DE1613385B2 - Laeuferwicklung fuer elektrische maschinen - Google Patents
Laeuferwicklung fuer elektrische maschinenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Läuferwicklung für elektrische Maschinen mit axialem, radialem oder
linearem Luftspalt, bestehend aus wenigstens zwei gegeneinander isolierten Schichten von lamellenartigen
Wicklungsleitern, die zwischen den Rändern der Schichten in der Querrichtung geneigt verlaufen, wobei
die Neigung der Wicklungsleiter einer Schicht entgegengesetzt zur Neigung der Wicklungsleiter der
anderen Schicht ist und die einander gegenüberliegenden Enden der Wicklungsleiter von der einen zur
anderen Schicht zur Bildung der Wicklung miteinander verbunden sind und wobei ferner die Wicklungsleiterschichten
wenigstens in einem als Kommutator dienenden Bereich aus Kupfer, im übrigen aber aus
Aluminium bestehen.
Bei einer aus der GB-PS 10 14 663 bekannten Wicklung dieser Art sind alle Wicklungsleiterschichten
zunächst vollständig aus Aluminium gebildet, und zusätzlich sind auf der den Bürsten zugewandten
Schicht in einem mit den Bürsten zusammenwirkenden ringförmigen Bereich auf die Aluminiumleiter Kupferleiter
aufgebracht, welche die Kommutatorlamellen bilden. Diese bekannte Wicklung ergibt den Vorteil der
Einsparung an Kupfer und eines geringeren Gewichtes und Trägheitsmomentes im Vergleich zu einer vollständig
aus Kupfer bestehenden Wicklung, während andererseits die Vorteile eines aus Kupfer bestehenden
Kommutators erhalten bleiben. Die Herstellung ist jedoch verhältnismäßig kompliziert. Außerdem haben
sich in der Praxis wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnung von Kupfer und Aluminium Verwerfungen
im Kommutatorbereich ergeben.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Wicklung der eingangs angegebenen Art, die unter
weitgehender Aufrechterhaltung der Vorteile der gemeinsamen Anwendung von Kupfer und Aluminium
besonders einfach herstellbar ist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß von den Wicklungsleiterschichten diejenige,
deren Oberfläche mit Bürsten zusammenwirkt, vollständig aus Kupfer besteht, während alle übrigen Wicklungsleiterschichten
aus Aluminium bestehen.
Bei der Wicklung nach der Erfindung besteht somit zwar eine Leiterschicht vollständig aus Kupfer, aber es
ergibt sich dennoch im Vergleich zu einer vollständig aus Kupfer bestehenden Wicklung eine beträchtliche
Einsparung an Kupfer, die umso größer ist, je größer die Anzahl der Leiterschichten in der Wicklung ist.
Dementsprechend sind auch das Gewicht und das Trägheitsmoment verringert. Da die mit den Bürsten
zusammenwirkende Leiterschicht vollständig aus Kupfer besteht, bleiben natürlich die Vorteile eines
Kupfer-Kommutators erhalten. Andererseits ist die Herstellung der Wicklung sehr einfach, da es praktisch
keinen Unterschied macht, ob eine Leiterschicht vollständig aus Kupfer oder vollständig aus Aluminium
besteht; die Leiterschichten können im wesentlichen mit den gleichen Verfahren hergestellt und zusammengefügt
werden, wie sie bisher bei ausschließlich aus Kupfer bestehenden Wicklungen angewendet wurden. Dieser
Vorteil besteht insbesondere dann, wenn die Leiterschichten nicht geätzt, sondern aus Folien ausgeschnitten
werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine gestanzte Metallplatte,
welche für die Herstellung einer scheibenförmigen Läuferwicklung verwendbar ist,
F i g. 2 eine perspektivische und auseinandergezogene Darstellung einer Anordnung mit zwei Metallplatten
der in Fig. 1 gezeigten Art und einer isolierenden Zwischenscheibe,
Fig.3 eine vergrößerte Teilansicht einer fertigen
Läuferwicklung mit zwei Leiterschichten,
F i g. 4 eine perspektivische und auseinandergezogene Darstellung einer Anordnung mit vier Metallplatten,
F i g. 5 eine Schnittansicht einer fertigen Läuferwicklung mit vier Leiterschichten,
F i g. 6 eine perspektivische Darstellung einer Stromkreisschleife
bei einer Wicklung mit vier Leiterschichten.
Bei der als Beispiel gewählten scheibenförmigen Läuferwicklung ist eine große Zahl von im wesentlichen radial verlaufenden Wicklungsleitern gleichmäßig in jeder Schicht über eine ringförmige Fläche verteilt, welche nach dem Einbau des Läufers in die Maschine einem Kranz von Erregerpolen gegenüberliegt. Die Wicklungsleiter sind von der einen zur anderen Schicht so miteinander verbunden, daß ein geschlossener elektrischer Stromkreis gebildet wird. In diesem Stromkreis sind die elektrisch aufeinanderfolgenden Leiter entsprechend dem Abstand der Polzentren benachbarter Erregerpole gegeneinander versetzt, und die Verbindungen sind so gebildet, daß der Strom in der einen Richtung quer über die magnetischen Nordpole und in der entgegengesetzten Richtung quer über die magnetischen Südpole verläuft.
Bei der als Beispiel gewählten scheibenförmigen Läuferwicklung ist eine große Zahl von im wesentlichen radial verlaufenden Wicklungsleitern gleichmäßig in jeder Schicht über eine ringförmige Fläche verteilt, welche nach dem Einbau des Läufers in die Maschine einem Kranz von Erregerpolen gegenüberliegt. Die Wicklungsleiter sind von der einen zur anderen Schicht so miteinander verbunden, daß ein geschlossener elektrischer Stromkreis gebildet wird. In diesem Stromkreis sind die elektrisch aufeinanderfolgenden Leiter entsprechend dem Abstand der Polzentren benachbarter Erregerpole gegeneinander versetzt, und die Verbindungen sind so gebildet, daß der Strom in der einen Richtung quer über die magnetischen Nordpole und in der entgegengesetzten Richtung quer über die magnetischen Südpole verläuft.
Bei einer zweischichtigen Wicklung ist die eine Schicht aus Aluminium gebildet, während die andere
Schicht aus Kupfer besteht, damit eine Kommutatorbahn für die Bürsten der Maschine vorhanden ist. Bei
mehrschichtigen Wicklungen ist nur eine der Schichten aus Kupfer gebildet, während alle übrigen Schichten aus
Aluminium hergestellt sind.
Eine Schicht von Wicklungsleitern wird dadurch gebildet, daß von einer Metallplatte der in Fig. 1
dargestellten Art ausgegangen wird. Diese Platte ist beispielsweise auf mechanischem Wege ausgestanzt,
und zwar entweder in einem einzigen Vorgang oder in aufeinanderfolgenden Sektoren, damit das Metall
zwischen den Leitern entfernt wird. Jeder Leiter weist
ein inneres Kontaktstück 10, einen gegen die radiale Richtung geneigten inneren Abschnitt 11, einen
gekrümmten Abschnitt 12 und ein äußeres Kontaktstück 13 auf. Die Leiter sind über ihre Endkontaktstücke
mit der Platte verbunden. Der Winkelabstand zwischen dem inneren Kontaktstück und dem äußeren Kontaktstück
jedes Leiters ist annähernd gleich dem Abstand zwischen den Polzentren benachbarter Erregerpole.
Löcher 14 in der Platte erleichtern das Zusammenfügen und Aufeinanderlegen der Schichten beim Zusammenbau.
Wie in F i g. 2 dargestellt ist, enthält eine zweischichtige
Wellenwicklung eine Leiterschicht 20 aus Kupfer und eine Leiterschicht 21 aus Aluminium. Diese beiden
Schichten haben die gleiche Form, jedoch sind in der einen Schicht die Leiter entgegengesetzt zu den Leitern
der anderen Schicht geneigt. Wenn die Schichten zusammengebaut sind, erstrecken sich somit die
gekrümmten Abschnitte von den äußeren Kontaktstükken aus in der Schicht 20 entgegen dem Uhrzeigersinn
und in der Schicht 21 im Uhrzeigersinn.
Eine ringförmige isolierende Scheibe 22 ist zwischen den Schichten zur Isolierung und gegebenenfalls zur
mechanischen Verstärkung eingefügt. Der Durchmesser der Mittelöffnung dieser Scheibe und ihr Außendurchmesser
sind so bemessen, daß diese Scheibe nach dem Zusammenbau zwischen den inneren und den äußeren
Kontaktstücken der Leiter liegt.
Die Leiter werden mit der isolierenden Zwischenscheibe sandwichartig zusammengebaut. Die Schichten
werden so ausgerichtet, daß die inneren und äußeren Kontaktstücke in den Schichten einander gegenüberliegen.
Dann wird in den Metallplatten das Mittelloch ausgestanzt, damit die inneren Kontaktstücke frei
werden, und die einander gegenüberliegenden Kontaktstücke werden zur Bildung der elektrischen und
mechanischen Verbindungen zwischen den Schichten miteinander verlötet oder verschweißt. Dann wird das
die Leiter umgebende Plattenmaterial durch Ausstanzen entfernt, und die dadurch freigelegten äußeren
Kontaktstücke werden zur Bildung der äußeren elektrischen und mechanischen Verbindungen der
Wicklung miteinander verlötet oder verschweißt. Der dadurch erhaltene vollständige Aufbau ist in Fig.3
dargestellt.
Wie ersichtlich ist, sind die Leiter 30 der Kupferschicht, die jeweils aus einem inneren Kontaktstück 10a,
einem mittleren Abschnitt 11a, einem gekrümmten Abschnitt 12a und einem äußeren Kontaktstück 13a
bestehen, mit den Leitern 31 der Aluminiumschicht, die jeweils aus einem äußeren Kontaktstück 13£>, einem
gekrümmten Abschnitt 12b, einem mittleren Abschnitt Ub und einem inneren Kontaktstück 106 bestehen,
durch Verlöten oder Verschweißen der Kontaktstücke 13a und 136 verbunden. Diese Leiter bilden zusammen
jeweils eine Windung der Wicklung. Der Abstand zwischen den mittleren Abschnitten dieser Leiter ist
annähernd gleich dem Abstand zwischen den Polzentren von zwei aufeinanderfolgenden Erregerpolen. Bei
einer achtpoligen Maschine erstreckt sich beispielsweise eine Windung über etwa 90°. Das innere Kontaktstück
106 ist mit dem entsprechenden Kontaktstück der folgenden Windung verbunden, und vier Windungen
umfassen auf der Scheibe etwas weniger als 360°. Der Wickelschritt ist so gewählt, daß sich die Wicklung nach
einigen Umläufen auf der Scheibe in sich selbst schließt.
Wicklungen dieser Art können aus mehr als zwei Leiterschichten bestehen, wobei die von jeweils zwei
Schichten gebildeten Windungen nach irgendeinem bekannten Verbindungsschema in Serie geschaltet
werden. Man vergrößert dadurch die Betriebsspannung. Bei einer nach der Erfindung ausgeführten Wicklung
vergrößert man aber auch das Verhältnis von Aluminiumgewicht zu Kupfergewicht, da in diesem
Falle nur eine Schicht, nämlich die mit den Bürsten zusammenwirkende Schicht, aus Kupfer besteht, während
die übrigen Schichten aus Aluminium bestehen.
Zur Herstellung einer Wicklung mit beispielsweise vier Schichten bildet man zunächst gemäß F i g. 4 zwei
zweischichtige Elemente 60 und 70. Das Element 60 besteht aus einer Schicht 61 aus Kupfer und einer
Schicht 63 aus Aluminium. Diese beiden Schichten sind durch eine isolierende Zwischenscheibe 62 voneinander
getrennt. Jeder Wicklungsleiter weist beispielsweise einen mittleren Abschnitt 64 auf, der sich an beiden
Enden in gekrümmten Abschnitten 65 bzw. 67 fortsetzt, die in Kontaktstücken 66 bzw. 68 enden. Die Leiter der
einen Schicht sind entgegengesetzt zu den Leitern der anderen Schicht geneigt, so daß die gekrümmten
Abschnitte der Schicht 61 von den äußeren Kontaktstücken aus im Uhrzeigersinn gerichtet sind, während
die Leiter der Schicht 63 von den äußeren Kontaktstükken aus entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet sind.
Die beiden Schichten 61 und 63 werden mit der isolierenden Zwischenscheibe 62 sandwichartig zusammengebaut,
wobei der Innendurchmesser und der Außendurchmesser der isolierenden Zwischenscheibe
so bemessen sind, daß diese Zwischenscheibe beim Zusammenbau zwischen den äußeren und inneren
Kontaktstücken der Leiter liegt. Nachdem die Kontaktstücke der beiden Schichten ausgerichtet sind, werden
die Mittellöcher ausgestanzt und die einander gegenüberliegenden inneren Kontaktstücke verschweißt,
damit die elektrischen und mechanischen Verbindungen zwischen den Schichten an dieser Stelle gebildet
werden.
Das zweite zweischichtige Element 70 wird in ähnlicher Weise aus Schichten 71 und 72 aus Aluminium
gebildet. Diese Schichten 71 und 72 werden unter Einfügung einer isolierenden Zwischenscheibe 73
zusammengebaut. Die Form der Schichten 71 und 72 unterscheidet sich jedoch etwas von der Form der
Schichten 61 und 63. Jeder Wicklungsleiter der Schichten 71 und 72 besitzt einen mittleren Abschnitt 74,
der sich an beiden Enden in gekrümmten Abschnitten 75 und 77 fortsetzt, welche in Kontaktstücken 76 bzw. 78
enden. Während jedoch bei den Schichten 61 und 63 des ersten Elementes 60 zwischen den Kontaktstücken an
den Enden jedes Wicklungsleiters ein Winkelabstand besteht, der etwa gleich dem Abstand zwischen den
Polzentren zweier aufeinanderfolgender Erregerpole ist, liegen in den Schichten 71 und 72 die Kontaktstücke
an den Enden jedes Wicklungsleiters im wesentlichen in der gleichen radialen Richtung. Wenn die Schichten 71
und 72 aufeinandergelegt sind, werden die Mittellöcher ausgestanzt und die schichtweise aufeinanderliegenden
inneren Kontaktstücke verschweißt.
Die beiden so vorbereiteten Elemente werden unter Einfügung einer Isolierscheibe 80 aufeinandergestapelt.
Das Mittelloch dieser Scheibe hat einen etwas kleineren Durchmesser als die Mitellöcher der beiden Elemente.
Der Außendurchmesser der Isolierscheibe 80 ist so bemessen, daß die Scheibe bis zu den äußeren
Kontaktstücken der Schichten reicht. Nach dem Ausrichten der Elemente werden die äußeren Kontaktstücke
durch Entfernen des äußeren Materials in jeder
Schicht freigelegt und zur Bildung der äußeren Wicklungsverbindungen verschweißt. Wie in F i g. 5
dargestellt ist, dient das Isoliermaterial 80 zur Trennung und gegenseitigen Isolierung der inneren Verbindungen
81 und 82 der Elemente. Die äußeren Verbindungen 83 und 84 liegen nebeneinander in einem einzigen Kranz
(die in Fig.5 zwischen den Verbindungen 83 und 84 dargestellte axiale Versetzung ist nur der klareren
Darstellung wergen angegeben).
Diese Anordnung mit zwei getrennten Kränzen von inneren Verbindungen und einem einzigen Kranz von
•äußeren Verbindungen ist vorteilhafter als die umgekehrte Anordnung, die auch gewählt werden könnte,
weil am äußeren Umfang mehr Platz für die Verbindung der Kontaktstücke vorhanden ist.
In der fertigen Wicklung sind schließlich die Wicklungsleiter in der in Fig. 6 gezeigten Weise
miteinander verbunden. Man kann den elektrischen Wicklungsstromkreis über acht dargestellte Windungen
verfolgen. Wenn man beispielsweise vom Punkt 90 ausgeht, verläuft die erste Windung über einen
Kupferleiter 91 der ersten Schicht und dann über einen Aluminiumleiter 92 der dritten Schicht. Die zweite
Windung enthält einen Aluminiumleiter 93 der vierten Schicht und einen Aluminiumleiter 94 der zweiten
Schicht. Das erste Windungspaar erstreckt sich über etwa 90° und ist mit dem zweiten Windungspaar
verbunden, das wie das erste Windungspaar einen Kupferleiter 95 der ersten Schicht und drei Aluminiumleiter
96, 97 und 98 der anderen Schichten enthält. Das dritte Windungspaar 100 und das vierte Windungspaar
101 vervollständigen den ersten Umlauf des Wicklungsstromkreises, der etwas weniger als 360° umfaßt und an
dem Punkt 102 endet, an welchem der zweite Umlauf der Wicklungsstromkreises beginnt. Der Stromkreis
verläuft in der gleichen Weise weiter und kehrt schließlich wieder zum Punkt 90 zurück, wo er sich
schließt.
Die Erweiterung auf mehr als zwei Paare von Leiterschichten ist ohne weiteres ersichtlich. Ebenso
ergibt sich unmittelbar die Übertragung der für eine scheibenförmige Wicklung beschriebenen Beispiele auf
schleifenförmige, insbesondere zylindrische Wicklungen
und auf lineare Wicklungen. Schleifenförmige Wicklungen können beispielsweise in an sich bekannter Weise
zunächst flach hergestellt und dann zu einer geschlossenen Wicklung verbunden werden. Bei linearen Wicklungen
muß man nur die zusätzlichen Verbindungen zwischen den Enden vorsehen, damit der elektrische
Wicklungsstromkreis geschlossen wird.
Schließlich können die isolierenden Zwischenscheiben zwischen den Leiterschichten bei den beschriebenen
Beispielen durch einfache isolierende, gegebenenfalls einen Klebstoff enthaltende Überzüge ersetzt
werden, welche auf den einander gegenüberliegenden Seiten der lamellenartigen Leiter angebracht werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Läuferwicklung für elektrische Maschinen mit axialem, radialem oder linearem Luftspalt, bestehend aus wenigstens zwei gegeneinander isolierten Schichten von lamellenartigen Wicklungsleitern, die zwischen den Rändern der Schichten in der Querrichtung geneigt verlaufen, wobei die Neigung der Wicklungsleiter einer Schicht entgegengesetzt zur Neigung der Wicklungsleiter der anderen Schicht ist und die einander gegenüberliegenden Enden der Wicklungsleiter von der einen zur anderen Schicht zur Bildung der Wicklung miteinander verbunden sind und wobei ferner die Wicklungsleiterschichten wenigstens in einem als Kommutator dienenden Bereich aus Kupfer, im übrigen aber aus Aluminium bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß von den Wicklungsleiterschichten diejenige, deren Oberfläche mit Bürsten zusammenwirkt, vollständig aus Kupfer besteht, während alle übrigen Wicklungsleiterschichten aus Aluminium bestehen.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |