DE1613385B2 - Laeuferwicklung fuer elektrische maschinen - Google Patents

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 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)

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.