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Elektrische Axialluftspaltmaschine Die Erfindung bezieht sich auf
eine elektrische Axialluftspaltmaschine mit scheibenförmigem Rotor, dessen Wicklung
aus flachen Spulenseitenleitern besteht, die durch beidseitiges Bedrucken einer
isolierenden, ringförmigen Trägerscheibe gebildet und an ihren einander gegenüberliegenden
Enden von der einen zur anderen Seite der Trägerscheibe miteinander verbunden sind,
und einem Stator, der aus zwei zu beiden Seiten des Rotors liegenden scheibenförmigen
Teilen besteht, von denen wenigstens einer einen Kränz von Erregerpolen trägt.
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Diese bekannten Maschinen mit gedruckten Wicklungen haben den Vorteil,
daß sie sehr leicht und billig in Massenfertigung hergestellt werden können, weil
die Wickelarbeit entfällt. Sobald ein Muster des gedruckten Wicklungsverlaufs hergestellt
ist, können danach beliebig viele Wicklungen in einem einzigen Arbeitsgang mit großer
Präzision hergestellt werden. Die Maschinen sind außerdem verhältnismäßig hoch belastbar,
weil die unisolierten Flachleiter eine gute Wärmeabfuhr ermöglichen.
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Die Herstellung der Wicklungen nach den Verfaht-en der gedruckten
Schaltungen erlaubt ferner eine große Vielseitigkeit der Wicklungsverläufe. Es sind
bereits verschiedenartige Gleich- bzw. Wechselstrommaschinen mit unterschiedlichen
Wicklungsverläufen, wie Serienwicklungen und Wellenwicklungen bekanntgeworden.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, zwei gedruckte Wicklungen
dadurch zu einer Einheit zusammenzufassen, daß sie entweder axial aufeinander gestapelt
oder konzentrisch auf dem gleichen Träger gebildet werden. Die beiden Wicklungen
können hierbei von gleicher oder verschiedener Art sein, d. h. beide können Gleichstromwicklungen
oder Wechselstromwicklungen sein, oder es kann auch die eine Wicklung eine Gleichstromwicklung
und die andere eine Wechselstromwicklung sein. Sie können gleiche oder verschiedene
Leiterzahlen sowie einen gleichen oder einen verschiedenartigen Wicklungsverlauf
haben; wenn sie konzentrisch sind, können sie sogar mit verschiedenen Polzahlen
ausgebildet sein. Aus diesen Eigenschaften ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten
für den Betrieb und die Anwendung derartiger Maschinen.
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Die konzentrische Anordnung der Wicklungen ergibt jedoch den Nachteil,
daß der Durchmesser der Maschine vergrößert wird, was in vielen Fällen unerwünscht
ist. Die axial aufeinandergestapelten Wicklungen müssen in getrennten Arbeitsgängen
hergestellt werden und ergeben außerdem eine Vergrößerung des Luftspalts der Maschine.
Es ist auch eine Axialluftspaltmaschine bekannt, bei welcher der Rotor zwei getrennte
Wicklungen trägt, die axial im Abstand voneinander angeordnet sind. Diese Wicklungen
sind als Nutenwicklungen-mit isolierten Leitern ausgebildet, und jede Wicklung ist
in radiale Nuten an der Stirnseite eines eigenen Blechpakets eingelegt. Diese Blechpakete
sind an den beiden Seiten einer Rotorscheibe befestigt. Jeder Wicke Jung liegt unter
Bildung eines schmalen axialen Luftspalts ein eigener Erreger gegenüber. Jeder Erregerfluß
wird unabhängig von dem anderen über die Rotorscheivbe geschlossen, so daß die von
den beiden Wicklungen und den zugehörigen Erregern gebildeten Maschinenteile magnetisch
vollständig selbständig sind. Da es sich hierbei praktisch um zwei vollständige,
axial zusammengebaute Maschinen handelt, ist die axiale Abmessung beträchtlich und
derjenigen einer Radnalluftspaltmaschine mit Trommelanker vergleichbar, so daß ein
wesentlicher Vorteil der Axialluftspaltmaschinen, nämlich die geringe axiale Bauhöhe,
verlorengeht.
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Schließlich ist eine elektrische Maschine bekannt, bei der drei Wicklungen
vorgesehen sind, von denen zwei zu einer Wicklung zusammengeschaltet sind. Diese
Wicklungen sind als Ringwicklungen auf drei getrennte Wicklungsträger gewickelt,
die dann in axialer Richtung aufeinandergestapelt sind. Vor den
Stirnflächen
der beiden äußeren Wicklungsträger sind Erregerpole angeordnet, so : daß sie mit
diesen zusammen eine Axialluftspaltmaschine bilden. Bei diesen bekannten Maschinen
liegen nur die beiden äußeren Wicklungen im Erregerfeld, während die mittlere Wicklung
eine Sekundärwicklung darstellt, die mit den beiden äußeren Primärwicklungen gekoppelt
ist.
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Die Aufgabe der Erfindung :ist..demgegenüber die Schaffung einer Axialluftspaltmaschine
der eingangs angegebenen Art, die gleichfalls zwei Wicklungen enthält, die aber
ohne Vergrößerung des Durchmessers oder des Luftspalts der Maschine in einem einzigen
Arbeitsgang hergestellt werden können und mit dem gleichen Erreger zusammenwirken.
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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Spulenseitenleiter
zwei elektrisch getrennte Wicklungen bilden, deren Leiter auf der gleichen ringförmigen
Trägerscheibe in Umfangsrichtung ineinandergeschachtelt sind, und daß jede der beiden
Wicklungen mit einem eigenen Stromabnehmer verbunden ist.
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Bei der nach der Erfindung ausgeführten Maschine bestechen, also praktisch
zwischen den Spulenseitenleitern. der einen Wicklung Lücken, die von den Spulenseitenleitem
der anderen Wicklung ausgefüllt sind. Man hat somit auf einem einzigen Träger in
der gleichen Ebene zwei voneinander völlig unabhängige Wicklungen, - deren Leiter
ineinandergeschachtelt sind. Die Leiter der beiden Wicklungen werden in einem einzigen
Arbeitsgang gedruckt, so daß die Herstellung ebenso einfach wie bei einer einzigen
Wicklung ist. Zwar steht für die Leiter jeder Wicklung nur die Hälfte .der nutzbaren
Fläche der Trägerscheibe zur Verfügung, doch ist auch dies kein Nachteil, weil der
erforderliche Kupferquerschnitt ohne weiteres dadurch erhalten werden kann, daß
die Dicke der meist sehr dünnen Flachleiter._vergrößert wird.
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Die beiden Wicklungen können in verschiedenartiger Weise ausgebildet
und beschaltet sein. Beispielsweise ist es möglich, die eine Wicklung als Wechselstromrwicklung
und die andere Wicklung als Gleichstromwicklung auszuführen, so daß die Maschine
als Einankerumformer oder als Motor, der von Gleichstrom auf Wechselstrom umschaltbar
ist, betrieben werden kann. Es gibt auch Anwendungsfälle; in denen beide Wicklungen
als Gleichstromwicklungen oder als Wechselstromwicklungen ausgeführt werden, beispielsweise
für spannungsumschaltbare Motoren., für Stellmotoren, die von zwei verschiedenen
Spannungsquellen gespeist werden, für Umformer zur Erzeugung von Tachometer- oder
Regelspannungen usw. -Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Darin zeigt -F i g. 1 die Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer
Doppelwicklung für Gleichstrom, F 1 g. 2 die Rückansicht der Wicklung von F i g.
1, F i g. 3 zwei Halbansichten von der Vorderseite bzw. der Rückseite einer anderen
Ausführungsform einer Doppelwicklung für Gleichstrom, und F i g. 4 zwei Halbansichten
von der Vorderseite bzw. der Rückseite einer an eine Wechselstromspeisung angepaßten
Wicklung.
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Für die dargestellten Beispiele ist eine Doppelwicklung gewählt, die
auf dem gleichen isolierenden Trägerring 100 (F i g. 2) zwei gleichförmig
ineinandergeschachtelte Wicklungen mit je 33 Windungen, also 33 Leitern je Seite,
enthält, deren elektrotechnischer Wicklungsverlauf eine übertragung einer Wellenwicklung
in eine ringförmige Ebene ist. Der übergang auf andere Leiterzahlen und gegebenenfalls
auf Schleifenwicklungen ist für den Fachmann offensichtlich; im übrigen kann die
Zahl der Leiter der einen Wicklung offensichtlich auch von der Leiterzahl -der anderen
Wicklung verschieden sein.
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Für die erste dieser ineinandergeschachtelten Wicklungen sind die
Spulenseitenleiter mit den ungeraden Ziffern 1 bis 33 auf der einen
Seite (die als Vorderseite bezeichnet wird) und mit geraden Ziffern von 2 bis 34
auf der anderen Seite (also der Rückseite) bezeichnet, wobei der Leiter34 hinter
dem Leiter 1 liegt, der Leiter 2 hinter dem Leiter 3 usw.,
und zwar in den sich deckenden mittleren, im wesentlichen radialen und sektorförmigen
Abschnitten dieser Leiter. Diese mittleren Abschnitte, welche die aktiven Teile
der Leiter in dem Luftspalt darstellen, sind! zu beiden Seiten durch geneigte Abschnitte
verlängert (die gegebenenfalls auch gekrümmt sein können). Die Enden dieser geneigten
Abschnitte decken sich auf den beiden Seiten und können direkt miteinander verbunden
sein, beispielsweise durch Metallisieren von Löchern, welche durch diese Leiterenden
und die isolierende Zwischenschicht hindurchgeführt sind. Die Neigungen sind so
bemessen, daß dadurch der Vorwärtsschritt und der Rückwärtsschritt der Wicklung
in ihrem elektrotechnischen Verlauf definiert wird: Dieser Schritt beträgt auf der
Außenseite drei und auf der Innenseite fünf Leiter, so daß-also die Wicklung von
dem Leiten auf der Vorderseite zu dem Leiter 4 auf der Rückseite geht, zu
dem Leiter 9 auf der Vorderseite zurückkehrt usw.,.bis schließlich nach vier Umläufen
die Wicklung geschlossen wird.
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Die zweite Wicklung ist-,identisch mit der ersten ausgebildet; um
sie davon in der Zeichnung zu unterscheiden, sind ihre Leiter mit den ungeraden
Ziffern von 51 bis 83 auf der Vorderseite und mit den geraden Ziffern
von 52 bis 84 auf der Rückseite bezeichnet.
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Es ist angenommen, daß die Maschine, in der die Mehrfachwicklung verwendet
wird, acht Pole besitzt, wie erkennbar ist, wenn man auf dem Schema einen Umlauf
verfolgt.
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Normalerweise ist es bei der bekannten einfachen Wicklungsart in einer
scheibenförmigen Gleichstrommaschine, in der eine solche Wicklung als Läufer= wicklung
dient, üblich und vorteilhaft, die Bürsten direkt auf den Leitern einer Seite selbst
schleifen zu lassen, vorzugsweise auf den geneigten oder gekrümmten Abschnitten,
damit die Kommutierung verbessert wird.
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Dabei einer Mehrfachwicklung nach der Erfindung die Leiter ineinandergeschachtelt
sind, ist es daher vorteilhaft, eine übertragung dieser einfachen Anordnung der
Kommutierungsbürsten vorzusehen.
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Wenn es erwünscht ist, die Bürsten für die beiden Wicklungen auf der
gleichen Seite der Mehrfachwicklung anzubringen (F i g. 1 und 2), werden einfach
die geneigten Abschnitte der Leiter einer der Wicklungen bis zu einem inneren Kranz
85 und diejenigen der Leiter der anderen Wicklung bis zu einem äußeren Kranz
135, jeweils - auf der gleichen Seite, beispielsweise der Vorderseite, verlängert.
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Wenn es möglich ist, die Bürsten der einen Wick-
Jung
auf der einen Seite und diejenigen der anderen Wicklung auf der anderen Seite des
Läufers anzubringen (F i g. 3), kann man beispielsweise die Leiter der einen Wicklung
auf der Vorderseite bis zu einem inneren Kranz 85 und diejenigen der anderen Wicklung
auf der Rückseite bis zu einem inneren Kranz 235, der dem Kranz
85 gegenüberliegt, verlängern. An Stelle von inneren Kränzen können gegebenenfalls
ebensogut äußere Kränze vorgesehen werden.
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Bei diesen Anordnungen wird offensichtlich das vorteilhafte Betriebsmerkmal
beibehalten, daß der Kollektor ebenso viele Lamellen hat wie die Wicklung Windungen.
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Man kann auch als Variante die Leiter in einem ihrer geneigten Abschnitte
an der Oberfläche isolieren und jeweils nur Abschnitte dieser Leiter in zwei verschiedenen
Kränzen blank lassen, wobei der eine Kranz die Leiter der einen Wicklung und der
andere Kranz die Leiter der anderen Wicklung (auf der gleichen Seite oder auf entgegengesetzten
Seiten) enthält. Durch diese Lösung wird das Aufdrucken von zusätzlichen Kontaktstücken
vermieden, doch ist es zu befürchten, daß allmählich der isolierende Überzug durch
die Bürsten abgeschliffen wird und daß dadurch Kurzschlüsse zwischen den Wicklungen
auftreten. Es erscheint daher vorteilhafter, auf die Verlängerungen der Leiter der
Wicklungen selbst zurückzugreifen, und zwar auch deswegen, weil die Kommutierungskontaktstücke
sich nicht mehr aneinanderfügen. Man kann in anderer Weise auch zwei Kränze von
Kommutierungskontaktstücken herstellen, und zwar für jede Wicklung einzeln auf getrennten
isolierenden Ringen, worauf diese Ringe auf das Wicklungsträgereleanent aufgebracht
werden und die Kontaktstücke dieser Kränze einzeln mit den entsprechenden Leitern
verbunden werden. Dies erfordert jedoch einen zusätzlichen Vorgang bei der Herstellung,
der vermieden werden kann, wenn die Kontaktstücke direkt durch Verlängerung der
Leiter zusammen mit deren Bildung hergestellt werden. Die geschilderten verschiedenen
technologischen Ausführungsformen gehören natürlich alle mit zu der Erfindung.
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Für Wechselstromwicklungen genügt es, konzentrische Ringe vorzusehen,
die in jeder Wicklung an Leiter angeschlossen sind, die um 180 elektrische Grade
voneinander entferntliegen. Dies ist in F i g. 4 für zwei ineinandergeschachtelte
-Einphasenwicklungen gezeigt. Auf einer Seite des Ankers ist der Ring 86 an der
Außenseite und der Ring 136 an der Innenseite der Wicklung gebildet, während die
andere Ankerseite die entsprechenden Ringe 88 und 138 trägt. Die erste Wicklung
ist mit den Ringen 86 und 88 über ihre Leiter 1 und 30 direkt bei. 87 und
89 verbunden, während die zweite Wicklung durch direkte Verbindungen bei 137 und
139 über ihre Leiter 51 und 80 mit den Ringen 136 und 138 verbunden ist.
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Man könnte als Variante diese Ringe auf getrennten isolierenden Ringen
bilden und dann diese Ringe auf die Wicklung aufbringen, worauf die erforderlichen
Verbindungen mit den Leitern der Wicklungen hergestellt werden. Diese Maßnahme erscheint
insbesondere bei Dreiphasenwicklungen von Vorteil.
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Die Kombination einer Gleichstromwicklung und einer Wechselstromwicklung
auf dem gleichen Träger unter Ineinanderschachtelung ihrer Windungen nach der Erfindung
ergibt sich- aus dem Vorstehenden für den Fachmann ohne weiteres.