DE2117048A1 - Wellenwicklung für elektrische Maschinen - Google Patents

Description

KOLLMORGEN CORPORATION
Holyoke, Massachusetts/V.St.A.

Unser Zeichen; K 94?

Wellenwicklung für elektrische Maschinen

Die Erfindung betrifft Wellenwickfungen für elektrische Maschinen und dergleichen und insbesondere für vielpolige Axialluftspaltmaschine^ d.h. also Maschinen mit scheibenförmigen Elementen.

Derartige Wicklungen bestehen aus in Reihe geschalteten Windungen, deren jede aus zwei Spulenseitenleitern besteht, die im wesentlichen um eine Polteilung voneinander entfernt sind, so dass zwei aufeinanderfolgende "Hinleiter" etwa um zwei Polteilungen voneinander entfernt sind. Dasselbe gilt für zwei aufeinanderfolgende "Rückleiter" in dem Wicklungsverlauf. Betrachtet man beispielsweise eine Wicklung, die gegenüber dem vielpoligen Erreger stillsteht, in welchem die magnetischen Nord- und Südpole einander abwechseln, so kann dies auch so ausgedrückt werden, dass ein unter einem Nordpol be-

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ORlGiNAL INSPECTED

findlicher »Hinleiter" über einen "Ruckleiter" mit einem unter dem darauffolgenden Nordpol des Erregers befindlichen "Hinleiter" verbunden ist usw.. Mit anderen Worten, die klassische Wellenwicklung verläuft in "Wellen", die sich jeweils über zwei Polteilungen erstrekken. . ■ ^;

Wird bei diesen bekannten Wicklungen die Zahl der Spulenseitenleiter mit N, die Polpaarzahl des Erregers (auf einer Luftspaltseite) mit ρ und der Wicklungsschritt mit y bezeichnet, so ist der Wicklungsschritt y bekanntlich von den beiden anderen Faktoren gemäss der folgenden bekannten Gleichung abhängig?

(D p. y = N + 2.

Im Gegensatz zu der bekannten Anordnung einer Wellenwicklung wird der Wicklungsschritt erfindungsgemäss so gewählt, dass er die Gleichung

(2) p. y = 2 (ff + 2),

erfüllt, wobei ρ >3 ist. Mit anderen Worten, eine erfindungsgemässe Wellenwicklung verläuft in Wellen, die sich jeweils über vier Polteilungen erstrecken: zwei aktive Spulenseitenleiter derselben Stromdurchgangsrichtung, die durch einen aktiven Spulenseitenleiter der entgegengesetzten Durchgangsrichtung gegenüber dem Erreger verbunden sind, befinden sich also unter Erregerpolen derselben magnetischen Benennung, zwischen denen sich drei andere Pole befinden, deren mittlerer dieselbe Benennung wie diese hat.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeiapielen, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird.

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Auf dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 vergleichende Schaltbilder eines Ausführungsbeispiels einer bekannten Wellenwicklung (A) und ein entsprechendes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Wellenwicklung (B),

Fig. 2 die Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Wicklung im Falle einer scheibenförmigen, zweischichtigen Ausführungsform,

Fig. 3 die Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Wicklung im Falle einer mehrschichtigen, aus einzeln isolierten Leiterdrähten bestehenden Ausführungsform·

Diese Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Wicklungen für achtpolige elektrische Axialluftspaltmaschinen, worauf die Scheibenform dieser Wicklungen zurückzuführen ist. Die Erfindung ist ganz allgemein auf alle Arten von Wicklungen und alle Polteilungen von mehr als zwei anwendbar.

Das Wicklungsschena A von Fig. 1 zeigt eine Abwicklung einer Wellenwicklung mit dreissig Leitern. Die ^wHin-Ielter" sind mit ungeraden Zahlen und die "Rückleiter" mit geraden Zahlen bezeichnet« Da es sich um einen klassischen Wicklungsverlauf mit einer Spulenseitenleiterzahl 5 gleich dreissig und vier Polpaaren handelt, ist der Gesamtwicklungsschritt y gemäss Gleichung 1 gleich acht mit beispielsweise einem Vorwärtsschritt gleich 5 und einem Rückwärtsschritt gleich 3. Stellt man sich die Wicklung unter den Erregerpolen stillstehend vor, wobei der Leiter 1 sich unter dem Pol N1 befindet, so ist dieser Leiter 1 über den "Rückleiter" 6 mit dem unter dem

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Pol N2 befindlichen "Hinleiter" 9 verbunden, welcher seinerseits über den "RUckleiter" 14 mit dem unter dem Pol N3 befindlichen "H.inleiter" 17 verbunden usw. gemäss der nachstehenden .Wicklungstabelle:

1 -6-9 -14-17- 22- 25 -3o- . ' 3-8-11-16-19-24-27-2-5-10-13-18-21-26-29-4- 7-12-15-20-23-28-1.

Das erfindungsgemasse Wicklungsschema ist gemäss der oben angegebenen Gleichung 2 ausgeführt. Zum direkten Vergleich ist dieses Schema B auf Fig. 1 mit derselben Leiterzahl K=3o mit derselben Polpaarzahl p=4 dargestellt. Der Wicklungsschritt beträgt somit 16 anstelle von 8, wobei der Vorwärtsschritt ebenfalls 5, der Rückwärtsschritt jedoch 11 beträgt. In diesem Fall ist der "Hinleiter" 1 über den "Rückleiter" 6 mit dem Leiter 17 verbunden, d.h. die Welle geht vom Pol N1 zum Pol N3, indem der Pol N2 "übersprungen" wird. Die Wicklung verläuft hierbei'nach folgender Tabelle:

1 -6-17-22-3-8-19-24-5-10-21 -26-7-12-23-28-9-14-25-30-11-16-27-2- 13-18-29-4-15-20-1 .

Fig. 2 zeigt eine scheibenförmige Zweischichtwicklung gemäss dem Wicklungsschema B von Fig. 1. Diese Wicklung besteht aus 15 Leitern pro Schicht, d.h. dreissig ' Leitern insgesamt. Jeder Leiter besitzt einen mittleren, im wesentlichen radial verlaufenden Teil (der gegebenenfalls auch geneigt sein kann), der auf beiden Seiten durch evolventenförmige Teile bis zu den Enden verlängert ist, an welchen zwei in dem Wicklungsverlauf

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aufeinanderfolgende Spulenseitenleiter miteinander verbunden sind. Die evolventenförraigen Teile der Spulenseitenleiter einer Schicht verlaufen in Richtungen, die denen derselben Teile der Spulenseitenleiter der anderen Schicht entgegengesetzt sind. Die beiden Schichten können durch einen isolierenden Ring voneinander getrennt sein, was insbesondere dann zweckmässig ist, wenn sie in einem Verfahren zur Herstellung "gedruckter" Stromkreise hergestellt wurden, d.h. in einem Verfahren, das die reproduzierbare Herstellung von Leiterverläufen auf einer Oberfläche gestattet. Dieser Ring kann sehr dünn sein oder im Gegenteil als mechanischer Träger für die Wicklung dienen. Derartige allgemeine Anordnungen sind bereite in der Herstellung von gedruckten "Wicklun- · gen bekannt. Dasselbe gilt für die Ausführung der Zwischenverb indungen zwischen den Leiterenden, die durch Verlöten oder Verschweissen von Zungen, die über die Ränder des dazwischenliegenden Ringes hervorragen, oder mit Hilfe von diesen isolierenden Ring durchquerenden metallischen Durchführungen hergestellt werden können. Die Ausdehnung auf mehr als ein Schichtenpaar ist mit Hilfe von bei der Herstellung von gedruckten Wicklungen bekannten Massnahmen ebenfalls möglich.

Die Anwendung der Erfindung auf gedruckte Wicklungen kann in manchen Fällen die Bildung der·Wicklungen erleichtern, und zwar insbesondere dann, wenn sie in einem an sich bekannten Ausschneide- und Klebverfahren auf isolierendjen Trägern hergestellt sind. Die zweckmässigste Anwendung findet die Erfindung jedoch bei Leitern, die nicht gedruckt sind, sondern aus einzeln isolierten Leiterdrähten bestehen, da hierbei das Aufbringen der Leiter von einem Drahtvorrat aus auf eine Wickelfläche mit Hilfe einer programmierten Spulenwickelmaschine in-

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folge der Ausdehnung -des Wicklungsschrittes vereinfacht wird ,

Es sind bereits scheibenförmige Wicklungen bekannt, die aus mehreren Windungsschichten aus dünnem isolierten, beispielsweise emailliertem elektrischen Draht bestehen und insbesondere als Anker für umlaufende elektrische Kollektormaschinen benutzt werden. Zu ihrer Herstellung wird eine Wickelmaschine benutzt, deren Drahtführung programmgesteuert den Weg einer Wellenwicklung durchläuft, indem sie den Draht auf einer starren Fläche um Führungszapfen legt. Gewöhnlich werden zwei zueinander konzentrische Kränze derartiger Zapfen und ausserdem ! ein zu den beiden ersten Kränzen verschiedenen Durchmessers konzentrischer Innenkranz vorgesehen, so dass j in der Wicklung Schleifen gebildet werden können, die später zur Herstellung der Anschlüsse an die Lamellen eines koaxial zur Wicklung montierten Kollektors dienen. Die Zahl der Zapfen in den beiden ersten Kränzen ist gleich der Zahl des Spulenseitenleiters dieser Wicklung und die Zahl der Zapfen in dem Innenkranz ist gleich der Zahl der Lamellen des Kollektor. Die fertige Wicklung kann entweder von dem mit den Zapfen versehenen Halter abgenommen werden und anschliessend auf jede beliebige geeignete Weise, beispielsweise mit einem hitzehärtenden Kunstharz vergossen werden, so dass man eine selbsttragende Flachspule erhält, oder sie kann auf dem Halter belassen werden; der dann als Träger der Wicklung in der Maschine dient, wobei die Wicklung ebenfalls mit Harz vergossen wird, damit die Drähte trotz der Drehung genau in ihrer Stellung gehalten werden. Die Spulenköpfe können erforderlichenfalls zur Verringerung der Dicke insbesondere während des Vergiessens gepresst werden.

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Der mittlere Zapfenkranz kann jedoch bei einer bekannten Wellenwicklung die Möglichkeiten derartiger Wicklungen beschränken, da die Zapfen, die in der gleichen Zahl wie die Spulenseitenleiter pro Schichtenpaar vorgesehen sind, zwischen sich einen Durchgang für die Fadenführung freilassen müssen, was aus Raumgründen eine Begrenzung der Anzahl dieser Zapfen und damit der Zahl der Spulenseitenleiter einer Schicht einer derartigen Wicklung zur Folge hat. Die Anwendung der Erfindung auf eine derartige Wicklung ist besonders zweckmässig, da hierbei nicht nur das Programm der Bewegung der Fadenführung vereinfacht wird, sondern da, wie auch das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, nurmehr ein Zapfenkranz zur äusseren Führung und der Zapfenkranz erforderlich ist, mit welchem die Schleifen zum Anschluss an die !lamellen des Kollektors gebildet werden. Der Verlauf des isolierten Drahtes in der Wicklung erfordert nämlich nur noch diese letztgenannten Zapfen und zusätzlich die äusseren Zapfen, da es infolge des "Überspringens" von Polen möglich ist, dass sich der abrollende Draht in der Wicklungsebene nur an den Zapfen abstützt, die zur Bildung der Anschlüsse an die Kollektorlamellen dienen. Fig. 3 zeigt beispielsweise eine Wicklung mit acht Polteilungen, 27 Wicklungsabschnitten und neun Kollektorlamellen. Es bestehen also in diesem Wicklungsschema 9 Verbindungsschleifen, die von den Zapfen I, IV, VII, X, XIII, XVI, XIX, XXII und XXV gebildet werden. Die äusseren Führungszapfen sind mit 1 bis 27 numeriert. Der Wicklungsverlauf sieht, wenn man von dem äusseren Zapfen 1 ausgeht, foIgendermassen aus:

1 - 26 - 14 - 12 - 2 - 27 - 15 - 13 - 3 - 1 - 16 - H-IV, 4-2-17-15-5-3-18-16-6-4-19-17 -VII, 7-5- 20-18 -8-6- 21 -19 -9-7- 22-20 -X, 1o - 8 - 23 - 21 - 11 - 9 - 24 - 22 - 12 - 1o - 25 - 23 XII,

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13 - 11 - 26 - 24 - 14 - 12 - 27 - 25 - 15 - 13 - 1 - 26 XVI,

16-14-2-27-17-15-3-1 -18-16-4- 2-XIX, 19-17-5-3-20-18-6-4-21 - 19 - 7 - 5-XXII, 22-20-8-6-23-21 - 9 - 7 - 24 - 22 - 1o - 8-XXV, 25 - 23 - 11 -9-26-24-12-10-27-25-13-11 -

Eine tatsächliche Wicklung dieser Art besitzt eine wesentlich grössere Anzahl an Abschnitten und Kollektorlamellen als auf Fig. 3 dargestellt ist, auf der diese Abschnitte und die Kollektorlamellen der Anschaulichkeit halber in geringerer Anzahl dargestellt sind.

Aus dem dargestellten und oben beschriebenen Ausführungsbeispielen lassen sich alle Abwandlungen von erfindungsgemässen Wicklungen sowohl für Axialluftspaltmaschinen als auch für Radialluftspaltmaschinen oder Maschinen mit ebenem Luftspalt ableiten.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   Wellenwicklung für eine vielpolige elektrische Maschine, bei der die Erregerpolpaarzahl auf einer Luftspaltseite wenigstens drei ist, dadurch gekennzeichnet , dass der Wicklungsschritt· so bemessen ist, dass die Wellen der Wicklung sich jeweils über eine vierfache Polteilung erstrecken.
2. 2. Wellenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass sie mindestens zwei Schichten gedruckter Leiter besitzt.
3. 3. Wellenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Wicklung in Reihe mehrere Abschnitte von isoliertem Draht aufweist, die in mehreren Leiterschichten angeordnet sind*.
4. 4. Wellenwicklung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass der isolierte Draht der Abschnitte im Falle einer scheibenförmigen Wellenwicklung ursprünglich auf einem einzigen Kranz von Zapfen (1-27) aufliegt, der am Aussenumfang des Wicklungsträgers vorgesehen ist.
5. 5. Wellenwicklung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierte Draht der Abschnitte im Falle einer scheibenförmigen Wicklung ursprünglich auf einem Kranz von Zapfen (1-27), deren Anzahl gleich der Zahl dieser Wicklungsabschnitte ist, und auf einem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Kranz von Zapfen (I, IV, VII, X, XIII, XVI, XIX, XXII, XXV) aufliegt, deren Anzahl in der Zahl der Zapfen des

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   ersten Kranzes aufgeht.
6. 6. Wellenwicklung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Anzahl der Zapfen (I, IY, VII, X, XIII, XVI, XIX, XXII, XXV) des Kranzes geringeren Durchmessers gleich der Zahl der Lamellen eines Ankerkollektors ist und dass der isolierte Draht der Wicklung auf diesen.Zapfen ebenso viele Schleifen bildet, die zur Herstellung der Verbindungen zwischen der Wicklung und dem Kollektor dienen.
7. 7. Wellenwicklung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Wicklung nach Entfernung der Zapfen in ihrer endgültigen Form mit ausgehärtetem Kunststoff vergossen wird, der den Halt der Windungen und die Steifigkeit der vollständigen Wicklung gewährleistet.

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