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Ständerwicklung eines Induktions-Kleinstmotors für Zwei- oder Mehrphasen-Wechselstrom
Die Erfindung betrifft die Ständerwicklung eines Induktions-Kleinstmotors für Zwei-
oder Mehrphasenstrom. Der Kleinstmotor soll insbesondere für zahnärztliche Zwecke
dienen und deshalb so bemessen sein, daß er ohne Schwierigkeit in den Handgriff
eines zahnärztlichen Bohrgeräts eingebaut werden kann.
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Bei der Ausbildung solcher Kleinstmotoren ergibt sich die Aufgabe,
einen Motor zu schaffen, dessen Ständer äußerst einfach und auch bei Serienfabrikation
mit großer Genauigkeit herstellbar ist. Deshalb ist die allgemein übliche Art von
Ständerwicklungen für Induktionsmotoren nicht verwendbar, bei der aus Draht gewickelte
Spulen in Nuten des Blechpakets des Ständers eingelegt werden oder der Draht in
Einzelwindungen in diese Nuten eingewickelt wird. Denn dieses Verfahren hat an sich
schon den Nachteil, daß sich für die Wickelköpfe genaue Maße nicht einhalten lassen,
was bei der Herstellung von Kleinstmotoren sehr störend ist, und daß sämtliche Spulenenden
nach Herstellung des Ständers von Hand geschaltet werden müssen. Sollen aber gewisse
Größenmaße des Motors unterschritten werden, dann läßt sich der Ständer des Motors
nach dem bisherigen Verfahren überhaupt nicht mehr mit der erforderlichen Genauigkeit
herstellen und ist eine Serienherstellung desselben praktisch unmöglich.
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Die Erfindung geht deshalb von der bereits bekannten Maßnahme aus,
zur Herstellung der Ständerwicklung einzelne stabartige Leiter in die Nuten des
Blechpakets einzubringen. Bei diesen bekannten Anordnungen bilden die durch Stanzen
von Blechen hergestellten Einschichtwicklungen für Spulen von Motoren jeweils nur
die Windung einer einzigen Spule und nicht die Wicklung für eine komplette Phase
der Ständerwicklung des Motors, so daß die einzelnen, zu einer Phase gehörenden
Spulen bei ihrer Verwendung für Ständerwicklungen noch miteinander verbunden werden
müssen. Es ist ferner bei einem Induktionsmotor, der als Antriebsmotor besonders
niedriger Umlaufzahl ausgebildet sein soll, bereits bekannt, einen stabförmigen
isolierten Leiter mäanderförmig in Nuten des Blechpakets einzulegen.
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Die Anwendung dieser bekannten Maßnahmen reicht aber nicht aus, wenn
es sich darum handelt, die Statorwicklung eines Kleinstmotors zu schaffen, die äußerst
einfach und mit großer Genauigkeit serienmäßig herstellbar sein soll. Deshalb sind
bei der Ständerwicklung des Induktions-Kleinstmotors für Zwei- oder Mehrphasen-Wechselstrom,
die aus einzelnen, in die Nuten eingebrachten stabartigen Leitern besteht, gemäß
der Erfindung jeweils die zu einer Phase gehörenden Leiter an beiden Enden durch
senkrecht zur Ständerachse sich erstreckende, ebene Verbindungsteile gruppenweise
zusammengefaßt und zusammen mit dem Ständerpaket in isolierenden Kunststoff, insbesondere
Gießharz, derart eingebettet, daß lediglich die zum Anschluß an die Stromquelle
bestimmten Stellen von Isolierstoff frei sind und durch federnde Stifte sowie durch
im Lagerdeckel des Motors befindliche Kontaktbahnen mit der Stromquelle in Verbindung
stehen. Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß
jeweils die zu einer Phase gehörenden stabartigen Leiter zusammen mit ihren elektrischen
Verbindungsteilen aus gestanzten flachen Blechen bestehen.
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Die Erfindung stellt also die Kombination folgender Maßnahmen dar:
Gruppenweise Zusammenfassung der jeweils zu einer Phase gehörenden, einzeln in die
Nuten des Ständerpakets eingebrachten stabartigen Leiter an beiden Enden durch senkrecht
zur Ständerachse sich erstreckende ebene Verbindungsteile; Einbetten dieser Einheiten
zusammen mit dem Ständerpaket in isolierenden Kunststoff, derart daß lediglich die
zum Anschluß an die Stromquelle bestimmten Stellen der Verbindungsteile von Isolierstoff
frei sind; schließlich Anschließen dieser Stellen an die Stromquelle durch federnde
Stifte sowie durch im Lagerdeckel des Motors befindliche Kontaktbahnen. Erst durch
die Vereinigung dieser Maßnahmen ergibt sich die Möglichkeit, den Ständer eines
Motors auch beliebig kleiner Abmessungen auf einfache Weise mit großer Präzision
serienmäßig herzustellen, wobei jegliches Löten oder Schweißen vermieden werden
kann.
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Die Speisung des Motors erfolgt vom Netz oder von einer Batterie aus
über einen eventuell regelbaren
Umformer, der die gewünschte Umlauffrequenz
liefert. Die Betriebsspannung des Motors wird sich jeweils nach den Ausmaßen des
Motors, der Anzahl und dem Querschnitt seiner elektrischen Leiter und seines Eisenpakets
richten und ist so zu berechnen und festzulegen, daß in Verbindung mit dem optimalen
Nutenfüllfaktor ein optimaler Ausnützungsfaktor, also mit geringstem Aufwand an
Eisen- und Leitergewicht eine optimale Leistung, erhalten wird. Bei sehr hohen Frequenzen
kann für den Kern des Ständers Ferritmaterial verwendet werden.
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Durch die Wahl der geeigneten Läufer kann der Motor mit der Ständerwicklung
nach der Erfindung als Asynchronmotor oder als Synchronmotor laufen. Für den Asynchronmotor
wird ein Käfigläufer, für den Synchronmotor ein Dauermagnetläufer vorgesehen.
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Nachstehend soll die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher beschrieben
werden. Es stellt dar F i g. 1 einen Kleinstmotor nach der Erfindung, stark vergrößert,
F i g. 2 ein Blockschaltbild, welches die Speisung des Motors über einen Umformer
aus dem Netz zeigt, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der F i g. 1,
F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der F i g. 1, F i g. 5 einen Schnitt
nach der Linie V-V der F i g. 1, F i g. 6 das vollständige Ständerpaket in Draufsicht
senkrecht zur Linie VI-VI der F i g. 7 in stark vergrößertem Maßstab, F i g. 7 eine
Seitenansicht des Ständerpakets nach F i g. 6 von rechts, F i g. 8 eine Seitenansicht
des Ständerpakets nach F i g. 6 von links, F i g. 9 das aufgeschnittene und abgewickelte
Ständerpaket nach F i g. 6, F i g. 10 den unteren Teil des abgewickelten Ständerpakets
nach F i g. 9 in mit Gießharz vergossenem Zustand in Verbindung mit den entsprechenden
Schalt- und Verbindungselementen des Deckels, F i g. 11 das symbolische Schaltbild
(Sternschaltung) für die Schaltung der Ständerwicklung gemäß F i g. 10 und 19, F
i g. 12 den unteren Teil des abgewickelten Ständerpakets nach F i g. 9 in mit Gießharz
vergossenem Zustand mit den entsprechenden Schalt- und Verbindungselementen des
Deckels für Dreieckschaltung, F i g. 13 das symbolische Schaltbild (Dreieckschaltung),
für die Schaltung der Ständerwicklung gemäß F i g. 12 und 20, F i g. 14 ein Stanzteil
für eine andere Ausführungsform der Wicklung des Ständers, F i g. 15 das aufgeschnittene
und abgewickelte Ständerpaket nach F i g. 16, F i g. 16 das vollständige Ständerpaket
in Draufsicht senkrecht zur Linie XVI-XVI der F i g. 17 in stark vergrößertem Maßstab
mit eingelegter gestanzter Wicklung, F i g. 17 eine Seitenansicht des Ständerpakets
nach F i g. 16 von rechts, F i g. 18 eine Seitenansicht des Ständerpakets nach F
i g. 16 von links, F i g. 19 den unteren Teil des abgewickelten Ständerpakets nach
F i g. 15 in Verbindung mit den entsprechenden Schalt- und Verbindungselementen
des Deckels sowie eine Draufsicht auf die Schalt- und Verbindungselemente des Deckels,
F i g. 20 den unteren Teil des abgewickelten Ständerpakets nach F i g. 15 in Verbindung
mit den entsprechenden Schalt- und Verbindungselementen des Deckels in gegenüber
F i g. 19 veränderter Schaltung.
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Wie aus F i g. 1 erkennbar ist, setzt sich der Motor zusammen aus
dem Motorgehäuse 1, dem -Ständerpaket 2, dem Lagerdeckel 3, der zugleich Kontaktgeber
ist, dem Spannring 4, welcher Ständerpaket 2 und Deckel 3 im Gehäuse 1 verspannt,
dem mit zwei Kugellagern versehenen Läufer 5 und der Verschlußkappe 6 mit dem Zuführungskabel
13. In die Bleche 7 des Ständerpakets sind die stabartigen Leiter 8 eingebracht,
welche an ihren Enden im Querschnitt verjüngt und an ihrem einen Ende gruppenweise
in Kurzschlußringen 9 befestigt sind, während sie an ihren anderen Enden in den
Kontaktstücken 10 und 11 miteinander verbunden sind. Wie aus dem oberen Teil der
F i g. 1 zu erkennen ist, sind entsprechend den drei Phasenwicklungen drei Kurzschlußringe
9 vorhanden, von denen jeder eine Gruppe von stabförmigen Leitern miteinander verbindet.
Im dargestellten Fall besteht jede Gruppe aus sechs Leiterelementen, die eine Durchmesserwicklung
bilden. Der Querschnitt der F i g. 3 nach der Linie III-III der F i g. 1 läßt die
drei Leitergruppen 1.6, 17 und 18 erkennen, von denen die Leiter der Gruppe 17 durch
einen Ring 9 kurzgeschlossen sind. Die Leiter der beiden anderen Gruppen 16 und
18 sind durch diesen Ring 9 isoliert hindurchgeführt und enden jeweils in einem
der beiden anderen Kurzschlußringe 9. Arn anderen Ende sind je drei nebeneinanderliegende,
zur gleichen Phase gehörende Leiter durch Kontaktstücke 10 bzw. 11 miteinander verbunden.
Die Kontaktstücke 10 werden bei Sternschaltung des Motors durch den Deckel 3 kurzgeschlossen,
die den Sternpunkt bildet, während die Kontaktstücke 11 mit Stiften 14 in Verbindung
stehen, welche isoliert durch den Deckel 3 hindurchgeführt sind und an ihrem anderen
Ende über Federn 15 mit dem Anschlußkabel verbunden sind. F i g. 4 zeigt einen Schnitt
nach der Linie IV-IV der F i g. 1 und läßt das Gehäuse 1, den Deckel 3 und die von
Isoliermaterial umgebenen Stifte 14 erkennen. Der Schnitt F i g. 5 nach der Linie
V-V der F i g. 1 zeigt die Verschlußkappe 6, die drei Phasenzuleitungen 13, die
Federn 15 und die Enden der Stifte 14.
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Die Bleche 7, die Kurzschlußringe 9 und die Kontaktstücke 10 und 11
sind, bis auf die Stellen, an denen sie in leitenden Kontakt mit den Leiterstäben
bzw. Stiften kommen sollen, vollständig in Gießharz 12 gekapselt und isoliert. Diese
Isolierung wird dadurch vorgenommen, daß das Ständerpaket nach seiner mechanischen
Herstellung und Einfügung der stabförmigen Leiter mit Gießharz oder einem anderen
geeigneten, isolierenden Kunststoff vergossen und dann spanabhebend bearbeitet wird.
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Die Anordnung der Leiter in dem Ständerpaket und ihre Verbindung mit
den Kurzschlußringen 9
und den Kontaktstücken 10 und 11 wird noch deutlicher
aus den F i g. 6 bis 9 erkennbar. Die F i g. 6 zeigt das gesamte Ständerpaket mit
den Kurzschlußringen 9 und den Kontaktstücken 10 und 11 in Draufsicht senkrecht
zur Linie VI-VI der F i g. 7, welche eine Seitenansicht des Ständerpakets der F
i g. 6 von rechts darstellt. F i g. 8 zeigt die Seitenansicht des Ständerpakets
von links mit dem obersten
der drei Kurzschlußringe 9. In F i g.
9 ist das gleiche Ständerpaket in abgewickelter Form zu sehen mit den Kurzschlußringen
9, den Leiterstäben 8 und deren verjüngten Enden 16, 17 und 18, die in Gruppen zu
je drei Stäben in die entsprechenden Kurzschlußringe 9 bzw. die Kontaktstücke 10
und 11 eingesetzt sind. Die Bezeichnungen X, Y, Z und U, V,
W in den
F i g. 6, 7 und 9 lassen die Zuordnung der Kontaktstücke 10 und 11 bei der hier
vorgesehenen Durchmesserwicklung zu den Phasen des Drehstromnetzes erkennen. In
F i g. 10 ist dann, wieder abgewickelt, der untere Teil der F i g. 9 mit den Kontaktstücken
dargestellt, die aber hier von Gießharz 12 umgeben und nachher glattgeschliffen
sind. Gegen diese, teils Gießharz aufweisende, teils metallische Fläche drückt der
im unteren Teil der F i g. 10 dargestellte Deckel 3 mit seinem Kontaktring, und
die isoliert durch ihn hindurchgeführten Stifte 14 kommen durch Löcher in der Isolationsschicht
mit den Kontaktstücken 11 in Berührung. Auf diese sehr einfache Weise wird die in
F i g. 11 dargestellte Sternschaltung des Motors verwirklicht; der Kontaktring des
Deckels verbindet die Enden X, Y und Z der Phasenwicklungen miteinander,
während die anderen Enden U, V und W der Wicklungen über die Stifte
14 an die drei Phasenleitungen des Umformers (F i g. 2) angeschlossen sind.
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F i g. 12 zeigt, wie in einfachster Weise und nur durch Auswechseln
des Deckels 3 ohne Änderung des Aufbaus des Ständerpakets die in F i g. 13 angedeutete
Dreieckschaltung des Motors verwirklicht werden kann. Der Deckel ist dabei abwechselnd
aus leitenden und isolierenden oder mit Isolation überzogenen Stücken 3 a und 3
b zusammengesetzt, wobei die Stücke 3 a federnd vorgespannte Stifte 14' enthalten,
die über Löcher in der Isolationsschicht der Kontaktstücke 11 mit letzteren Kontakt
machen. Da, wie aus F i g. 12 ersichtlich ist, die leitenden und die isolierenden
Teile des Deckels gegenüber denen des Ständerpakets versetzt sind, werden nun jeweils
die Wicklungsenden V-X, W-Y, und U-Z miteinander leitend verbunden. Die Stifte 14
der F i g. 1 stehen mit den unteren Seiten der Teile 3 a in leitender Verbindung.
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Bei der bisher beschriebenen Ständeranordnung wurden für die Wicklung
Stäbe geeigneten Profils verwendet, die in Nuten eingebracht wurden, die geschlossen
oder halboffen sein konnten. Es ist aber auch möglich, die Wicklung aus Formteilen,
vorzugsweise gestanzten Blechen, herzustellen, die dann in offene Nuten des Blechpakets
eingelegt werden müssen. F i g. 14 zeigt ein solches gestanztes Formteil für einen
Motor mit Sehnenwicklung. Das Formteil enthält sechs schmale Stege 8', die als stabartige
Leiter in die Nuten des Ständerpakets gelegt werden sollen. Diese Leiterstäbe sind
an ihren oberen Enden durch einen Streifen 19' miteinander verbunden, während je
drei von ihnen an ihren unteren Enden durch Stege 11' miteinander verbunden sind.
Diese Stege 11' haben vorspringende Teile 10', die zur Stromzuführung dienen, indem
sie beim Zusammenbau des Motors mit den Kontaktbahnen des Deckels in Berührung kommen.
Das Ständerpaket, das in F i g. 16 in einer Aufsicht senkrecht zur Linie XVI-XVI
der F i g. 17 dargestellt ist, enthält neun Nuten, in welche, je um drei Leiterstäbe
versetzt, drei Stanzteile der in F i g. 14 dargestellten Form eingelegt sind, und
zwar derart, daß jeweils die eine Gruppe von Leiterstäben des Stanzteils außen und
die andere innen in den Nuten erscheinen. Jede Nut enthält somit einen Stab von
einem und einen Stab von dem nächsten Formteil. Dies ist in den F i g. 17 und 18
erkennbar, von denen die F i g. 17 das Ständerpaket der F i g. 16 von rechts und
die F i g. 18 dasselbe von links in Aufsicht darstellt. F i g. 15 zeigt die Abwicklung
des Ständerpakets, in die entsprechend den F i g. 16 bis 18 die Enden
U, V, W, und X, Y, Z
der Phasenwicklungen des Ständers eingetragen
sind. Wie ohne weiteres ersichtlich, erübrigt sich bei dieser Bauform die Anordnung
von Kurzschlußringen, da die zu jeder Gruppe von Leiterstäben gehörenden Verbindungen
bereits durch die Verbindungsstege der Stanzteile gegeben sind.
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Die F i g. 19 und 20 zeigen schematisch, wie die elektrische Verbindung
der Stanzteile für Stern- und für Dreieckschaltung vorgenommen werden kann. In F
i g. 19 a und 20 a ist wieder der untere Teil der das abgewickelte Ständerpaket
darstellenden F i g. 15 gezeichnet. F i g. 19b und 19 c zeigen den Lagerdeckel in
Seitenansicht bzw. Draufsicht, ebenfalls in Abwicklung, mit dem die Wickelenden
Z, X, Y
verbindenden Ring und die mit den Stiften in Verbindung stehenden
Kontaktstücke, die entsprechend den Phasen mit U, V, W bezeichnet sind. Die
Schaltungsart ergibt die Sternschaltung. In F i g. 20b ist dargestellt, wie die
Kontaktbahnen des Lagerdeckels ausgebildet sein müssen, wenn die Motorwicklungen
im Dreieck geschaltet werden sollen.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, die zuerst beschriebene Durchmesserwicklung
mit 18 Nuten und in diese eingelegten stabartigen Leitern mittels Formteilen aus
gestanzten Blechen zu verwirklichen. In diesem Falle muß der je zwei zusammengehörige
Gruppen von Leiterstäben verbindende obere Steg der F i g 14 so lang sein, daß in
dem dadurch gebildeten Zwischenraum zwischen den Leiterstäben zwei Gruppen von je
drei Leiterstäben Platz haben.
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Aus dem vorstehend Dargelegten geht hervor, daß nach der Erfindung
eine Ständerwicklung für einen Motor jeder gewünschten Kleinheit mit großer baulicher
Präzision geschaffen werden kann, wobei vorgeformte Bauteile in einfachster Weise
zusammengesetzt werden können, ohne daß ein Wickelvorgang für die Ständerwicklungen
erforderlich ist, und wobei die Anschlüsse an die Wicklungen durch einen je nach
der gewünschten Schaltung ausgebildeten Lagerdeckel erfolgen. Der Zusammenbau eines
Motors nach der Erfindung ist daher sehr schnell durchzuführen, ohne daß Ungenauigkeiten
auftreten.