CH615054A5 - Two-layer stator winding of an electrical machine with slotless stator core, particularly a turbo generator - Google Patents

Two-layer stator winding of an electrical machine with slotless stator core, particularly a turbo generator

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Publication number
CH615054A5
CH615054A5 CH186377A CH186377A CH615054A5 CH 615054 A5 CH615054 A5 CH 615054A5 CH 186377 A CH186377 A CH 186377A CH 186377 A CH186377 A CH 186377A CH 615054 A5 CH615054 A5 CH 615054A5
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CH
Switzerland
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winding
bars
stator
rows
active
Prior art date
Application number
CH186377A
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German (de)
Inventor
Tamara Nikolaevna Belova
Larisa Alexandrovna Drozdova
Anatoly Timofeevich Zverev
Jury Grigorievich Tjurin
Garri Mikhailovich Khutoretsky
Original Assignee
Tamara Nikolaevna Belova
Larisa Alexandrovna Drozdova
Anatoly Timofeevich Zverev
Jury Grigorievich Tjurin
Garri Mikhailovich Khutoretsky
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

This two-layer stator winding exhibits an active part and winding overhangs and outer (3) and inner bars (4) arranged in odd- and even-numbered rows in the active winding part. The winding overhangs (2) of the two-layer winding are arranged in four annular layers (5, 6, 7, 8). Where the winding pitch is equal to an even-numbered pitch of the bar rows, the winding overhangs (2) of the bars (3, 4) are arranged in two inner annular layers (7, 8), with respect to the stator axis (1) in the odd-numbered rows whereas the winding overhangs (2) of the bars (3, 4) in the even-numbered rows are located in two outer annular layers (5, 6) with respect to the stator axis (1). Where the winding pitch is equal to an odd-numbered pitch of the bar rows, the winding overhangs (2) of the outer bars (3) of the active winding part (1) are arranged in two outer annular layers (5, 6) with respect to the stator axis (1) whereas the winding overhangs (2) of the inner bars (4) of the active winding part (1) are located in two inner annular layers (7, 8) with respect to the stator axis (1). In a two-layer winding of such construction, the length of the winding overhang can be reduced and the filling-up of the active stator zone with the winding can be improved. <IMAGE>

Description

  

  
 

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

 



   PATENTANSPRUCH
Zweischicht-Wicklung für den Stator einer elektrischen Maschine mit nutenlosem Statorkern, die einen aktiven Teil und Wickelköpfe sowie im aktiven Wicklungsteil in ungeradund geradzahligen Reihen angeordnete Aussen- und Innenstäbe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelköpfe (2) der Wicklung in vier Ringschichten (5, 6, 7, 8) angeordnet sind, wobei im Fall, dass der Wicklungsschritt einer geraden Schrittzahl der Stabreihen gleich ist, die Wickelköpfe (2) der Stäbe (3, 4) bei den ungeradzahligen Reihen in zwei Innenringschichten (7, 8) in Bezug auf die Statorachse (1), während die Wickelköpfe (2) der Stäbe (3, 4) bei den geradzahligen Reihen in zwei Aussenringschichten (5, 6) in Bezug auf die Statorachse (1), und im Fall, dass der Wicklungsschritt einer ungeraden Schrittzahl der Stabreihen gleich ist,

   die Wickelköpfe (2) der Aussenstäbe (3) des aktiven Wicklungsteils (1) in zwei Aussenringschichten (5, 6) in Bezug auf die Statorachse (1), während die Wickelköpfe (2) der Innenstäbe (4) des aktiven Wicklungs   teils (1)    in zwei Innenringschichten (7, 8) in Bezug auf die Statorachse (1) untergebracht sind.



   Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zweischicht-Wicklung für den Stator einer elektrischen Maschine mit nutlosem Statorkern. Besonders vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung in Turbogeneratoren mit nutlosem Statorkern, d. h. mit einer Anordnung der Statorwicklung im Luftspalt verwendet werden.



   In der Praxis des Elektromaschinenbaus haben die in den Nuten des Statorkerns untergebrachten Zweischicht-Statorwicklungen eine weite Verbreitung gefunden. Die Wicklungsstäbe in den Wickelköpfen sind in tangentialer Richtung gebogen in Bezug auf die Statorachse ausgeführt. Dabei hängt der Abbiegungswinkel der Stäbe in den Wickelköpfen vom Abstand zwischen den Stäben im Nutenteil der Wicklung ab, der seinerseits durch den Wert der zulässigen Eisenzahninduktion in der Zahnzone der Statorwicklung bestimmt wird.



   Die Wickelköpfe einer solchen Wicklung haben eine konische oder zylindrische Form, und die Stäbe der Wickelköpfe werden nach der Schleifen- oder Wellenschaltung verbunden.



  Die ganze Statorwicklung wird üblicherweise in Spulengruppen unterteilt. In den sowohl nach der Schleifen- als auch nach der Wellenschaltung ausgeführten Wicklungen sind die Stäbe so verbunden, dass jede von den Spulengruppen in nebenliegenden Nuten untergebrachte Gruppen von Stäben enthält, d. h. die z. B. in der ersten, zweiten und dritten Nut liegenden Stäbe gehören zu einer Spulengruppe. Bei einer solchen Verbindung werden die Stäbe in den Wickelköpfen, desgleichen wie im Nutenteil der Wicklung in zwei Schichten angeordnet.



   In den Zweischicht-Wicklungen dieses Typs entfällt ein bedeutender Teil der Wicklungslänge in axialer Richtung auf die Ausladung der Wickelköpfe. Die Länge der Wickelkopfausladung hängt vom Abbiegungswinkel der Stäbe in den Wickelköpfen und also vom Abstand zwischen den nebenliegenden, zu einer Spulengruppe gehörenden Stäben ab. Je grösser der angegebene Abstand ist, desto kleiner ist die Wickelkopfausladung der Wicklung.



   Für Turbogeneratoren hoher Leistung beträgt die Ausladungslänge der Wickelköpfe von einer Seite praktisch etwa 0,9 vom Durchmesser der   Statorkernbohrung.   



   Mit dem Anstieg der Generatorleistung vergrössert sich auch die Ausladungslänge der Wickelköpfe, was zu einer Komplikation ihres Aufbaus sowie zu einer Erhöhung der Streufelder und des induktiven Widerstands der Wicklung führt.



   Zur Herabsetzung des induktiven Widerstands der Statorwicklung sowie in Verbindung mit dem bedeutenden Anstieg der Induktion in den Zähnen des aktiven Eisens erweist sich als zweckmässig von der Ausführung des Kerns mit Zähnen abzugehen und einen Kern in nutenloser Ausführung zu verwenden, bei der die Wicklung im Luftspalt zwischen Rotor und Stator angeordnet wird. In diesem Fall ergibt sich ein geringerer Abstand zwischen den Wicklungsstäben gegenüber der in den Nuten des Statorkerns angeordneten Wicklung, und es wird eine bessere Ausfüllung der aktiven Statorzone durch die Wicklung erreicht. Der Abstand zwischen den Wicklungsstäben wird für Statoren mit nutenlosem Kern durch die Bedingungen der mechanischen Befestigung der Stäbe und durch die Grösse des Querschnitts der Kühlkanäle des Kühlsystems bestimmt.



   Mit der Verminderung des Abstands zwischen den Wicklungsstäben steigt jedoch die Ausladungslänge der Wickelköpfe an.



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zweischicht Wicklung des Stators einer elektrischen Maschine mit nutenlosem Kern so auszuführen, dass eine Verminderung der Wickelkopfausladungslänge bei einer verbesserten Ausfüllung der aktiven Statorzone mit Wicklung gegenüber dem Stator, der eine Ausführung des Kerns mit Zähnen aufweist, gewährleistet wird.



   Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der Zweischicht-Wicklung des Stators einer elektrischen Maschine mit nutenloser Ausführung des Kerns, die einen aktiven Teil und Wickelköpfe sowie im aktiven Wicklungsteil in gerad- und ungeradzahligen Reihen angeordnete Innen- und Aussenstäbe aufweist, erfindungsgemäss die Wickelköpfe der Wicklung in vier Ringschichten angeordnet sind, wobei im Fall, dass der Wicklungsschritt einer geraden Schrittzahl der Stabreihen gleich ist, die Wickelköpfe der Stäbe bei den ungeradzahligen Reihen in zwei Innenringschichten in Bezug auf die Statorachse, während die Wickelköpfe der Stäbe bei den geradzahligen Reihen in zwei Aussenringschichten in Bezug auf die Stator achse, und im Fall, dass der Wicklungsschritt einer ungeraden Schrittzahl der Stabreihen gleich ist,

   die Wickelköpfe der Aussenstäbe des aktiven Wicklungsteils in zwei Aussenringschichten in Bezug auf die Statorachse, während die Wickelköpfe der Innenstäbe des aktiven Wicklungsteils in zwei Innenringschichten in Bezug auf die Statorachse untergebracht sind.



   Der Vorzug der vorgeschlagenen Zweischicht-Wicklung besteht darin, dass bei der angegebenen Anordnung der Wicklungsstäbe jede von den die Wicklung ausbildenden Spulengruppen durch Gruppen von in jeder zweiten Reihe angeordneten und nicht nebenliegenden Stäben gebildet ist. Infolge dieser Anordnung wird der Abstand zwischen den zu einer Spulengruppe gehörenden nächstliegenden Stäben vergrössert, was zu einer Verminderung des Abbiegungswinkels der Stäbe in den Wickelköpfen und also zu einer Abkürzung der Wickelkopfausladungslänge führt.

 

   Im weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der beigelegten Zeichnungen näher erläutert, in denen es zeigen
Fig. 1 die Anordnung der erfindungsgemässen Zweischicht Statorwicklung einer elektrischen Maschine für den Fall, wenn der Wicklungsschritt einer geraden Schrittzahl über die Statorreihen gleich ist, in schematischer Darstellung;
Fig. 2 die Anordnung der erfindungsgemässen Zweischicht Statorwicklung einer elektrischen Maschine für den Fall, wenn der Wicklungsschritt einer ungeraden Schrittzahl über die Stabsreihen gleich ist, in schematischer Darstellung;
Fig. 3 elektrischen Schaltplan der erfindungsgemässen Zweischicht-Statorwicklung einer elektrischen Maschine für den Fall, wenn der Wicklungsschritt einer geraden Schrittzahl über die Stabreihen gleich ist;
Fig. 4 den elektrischen Schaltplan der erfindungsgemässen  



  Zweischicht-Statorwicklung einer elektrischen Maschine für den Fall, wenn der Wicklungsschritt einer ungeraden Schrittzahl über die Stabsreihen gleich ist
Fig. 5 die Abwicklung des Wickelkopfs der erfindungsgemässen Zweischicht-Wicklung;
Fig. 6 die Abwicklung des Wickelkopfs der bekannten Zwei schicht-Wicklung.



   In Fig. 1 und 2 ist je eine erfindungsgemässe Zweischicht Statorwicklung einer elektrischen Maschine schematisch dargestellt. Die Wicklung besteht aus einem im Innern des (in der Zeichnung nicht dargestellten) Statorkerns angeordneten aktiven Teil 1 und ausserhalb des Kerns angeordneten Wickelköpfen 2. Der aktive Teil 1 enthält Stäbe 3 der Aussenschicht der Wicklung und die Stäbe 4 der Innenschicht der Wicklung. Die Wickelköpfe der Wicklungsstäbe 3 und 4 sind in vier Ringschichten   5,6,7,8    angeordnet, von denen die Schichten   5,6    die Aussenschichten in Bezug auf die Statorachse 1 und die Schichten   7,8    die Innenschichten in Bezug auf die Statorachse 1 sind.



  Die Anordnung der Wicklungsstäbe   3,4    in den Wickelköpfen 2 wird nachfolgend näher betrachtet.



   In Fig. 3 und 4 ist der elektrische Schaltplan je einer erfindungsgemässen Zweischicht-Wicklung dargestellt, wobei die Stäbe der Aussenschicht (3 in Fig. 1, 2) des aktiven Wicklungsteils durchgezogen und die Stäbe der Innenschicht (4 in den Fig. 1, 2) gestrichelt eingezeichnet sind. Die vorgeschlagene Zweischicht-Wicklung besteht aus sechs Spulengruppen   lCI-    1C4, 2C1-2C4,   1C2-1C5,    2C2-2C5,   1C3-1C6    und 2C3-2C6 (Fig. 3, 4). Die Aussen- und Innenstäbe des aktiven Wicklungsteils sind am Umfang der zylindrischen Innenfläche des Statorkerns in den Reihen 1' bis 36' angeordnet. Benennen wir die Statorreihen, deren laufende Nummern mit ungeraden Zahlen bezeichnet sind, als ungeradzahlige Reihen, z. B. Reihen 1', 3', 5' usw.

  Die Stabreihen deren laufende Nummern mit geraden Zahlen bezeichnet sind, werden als geradzahlige Reihen benannt, z. B. Reihen 2: 4', 6' usw. Es ist selbstverständlich, dass die Bezeichnungen  geradzahlig  und  ungeradzahlig  im vorliegenden Fall nur bedingt zwecks einfacher Darlegung und Erleichterung der Erläuterung des Wesens der vorgeschlagenen Erfindung verwendet werden.



   Der Abstand zwischen den nebenliegenden Stäben, z. B. der Abstand zwischen den Stäben der Reihen 1' und   2',    2' und 3' usw., ist der Stabreihenschritt. Der Abstand zwischen zwei elektrisch verbundenen Stäben ist der Wicklungsschritt. Der Wicklungsschritt ist ein Vielfaches des Stabreihenschritts.



   In Fig. 3 ist eine Spulengruppe 1C1-1C4 durch die Stabreihen 1', 15', 3', 17', 5', 19' usw. gebildet. In diesem Fall ist der Wicklungsschritt, d. h. der Abstand z. B. zwischen den Stäben der Reihe 1' und der Reihe 15', vierzehn Stabreihenschritten, d. h.



  einer geraden Schrittzahl der Stabreihen gleich. Die Stäbe in jeder Spulengruppe sind über je eine Reihe verbunden, z. B. in der Spulengruppe   lC1-lC4    ist ein Stab der Reihe 1' mit einem Stab der Reihe 15', dann mit einem Stab der Reihe 3' in Umgebung des Stabes der Reihe 2' und weiter mit einem Stab der Reihe 17', dann mit einem Stab der Reihe 5' in Umgebung des Stabes der Reihe 4' usw. verbunden. Die übrigen Spulengruppen 2C1-2C4, 1C2-1C5 usw. sind in ähnlicher Weise gebildet.



  Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Wickelköpfe der Stäbe in vier Ringschichten angeordnet sind, wobei die Wickelköpfe der Stäbe aus den ungeradzahligen Reihen 1',   3,5'    usw. des aktiven Wicklungsteils in zwei Innenringschichten   7,8    (Fig. 1) in Bezug auf die Statorachse 1, und die Wickelköpfe der Stäbe aus den geradzahligen Reihen 2', 4', 6' usw. (Fig. 3) in zwei Aussenringschichten   5,6    (Fig. 1) in Bezug auf die Statorachse 1 untergebracht sind.



   In der in Fig. 4 dargestellten Zweischicht-Wicklung sind die Stäbe der Spulengruppe 1C1-1C4 den Reihen nach folgenderweise verbunden: 1', 16', 3', 18', 5', 20' usw. Die übrigen Spulengruppen 2C1-2C4, 1C2-1C5 usw. sind ähnlicherweise aufgebaut. Die Stäbe iri jeder Spulengruppe sind über je eine Reihe desgleichen wie auch für die in der Fig. 3 dargestellten Wicklung verbunden. In Abweichung von der in Fig. 3 dargestellten Wicklung ist im vorliegenden Fall der Wicklungsschritt, d. h.



  der Abstand z. B. zwischen den Reihen 1' und 16' fünfzehn Schritten der Stabreihen, d. h. einer ungeraden Schrittreihenzahl gleich. In diesem Fall sind, wie das aus Fig. 4 zu ersehen ist, die Wickelköpfe der Stäbe desgleichen in vier Ringschichten angeordnet, wobei die Wickelköpfe der mit durchgezogenen Linien dargestellten Aussenstäbe in zwei Aussenringschichten   5,6    (Fig. 2) in Bezug auf die Statorachse 1 und die Wickelköpfe der in Fig. 4 mit gestrichelten Linien dargestellten Innenstäbe in zwei Innenringschichten   7,8    (Fig. 2) in Bezug auf die Statorachse 1 untergebracht sind.



   In Fig. 5 ist zwecks Erhaltung einer übersichtlichen Vorstellung von den Vorzügen der vorliegenden Erfindung eine Abwicklung der Wickelköpfe der vorgeschlagenen Wicklung und in Fig. 6 eine Abwicklung der Wickelköpfe einer Wicklung des bekannten Typs, die mit der gleichen Ausfüllung wie die vorgeschlagene Wicklung ausgeführt ist, dargestellt. Aus einem Vergleich der Fig. 5 und 6 geht hervor, dass der Abstand   tl    zwischen den Stäben in den Wickelköpfen für die Stäbe einer Spulengruppe in der erfindungsgemässen Wicklung doppelt so gross wie der entsprechende Abstand t2 in der nach dem bekannten Schema ausgeführten Wicklung ist. 

  Der Abbiegungswinkel al der Stäbe am Austritt aus dem aktiven Teil in der erfindungsgemässen Wicklung ist entsprechend kleiner als der Abbiegungswinkel   a2    der Stäbe in der bekannten Wicklung, was zu einer Verminderung der Ausladungslänge   Li    der Wikkelköpfe bei der vorgeschlagenen Wicklung gegenüber der Ausladungslänge der Wickelköpfe bei der Wicklung des bekannten Typs führt.



   Die vorgeschlagene Erfindung gewährleistet eine Verminderung der Wickelkopfausladungslänge einer Wicklung um 20-30%. 



  
 

** WARNING ** Beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.

 



   PATENT CLAIM
Two-layer winding for the stator of an electrical machine with a slotless stator core, which has an active part and winding heads as well as outer and inner bars arranged in odd and even rows in the active winding part, characterized in that the winding heads (2) of the winding are arranged in four ring layers (5 , 6, 7, 8), in the case that the winding pitch is equal to an even number of rows of bars, the winding heads (2) of the bars (3, 4) in the odd-numbered rows in two inner ring layers (7, 8) in With respect to the stator axis (1), while the winding heads (2) of the bars (3, 4) in the even-numbered rows in two outer ring layers (5, 6) with respect to the stator axis (1), and in the event that the winding step is one odd number of steps of the rows of bars is equal,

   the winding heads (2) of the outer bars (3) of the active winding part (1) in two outer ring layers (5, 6) in relation to the stator axis (1), while the winding heads (2) of the inner bars (4) of the active winding part (1 ) are accommodated in two inner ring layers (7, 8) in relation to the stator axis (1).



   The present invention relates to a two-layer winding for the stator of an electrical machine with a slotless stator core. The present invention can be used particularly advantageously in turbo-generators with a slotless stator core, i.e. H. can be used with an arrangement of the stator winding in the air gap.



   In the practice of electrical machine construction, the two-layer stator windings accommodated in the slots of the stator core have found widespread use. The winding bars in the winding heads are curved in the tangential direction in relation to the stator axis. The bending angle of the bars in the winding heads depends on the distance between the bars in the slot part of the winding, which in turn is determined by the value of the permissible iron tooth induction in the tooth zone of the stator winding.



   The end turns of such a winding have a conical or cylindrical shape, and the bars of the end turns are connected after the loop or wave connection.



  The entire stator winding is usually divided into groups of coils. In the windings made both after the loop and after the wave connection, the bars are connected in such a way that each of the coil groups contains groups of bars accommodated in adjacent slots, i.e. H. the z. B. lying in the first, second and third groove rods belong to a coil group. With such a connection, the bars are arranged in two layers in the winding heads, just as in the slot part of the winding.



   In the two-layer windings of this type, a significant part of the winding length in the axial direction is accounted for by the overhang of the winding heads. The length of the winding head projection depends on the bending angle of the bars in the winding heads and therefore on the distance between the adjacent bars belonging to a coil group. The greater the specified distance, the smaller the overhang of the winding.



   For high-performance turbo-generators, the overhang length of the end windings from one side is practically about 0.9 of the diameter of the stator core bore.



   As the generator output increases, so does the overhang length of the winding heads, which complicates their structure and increases the stray fields and the inductive resistance of the winding.



   To reduce the inductive resistance of the stator winding and in connection with the significant increase in induction in the teeth of the active iron proves to be expedient to depart from the design of the core with teeth and to use a core in a slotless design with the winding in the air gap between Rotor and stator is arranged. In this case there is a smaller distance between the winding bars compared to the winding arranged in the slots of the stator core, and the active stator zone is better filled by the winding. For stators with a slotless core, the distance between the winding bars is determined by the conditions of the mechanical fastening of the bars and by the size of the cross-section of the cooling channels of the cooling system.



   However, as the distance between the winding bars decreases, the overhang of the winding heads increases.



   The invention is based on the object of designing the two-layer winding of the stator of an electrical machine with a slotless core in such a way that a reduction in the winding head projection length is ensured with an improved filling of the active stator zone with winding compared to the stator, which has a core design with teeth .



   The object is achieved in that in the two-layer winding of the stator of an electrical machine with a slotless design of the core, which has an active part and end windings as well as inner and outer bars arranged in even and odd rows in the active winding part, the end windings according to the invention of the winding are arranged in four ring layers, in the case that the winding pitch is equal to an even number of rows of bars, the end windings of the bars in the odd-numbered rows in two inner ring layers with respect to the stator axis, while the windings of the bars in the even-numbered rows in two outer ring layers in relation to the stator axis, and in the event that the winding step is equal to an odd number of steps in the rows of bars,

   the end turns of the outer bars of the active winding part in two outer ring layers with respect to the stator axis, while the end turns of the inner bars of the active winding part are accommodated in two inner ring layers with respect to the stator axis.



   The advantage of the proposed two-layer winding is that with the specified arrangement of the winding bars, each of the coil groups forming the winding is formed by groups of bars arranged in every other row and not adjacent. As a result of this arrangement, the distance between the closest rods belonging to a coil group is increased, which leads to a reduction in the bending angle of the rods in the winding heads and thus to a shortening of the winding head projection length.

 

   In the following, the invention is explained in more detail using an exemplary embodiment and the accompanying drawings, in which it shows
1 shows the arrangement of the inventive two-layer stator winding of an electrical machine for the case when the winding step is the same as an even number of steps over the stator rows, in a schematic representation;
2 shows the arrangement of the inventive two-layer stator winding of an electrical machine for the case when the winding step is the same as an odd number of steps over the rows of bars, in a schematic representation;
3 shows an electrical circuit diagram of the inventive two-layer stator winding of an electrical machine for the case when the winding step is equal to an even number of steps across the rows of bars;
4 shows the electrical circuit diagram of the inventive



  Two-layer stator winding of an electrical machine for the case when the winding step is equal to an odd number of steps across the rows of bars
5 shows the development of the winding head of the two-layer winding according to the invention;
Fig. 6 shows the development of the winding head of the known two-layer winding.



   In FIGS. 1 and 2, a two-layer stator winding according to the invention of an electrical machine is shown schematically. The winding consists of an active part 1 arranged inside the stator core (not shown in the drawing) and winding heads 2 arranged outside the core. The active part 1 contains bars 3 of the outer layer of the winding and the bars 4 of the inner layer of the winding. The end windings of the winding bars 3 and 4 are arranged in four ring layers 5,6,7,8, of which the layers 5,6 are the outer layers with respect to the stator axis 1 and the layers 7,8 are the inner layers with respect to the stator axis 1 .



  The arrangement of the winding bars 3, 4 in the winding heads 2 is considered in more detail below.



   3 and 4 show the electrical circuit diagram of a two-layer winding according to the invention, the bars of the outer layer (3 in FIGS. 1, 2) of the active winding part being drawn through and the bars of the inner layer (4 in FIGS. 1, 2 ) are shown in dashed lines. The proposed two-layer winding consists of six coil groups ICI- 1C4, 2C1-2C4, 1C2-1C5, 2C2-2C5, 1C3-1C6 and 2C3-2C6 (Fig. 3, 4). The outer and inner bars of the active winding part are arranged on the circumference of the cylindrical inner surface of the stator core in rows 1 'to 36'. Let's call the stator rows, whose sequential numbers are marked with odd numbers, as odd-numbered rows, e.g. B. Rows 1 ', 3', 5 'etc.

  The rows of bars whose consecutive numbers are denoted by even numbers are called even rows, e.g. B. Rows 2: 4 ', 6' etc. It goes without saying that the designations even and odd in the present case are only used to a limited extent for the purpose of simplifying and facilitating the explanation of the essence of the proposed invention.



   The distance between the adjacent bars, e.g. B. the distance between the bars of rows 1 'and 2', 2 'and 3', etc., is the row pitch. The distance between two electrically connected bars is the winding pitch. The winding pitch is a multiple of the bar row pitch.



   In Fig. 3, a coil group 1C1-1C4 is formed by rows of bars 1 ', 15', 3 ', 17', 5 ', 19' and so on. In this case the winding pitch, i.e. H. the distance z. B. between the bars of the row 1 'and the row 15', fourteen bar row steps, d. H.



  equal to an even number of steps in the rows of bars. The bars in each coil group are connected by a row, e.g. B. in the coil group lC1-lC4 is a rod of row 1 'with a rod of row 15', then with a rod of row 3 'in the vicinity of the rod of row 2' and further with a rod of row 17 ', then connected to a rod of row 5 'in the vicinity of rod of row 4', etc. The remaining coil groups 2C1-2C4, 1C2-1C5, etc. are formed in a similar manner.



  From Fig. 3 it can be seen that the winding heads of the bars are arranged in four ring layers, the winding heads of the bars from the odd-numbered rows 1 ', 3.5' etc. of the active winding part in two inner ring layers 7, 8 (Fig. 1) with respect to the stator axis 1, and the winding heads of the bars from the even-numbered rows 2 ', 4', 6 'etc. (FIG. 3) are accommodated in two outer ring layers 5, 6 (FIG. 1) with respect to the stator axis 1 .



   In the two-layer winding shown in Fig. 4, the bars of the coil group 1C1-1C4 are connected in the following rows: 1 ', 16', 3 ', 18', 5 ', 20' etc. The remaining coil groups 2C1-2C4, 1C2-1C5 etc. have a similar structure. The bars in each coil group are each connected via a row of the same as for the winding shown in FIG. In a departure from the winding shown in FIG. 3, in the present case the winding step, i.e. H.



  the distance z. B. between rows 1 'and 16' fifteen steps of rows of bars, i.e. H. equal to an odd number of steps. In this case, as can be seen from FIG. 4, the end windings of the bars are likewise arranged in four ring layers, with the end windings of the outer bars shown with solid lines in two outer ring layers 5, 6 (FIG. 2) with respect to the stator axis 1 and the end windings of the inner bars shown in broken lines in FIG. 4 are accommodated in two inner ring layers 7, 8 (FIG. 2) with respect to the stator axis 1.



   In Fig. 5, in order to obtain a clear idea of the advantages of the present invention, a development of the end turns of the proposed winding and in Fig. 6 a development of the end turns of a winding of the known type, which is designed with the same filling as the proposed winding, shown. A comparison of FIGS. 5 and 6 shows that the distance t1 between the bars in the winding heads for the bars of a coil group in the winding according to the invention is twice as large as the corresponding distance t2 in the winding made according to the known scheme.

  The bending angle al of the bars at the exit from the active part in the winding according to the invention is correspondingly smaller than the bending angle a2 of the bars in the known winding, which leads to a reduction in the projection length Li of the winding heads in the proposed winding compared to the projection length of the winding heads in the winding of the known type leads.



   The proposed invention ensures a reduction in the length of the end winding of a winding by 20-30%.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Zweischicht-Wicklung für den Stator einer elektrischen Maschine mit nutenlosem Statorkern, die einen aktiven Teil und Wickelköpfe sowie im aktiven Wicklungsteil in ungeradund geradzahligen Reihen angeordnete Aussen- und Innenstäbe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelköpfe (2) der Wicklung in vier Ringschichten (5, 6, 7, 8) angeordnet sind, wobei im Fall, dass der Wicklungsschritt einer geraden Schrittzahl der Stabreihen gleich ist, die Wickelköpfe (2) der Stäbe (3, 4) bei den ungeradzahligen Reihen in zwei Innenringschichten (7, 8) in Bezug auf die Statorachse (1), während die Wickelköpfe (2) der Stäbe (3, 4) bei den geradzahligen Reihen in zwei Aussenringschichten (5, 6) in Bezug auf die Statorachse (1), und im Fall, dass der Wicklungsschritt einer ungeraden Schrittzahl der Stabreihen gleich ist, PATENT CLAIM Two-layer winding for the stator of an electrical machine with a slotless stator core, which has an active part and winding heads as well as outer and inner bars arranged in odd and even rows in the active winding part, characterized in that the winding heads (2) of the winding are arranged in four ring layers (5 , 6, 7, 8), in the case that the winding pitch is equal to an even number of rows of bars, the winding heads (2) of the bars (3, 4) in the odd-numbered rows in two inner ring layers (7, 8) in With respect to the stator axis (1), while the winding heads (2) of the bars (3, 4) in the even-numbered rows in two outer ring layers (5, 6) with respect to the stator axis (1), and in the event that the winding step is one odd number of steps of the rows of bars is equal, die Wickelköpfe (2) der Aussenstäbe (3) des aktiven Wicklungsteils (1) in zwei Aussenringschichten (5, 6) in Bezug auf die Statorachse (1), während die Wickelköpfe (2) der Innenstäbe (4) des aktiven Wicklungs teils (1) in zwei Innenringschichten (7, 8) in Bezug auf die Statorachse (1) untergebracht sind. the winding heads (2) of the outer bars (3) of the active winding part (1) in two outer ring layers (5, 6) in relation to the stator axis (1), while the winding heads (2) of the inner bars (4) of the active winding part (1 ) are accommodated in two inner ring layers (7, 8) in relation to the stator axis (1). Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zweischicht-Wicklung für den Stator einer elektrischen Maschine mit nutlosem Statorkern. Besonders vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung in Turbogeneratoren mit nutlosem Statorkern, d. h. mit einer Anordnung der Statorwicklung im Luftspalt verwendet werden. The present invention relates to a two-layer winding for the stator of an electrical machine with a slotless stator core. The present invention can be used particularly advantageously in turbo-generators with a slotless stator core, i.e. H. can be used with an arrangement of the stator winding in the air gap. In der Praxis des Elektromaschinenbaus haben die in den Nuten des Statorkerns untergebrachten Zweischicht-Statorwicklungen eine weite Verbreitung gefunden. Die Wicklungsstäbe in den Wickelköpfen sind in tangentialer Richtung gebogen in Bezug auf die Statorachse ausgeführt. Dabei hängt der Abbiegungswinkel der Stäbe in den Wickelköpfen vom Abstand zwischen den Stäben im Nutenteil der Wicklung ab, der seinerseits durch den Wert der zulässigen Eisenzahninduktion in der Zahnzone der Statorwicklung bestimmt wird. In the practice of electrical machine construction, the two-layer stator windings accommodated in the slots of the stator core have found widespread use. The winding bars in the winding heads are curved in the tangential direction in relation to the stator axis. The bending angle of the bars in the winding heads depends on the distance between the bars in the slot part of the winding, which in turn is determined by the value of the permissible iron tooth induction in the tooth zone of the stator winding. Die Wickelköpfe einer solchen Wicklung haben eine konische oder zylindrische Form, und die Stäbe der Wickelköpfe werden nach der Schleifen- oder Wellenschaltung verbunden. The end turns of such a winding have a conical or cylindrical shape, and the bars of the end turns are connected after the loop or wave connection. Die ganze Statorwicklung wird üblicherweise in Spulengruppen unterteilt. In den sowohl nach der Schleifen- als auch nach der Wellenschaltung ausgeführten Wicklungen sind die Stäbe so verbunden, dass jede von den Spulengruppen in nebenliegenden Nuten untergebrachte Gruppen von Stäben enthält, d. h. die z. B. in der ersten, zweiten und dritten Nut liegenden Stäbe gehören zu einer Spulengruppe. Bei einer solchen Verbindung werden die Stäbe in den Wickelköpfen, desgleichen wie im Nutenteil der Wicklung in zwei Schichten angeordnet. The entire stator winding is usually divided into groups of coils. In the windings made both after the loop and after the wave connection, the bars are connected in such a way that each of the coil groups contains groups of bars accommodated in adjacent slots, i.e. H. the z. B. lying in the first, second and third groove rods belong to a coil group. With such a connection, the bars are arranged in two layers in the winding heads, just as in the slot part of the winding. In den Zweischicht-Wicklungen dieses Typs entfällt ein bedeutender Teil der Wicklungslänge in axialer Richtung auf die Ausladung der Wickelköpfe. Die Länge der Wickelkopfausladung hängt vom Abbiegungswinkel der Stäbe in den Wickelköpfen und also vom Abstand zwischen den nebenliegenden, zu einer Spulengruppe gehörenden Stäben ab. Je grösser der angegebene Abstand ist, desto kleiner ist die Wickelkopfausladung der Wicklung. In the two-layer windings of this type, a significant part of the winding length in the axial direction is accounted for by the overhang of the winding heads. The length of the winding head projection depends on the bending angle of the bars in the winding heads and therefore on the distance between the adjacent bars belonging to a coil group. The greater the specified distance, the smaller the overhang of the winding. Für Turbogeneratoren hoher Leistung beträgt die Ausladungslänge der Wickelköpfe von einer Seite praktisch etwa 0,9 vom Durchmesser der Statorkernbohrung. For high-performance turbo-generators, the overhang length of the end windings from one side is practically about 0.9 of the diameter of the stator core bore. Mit dem Anstieg der Generatorleistung vergrössert sich auch die Ausladungslänge der Wickelköpfe, was zu einer Komplikation ihres Aufbaus sowie zu einer Erhöhung der Streufelder und des induktiven Widerstands der Wicklung führt. As the generator output increases, so does the overhang length of the winding heads, which complicates their structure and increases the stray fields and the inductive resistance of the winding. Zur Herabsetzung des induktiven Widerstands der Statorwicklung sowie in Verbindung mit dem bedeutenden Anstieg der Induktion in den Zähnen des aktiven Eisens erweist sich als zweckmässig von der Ausführung des Kerns mit Zähnen abzugehen und einen Kern in nutenloser Ausführung zu verwenden, bei der die Wicklung im Luftspalt zwischen Rotor und Stator angeordnet wird. In diesem Fall ergibt sich ein geringerer Abstand zwischen den Wicklungsstäben gegenüber der in den Nuten des Statorkerns angeordneten Wicklung, und es wird eine bessere Ausfüllung der aktiven Statorzone durch die Wicklung erreicht. Der Abstand zwischen den Wicklungsstäben wird für Statoren mit nutenlosem Kern durch die Bedingungen der mechanischen Befestigung der Stäbe und durch die Grösse des Querschnitts der Kühlkanäle des Kühlsystems bestimmt. To reduce the inductive resistance of the stator winding and in connection with the significant increase in induction in the teeth of the active iron proves to be expedient to depart from the design of the core with teeth and to use a core in a slotless design with the winding in the air gap between Rotor and stator is arranged. In this case there is a smaller distance between the winding bars compared to the winding arranged in the slots of the stator core, and the active stator zone is better filled by the winding. For stators with a slotless core, the distance between the winding bars is determined by the conditions of the mechanical fastening of the bars and by the size of the cross-section of the cooling channels of the cooling system. Mit der Verminderung des Abstands zwischen den Wicklungsstäben steigt jedoch die Ausladungslänge der Wickelköpfe an. However, as the distance between the winding bars decreases, the overhang of the winding heads increases. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zweischicht Wicklung des Stators einer elektrischen Maschine mit nutenlosem Kern so auszuführen, dass eine Verminderung der Wickelkopfausladungslänge bei einer verbesserten Ausfüllung der aktiven Statorzone mit Wicklung gegenüber dem Stator, der eine Ausführung des Kerns mit Zähnen aufweist, gewährleistet wird. The invention is based on the object of designing the two-layer winding of the stator of an electrical machine with a slotless core in such a way that a reduction in the winding head projection length is ensured with an improved filling of the active stator zone with winding compared to the stator, which has a core design with teeth . Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der Zweischicht-Wicklung des Stators einer elektrischen Maschine mit nutenloser Ausführung des Kerns, die einen aktiven Teil und Wickelköpfe sowie im aktiven Wicklungsteil in gerad- und ungeradzahligen Reihen angeordnete Innen- und Aussenstäbe aufweist, erfindungsgemäss die Wickelköpfe der Wicklung in vier Ringschichten angeordnet sind, wobei im Fall, dass der Wicklungsschritt einer geraden Schrittzahl der Stabreihen gleich ist, die Wickelköpfe der Stäbe bei den ungeradzahligen Reihen in zwei Innenringschichten in Bezug auf die Statorachse, während die Wickelköpfe der Stäbe bei den geradzahligen Reihen in zwei Aussenringschichten in Bezug auf die Stator achse, und im Fall, dass der Wicklungsschritt einer ungeraden Schrittzahl der Stabreihen gleich ist, The object is achieved in that in the two-layer winding of the stator of an electrical machine with a slotless design of the core, which has an active part and end windings as well as inner and outer bars arranged in even and odd rows in the active winding part, the end windings according to the invention of the winding are arranged in four ring layers, in the case that the winding pitch is equal to an even number of rows of bars, the end windings of the bars in the odd-numbered rows in two inner ring layers with respect to the stator axis, while the windings of the bars in the even-numbered rows in two outer ring layers in relation to the stator axis, and in the event that the winding step is equal to an odd number of steps in the rows of bars, die Wickelköpfe der Aussenstäbe des aktiven Wicklungsteils in zwei Aussenringschichten in Bezug auf die Statorachse, während die Wickelköpfe der Innenstäbe des aktiven Wicklungsteils in zwei Innenringschichten in Bezug auf die Statorachse untergebracht sind. the end turns of the outer bars of the active winding part in two outer ring layers with respect to the stator axis, while the end turns of the inner bars of the active winding part are accommodated in two inner ring layers with respect to the stator axis. Der Vorzug der vorgeschlagenen Zweischicht-Wicklung besteht darin, dass bei der angegebenen Anordnung der Wicklungsstäbe jede von den die Wicklung ausbildenden Spulengruppen durch Gruppen von in jeder zweiten Reihe angeordneten und nicht nebenliegenden Stäben gebildet ist. Infolge dieser Anordnung wird der Abstand zwischen den zu einer Spulengruppe gehörenden nächstliegenden Stäben vergrössert, was zu einer Verminderung des Abbiegungswinkels der Stäbe in den Wickelköpfen und also zu einer Abkürzung der Wickelkopfausladungslänge führt. The advantage of the proposed two-layer winding is that with the specified arrangement of the winding bars, each of the coil groups forming the winding is formed by groups of bars arranged in every other row and not adjacent. As a result of this arrangement, the distance between the closest rods belonging to a coil group is increased, which leads to a reduction in the bending angle of the rods in the winding heads and thus to a shortening of the winding head projection length. Im weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der beigelegten Zeichnungen näher erläutert, in denen es zeigen Fig. 1 die Anordnung der erfindungsgemässen Zweischicht Statorwicklung einer elektrischen Maschine für den Fall, wenn der Wicklungsschritt einer geraden Schrittzahl über die Statorreihen gleich ist, in schematischer Darstellung; Fig. 2 die Anordnung der erfindungsgemässen Zweischicht Statorwicklung einer elektrischen Maschine für den Fall, wenn der Wicklungsschritt einer ungeraden Schrittzahl über die Stabsreihen gleich ist, in schematischer Darstellung; Fig. 3 elektrischen Schaltplan der erfindungsgemässen Zweischicht-Statorwicklung einer elektrischen Maschine für den Fall, wenn der Wicklungsschritt einer geraden Schrittzahl über die Stabreihen gleich ist; In the following, the invention is explained in more detail using an exemplary embodiment and the accompanying drawings, in which it shows 1 shows the arrangement of the inventive two-layer stator winding of an electrical machine for the case when the winding step is the same as an even number of steps over the stator rows, in a schematic representation; 2 shows the arrangement of the inventive two-layer stator winding of an electrical machine for the case when the winding step is the same as an odd number of steps over the rows of bars, in a schematic representation; 3 shows an electrical circuit diagram of the inventive two-layer stator winding of an electrical machine for the case when the winding step is equal to an even number of steps across the rows of bars; ; Fig. 4 den elektrischen Schaltplan der erfindungsgemässen **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**. ; 4 shows the electrical circuit diagram of the inventive ** WARNING ** End of CLMS field could overlap beginning of DESC **.
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