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Statorkonzepte für 2-polige High-Speed-PM-Synchronmotoren

Stator concepts for 2-pole high-speed permanent magnet synchronous motors

  • Originalarbeit
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e & i Elektrotechnik und Informationstechnik Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Bei hochtourigen Antriebssystemen kommen zunehmend PM-Synchronmotoren zum Einsatz, die in Form von Einbaumotoren integraler Bestandteil eines Aggregats sind. Aufgrund der hohen Betriebsdrehzahl führt die interdisziplinäre Entwicklung des Aggregats meist zu 2-poligen Kurzmotoren. Insbesondere für diese 2‑poligen PM-Synchronmotoren werden Wicklungssysteme benötigt, die zu einem möglichst kompakten Stator führen. Zusätzlich werden eine gute Grundfeldausnutzung sowie ein akzeptables Oberfeldverhalten zur Limitierung der Rotor-Wirbelstromverluste erwartet. Verteilte Zahnspulenwicklungen stellen hier einen neuen Ansatz dar, der im Detail beschrieben wird. Im einfachsten Fall besteht die verteilte Zahnspulenwicklung aus einfachen Doppel-Zahnspulen. Am Beispiel eines Turboverdichters werden drei PM-Synchronmotoren mit unterschiedlichen Wicklungssystemen ausgelegt und als Mustermotoren für die experimentelle Erprobung angefertigt. Die Erprobung bestätigt die Simulationsergebnisse, und es kann gezeigt werden, dass verteilte Zahnspulenwicklungen sinnvoll bei High-Speed-PM-Synchronmotoren eingesetzt werden können, da in Verbindung mit ihnen nur geringe Rotor-Wirbelstromverluste auftreten.

Abstract

PM synchronous motors, which are an integral part of an aggregate in the form of built-in motors, are increasingly used in high-speed drive systems. Due to the high operating speed, the interdisciplinary development of the aggregate usually leads to 2‑pole short motors. Particularly for these 2‑pole PM synchronous motors, winding systems are needed that lead to a stator that is as compact as possible. In addition, good fundamental field utilization and an acceptable harmonic field behavior to limit the rotor eddy current losses are expected. Distributed tooth coil windings represent a new approach, which is described in detail. In the simplest case, the distributed tooth coil winding consists of simple double tooth coils. By using a turbo compressor as an example, three PM synchronous motors with different winding systems are designed and manufactured as sample motors for experimental testing. The test confirms the simulation results, and it can be shown that distributed tooth coil windings can be used meaningfully in high-speed PM synchronous motors as only low rotor eddy current losses occur.

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Abb. 4
Abb. 5
Abb. 6
Abb. 7
Abb. 8
Abb. 9
Abb. 10
Abb. 11
Abb. 12
Abb. 13

Abbreviations

a :

Anzahl paralleler Zweige

N 1 :

Statornutenzahl

p :

Grundfeld-Polpaarzahl

q :

Lochzahl

W :

Spulenweite

κ :

spezifische elektrische Leitfähigkeit

µ :

Permeabilität

µ 0 :

Permeabilität im Vakuum

ν :

Oberfeld-Polpaarzahl

ξ ν :

Wicklungsfaktor der Polpaarzahl ν

τ p :

Polteilung

z N :

Leiterzahl pro Nut

z S :

Spulenleiterzahl

z A/B :

Spulenleiterzahl Teilspule A/B

∆z :

Leiterzahldifferenz

Literatur

  1. Sigloch H (2021) Strömungsmaschinen, Grundlagen und Anwendungen, 7. Aufl. Hanser,

    Book  Google Scholar 

  2. Gieras JF (2010) Permanent magnet motor technology—design and applications, 3. Aufl. CRC,

    Google Scholar 

  3. Huth G, Krotsch J (2019) AC-Motoren mit verteilter Zahnspulenwicklung. e&i 2019(2):135–142

    Google Scholar 

  4. Huth G, Löhlein B (2017) Alternative materials for PM synchronous motors. In: IKMT 2017 Saarbrücken. GMM-Fachbericht, Bd. 89, S 148–153 (IEEE Xplore)

    Google Scholar 

  5. Müller G, Vogt K, Ponick B (2007) Berechnung elektrischer Maschinen, 6. Aufl. Wiley-VCH

  6. Huth G, Krotsch J (2017) Patentschriften zu verteilten Zahnspulenwicklungen, DE102017128832 und DE102017112837

  7. Huth G, Krotsch J (2019) PM line-start short motors with double tooth-coil winding. In: IKMT 2019. ETG-Fachbericht, Bd. 159. VDE-Verlag, S 33–39 (IEEE Xplore)

  8. Guenat E, Schiffmann J (2019) Performance potential of gas foil thrust bearings enhanced with spiral grooves. Tribol Int 131:438–445

    Article  Google Scholar 

  9. He J (2020) Hochtourige Antriebskonzepte für Strömungsmaschinen in PM-Synchrontechnik. Kaiserslauterer Beiträge zur Antriebstechnik, Bd. 19. Shaker Verlag (Dissertation TU Kaiserslautern)

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Danksagung

Ein dieser Veröffentlichung zugrundeliegendes Forschungsvorhaben wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unter dem Förderkennzeichen 03ET1292A gefördert. Der Projektträger war das Forschungszentrum Jülich (FZJ).

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Authors and Affiliations

  1. Delta Electronics (Netherlands) BV, Bruchsal, Deutschland

    Jiawei He

  2. Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik, c/o Lehrstuhl für Mechatronik und Elektrische Antriebssysteme, TU Kaiserslautern, Erwin-Schrödinger-Straße, Bau 11, 67663, Kaiserslautern, Deutschland

    Gerhard Huth

Authors
  1. Jiawei He
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  2. Gerhard Huth
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He, J., Huth, G. Statorkonzepte für 2-polige High-Speed-PM-Synchronmotoren. Elektrotech. Inftech. 139, 176–185 (2022). https://doi.org/10.1007/s00502-022-01019-y

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00502-022-01019-y

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