichen Nuten aufgenommen ist. Die innere oder dritte Phasenwicklung, die beispielsweise von der Polgruppe 62 gebildet ist, ist mit allen ihren Spulen radial am weitesten innen, d. h. der Bohrung nächstgelegen,. ia jeder Statornut angeordnet. Zwei Drittel oder 24 der Nuten des in Figur 3 dargestellten Stators enthalten Seiten oder Seitenwindungen von Spulen von allen drei Phasen, während die übrigen 12 Nuten Spulenabschnitte von zwei der drei Phasen enthalten. Die dritte Phase, die als Polgruppe 62 dargestellt ist, ist beispielsweise als eine zweisträngige Wicklung mit der gleichen Anzahl von Umläufen und deshalb der doppelten Windungszahl aus einem Draht mit kleinerem Durchmesser gebildet im Vergleich zu der ersten Phasenwicklung, die in Form der Polgruppe 58 dargestellt ist. Die zweite Phasenwicklung kann in gleicher Weise wie die äußere Phasenwicklung ausgebildet sein.

Jede der 12 Nuten, die Spulenabschnitte von nur zwei Phasen enthalten, enthält nicht die äußerste Spule dieser Phasen, sondern die nächstinnere konzentrische Spule von diesen Phasen. Somit ist von der äußersten Spule der Polgruppe 62 der eine Schenkel in der Nut 64 angeordnet, während von der nächstinneren Spule der Polgruppe 62 der eine Schenkel in einer Nut 66 angeordnet, ist. Die Nut 66 enthält die nächst äußere Spule der Polgruppe 60, aber

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sie enthält nicht irgendwelche Spulen, die zu de · Polgruppe 58 gehören. Somit kann diese der äußeren Spule nächstge legene Spule jeder Phase aus einer größeren Windungszahl gebildet sein., als die übrigen drei Spulen des jeweiligen Poles, um eine maximale iiutfüllung für den Stator zu erhalten.

Die relativ dicht gepackte Nut 66 gemäß Figur 3 ist in Figur 5 deutlicher dargestellt. Gemäß Figur 5 weist die Nut 66 eine Spule 67 der Polgruppe 62 auf, die innerhalb der Nut nahe der Bohrung angeordnet ist, d. h. dem offenen Ende der Nut am nächsten gelegen. Die Spule 69 der Polgruppe 60 ist ebenfalls in der Nut angeordnet, wobei deren Spulenseiten radial außen oder in dem geschlossenen Ende der Nut angeordnet sind. Die Wicklungsenden bzw. der Wickelkopf in dem Bereich dieser Nut ist für eine bessere Sichtbarmachung außer gebildet und umfaßt die Spule 71j die die äußerste Spule der Polgruppe 60 ist und die■ für die Nut 73 (s. Figur 3) bestimmt ist. Die äußerste Spule der Polgruppe 62 ist die Spule 75, die in die Nut 64 (s. Figur 3) hineinführt. Die Wicklungsenden der Polgruppe 58 sind ebenfalls gezeigt.

Die relativ einfacher gebildete Spule 67 ist in Figur 5 aufgespreizt, und ein Temperaturfühler 77 ist zwischen die Windungen eingebettet. Da für die dritte Phasenwicklung mit der Spule 67 ein Draht mit kleinerem Durchmesser verwendet ist, können die Wicklungsenden oder Wickelköpfe um den Fühler oder den thermischen Schutz herum ausgebildet werden, um einen guten Kontakt mit diesen herzustellen und dadurch eine effiziente Wärmeübertragung von der Wicklung 67 auf den thermischen Schutz 77 zu ex'~ leichtern. Diese thermische Schutzvorrichtung 77 ist mit von ihr ausgehenden Rippen 79 versehen, um die Wärmeübertragung von der Wicklung 67 auf den Fühler 77 zu verbessern, und ferner ist er mit üblichen Leitern 81 versehen, die zu einer üblichen thermischen Schutzschaltung führen. Es ist leichter, den Temperaturfühler 77 in der Spule 67 anzuordnen als in dem relativ größeren Draht von beispielsweise der Spule 69, da die Biegbarkeit des einen kleineren Durchmesser aufweisenden Drahtes der

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Spule 67 besser ist. Ferner kann die Spule 67 einfacher gepreßt werden, um sich an den Temperatursensor anzupassen uiiu in eine gute Wärmeübertragungsrelation zu diesem zu kommen, da der Draht in dieser Spule eine kleinere Größe besitzt.

Weitere Vorteile sind erzielbar, wenn die dritte Phasenwieklung, d. h. die Phasenwicklung mit der Polgruppe 62 gemäß Figur 3, aus einer größeren An,.^hI von Windungen aus Draht mit einem relativ kleineren Durchmesser gebildet ist. Die ersten und zweiten Phasenwicklungen werden im allgemeinen zuerst in den Statornuten angeordnet oder in diese eingesetzt. Somit müssen die Spulen der dritten Phasenwicklung an den Wickelköpfen der zwei anderen Wicklungen währeηα des Einsetzens vorbei bewegt werden. Die Verwendung von Draht mit kleinerem Durchmesser macht die Spulen der dritten Phasenwicklung biegsamer und verkleinert somit die Störung bzw. die Beeinträchtigung mit den anderen zwei Wicklungen, wodurch wiederum die erforderliche Einzieh- oder Einsetzkraft gesenkt wird. Weiterhin erleichtert die Verwendung von Draht mit kleinerem Durchmesser die Verformung der d. Ltten Phasenwicklung von der Statorbohrung weg, um eine anschließende Anbringung eines Rotors in der Bohrung zu gestatten.

Beispielsweise können bei einem typischen dreiphasigen Stator mit 24 - 36 Nuten die ersten und zweiten Phasen aus einem einsträngjgen Kupferdraht mit einem Querschnittsdurchmesser von 1,45 mm (0,0571 Zoll) gewickelt sein. Die dritte Phase kann aus einem doppelsträngigen Kupferdraht gewickelt sein, wobei jeder Draht einen Durchmesser von 1,023 mm (0,0403 Zoll) aufweist. Wenn im Gegensatz zu den tatsächlichen Fakten angenommen wird, daß keine magnetische Unsymmetrie aufgrund unterschiedlicher Nutlagen für verschiedene Phasen vorhanden ist, würde der theoretische Durchmesser für diese innere Phase (unter der Annahme der doppelten Windungszahl aufgrund der bifilaren Wicklung) zur Ausbildung eines gleichen gesamten Leiterquerschnittes für jede Phase das 0,707-fache des Durchmessers des größeren Drahtes oder 1,023 mm (0,0403 Zoll) betragen.und diese Wahl arbeitet in der Praxis sehr gut. Es wurde ein anderes praktisches Ausführungsbeispiel des dreiphasigen Motors gebaut unter Verwendung eines größeren

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Drahtdurchmessers von 1,536 mm (0,0605 Zoll) und eines kleineren Drahtdurchmessers von 1,084 mm (0,0*127 Zoll), v.obei dieses Durchmesserverhältnis wiederum O₃707 oder die Hälfte von Wurzel zwei besitzt.

Die gemäß den vorstehend beschriebenen speziellen Beispielen aufgebauten Motoren können unter Verwendung nicht aus Kupfer bestehender Leitermaterialien gefertigt werden, beispielsweise aus Aluminium- und/oder Aluminiumlegierung-Leitermaterialien für die Phasenwicklungen. Wenn das gleiche Leitermaterial verwendet wird, würde der Draht für die dritte Phase so gewählt werden, daß er etwa die halbe Querschnittsfläche des Drahtes hat, der für die ersten und zweiten Phasen verwendet ist. Somit würde die dritte Phase, wenn sie aus zwei Strängen des kleineren Drahtes gebildet wird, etwa den gleichen Widerstand und die gleiche Leitfähigkeit haben, wie jede der einsträngigen ersten und zweiten Phasen. Durch die doppelsträngige Ausbildung der innersten Phase und die einsträngige Ausbildung der übrigen Phasen wird das Einsetzen der Wicklung in Nuten, die die Wicklungen teilen oder enthalten^erleichtert. Ferner werden durch Verwendung ähnlicher anstatt unähnlicher Materialien (beispielweise eine Wicklung aus Kupfer und eine andere aus Aluminium)Verbindungsprobleme, die bei der Verbindung von unähnlichen Materialien auftreten, auf ein Minimum reduziert. Weiterhin läßt sich, wie bereits ausgeführt wurde, der einen kleineren Durchmesser aufweisende Draht leichter verformen als der Draht mit dem größer, -n Durchmesser, wodurch ein Temperaturfühler innerhalb der zweiten Phasenwicklung angeordnet werden kann, so daß ein guter thermischer Kontakt zwischen der Wicklung und dem Fühler hergestellt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß ein neuartiges Statorwicklungsverf-ahren und. eine neuartige Statorkonfiduration geschaffen wurden. Die hier gegebenen Lehren sind jedoch auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar, beispielsweise auf Wicklungen mit kurzem Wickelschritt, um bestimmte Oberwellenströme in den Stätorwicklungen zu eliminieren, wie es bei-

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spxelswexse in den eingangs genannten US-Patentschriften beschrieben ist, wodurch eine bessere Symmetrie zwischen den Phasen erhalten wird.

Claims

Patentansprü

1. !Stator für eine mehrphasige WechseIstrommaschine mit einem ^—/genuteten Magnetkern und drei, in den Nuten angeordneten Phasenwicklungenj wobei wenigstens eine Nut von Spulenseiten 'ν«.:) wenigstens zwei der drei Wicklungen geteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Nut (49) eine Spulenseite von der einen Phasenwicklung (53), die an der Unterseite der Nut nahe dem Jochabschnitt angeordnet ist, und eine Spulenseite einer anderen Phasenwicklung (55) enthält, die in der Oberseite der Nut nahe der Bohrung angeordnet ist, wobei die andere Phasenwicklung (55) im Vergleich zu der einen Phasenwicklung (53) eine größere Anzahl von Windungen aus einem Draht Mit kleinerem Durchmesser aufweist.

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwei der drei Phasenwicklungen im wesentlichen die gleiche Windungszahl aus Draht mit im wesentlichen dem gleichen Durchmesser besitzen und die verbleibende Phasenwicklung eine größere Windungszahl eines Drahtes mit kleinerem Durchmesser aufweist.

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3. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede Phasenwicklung eine Gruppe konzentrischer Spulen umfaßt.

4. Stator nach Anspruch l_t dadurch gekennzeichnet j daß ein Temperaturfühler (77) in den Wicklungsenden bzw. Wickelköpfen der anderen Phasenwicklung (67) eingefügt ist.

5. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß die drei Phasenwicklungen aus Draht aus dem gleichen Material hergestellt sind.

6. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der drei Phasenwicklungen aus nicht aus Kupfer bestehendem Leitermaterial hergestellt ist.

7. Stator nach Anspruch I₃ dadurch g e, kennzeichnet j daß in der wenigstens einen Nut Teile bzw. Spulenseiten von den drei Phasenwicklungen angeordnet sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine mehrphasige dynamoelektrische Maschine, d dadurch gekennzeichnet j daß erste Spulen mit Windungen aus einem Leiter einer ersten Größe gebildet werden, die ersten Spulen in gewählte Nuten eines Magnetkernes angeordnet werden zur Bildung einer ersten Phasenwicklung, zweite Spulen mit Windungen aus einem Leiter der ersten Größe gebildet werden, die zweiten Spulen in weiteren gewählten Nuten des Magnetkernes angeordnet werden zur Ausbildung einer zweiten Phasenwicklung, dritte Spulen aus einem Leiter einer zweiten Größe mit einem kleineren Durchmesser als die Leiter der ersten Größe und mit einer größeren Windungszahl als die der ersten und zweiten Spulen gebildet werden, und die dritten Spulen in weiteren gewählten Nuten des Magnetkernes angeordnet werden zur Bildung einer dritten Phasenwicklung, wobei wenigstens

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eine der weiteren gewählten Nuten Abschnitte bzw. Spulenseiten von wenigstens einer anderen Phasenwicklung enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten, zweiten und dritten Spulen im wesentlichen gleichzeitig miteinander in den Nuten des Magnetkernes angeordnet werden, indem diese Spulen axial in die Magnetkernnuten eingeführt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der dritten Spulen zwei Leiterstränge der zweiten Größe um einen Spulenwickelkörper gewickelt werden zur Bildung einer bifilaren Phasenwicklung.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß zur Ausbildung der ersten und zweiten Spulen einstränige Leiter um einen Spulenwickelkörper gewickelt werden, wobei die Anzahl der Umläufe bei der Ausbildung jeweils der ersten und zweiten Spulen und bei der Ausbildung der zweiten Spulen im wesentlichen gleich ist derart, daß in den zweiten Spulen im wesentlichen doppelt soviele Leiterwindungen ausgebildet werden als Leiterwindungen in jeder der ersten und zweiten Spulen vorhanden sind.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Wicklungsenden bzw. Wickelköpfen der dritten Spulen ein Temperaturfühler angeordnet wird, und die Wickelköpfe der dritten Spulen derart geformt werden, daß ein guter Wärmeübergang zu dem Temperaturfühler gebildet wird.

13· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Spulen aus einem Leiter einer zweiten Größe mit einem kleineren Durchmesser als der Leiter der ersten Größe und einer größeren Windungszahl als die der ersten Spulen ge-

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bildet werden, die dritten Spulen aus einem Leiter der zweiten Größe gebildet werden und die dritten Spulen in weiteren Nuten des Magnetkernes angeordnet werden zur Bildung einer dritten Phasenwicklung, wobei wenigstens eine Nut der weiteren Nuten Abschnitte bzw. Seiten der ersten Spulen der darin enthaltenen ersten Phasenwicklung aufweisen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der dritten Spule üwei Leiterstränge der zweiten Größe um einen Spulenwickelkörper gewickelt werden zur Ausbildung einer bifilaren Phasenwicklung.

15- Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß zur Ausbildung der ersten Spulen ein einzelner Leiter um einen Spulenwickelkörper gewickelt wird, wobei die Anzahl von Umläufen bei der Ausbildung der ersten Spulen und bei der Ausbildung der dritten Spulen im wesentlichen gleich is.t, wodurch die dritten Spulen im wesentlichen doppelt so viele Leiterwindungen aufweisen wie die Leiterwindungen in den ersten Spulen.

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