DE19961760A1

DE19961760A1 - Permanent magnet synchronous electrical machine

Info

Publication number: DE19961760A1
Application number: DE1999161760
Authority: DE
Inventors: Gerhard Huth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-07-05

Abstract

The synchronous electrical machine has a rotor and a stator (1) provided with 12 stator slots (4), receiving a 3-phase stator winding with 2 repetitive winding factors, connected in a star configuration, with 10 stator poles. The stator is provided by a stator lamination block with one-piece stator laminations, the stator winding having a single winding layer, or 2 winding layers, the cooperating rotor provided with internal permanent magnets.

Description

Die Erfindung betrifft eine permanenterregte Synchronmaschi ne.The invention relates to a permanently excited synchronous machine no

Permanenterregte Synchronmaschinen weisen eine ständerseitige Drehfeldwicklung und eine läuferseitige Permanenterregung auf. Die Ständerdurchflutung wird von einer Drehstromwicklung aufgebracht, die bei den herkömmlichen Systemen im Regelfall dreisträngig ausgeführt ist. Permanenterregte Synchronmaschi nen werden derzeit mit einem verteilten Ständerwicklungssys tem ausgeführt. Besonders hohe Anforderungen werden insbeson dere im Werkzeugmaschinenbau an die Rundlaufgüte gestellt, so daß die Drehmomentwelligkeit durch geeignete Maßnahmen unter drückt werden muß. Erreicht wird das bei herkömmlichen perma nenterregten Synchronmaschinen durch eine Zweischicht- Ganzlochwicklung, wobei der Stator zusätzlich um eine Nuttei lung geschrägt ausgeführt ist. Dabei kommt bisher ein sechs poliges Wicklungssystem mit folgenden Eigenschaften zum Ein satz:
Permanently excited synchronous machines have a stator-side induction winding and a rotor-side permanent excitation. The stator flooding is applied by a three-phase winding, which is usually a three-strand design in conventional systems. Permanently excited synchronous machines are currently running with a distributed stator winding system. Particularly high demands are placed on the concentricity in machine tool construction, so that the torque ripple must be suppressed by suitable measures. This is achieved in conventional permanent magnet synchronous machines by a two-layer full-hole winding, the stator being additionally slanted by a slot. So far, a six-pole winding system with the following properties has been used:

- Number of stands: N = 36
- Number of poles: 2p = 6
- Tendon: W / τ = 5/6
- Slant: γ = 10 °.

Das Wicklungssystem einer derartigen permanenterregten Syn chronmaschine ist in der Herstellung ebenso wie der Aufbau eines derartigen Ständers sehr aufwendig.The winding system of such a permanently excited syn chronmaschine is in the manufacture as well as the structure of such a stand very expensive.

Die Aufgabe der Erfindung liegt demnach darin, einen Aufbau eines Ständers zu schaffen, der wesentlich einfacher herzu stellen ist und gleichzeitig die Drehmomentwelligkeit stark unterdrücken kann. The object of the invention is therefore a structure to create a stand that is much easier to produce places and at the same time the torque ripple is strong can suppress.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine perma nenterregte Synchronmaschine mit folgenden Merkmalen
The task is solved by a permanent magnet synchronous machine with the following features

- A stand and a runner, the stand twelve nu has ten,
A winding system formed from tooth coils,
- a number of poles 2p = 10,
- two different repeating winding factors,
- a three-strand winding system that leads to a star point is connected.

Durch die Verwendung von Zahnspulen, wird die Herstellung ei nes derartigen Ständers wesentlich vereinfacht, da derartige Zahnspulen bereits vorgefertigt in die Nuten geträufelt oder eingesetzt werden können. Bei einem konzentrisch zweigeteil ten Stator werden die Zahnspulen vorzugsweise von außen auf die Zähne geschoben. Bei einer Ständernutzahl von N = 12 läßt sich durch derartige Zahnspulen eine Polzahl 2p = 10 reali sieren. Dabei sind die einzelnen Wicklungssysteme, die aus Zahnspulen aufgebaut sind, zu einem Sternpunkt verschaltet. Für die betrachteten Polpaarzahlen existieren genau zwei un terschiedliche Wicklungsfaktoren, die sich periodisch wieder holen. Die Wicklungsfaktoren für p = 5 und N = 12 sind ξ₁ = 0,93, ξ_5,7 = 0,67, ξ_11,13 = 0,93, ξ_17,19 = 0, 067, . . . Die Wirkung der nutharmonischen Oberfelder kann in vorteilhafter Weise zusätzlich durch die Schrägung des Ständerblechpakets unterdrückt werden. Der Schrägungswinkel γ beträgt dabei
Through the use of tooth coils, the manufacture of such a stand is considerably simplified, since such tooth coils can already be prefabricated or inserted into the grooves. In the case of a concentrically two-part stator, the tooth coils are preferably pushed onto the teeth from the outside. With a stator utilization number of N = 12, a number of poles of 2p = 10 can be realized by such tooth coils. The individual winding systems, which are made up of toothed coils, are connected to a star point. There are exactly two different winding factors for the number of pole pairs considered, which are repeated periodically. The winding factors for p = 5 and N = 12 are ξ ₁ = 0.93, ξ _5.7 = 0.67, ξ _11.13 = 0.93, ξ _17.19 = 0, 067,. , , The effect of the Nutharmonische Oberfelder can be suppressed in an advantageous manner by the inclination of the stator core. The helix angle γ is

Bei einer Polpaarzahl von p = 5 ergibt sich eine Schrägung von 10°. Durch die Verwendung von Zahnspulen zum Aufbau des Wicklungssystems entsteht ein kleiner Wickelkopf, so daß der Einbauraum des Motors reduziert und die Ausnutzung des Aktivteils steigt.With a pole pair number of p = 5, one results Bevel of 10 °. By using tooth coils for The structure of the winding system creates a small winding head, so that the installation space of the motor is reduced and the utilization of the active part increases.

Vorteilhafterweise werden aus wirtschaftlichen Gründen die Bleche des Ständers einteilig ausgeführt. Damit sind zusätz liche Arbeitsschritte in der Montage eingespart. For economic reasons, the Sheets of the stand made in one piece. So that are additional saved steps in assembly.

Das Wicklungssystem kann sowohl als Zweischicht als auch als Einschicht-Wicklungssystem mit den Zahnspulen aufgebaut sein, dabei kann jede Zahnspule entweder nur in der Ober- oder nur in der Unterschicht als auch eine Seite der Zahnspule in O berschicht und eine in Unterschicht eingesetzt werden. Bei Realisierung des Einschicht-Wicklungssystems umfaßt jede Zahnspule einen Zahn. Vorstellbar ist auch, daß nur jeder zweite Zahn komplett mit einer Zahnspule belegt ist, so dass in jeder Nut nur eine Seite einer Zahnspule liegt. Die Zahnspulen sind direkt auf die Zähne gewickelt oder sie be finden sich auf Spulenkörpern, die auf die Zähne gesteckt werden.The winding system can be used as a two-layer or as Single-layer winding system with the tooth coils, each tooth coil can either only in the upper or only in the lower layer as well as one side of the tooth coil in O overlayer and one in underlayer. At Realization of the single-layer winding system includes each Spool a tooth. It is also conceivable that only everyone second tooth is completely covered with a tooth coil, so that there is only one side of a tooth coil in each slot. The Tooth coils are wound directly on the teeth or they are can be found on bobbins that are stuck on the teeth become.

Der erfindungsgemäße Aufbau des Ständers eignet sich insbe sondere für permanenterregte Synchronmaschinen. Dabei sind die Permanentmagnete im Läufer oder am Läufer angeordnet. Es sind dabei jeweils Maßnahmen getroffen, die die Permanentmag nete auch bei hohen Drehzahlen positionsfest verharren las sen. Z. B. Bandagen, Ausnehmungen zur Aufnahme der Permanent magnete in Blechpaket, Vergießen etc.The structure of the stand according to the invention is particularly suitable especially for permanently excited synchronous machines. Are there the permanent magnets are arranged in the rotor or on the rotor. It measures are taken in each case that the permanent mag read the position even at high speeds sen. For example bandages, recesses for receiving the permanent magnets in sheet metal package, potting etc.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmale der Unteransprüche werden im folgen den anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:The invention and further advantageous configurations of the Invention according to the features of the subclaims will follow the with reference to schematically illustrated embodiments in the drawing explained in more detail. In it show:

Fig. 1, 2 und 3 einen Teil eines Querschnitts eines erfin dungsgemäßen Ständers, Fig. 1, 2 and 3 a portion of a cross section of a stator OF INVENTION to the invention,

Fig. 4 den Wicklungsplan eines Stranges für die Polpaarzahl 2p = 10. Fig. 4 shows the winding scheme of a strand of the pole pair number 2p = 10.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Querschnitts eines Ständers 1, der aus Zähnen 2 mit den dazugehörigen Zahnköpfen 3 besteht. Zwischen den Zähnen 2 befinden sich die Nuten 4. In die Nuten befinden sich die Zahnspulen 5, d. h. zumindest eine Seite ei ner Zahnspule 5. Unterschiedliche Zahnspulen in der Nut 4 werden durch Isolierelemente 6 getrennt. Fig. 1 shows a part of a cross section of a stator 1 , which consists of teeth 2 with the associated tooth tips 3 . The grooves 4 are located between the teeth 2 . In the grooves there are the tooth coils 5 , ie at least one side of a tooth coil 5 . Different tooth coils in the groove 4 are separated by insulating elements 6 .

Vorzugsweise sind die Zahnköpfe 3 an den Zähnen 2 oder die Zähne 2 an dem Ständer 1 formschlüssig positionierbar, um die Bestückung mit den Zahnspulen 5 zu erleichtern.The tooth heads 3 can preferably be positively positioned on the teeth 2 or the teeth 2 on the stand 1 in order to facilitate the fitting with the tooth coils 5 .

Fig. 2 zeigt den selben Ständer 1 mit einer Zweischicht-Wick lungsausführung der Zahnspule 5. Dabei befindet sich eine Seite der Zahnspule 5 in der Unterschicht und eine Seite der Zahnspule 5 in der Oberschicht. Beide Seiten der Zahnspule 5 umfassen denselben Zahn 2. Zwischen oder Ober- und Unter schicht befinden sich Isolierelemente 6, die die unterschied lichen Schichten elektrisch voneinander trennen. Fig. 2 shows the same stand 1 with a two-layer winding execution of the toothed coil 5th One side of the tooth coil 5 is in the lower layer and one side of the tooth coil 5 is in the upper layer. Both sides of the tooth coil 5 comprise the same tooth 2 . Between or upper and lower layers there are insulating elements 6 , which electrically separate the different layers from one another.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Ständers mit dem dazugehörigen Wicklungssystem. Dabei handelt es sich wieder um eine Zweischicht-Wicklung, bei der die einzelnen Zahnspu len 5 entweder als Unterschicht-Wicklung oder Oberschicht- Wicklung ausgeführt sind. Jede Zahnspule 6 umfaßt wiederum nur einen Zahn 2. Fig. 3 shows a further embodiment of the stand with the associated winding system. This is again a two-layer winding, in which the individual Zahnspu len 5 are designed either as an under-layer winding or an upper-layer winding. Each tooth coil 6 in turn comprises only one tooth 2 .

Diese Zweischicht-Wicklung kennzeichnet somit, daß jeder Zahn zumindest von zwei Seiten einer Zahnspule 5 umgeben ist.This two-layer winding thus characterizes that each tooth is surrounded by at least two sides of a toothed coil 5 .

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung den Wicklungsplan einer Phase U mit vier Zahnspulen 5 und dem Sternpunkt 7, auf den sämtliche Stränge geschaltet sind. Fig. 4 shows a schematic representation of the winding plan of a phase U with four toothed coils 5 and the star point 7 , to which all strands are connected.

Claims

1. Permanently excited synchronous machine with the following features:

- a stand ( 1 ) and a rotor, the stand ( 1 ) having twelve grooves ( 4 ),
- A winding system formed from tooth coils ( 5 ),
- a number of poles 2p = 10,
- two different repeating winding factors,
- A three-strand winding system, which is connected to a star point ( 7 ).

2. Permanently excited synchronous machine according to claim 1, characterized in that the grooves ( 4 ) of the laminated core of the stand ( 1 ) have a helix angle of
has, where p is the number of pole pairs.

3. Permanently excited synchronous machine according to claim 1 or 2, characterized in that the laminated core of the stand ( 1 ) is constructed from one-piece sheet metal cuts.

4. Permanently excited synchronous machine after one or more of the preceding claims, characterized indicates that the winding system is a two-layer Winding system is.

5. Permanently excited synchronous machine according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the winding system is a single-layer winding system. 6. Permanently excited synchronous machine after one or more of the preceding claims, characterized records that the runner internal permanent has magnets.

7. Permanently excited synchronous machine after one or more of the preceding claims, characterized shows that the rotor has permanent magnets, which are arranged at the air gap of the synchronous machine.