DE663697C - Electric commutator machine with drum armature - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Bauform von Kommutatormaschinen. Durch die deutschen Patentschriften 489 488 und 514279 sind Kommutatormaschinen bekanntgewordeni, bei denen die einander zugekehrten Enden der Eisenkerne eines Polankermotors für Gleich- oder Wechselstrom sowohl an den Feldpolen als auch an den Ankereisen durch geschlossene Polringe aus Eisen verbunden sind. Der Anker dieses Polankermotors hat Scheibenform und ist mit Einzelspulen versehen. Diese Bauart bietet gegenüber gewöhnlichen Polankermotorenohne Ringverbindung an den Polen die Vorteile, daß die Streuverluste kleiner werden und im übrigen ein gleichmäßigeres Drehmoment erzielt wird.The invention relates to an improved design of commutator machines. Commutator machines have become known through the German patents 489 488 and 514279, in which the facing ends of the iron cores of a pole armature motor for direct or alternating current on the field poles as well as on the anchor iron by closed pole rings Iron are connected. The armature of this pole armature motor has a disc shape and is with Provided individual coils. Compared to conventional pole-armature motors, this design offers without Ring connection at the poles has the advantage that the scattering losses are smaller and in the rest a more even torque is achieved.

Es sind weiterhin Kommutatormaschinen mit Trommelankern bekanntgeworden, bei denen der Anker eine eisengeschlossene Oberfläche, also geschlossene Nuten, aufweist. Diese Maschinen lieferten jedoch hinsichtlich der Leistung und der Kommutierung keine guten Ergebnisse.Commutator machines with drum armatures have also become known where the armature has a closed-iron surface, i.e. closed grooves. These Machines, however, did not perform well in terms of performance and commutation Results.

Ebenso ist es bekannt, die Feldmagnete durch einen geschlossenen eisernen Ring untereinander zu verbinden, beispielsweise zu dem Zweck, die Funkenbildung ,am Kommutator zu unterdrücken.It is also known to interconnect the field magnets with a closed iron ring to connect, for example for the purpose of sparking, on the commutator suppress.

Durch eingehende Untersuchungen ist nun festgestellt worden, daß bei Kommutatormaschinen mit Trommelankern, bei denen der Anker stets mit einem geschlossenen Eisenring versehen ist, während die Feldpole wahlweise mit oder ohne geschlossenen Eisenring versehen sind, durch Verkleinerung der Abmessungen und des Gewichts pro kW-Leistung sowie durch Erzielung besserer Kommutierung und günstiger Alifahrverhältnisse neue Vorteile und Eigenschaften erzielt werden können, wenn ein anderes Verhältnis von Ankernutenzahl zur Polzahl, als bisher allgemein üblich, angewendet wird.Through detailed investigations it has now been established that in commutator machines with drum anchors, in which the anchor is always provided with a closed iron ring, while the field poles are optional are provided with or without a closed iron ring, by reducing the dimensions and the weight per kW output as well as by achieving better commutation and more favorable driving conditions Advantages and properties can be achieved if a different ratio of Number of anchor slots to the number of poles, as previously common, is used.

In den gemäß der Erfindung verbesserten Maschinen sind die magnetischen und elekirischen Verhältnisse so ausgeglichen, daß von den allgemein üblichen Hilfsmitteln zur Verbesserung der Kommutierung abgesehen werden kann.In the machines improved according to the invention, the machines are magnetic and electrical Relationships so balanced that of the commonly used tools for improvement the commutation can be waived.

Mit Rücksicht auf eine gute Kommutierung ist bisher im allgemeinen bei Kommutatormaschinen der Grundsatz anerkannt worden,With regard to good commutation, this has generally been the case with commutator machines the principle has been recognized,

daß die Zahl der Ankernuten zwischen den Feldpolen nicht unterhalb eines gewissen Wertes sein soll; die hierfür allgemein gültige Formel lautet:that the number of anchor grooves between the field poles is not below a certain value should be; the general formula for this is:

wobeiwhereby

_g_ J^ _g _ J ^

τ rolteilung τ roll division

ζ — Anzahl der Nuten, p == Anzahl der Polpaare. ζ - number of slots, p == number of pole pairs.

_{FflUftktorFflUftktor}

bedeuten. Der Wert für <x_t beträgt für die übliche Ausführung von Kommutatormaschinen 0,6 bis 0,7 für zweipolige und 0,65 bis 0,75 für mehrpolige Maschinen.mean. The value for <x _t for the usual design of commutator machines is 0.6 to 0.7 for two-pole machines and 0.65 to 0.75 for multi-pole machines.

Unter ideellem Polbogen wird der Bogen verstanden, der in der Mitte des engsten Teils des Luftspalts und konzentrisch zur Anker-The ideal polar arc is understood to be the arc in the middle of the narrowest part of the air gap and concentric to the anchor

zo oberfläche liegt, begrenzt durch die radialen, von deni Polschulen zum Mittelpunkt des Ankers führenden Linien (vgl. Abb. 1).zo surface lies, delimited by the radial, from the pole schools to the center of the anchor leading lines (see Fig. 1).

Gemäß der Erfindung wird nun bei Maschinen, bei denen der Anker stets, die FeIdpole jedoch wahlweise mit oder ohne geschlossenen eisernen Ring verbunden ist oder sind, eine gute Kommutierung erzielt, wenn das folgende Verhältnis von Nutenzahl zur Polzahl zugrunde gelegt wird:According to the invention, in machines in which the armature is always the field poles but is optionally connected with or without a closed iron ring or good commutation is achieved if the following ratio of the number of slots to the Number of poles is used as a basis:

2,3-2.3-

Gemäß der Erfindung wird dies vornehmAccording to the invention, this is done

erlieh durch Herabsetzung des Wertes -^- conferred by reducing the value - ^ -

reicht; in demselben Sinne wirkt aber auch eine Vergrößerung des bisher üblichen Wertes für Äj. Bei solchen größeren Werten von α; breitet sich der Polfluß zum Anker über eine größere Luftspaltfläche aus, wodurch die magnetischen Verhältnisse in der ganzen Maschine verbessert werden und außerdem die vom Fluß geschnittene Ankerleiterzahl vergrößert wird, was sich günstig für die erzeugte EMK auswirkt.enough; however, an increase in the previously customary value also has the same effect for Äj. With such larger values of α; If the pole flux to the armature spreads over a larger air gap area, whereby the magnetic conditions in the whole machine are improved and also the The number of anchor conductors cut by the river is increased, which is beneficial for the generated EMF affects.

Mit Hilfe der Erfindung werden nachstehende Vorteile erzielt: Die Feldpole können breiter gemacht werden, was wiederum die magpetischen Verhältnisse verbessert; die PoI-zahl kann, verglichen mit den üblichen Ausführungsformen bei gleichem Umfang der Maschine, wesentlich vergrößert werden, wodurch Kupfer bei der Feld- und Ankerwicklung gespart und das Eisengewicht vermindert wird.With the help of the invention the following Advantages achieved: The field poles can be made wider, which in turn increases the magnetic conditions improved; the PoI number can, compared with the usual embodiments with the same size of the machine, can be increased significantly, whereby Copper is saved in the field and armature winding and the iron weight is reduced will.

Verglichen mit den bisher üblichen Bauformen, können ferner bei gleichen äußeren Abmessungen die Pole verkürzt und der Ankerdurchmesser vergrößert werden, wodurch wiederum die magnetischen Flußbedingungen in der Maschine verbessert werden. Zufolge der Vergrößerung des Ankerdurchmessers und der Abnahme 'des Verhältnisses von Nutenzahl zur Polzahl gemäß der Erfindung können die Nuten wesentlich größer gehalten werden. Dies kann je nach Bedarf entweder so ausgenutzt werden, daß bei gleicher Ankerleiterzahl derQuerschnitt der Leiter größer gewählt werden kann, wodurch die Leistung der Maschine erhöht wird, oder es kann bei gleichem Querschnitt der Ankerleiter deren Anzahl vermehrt werden, wodurch eine Herabsetzung der Tourenzahl erreicht wird.Compared with the previously common designs, can also shorten the poles and the armature diameter with the same external dimensions can be increased, which in turn reduces the magnetic flux conditions in the machine can be improved. As a result of the enlargement of the anchor diameter and the The slots can decrease 'the ratio of the number of slots to the number of poles according to the invention be kept much larger. Depending on requirements, this can either be exploited in such a way that that with the same number of anchor conductors, the cross-section of the conductors is selected to be larger can, thereby increasing the performance of the machine is, or it can be increased the number of anchor conductors with the same cross-section , whereby a reduction in the number of tours is achieved.

Die Abb. 2 bis 6 veranschaulichen, in welcher Weise beispielsweise die Erfindung ausgenutzt werden kann.Figs. 2 to 6 illustrate how the invention is used, for example can be.

Die Abb. 2 und 3 zeigen auf der linken Seite eine Maschine gebräuchlicher Bauart und auf der rechten Seite ein Ausführungsbeispiel gemäß, der Erfindung. Abb. 2 zeigt auf der linken Seite eine vierpolige Maschine mit Wende-poten und einen Anker mit 39 offenen Nuten. Die rechte Seite der Abbildung zeigt bei den gleichen äußeren Abmessungen einen Feldmagneten ohne Wendepole; die Hauptpole, in diesem Falle nicht durch einen geschlossenen eisernen Ring verbunden, sind kürzer und breiter als bei der Maschine auf der linken Hälfte der Abbildung; der Anker hat einen größeren Durchmesser und zeigt einen völlig geschlossenen Ring in unmittelbarer Nähe des Luftspalts. Die Anzahl der auf diese Weise völlig geschlossenen Nuten beträgt nur 13, so daß ein bedeutend größerer Wickelraum verfügbar ist, der entweder für eine größere Leistung oder für eine geringere Tourenzahl verwendet werden kann. Durch den Fortfall der Wendepole wird Raum für eine größere Anzahl von Feldwindungen gewonnen, obwohl die Pole selbst kürzer sind; der Ohmsehe Widerstand der Feldwicklung kann hierdurch gleichfalls wesentlich herabgesetzt werden.Figs. 2 and 3 show on the left side a machine of conventional design and on the right side an embodiment according to the invention. Fig 2 shows on the left Side a four-pole machine with reversible pots and an armature with 39 open slots. The right side of the figure shows a field magnet with the same external dimensions without reversing poles; the main poles, in this case not by a closed one connected to the iron ring, are shorter and wider than the machine on the left Half of the figure; the anchor has a larger diameter and shows you completely closed ring in the immediate vicinity of the air gap. The number of on this Way completely closed grooves is only 13, so that a significantly larger winding space is available, either for a larger power or for a smaller one Number of revolutions can be used. The omission of the reversing pole creates space for a greater number of field turns gained, although the poles themselves are shorter; the ohmic resistance of the field winding can also be significantly reduced as a result will.

Wie vorstehend beschrieben, sind dieBedingungen für den magnetischen Fluß in allen Teilen der Maschine bedeutend verbessert worden durch kürzere Flußweglängen, breitere Pole und Ankerzähne und durch einen größeren Flußarbeitswinkel <x_t, der 0,8 beträgt, verglichen mit 0,63 auf der linken Seite. InAs described above, the magnetic flux conditions in all parts of the machine have been significantly improved by shorter flux path lengths, wider poles and armature teeth, and by a larger flux working angle <x _t , which is 0.8 compared to 0.63 on the left . In

der Maschine der üblichen Bauart (links) ergibt sich mithinthe machine of the usual type (left) therefore results

2 = 39; 2 p = 4; α,·= o,63 ;2 = 39; 2 p = 4; α, · = 0.63;

rr s ^z s ^z

= 3.6;= 3.6;

in der Maschine nach der Erfindung (rechts) hingegen
to 2 = 13; 2/7=4; α,· = o,8;however, in the machine according to the invention (right)
to 2 = 13; 2/7 = 4; α, · = 0.8;

(τ —· α,·) —— = 0,65 ·(τ - α,) --— = 0.65

Abb. 3 (rechts) stellt eine Maschine gemäß der Erfindung dar, bei der bei gleichen äußeren Abmessungen eine wesentlich größere Anzahl von Polen verwendet wird. Bei dieser Maschine, die gleichfalls keine Wendepole hat, sind nicht nur die Ankerzähne, sondern auch die Feldpole an der dem Luftspalt benachbarten Seite durch einen völlig geschlossenen Eisenring verbunden. Es ist eine bekannte Tatsache, daß das Gewicht des wirksamen Eisens und des wirksamen Kupfers mit zunehmender Polzahl abnimmt. Da die Erfindung es ermöglicht, bei gleichen äußeren Abmessungen eine größere Anzahl von Polen zu verwenden, kommt diese allgemein bekannte Methode zur Ersparung an wirksamem Eisen- und Kupfergewicht noch zu den oben beschriebenen Vorteilen hinzu.Fig. 3 (right) shows a machine according to the invention, with the same external Dimensions a much larger number of poles is used. With this machine, which also has no reversing poles, are not only the anchor teeth, but also the field poles on the one adjacent to the air gap Side connected by a completely closed iron ring. It's a well known one The fact that the weight of the effective iron and the effective copper increases with Number of poles decreases. Since the invention makes it possible, with the same external dimensions To use a larger number of poles comes this well-known one Method for saving effective iron and copper weight in addition to those described above Advantages.

Durch Vermeidung von Wendepolen werden weiterhin die Herstellungskosten vermindert und die Leistung der Maschine erhöht. Unter-"suchungen an solchen Maschinen haben ergeben, daß sie bei Ausführung mit zehn Polen bei jeder Belastung, d. h. von Leerlauf bis 100 Prozent Überlastung (Drehmoment), gute Kommutierung aufweisen.By avoiding reversible poles, the manufacturing costs are further reduced and increases the performance of the machine. Investigations on such machines have shown that, when designed with ten poles, they are exposed to any load, d. H. from idle to 100 percent overload (torque), exhibit good commutation.

Die gute Kommutierung in Maschinen gemäß der Erfindung ist auf die verminderte Ankerrückwirkung zurückzuführen. Wenn man die Formel von Ar no Id-La Cour für die Amperewindungen, welche die Ankerrückwirkung kompensieren, zugrunde legt, welche lautetThe good commutation in machines according to the invention is reduced to that Due to anchor reaction. Using the formula of Ar no Id-La Cour for the ampere turns, which compensate the armature reaction, is based on which reads

wobeiwhereby

A W_r = -AW _r = -

τ = Polteilung,τ = pole pitch,

b = wirklicher Polbogen, b = real polar arc,

AS =AS =

Ja-N 2τια·ΏJan 2τια · Ώ

(s. unten)(see below)

bedeuten, so zeigt dieseFormel, daß dieAnkerrückwirkung bzw. *die Amperewindunigen, die für ihre Kompensation erforderlich sind, proportional den Werten (t—b) und AS ist. Da der Polbogen b bei Maschinen gemäß der Erfindung aus den vorstehend angeführten Gründen stets größer ist als bei Maschinen üblicher Bauart, wird der Wert (r — b) stets kleiner sein, als allgemein üblich. Betrachten wir ferner den Wert der linearen Belastung des Ankers für 1 cm Umfangmean, this formula shows that the anchor reaction or * the ampere-windings, which are required for their compensation, is proportional to the values (t- b) and AS . Since the pole arc b in machines according to the invention is always greater than in machines of conventional design for the reasons given above, the value (r - b) will always be smaller than is generally customary. Let us also consider the value of the linear load on the anchor for 1 cm in circumference

271 a· D
wobei bedeuten 271 a D
where mean

Ja = gesamter Anker strom,
N = Anzahl der wirksamen Ankerleiter, a = halbe Anzahl der Ankerzweige,
D = äußerer Ankerdurchmesser, Yes = total armature current,
N = number of effective anchor conductors, a = half the number of anchor branches,
D = outer anchor diameter,

so finden wir, daß bei Maschinen gemäß der Erfindung der Ankerdurchmesser D (bei gleichen äußeren Abmessungen) stets größer ist als bei Maschinen üblicher Bauart. Die entsprechenden Werte für Ja und α können als gleich in beiden Fällen gesetzt werden, der Wert N dagegen kann bei Maschinen gemäß der Erfindung wesentlich kleiner als bei Maschinen üblicher Bauart gehalten werden.so we find that in machines according to the invention the armature diameter D (with the same external dimensions) is always larger than in machines of conventional design. The corresponding values for Yes and α can be set to be the same in both cases, the value N, on the other hand, can be kept significantly smaller in machines according to the invention than in machines of conventional design.

Beim Bau von Trommelankermaschinen ist bisher allgemein der Grundsatz verfolgt worden, daß die Ankerteilung gleich oder mögliehst gleich der Polteilung sein soll. Es wird daher die Zähl der wirksamen Ankerleiter fast gleich der Gesamtzahl der Ankerleiter sein. Bei den Maschinen gemäß der Erfindung ist die Ankerteilung jedoch nicht an diese Grundbedingung gebunden, sondern sie kann viel kurzer gewählt werden. Durch Untersuchungen ist festgestellt worden, daß eine gute Kommutierung ohne Wendepole erzielt werden kann, wenn der Wicklungsschritt der Ankerwicklung annähernd gleich dem ideellen Polbogen gewählt wird. Wie aus Abb. 3 (rechts) zu ersehen ist, entspricht die Ankerteilung einem Winkel von etwa 25⁰, der ideelle Polbogen beträgt etwa 28⁰. Aus dem Wicklungsschaltbild des Ankers ergibt sich, daß bei diesem Wicklungsschritt die Anzahl derjenigen Windungen, die unter entgegengesetzter Stromrichtung stehen, plus der Anzahl derjenigen Windungen, die kommutieren, etwa 43 Prozent der Gesamtzahl der Ankerleiter beträgt, so daß nur etwa 57 Prozent der Gesamtleiterzahl als wirksame Ankerleiter verbleiben. In the construction of drum armature machines, the principle has generally been followed that the armature pitch should be the same or, if possible, equal to the pole pitch. The number of effective anchor conductors will therefore be almost equal to the total number of anchor conductors. In the machines according to the invention, however, the armature pitch is not tied to this basic condition, but can be chosen to be much shorter. Investigations have shown that good commutation can be achieved without reversing poles if the winding pitch of the armature winding is selected to be approximately the same as the ideal pole arc. Such as 3 can be seen (right) of Fig., The anchor corresponds to a pitch angle of about 25 ^0, the ideal pole arc is about 28 ^0. The winding diagram of the armature shows that in this winding step the number of turns that are in the opposite direction of current plus the number of turns that commutate is about 43 percent of the total number of armature conductors, so that only about 57 percent of the total number of conductors as effective anchor conductors remain.

Diese wesentlich verminderte Anzahl der no wirksamen Ankerleiter zusammen mit dem größeren Ankerdurchmesser (s. oben) verringert den Wert von AS auf etwa die Hälfte, verglichen mit Maschinen der üblichen Bauart; die Ankerrückwirkung, die durch den zu ihrer Kompensation erforderlichen Wert der Amperewindungen durch die bereits erwähnte FormelThis significantly reduced number of no effective armature conductors together with the larger armature diameter (see above) reduces the value of AS to about half compared to machines of the usual design; the armature reaction, which is caused by the value of the ampere turns required for its compensation by the formula already mentioned

AW_r = — (-c —V)-ASAW _r = - (-c -V) -AS

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dargestellt wird, wird daher weniger als die Hälfte, verglichen mit der Ankerrückwirkungis therefore less than half compared to the anchor reaction

66B69?66B69?

bei den üblichen Maschinen, betragen, da beide Werte, sowohl χ — b als auch A S, wie vorstehend beschrieben, verringert sind.in the usual machines, since both values, both χ - b and AS, as described above, are reduced.

Wenn der Ankerwicklungsschritt in der beschriebenen Art so gewählt wird, daß er < dem ideellen Polbogen ist, so können die Maschinen gemäß der Erfindung als Transformator angesehen werden. In elektrischen Maschinen, bei denen die Ankerteilung gleich derIf the armature winding step is chosen in the manner described so that it < the ideal pole arc, the machines according to the invention can be used as transformers be considered. In electrical machines where the armature pitch is equal to

ίο Polteilung ist, ist die Anzahl der kommutierenden oder Opposition befindlichen, also unwirksamen Ankerleiter gering, verglichen mit der Zahl der wirksamen Ankerleiter; das Drehmoment wird daher durch die elektrodynamische Kraft, d. h. durch das Feld, das die Ankerleiter umgibt, erzeugt. In Maschinen, in denen der Ankerwicklungsschritt gleich oder kleiner als der ideelle Polbogen ist, wird die Anzahl der nach dem elektrodynamischen Prinzip unwirksamen Ankerleiter erhöht und erreicht ihren Höchstwert, wenn die Wicklung als Einzelspule nur einen Ankerzahn umgibt. In solchem Falle ist die elektrodynamische Kraft so gut wie aufgehoben, und das Drehmoment wird durch die als Amperewindungen anzusehenden Ankerspulen, die den von ihnen umgebenen Eisenteil magnetisieren und diesen so erzeugten magnetischen Fluß mit dem Feldfluß verketten, erzeugt. Die EMK wird in solchem Falle nicht durch zeitweises Schneiden der Kraftlinien erzeugt, sondern durch die Flußverkettung innerhalb der Ankerwindungen wie bei einem Wechselstromtransformator. Für den Entwurf von elektrischen Maschinen mit Radialpolen und mit normaler Umfangsgeschwindigkeit, d.h. mit einer Geschwindigkeit von weniger als 30 m/s, ist die Länge des Anfeereisens an gewisse Bedingungen, gebunden, dienachArnold-LaGour durch die Formelίο pole pitch is the number of commuting or opposition, i.e. ineffective anchor ladder low compared with the number of effective anchor conductors; the torque is therefore determined by the electrodynamic Force, d. H. generated by the field that surrounds the anchor conductor. In machines, in which the armature winding step is equal to or smaller than the ideal pole arc the number of armature conductors which are ineffective according to the electrodynamic principle is increased and reaches its maximum value when the winding as a single coil only surrounds one armature tooth. In such a case the electrodynamic force is as good as canceled, and the torque is determined by the armature coils, which are to be regarded as ampere-turns, that of them the surrounding iron part and magnetize this generated magnetic flux with the field flux concatenate, generated. In such a case, the EMF is not caused by temporary cutting generated by the lines of force, but by the flux linkage within the anchor windings like an AC transformer. For the design of electrical machines with radial poles and with normal peripheral speed, i.e. with one speed less than 30 m / s, is the length of the approaching iron under certain conditions, bound, which according to Arnold-LaGour by the formula

= 1,0 bis 1,3= 1.0 to 1.3

bestimmt ist, wobei bedeutenis determined, where mean

I = Länge des Ankereisens, b_t = ideeller Polbogen. I = length of the anchor iron, b _t = ideal polar arc.

Durch zahlreiche Untersuchungen ist festgestellt worden, daß es bei elektrischen Maschinen gemäß der Erfindung möglich ist,, die Ankerlänge wesentlich zu vergrößern, ohne die Arbeitsweise solcher Maschinen nachteilig zu beeinflussen. Hiernach ergibt sich eine weitere Eigenschaft der elektrischen Maschinen gemäß der Erfindung, der zufolge obige Bedingung für das Verhältnis von Ankereisenlänge zum ideellen Polbogen lautetThrough numerous studies it has been found that it is in electrical machines According to the invention is possible ,, to increase the anchor length significantly without the To adversely affect the operation of such machines. After that there is another one Property of the electrical machines according to the invention, according to the above condition for the ratio of anchor iron length to the ideal pole arc is

Dieses größere Verhältnis vonThis larger ratio of

ideellem Polbogen erlaubt es, die Eisenteile von Anker und Feldmagnet stark zu vergrößern, wodurch der Magnetfluß bei gleichem äußeren Durchmesser verstärkt wird, was eine weitere Steigerung der Leistung der Maschine, verglichen mit der üblichen Bauart, zur Folge hat. Ferner ist es eine bekannte Tatsache, daß das Gewicht des wirksamen Kupfers mit dem Anwachsen desideal pole arc allows the iron parts of the armature and field magnet to greatly increase, whereby the magnetic flux is increased with the same outer diameter, which is a further increase the performance of the machine compared to the usual design. Furthermore it is a well-known fact that the weight of the effective copper increases with the increase in the

Wertes des obigen Verhältnisses η- abnimmt.The value of the above ratio η- decreases.

Bei Anwendung der oben angegebenen Werte für die Beziehungen (1 -— a;) -^- und η-hat sich ergeben, daß, verglichen mit dien 75 üblichen Maschinen, die gleiche Leistung bei viel kleineren Abmessungen erzielt werden kann.Using the values given above for the relationships (1 - a;) - ^ - and η- it has been found that, compared with the 75 conventional machines, the same performance can be achieved with much smaller dimensions.

Eine weitere Eigenschaft der Maschinen gemäß der Erfindung ist der flache V erlauf ihrer Wirkungsgrad- und Drehzahlkurve, d. h. der Wirkungsgrad fällt von dem Wert für Normallast sowohl nach der Seite der geringeren Last hin als auch nach der Seite der Überlastung bis 100 Prozent oder mehr kaum ab. g₅ Das gleiche gilt für die Charakteristik der Drehzahlkurve, bei der die außergewöhnlich niedrigliegende Leerlaufgeschwmdigkeit noch besonders bemerkenswert ist. Diese zusätzlichen Eigenschaften sind charakteristisch für _go alle Maschinen mit geschlossenen eisernen Ringen gemäß der Erfindung.Another property of the machines according to the invention is the flat course of their efficiency and speed curve, ie the efficiency hardly drops from the value for normal load both to the side of the lower load and to the side of the overload up to 100 percent or more . g ₅ The same applies to the characteristics of the speed curve, in which the exceptionally low idling speed is particularly noteworthy. These additional properties are characteristic of all the machines with closed _go iron rings according to the invention.

Om die iür diese Zwecke günstigste Flußverteilung zu erhalten, wird für die Verbindung der Feldpole eine eiserne Ringform gewählt, die nicht überall von gleichiormigern Querschnitt ist, sondern sich im Querschnitt nach der Mitte zwischen zwei benachbarten Polen verjüngt, wie aus Abb. 3 bei α ersichtlich ist. Würden die Eisenteiie des Ringes zwischen den Polen von gleichförmigem Querschnitt sein, dann würde dies naturgemäß eine große Flußstreuung und damit einen großen Fluß verlust zur Folge haben; die Verjüngung bei α verursacht jedoch eine starke Sättigung, die mit steigender Belastung schnell zunimmt. Auf diese Weise wird der Flußverlust praktisch verhindert und eine gute Kommutierung gesichert. Gleichzeitig verursacht das Anwachsen des Querschnittes der eisernen Ringe nach den Polen zu eine möglichst große Ausbreitung des F~eldflusses über den Luftspalt zum Anker; die gewünschte Fluß verteilung tritt automatisch ein in der Form, wie sie für die verschiedene Belastung erforderlich ist.In order to obtain the most favorable flux distribution for these purposes, an iron ring shape is chosen for the connection of the field poles, which is not of the same cross-section everywhere, but tapers in cross-section towards the middle between two adjacent poles, as can be seen in Fig. 3 at α is. If the iron parts of the ring between the poles were of uniform cross-section, then this would naturally result in a large flux spread and thus a large flux loss; however, the taper at α causes strong saturation which increases rapidly with increasing load. In this way, the loss of flux is practically prevented and good commutation is ensured. At the same time, the increase in the cross-section of the iron rings towards the poles causes the field flow to spread as great as possible across the air gap to the anchor; the desired flow distribution occurs automatically in the form required for the various loads.

Bei Maschinen, die sowohl als Motor wie auch als Generator laufen sollen, liegt die dünnste Stelle a' des Eisenringes in der Mitte zwischen den Polen. Bei Maschinen, die entweder nur als Motor oder nur als Generator laufen sollen, können die dünnsten Stellen zweckmäßig etwas näher nach der einen oderIn machines that are to run both as a motor and as a generator, the thinnest point a 'of the iron ring is in the middle between the poles. In machines that are to run either only as a motor or only as a generator, the thinnest points can usefully be a little closer to the one or the other

nach der anderen Seite der benachbarten Pole liegen, entsprechend der Richtung der Feldverzerrung durch die Ankerrückwirkung.to the other side of the neighboring poles, corresponding to the direction of the field distortion due to the anchor reaction.

Es ist ferner festgestellt worden, daß der Anlaufstrom der Maschinen nach der Erfindung, wenn sie plötzlich ohne Anlaß widerstand eingeschaltet werden, wesentlich niedriger ist als bei Maschinen üblicher Bauart, ferner daß sie selbst bei Vollastanlauf ihre normale Drehzahl in sehr kurzer Zeit erreichen. Es ist mithin möglich, solche Maschinen bei zufriedenstellender Kommutierung ohne besonderen Anlaßwiderstand bei Vollast oder ioo Prozent Überlast anzulassen.It has also been found that the starting current of the machines according to the invention, if they are suddenly switched on without any resistance, is much lower than with machines of the usual design, and also that they maintain their normal speed even when starting at full load reach in a very short time. It is therefore possible to use such machines with more satisfactory results Commutation without special starting resistance at full load or 100 percent To start overload.

Die Erfindung ist anwendbar auf Gleichstrom- und auf Wechselstrom- sowie Drehstromkommutatormaschinen ; die erwähnten Vorteile werden bei jeder dieser Stromarten erzielt.The invention is applicable to direct current and alternating current and three-phase commutator machines ; the advantages mentioned are achieved with each of these types of current.

Um Anker und Feld mit geschlossenen eisernen Ringen zu versehen, können verschiedene Methoden angewendet werden. Abb. 4 veranschaulicht eine Bauform, bei der die' Pole und der geschlossene eiserne Ring aus einem einzigen Stanzteil c bestehen, das die vier Pole d und die vier verbindenden Teile e enthält. Die einzelnen Stanzteile werden in bekannter Weise zu einem Blechpaket vereinigt und die geformten Feldspulen (nicht gezeichnet) in bekannter Weise über die Polschäfte übergeschoben. Das Joch /, mit punktierten Linien gezeichnet, wird dann in üblicher Weise über die Feldmagnete gezogen und mit diesen mechanisch fest verbunden. Abb. S veranschaulicht beispielsweise eine Ausführungsform für eine iopolige Maschine, die gleichfalls die Verwendung von geformten Feldspulen gestattet, d, d sind zwei der Feldpole, die mit den übrigen Polen und dem Jochteil/ ein Stanzteil bilden. Die unteren, dem Luftspalt benachbarten Teile der Pole d sind an beiden Seiten jedes Poles eingekerbt, wie durch g angedeutet, um die verbindenden Brückenteile h aufzunehmen. Diese Brückenteile können je nach dem Entwurf und den Abmessungen der Maschine entweder aus lameliiertem oder aus nichtlamelliertetm Eisen bestehen. Nachdem die Polbleche zu einem Stück miteinander verbunden sind, werden die Feldspulen i über die Polteile d geschoben und dann die Brückenteile h zwischen den Polenden eingesetzt. / ist ein Stahlmantel, der das Gehäuse bildet.Various methods can be used to provide the anchor and field with closed iron rings. Fig. 4 illustrates a design in which the 'pole and the closed iron ring consist of a single stamped part c , which contains the four poles d and the four connecting parts e . The individual stamped parts are combined in a known manner to form a laminated core and the shaped field coils (not shown) are pushed over the pole shafts in a known manner. The yoke /, drawn with dotted lines, is then drawn in the usual way over the field magnets and mechanically firmly connected to them. Fig. S illustrates, for example, an embodiment for an iopole machine which also allows the use of shaped field coils, d, d are two of the field poles that form a stamped part with the remaining poles and the yoke part. The lower portions of the poles d adjacent to the air gap are notched on either side of each pole, as indicated by g , to accommodate the connecting bridge portions h . These bridge parts can be made of either laminated or non-laminated iron, depending on the design and dimensions of the machine. After the pole sheets are connected to one another as one piece, the field coils i are pushed over the pole parts d and the bridge parts h are then inserted between the pole ends. / is a steel jacket that forms the housing.

Die Ankerbleche mit geschlossenen eisernen Ringen können in verschiedener Weise je nach Größe der Maschine und der Art der gewünschten Ankerwicklung entworfen werden. Es ist festgestellt worden, daß in vielen Fällen die sogenannte Röhren- oder Stabwicklung verwendet werden kann, ohne die Herstellungskosten zu erhöhen. Diese Methode ist vorteilhaft bei größeren Maschinen, die nur eine geringe Anzahl von Stäben erfordern. In einem solchen Fall wird den Ankerblechen zweckmäßig die auf der rechten Seite der Abb. 3 ersichtliche Form gegeben.The anchor plates with closed iron rings can be used in different ways depending on Size of the machine and the type of armature winding desired. It has been found that in many cases the so-called tube or bar winding can be used without the manufacturing costs to increase. This method is advantageous on larger machines that only require a small number of bars. In in such a case, the anchor plates on the right-hand side of the Fig. 3 given form.

Es ist indes auch möglich, die Ankerbleche, sofern die Drehzahlen wegen der damit verbundenen Fliehkräfte nicht zu hoch liegen, so zu entwerfen, daß geformte Spulen verwendet werden können. Abb. 6 veranschaulicht beispielsweise einen solchen Fall. Bei dieser Ausführunsgformi besteht das Ankerblechpaket aus dem geschlossenen eisernen Ring k und der Zahnreihe mit den Nuten /, welche nach innen offen sind. Diese Methode eignet sich besonders vorteilhaft für eine Einzelzahnwicklung, da sie es ermöglicht, die geformten Spulen von der inneren Seite über die Zähne zu schieben. Wenn die Ankerwicklung vollständig eingelegt ist, wird das bewickelte Ankerblechpaket über einen inneren Eisenkern m (punktiert gezeichnet) gezogen, der, wie angedeutet, zwecks Gewichtsersparnis, in Radspeichenform ausgebildet sein kann.It is, however, also possible to design the armature plates in such a way that shaped coils can be used, provided that the speeds are not too high because of the centrifugal forces involved. For example, Fig. 6 illustrates such a case. In this embodiment, the laminated core consists of the closed iron ring k and the row of teeth with the grooves /, which are open inward. This method is particularly advantageous for single-tooth winding, as it allows the formed coils to be pushed over the teeth from the inner side. When the armature winding is completely inserted, the wound laminated core is pulled over an inner iron core m (shown in dotted lines) which, as indicated, can be designed in the form of a wheel spoke to save weight.

Der Gebrauch, von geschlossenen eisernen Ringen am Anker bringt den weiteren an sich bekannten Vorteil mit sich, daß es nicht erforderlich ist, die Ankerwicklung in den Nutenöffnungen in radialer Richtung gegen die Wirkung der Fliehkraft durch besondere mechanische Vorkehrungen zu sichern, wie es bei Maschinen der allgemein üblichen Ausführung stets nötig ist. Diese besonderen mechanischen Vorkehrungen, Holz- oder Fiberkeile u.dgl., verringern den Wickel raum nicht unerheblich, während bei den Maschinen gemäß der Erfindung lediglich die normale Isolation der Wicklung gegen die Nutenwandungen vorzusehen ist, da der geschlossene eiserneAnkei ring den Schutz gegen mechanische Beschädigung der Wicklung und gegen die Schleuderwirkung übernimmt. Der hierdurch gewonnene Raum kann daher für die aktive Kupferwicklung nutzbar gemacht werden.The use of closed iron rings on the anchor brings the wider to itself known advantage with it that it is not necessary, the armature winding in the slot openings to secure in the radial direction against the effect of centrifugal force by special mechanical precautions, such as it is always necessary for machines of the general design. This particular mechanical Precautions, wooden or fiber wedges, etc., reduce the winding space not insignificantly, while in the machines according to the invention only the normal insulation of the winding against the slot walls is to be provided because the closed iron anchor ring provides protection against mechanical damage the winding and against the centrifugal effect. The resulting Space can therefore be made usable for the active copper winding.

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: ι . Elektrische Kommutatormaschine mit Trommelanker, bei welcher entweder nur der Anker oder der Anker und die Feldmagnete an derLuftspaltbegrenzungsfläche mit einem geschlossenen eisernen Ring versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Ankemuten zur Polzahl der Formelι. Electric commutator machine with drum armature, in which either only the armature or the armature and the field magnets on the air gap boundary surface are provided with a closed iron ring, characterized in that the ratio of the anchor nuts to Number of poles of the formula genügt.enough. 2. Kommutatormaschine nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhält-2. Commutator machine according to Claim 1, characterized in that the ratio nis von Ankereisenlänge zu ideellem Polbogen der Formel nis from anchor iron length to ideal polar arc of the formula hi ^ ^hi ^ ^ genügt.enough. 3. Kommutatormaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis λί-οη Ankereisenlänge zum Polbogen etwa 3 beträgt.3. Commutator machine according to claim 2, characterized in that the ratio λί-οη armature iron length to the pole arc is about 3. 4. Kommutatormaschine nach Anspruch r bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des eisernen Ringteils, der die Feldpole verbindet, sich von den Polen aus verjüngt.4. commutator machine according to claim r to 3, characterized in that the Cross section of the iron ring part that connects the field poles away from the poles from rejuvenated. 5. Kommutatormaschine nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldpole und der dem Luftspalt benachbarte geschlossene eiserne Feldring ein einziges Stanzteil bilden (Abb. 4). ao5. commutator machine according to claim 1 and 4, characterized in that the Field poles and the closed iron field ring adjacent to the air gap Form a single stamped part (Fig. 4). ao 6. Kommutatormaschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene eiserne Feldring durch Einsetzen eines verbindenden Brückenteils (ft) gebildet wird (Abb. 5).6. commutator machine according to claim 1 or 4, characterized in that the closed iron field ring by inserting a connecting bridge part (ft) is formed (Fig. 5). 7. Kommutatormaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Ankerbleche mit geschlossenem Ring je aus einem einzigen Stanzteil (k) bestehen (Abb. 6). .7. Commutator machine according to claim i, characterized in that the individual armature plates with a closed ring each consist of a single stamped part (k) (Fig. 6). . Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings