DE1180827B

DE1180827B - Electric axial air gap machine

Info

Publication number: DE1180827B
Application number: DES70192A
Authority: DE
Original assignee: Societe dElectronique et dAutomatisme SA
Current assignee: Societe dElectronique et dAutomatisme SA
Priority date: 1959-10-02
Filing date: 1960-09-02
Publication date: 1964-11-05

Description

Elektrische Axialluftspaltmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Axialluftspaltmaschine mit scheibenförmigen Rotor-und Statorelementen, von denen wenigstens eines einen Erregerpolkranz und wenigstens eines eine gedruckte Wicklungsanordnung trägt.Electric axial air gap machine The invention relates to an electric axial air gap machine with disc-shaped rotor and stator elements, of which at least one has an exciter pole ring and at least one is printed Wears winding arrangement.

Es sind Axialluftspaltmaschinen bekannt, bei denen der Rotor zwei Wicklungen trägt, die axial hintereinanderliegen und jeweils mit einem eigenen Bürstensatz zusammenwirken. Zu beiden Seiten des Rotors liegen die Erregerteile, die über die axialen Luftspalte mit den Wicklungen magnetisch gekoppelt sind. Dadurch soll erreicht werden, daß der magnetische Fluß den Rotor nur in rein axialer Richtung durchsetzt, so daß dieser in Richtung des Umfanges keine magnetische Leitfähigkeit aufzuweisen braucht. Die axiale Höhe des Rotors nimmt daher nicht entsprechend der Maschinenleistung zu, so daß solche Maschinen im Verhältnis zur Leistung sehr leicht ausfallen.Axial air gap machines are known in which the rotor has two Carries windings that lie axially one behind the other and each with its own set of brushes cooperate. On both sides of the rotor are the exciter parts that have the axial air gaps are magnetically coupled to the windings. This is intended to achieve that the magnetic flux only penetrates the rotor in a purely axial direction, so that it has no magnetic conductivity in the direction of the circumference needs. The axial height of the rotor therefore does not increase in accordance with the machine power too, so that such machines are very light in relation to their performance.

Abgesehen von diesem Vorteil dient hierbei die Verwendung von zwei Wicklungen lediglich zur Erzielung einer größeren Maschinenleistung. Da beide Wicklungen gleich ausgeführt sind und im gleichen Erregerfeld liegen, können sie keine verschiedenen Funktionen ausführen.Apart from this advantage, the use of two serves here Windings only to achieve greater machine performance. Since both windings are designed the same and are in the same excitation field, they cannot be different Perform functions.

Im Gegensatz dazu liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine mit mehreren Wicklungen zu schaffen, die getrennte Aufgaben übernehmen können.In contrast, the invention is based on the object of an electrical To create machine with multiple windings that perform separate tasks can.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Wicklungsanordnung aus zwei magnetisch und elektrisch getrennten ringscheibenförmigen Wicklungen besteht, die konzentrisch zueinander auf einem isolierenden Träger angeordnet und mit getrennten Stromkreisen verbunden sind.According to the invention this is achieved in that the winding arrangement consists of two magnetically and electrically separated annular disc-shaped windings, which are arranged concentrically to each other on an insulating support and with separated Circuits are connected.

Da bei der erfindungsgemäßen Maschine die beiden Wicklungen konzentrisch zueinander auf den gleichen Träger gedruckt sind, können sie nach dem üblichen Verfahren in einem einzigen Arbeitsgang gemeinsam gebildet werden. Dabei bietet sich eine außerordentliche Vielseitigkeit der Ausbildung dieser Wicklungen. Beispielsweise kann die eine Wicklung eine Gleichstromwicklung und die andere Wicklung eine Wechselstromwicklung sein; die eine Wicklung kann eine Motorwicklung und die andere Wicklung eine Generatorwicklung darstellen, die Wicklungen können verschiedene Polpaarzahlen aufweisen oder bei gleichen Polzahlen verschiedene Leiterzahlen pro Polteilung besitzen usw. Solche Maschinen sind als Umformer, Frequenzumsetzer, polumschaltbare Maschinen und für zahlreiche andere Zwecke verwendbar. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist ein einziger Erregerpolkranz so angeordnet, daß er mit beiden Wicklungen zusammenwirkt.Since in the machine according to the invention, the two windings are concentric are printed to each other on the same carrier, they can be transferred by the usual method can be formed together in a single operation. This offers a extraordinary versatility in the design of these windings. For example One winding can be a direct current winding and the other winding an alternating current winding be; one winding can be a motor winding and the other winding a generator winding represent, the windings can have different numbers of pole pairs or at the same number of poles have different numbers of conductors per pole pitch, etc. Such Machines are used as converters, frequency converters, pole-changing machines and for can be used for numerous other purposes. According to a first embodiment of the invention a single exciter pole ring is arranged so that it interacts with both windings.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß zwei konzentrische Erregerpolkränze so angeordnet sind, daß jeder mit einer der beiden Wicklungen zusammenwirkt. In diesem Fall können die beiden Erregerpolkränze unterschiedliche Polzahlen haben.Another embodiment of the invention is that two concentric exciter pole wreaths are arranged so that each with one of the two Coils co-operates. In this case, the two exciter pole rings can be different Have pole numbers.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt F i g. 1 eine Schnittansicht einer Axialluftspaltmaschine, bei der die Erfindung anwendbar ist, F i g. 2 eine Halbschnittansicht einer nach der Erfindung ausgeführten Maschine mit einer gemeinsamen Erregeranordnung, F i g. 3 eine Ansicht ähnlich F i g. 2 von einer Maschine mit zwei getrennten Erregeranordnungen für die beiden Wicklungen, F i g. 4 eine Teilansicht der Erregeranordnung für die Maschine von F i g. 3, F i g. 5 bis 9 Ausführungsbeispiele von Wicklungen für die Maschinen von F i g. 2 und 3, F i g. 10 und 11 halbe Stirnansichten von Wicklungen, die für die Erzeugung von Wechselströmen großer Frequenz ausgebildet sind, und F i g. 12 und 13 Schnittansichten von zwei Ausführungsbeispielen von Maschinen, in denen Wicklungen nach F i g. 10- und 11 enthalten sind.Embodiments of the invention are shown in the drawing. In it, F i g. 1 is a sectional view of an axial air gap machine in which the Invention is applicable, F i g. Figure 2 is a half-sectional view of one according to the invention executed machine with a common exciter arrangement, F i g. 3 a view similar to FIG. 2 from a machine with two separate exciter arrangements for the two windings, F i g. Figure 4 is a partial view of the exciter assembly for the machine from F i g. 3, fig. 5 to 9 exemplary embodiments of windings for the machines from F i g. 2 and 3, FIG. 10 and 11 half end views of windings used for the generation of alternating currents of high frequency are designed, and F i g. 12th and FIG. 13 shows sectional views of two exemplary embodiments of machines in which windings according to FIG. 10 and 11 are included.

F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Axialluftspaitmaschine bekannter- Art, bei der die Erfindung anwendbar ist. Sie enthält einen Rotor 1, der zwischen einem Erreger 2 und einem Magnetjoch 3 angeordnet ist. Der Erreger 2 enthält eine gewisse Anzahl von Magnetpolen 8, von denen jeder mit einem Polschuh 7 versehen ist; die Magnetpole sind auf einem ringförmigen Joch 6 befestigt, das von einer Halteplatte 4 getragen wird. Das Magnetjoch 3 wird von einem Halteteil 5 getragen: Der Rotor 1 ist auf einer Nabe 12 befestigt, die drehfest mit einer in Lagern "14 gelagerten Welle 13 verbunden ist; diese werden von den Halteplatten 4 und 5 getragen. Eines der Statorteile trägt wenigstens ein Paar Stromabnehmer, von denen einer bei 11 in der Schnittansicht von F i g. 1 dargestellt ist.F i g. 1 shows schematically the structure of an axial clearance machine of the known type, in which the invention can be applied. It contains a rotor 1 which is arranged between an exciter 2 and a magnetic yoke 3. The exciter 2 contains a certain number of magnetic poles 8, each of which is provided with a pole piece 7; the magnetic poles are fixed on an annular yoke 6 which is carried by a holding plate 4. The magnet yoke 3 is carried by a holding part 5: The rotor 1 is fastened on a hub 12 which is connected in a rotationally fixed manner to a shaft 13 mounted in bearings 14 ; these are carried by the holding plates 4 and 5. One of the stator parts carries at least one A pair of current collectors, one of which is shown at 11 in the sectional view of FIG.

Der Rotor 1 der Maschine ist durch doppelseitiges Bedrucken eines dünnen isolierenden Trägers 9 an den Stellen 10, 10 gebildet. Jede Seite der Wicklung enthält einen Satz von Leitern, die Spulenseiten bilden. Diese sind von der einen zur anderen Seite durch Brücken verbunden, die entweder über die Kante des Isoliermaterials hinweg oder durch dieses hindurch geführt sind. Vorzugsweise sind die Spulenseitenleiter so ausgebildet, daß sie nahezu die Gesamtheit des isolierenden Ringes bedecken, indem ihre Zwischenräume auf den Mindestwert verringert sind, der aus Isolationsgründen zulässig ist. Ein Vorteil derartiger bekannter Wicklungen besteht unter anderem darin, daß bei Gleichstrommaschinen die Bürsten (die gegenseitig um einen Polschritt im Winkel versetzt sind) auf jedem beliebigen Durchmesser angeordnet sein können, da die Leiter der einen (oder anderen) Seite direkt als Kollektorlamellen dienen können. Für eine Wellenwicklung genügt ein Bürstenpaar, während für diee Schleifenwicklung natürlich ebensoviele Bürstenpaare wie Polpaare vorgesehen sein müssen.The rotor 1 of the machine is formed by double-sided printing of a thin insulating carrier 9 at the points 10, 10 . Each side of the winding contains a set of conductors that make up the coil sides. These are connected from one side to the other by bridges, which are either led over the edge of the insulating material or through it. The coil side conductors are preferably designed in such a way that they cover almost the entirety of the insulating ring, in that their interstices are reduced to the minimum value which is permissible for reasons of insulation. One advantage of such known windings is, among other things, that in DC machines the brushes (which are mutually offset by one pole step at an angle) can be arranged on any desired diameter, since the conductors on one (or the other) side can serve directly as collector lamellas. One pair of brushes is sufficient for a wave winding, while as many pairs of brushes as there are pole pairs must of course be provided for this loop winding.

Eine Wicklung dieser Art kann auch im Stator an Stelle vom Permanentmagneten zur Erzeugung des Erregerfelds angebracht sein. Wenn dann in bekannter Weise die Rotorwicklung durch einen Käfiganker ersetzt und die Erregerwicklung mit Wechselstrom gespeist wird, erhält man einen Asynchronmotor. Es ist auch möglich, den Rotor als Erreger auszubilden und die Ankerwicklung am Stator anzubringen.A winding of this type can also be used in the stator instead of the permanent magnet to generate the excitation field. If then in a known way the Rotor winding replaced by a squirrel cage armature and the exciter winding with alternating current is fed, you get an asynchronous motor. It is also possible to use the rotor as a Train exciter and attach the armature winding to the stator.

F i g. 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Maschine nach der Erfindung. Die Darstellung entspricht derjenigen von F i g. 1, wobei lediglich die obere Hälfte gezeigt ist. Diese Ausführungsform besteht darin, daß zwei konzentrische Wicklungen 42 und 43 auf einen gemeinsamen isolierenden Träger aufgedruckt sind. Diese Wicklungen können also gleichzeitig gebildet werden. Die magnetische Erregeranordnung ist beiden Wicklungen gemeinsam, da jeder Polschuh 7 die gleiche radiale Ausdehnung hat, wie die beiden Wicklungen 42 und 43 zusammen. F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsform mit zwei getrennten Erregeranordnungen 36, 37, 38 und 46, 47, 48, die getrennt mit den Wicklungen 42 und 43 zusammenwirken. Diese Anordnung ist bereits dann vorteilhaft, wenn die beiden Wicklungen bei gleicher Polzahl getrennte Funktionen in der Mehrfachmaschine haben; es wird darüber hinaus dadurch möglich, Mehrfachmaschinen zu bilden, bei denen die Polzahlen der beiden Wicklungen verschieden sind. Die Polzahl ist vorzugsweise im äußeren Polkranz größer als im inneren Polkranz. Beispielshalber ist in der Halbansicht von F i g. 4 der Erreger einer derartigen Maschine dargestellt, der vier Pole im inneren Kranz und acht Pole im.äüßeren Kranz aufweist.F i g. Figure 2 shows a first embodiment of a machine according to the invention. The representation corresponds to that of FIG. 1, only the upper half being shown. This embodiment consists in that two concentric windings 42 and 43 are printed on a common insulating support. These windings can therefore be formed at the same time. The magnetic exciter arrangement is common to both windings, since each pole piece 7 has the same radial extent as the two windings 42 and 43 together. F i g. 3 shows another embodiment with two separate exciter arrangements 36, 37, 38 and 46, 47, 48 which interact separately with the windings 42 and 43. This arrangement is advantageous when the two windings have separate functions in the multiple machine with the same number of poles; It also makes it possible to create multiple machines in which the number of poles of the two windings are different. The number of poles is preferably greater in the outer pole ring than in the inner pole ring. By way of example, the half-view of FIG. 4 shows the exciter of such a machine, which has four poles in the inner ring and eight poles in the outer ring.

F i g. 5 zeigt eine Stirnansicht eines Rotors mit zwei konzentrischen Wellenwicklungen, wobei auf jeder Seite 17 Leiter für eine achtpolige Maschine vorhanden sind. Die hellen Flächen entsprechen dem aufgedruckten Leitermaterial, während die dunklen Linien die isolierenden Zwischenräume darstellen. Die beiden Wicklungen sind also durch die konzentrische kreisförmige Trennlinie vollständig voneinander isoliert. Jeder Spulenseitenleiter besteht aus einem radial verlaufenden aktiven Leiterabschnitt, an den sich zu beiden Seiten ein schräger Wickelkopfabschnitt anschließt. Diese Wickelkopfabschnitte sind entsprechend der üblichen Technik von der einen zur anderen Seite miteinander verbunden, wodurch der vollständige Wicklungsverlauf gebildet wird.F i g. 5 shows an end view of a rotor with two concentric ones Wave windings, with 17 conductors on each side for an eight-pole machine are. The bright areas correspond to the printed conductor material, while the dark lines represent the isolating spaces. The two windings are therefore completely separated from each other by the concentric circular dividing line isolated. Each coil side conductor consists of a radially extending active one Head section to which an inclined end winding section is connected on both sides. These end winding sections are of one type in accordance with the usual technology connected to each other on the other side, creating the full course of the winding is formed.

In F i g. 6 ist ein Rotor gezeigt, bei dem die beiden konzentrischen Wellenwicklungen 62 und 63 verschiedene Leiterzahlen für die gleiche Polzahl haben. F i g. 7 zeigt eine Doppelwicklung mit vier Polen für den inneren Kranz und acht Polen für den äußeren Kranz, wobei die radialen und die geneigten Leiterabschnitte durch einen gekrümmten Leiter ersetzt sind.In Fig. 6 shows a rotor in which the two concentric Wave windings 62 and 63 have different numbers of conductors for the same number of poles. F i g. 7 shows a double winding with four poles for the inner ring and eight Poles for the outer ring, with the radial and the inclined conductor sections are replaced by a curved conductor.

Diese drei Beispiele sind Gleichstromwicklungen, da jede der Wicklungen 52, 53 (F i g. 5), 62, 63 (F i g. 6) und 72, 73 (F i g. 7) eine in sich geschlossene Wellenwicklung ist.These three examples are DC windings, as are each of the windings 52, 53 (Fig. 5), 62, 63 (Fig. 6) and 72, 73 (Fig. 7) are self-contained Wave winding is.

Gemäß F i g. 8 ist es aber auch möglich, die innere Wicklung als Gleichstromwicklung 83 und die äußere Wicklung als Wechselstromwicklung 82 auszubilden; die Wechselstromwicklung ist in üblicher Weise mit Anzapfungen versehen, die an Schleifringe angeschlossen sind, die gleichfalls auf den isolierenden Träger aufgedruckt sind. Gemäß F i g. 9 können auch zwei Wechselstromwicklungen 92 und 93 vorgesehen werden, wobei beispielsweise die äußere Wicklung 92 eine größere Polzahl als die innere Wicklung 93 aufweist; bei dem gezeigten Beispiel ist die Wicklung 93 vierpolig und die Wicklung 92 sechszehnpolig.According to FIG. 8, however, it is also possible to design the inner winding as a direct current winding 83 and the outer winding as an alternating current winding 82 ; the alternating current winding is provided in the usual way with taps which are connected to slip rings which are also printed on the insulating support. According to FIG. 9, two alternating current windings 92 and 93 can also be provided, the outer winding 92, for example, having a greater number of poles than the inner winding 93 ; in the example shown, the winding 93 has four poles and the winding 92 has sixteen poles.

Für Wechselstromgeneratoren mit hoher Frequenz bei mäßiger Drehzahl kann es vorteilhaft sein, die äußere Wicklung, unabhängig von der Art (Wechselstrom oder Gleichstrom) der inneren Wicklung 43, mäanderartig auszubilden, wie in F i g. 10 und in F i g. 11 dargestellt ist. Bei der Anordnung von F i g. 10 ist bei 113 der Mäander aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise Kupfer hergestellt, während bei 114 die Zwischenräume zwischen den Mäandersektoren aus magnetisierbarem Material, beispielsweise Eisen, bestehen. Bei der Anordnung von F i g. 11 nimmt der leitende Mäander 103 nahezu die Gesamtheit der nutzbaren Ringfläche ein; diese Ausführungsform ist um so vorteilhafter, je größer die Polzahl ist.For alternators with a high frequency at a moderate speed, it can be advantageous to design the outer winding in a meandering manner, regardless of the type (alternating current or direct current) of the inner winding 43, as shown in FIG. 10 and in FIG. 11 is shown. In the arrangement of FIG. 10, at 113 the meander is made of electrically conductive material, for example copper, while at 114 the spaces between the meander sectors are made of magnetizable material, for example iron. In the arrangement of FIG. 11, the conductive meander 103 takes up almost the entirety of the usable annular area; this embodiment is all the more advantageous, the greater the number of poles.

Die Schnittansicht der entsprechenden Maschine (F i g. 12) zeigt, daß das feststehende Magnetjoch, wie im Fall von F i g. 3, zwei magnetische Ringe 44 und 45 auf der Trägerplatte 5 aufweist, daß aber wegen der großen Zahl von magnetischen Erregerpolen im äußeren Polkranz an Stelle der in F i g. 3 verwendeten Anordnung mit mechanisch getrennten, ausgeprägten Polen ein Ferritring 138 vorgesehen ist, in dem die schmalen Magnetpole durch magnetische Behandlung gebildet sind. Bei 11 sind die beiden Bürsten für die Mäanderwicklung 103 dargestellt.The sectional view of the corresponding machine (FIG. 12) shows that the fixed magnet yoke, as in the case of FIG. 3, has two magnetic rings 44 and 45 on the carrier plate 5, but that because of the large number of magnetic exciter poles in the outer pole ring instead of the one shown in FIG. 3 with mechanically separated, pronounced poles, a ferrite ring 138 is provided, in which the narrow magnetic poles are formed by magnetic treatment. At 11 the two brushes for the meander winding 103 are shown.

Noch vorteilhafter kann die Maschine für die Mäanderwicklung nach F i g. 13 ausgebildet sein. Hier sind die zu beiden Seiten des Rotors liegenden Statorteile gleich ausgeführt und symmetrisch in Bezug auf den Rotor angeordnet, und ferner ist auf jedem der Ferritkiänze 138 und 238 des Erregers für die äußere Rotorwicklung eine mäanderförmige Wechselstromwicklung angebracht, die völlig gleich gestaltet ist wie die Wicklung 103 des Rotors in F i g. 11 und dem Luftspalt zugewandt ist. Diese Wicklungen 203 und 303 weisen Stromzuführungsklemmen 15 und 115 auf, während die Wicklung 103 keine Bürsten besitzt. Der Wechselstrom wird in den Wicklungen 203 und 303 induziert, die gegebenenfalls elektrisch miteinander verbunden sein können.The machine for the meander winding according to FIG. 13 be formed. Here the stator parts lying on both sides of the rotor are made the same and are arranged symmetrically in relation to the rotor, and a meandering alternating current winding, which is designed exactly the same as the winding, is attached to each of the ferrite rings 138 and 238 of the exciter for the outer rotor winding 103 of the rotor in FIG. 11 and facing the air gap. These windings 203 and 303 have power supply terminals 15 and 115, while the winding 103 has no brushes. The alternating current is induced in the windings 203 and 303, which can optionally be electrically connected to one another.

Der Erreger für die innere Rotorwicklung 43 besteht ebenfalls aus zwei Teilen 46, 47, 48 und 146, 147, 148, die zwischen sich die Wicklung 43 einschließen (die als Gleichstrom- oder Wechselstromwicklung ausgeführt sein kann). Die Elemente 146, 147, 148 werden von einer Montageplatte 104 getragen.The exciter for the inner rotor winding 43 also consists of two parts 46, 47, 48 and 146, 147, 148, which enclose the winding 43 between them (which can be designed as a direct current or alternating current winding). The elements 146, 147, 148 are carried by a mounting plate 104 .

Claims

Claims: 1. Electric axial air gap machine with disk-shaped Rotor and stator elements, at least one of which has an exciter pole ring and at least one carries a printed winding arrangement, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the winding arrangement consists of two magnetic and electrical consists of separate annular disc-shaped windings that are concentric to one another placed on an insulating support and connected to separate circuits are.

2. Machine according to claim 1, characterized in that a single exciter pole ring is arranged so that it cooperates with both windings.

3. Machine after Claim 1, characterized in that two concentric exciter pole rings are arranged in this way are that each interacts with one of the two windings.

4. Machine after Claim 3, characterized in that the two exciter pole rings are different Have pole numbers.

5. Machine according to claim 1, characterized in that the one Winding with an exciter pole ring and the other winding with an armature winding cooperate.

6. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that that one winding is a motor winding which is connected to a power source is, and that the other winding is a generator winding in which upon rotation a current is induced in the machine.

7. Machine according to claim 6, characterized in that that the motor winding is a DC winding. B. Machine according to claim 6, characterized in that the motor winding is an alternating current winding. 9. Machine according to one of Claims 6 to 8, characterized in that the generator winding is a DC winding. 10. Machine according to one of claims 6 to 8, characterized characterized in that the generator winding is an AC winding. Into consideration printed publications: German Patent No. 350 933; German patent application W 6345 VIII b / 21 dl (published November 25, 1954); French patent specification No. 1160 490; Electronics magazine from March 20, 1959, pp. 70 to 73.