DE3140437A1

DE3140437A1 - Ring-wound DC machine having axial excitation

Info

Publication number: DE3140437A1
Application number: DE19813140437
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 8740 Bad Neustadt Volkrodt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-10-12
Filing date: 1981-10-12
Publication date: 1983-04-21

Abstract

A ring-winding DC machine having an armature which is slotted radially on both sides and axial excitation from both ends, the two flux components adding in the armature yoke and emerging again as lateral flux components, offset through one pole pitch, characterised in that the portion of the ring winding which does not lie in the magnetic field is used to produce the switching connection in the interior of the armature by the stripped topmost conductor resting on the laminates of a commutator which is pressed into the armature hole, and in that the outer, axially running return path portion of the ring winding is used to induce a compole voltage that assists commutation, with the assistance of a radially slotted ferromagnetic circuit. This machine is, inter alia, at the same time a starter motor and an on-board network generator in motor vehicles. Its armature is seated in an overhung manner on the crankshaft journal of the internal-combustion engine. Battery recharging takes place in the generator mode, primarily using braking and gravity energy. <IMAGE>

Description

Ringbewickelte Gleichstrommaschine mit Axialerregung Die Erfindung betrifft eine elektrische Gleichstrommaschine mit ringbewickeltem Anker, bei der zur Axialerregung des Ankers stirnseitig jeweils gleichnamige Pole einander gegenüber stehen, die Außenleiter der Ringwicklung im Inneren des scheibenförmigen Ankers auf Lamellen des Kommutators sitzen und der äußere Umfang des Ankers für radial durchflutete Wendepolkreise nutzbar ist. Dieserart bemessene Gleichstrommaschinen, deren Anwendung von wenigen Watt bis über 100 kW Nennleistung reicht, ermöglichen erheblich geringere Material- und Herstellkosten als herkömmliche,radialerregte Maschinen mit Trommelankerwicklung. Sie erschließen neue Anwendungen, z.B. als in einer Maschine kombinierter Kraftfahrzeug- Startermotor und Bordnetzgenerator mit unmittelbarer Anbringung auf der Motorkurbelwelle.Ring-wound DC machine with axial excitation The invention relates to an electric DC machine with a ring-wound armature in which for the axial excitation of the armature, poles of the same name opposite each other on the front side stand, the outer conductor of the ring winding inside the disc-shaped armature sit on lamellas of the commutator and the outer circumference of the armature for radial flooded reversing polarity circles is usable. DC machines dimensioned in this way, whose application ranges from a few watts to over 100 kW rated power Significantly lower material and manufacturing costs than conventional, radially excited Machines with drum armature winding. They open up new applications, e.g. as in a machine combined motor vehicle starter motor and electrical system generator with direct attachment to the engine crankshaft.

Axialerregte Ringwicklungsgleichstrommotoren sind aus der Anfangszeit des Elektromaschinenbaus bekannt. Sie wurden vor knapp 100 Jahren von den-elektrisch und magnetisch weit besser ausnutzbaren radialerregten Trommelankermaschinen verdrängt. Vereinzelt finden sich heute noch axialerregte Maschinen mit Dauermagneterregung, deren Anker meist aus einer Isolierstoffscheibe mit beidseitig aufgelegter, flacher Kupferwicklung mit Wickelschritt entsprechend einer Polteilung besteht. Die begrenzten Möglichkeiten zur Unterbringung größerer Leiterzahlen, von Kommutierungshilfen wie Wendepolen, die geringe Wärmekapazität und Überlastbarkeit und wegen großer Luftspalte reduzierte Modell ausnutzung beschränken ihren Einsatz auf kleine Leistungen und niedere Betriebsspannungen.Axially excited toroidal DC motors are from the early days known in electrical engineering. They were made by the-electric just under 100 years ago and magnetically far better utilizable radial-excited drum armature machines. There are still a few axially excited machines with permanent magnet excitation today, their anchors usually consist of an insulating disk with a flat one placed on both sides There is copper winding with winding pitch corresponding to a pole pitch. The limited ones Possibilities for accommodating larger numbers of conductors, of commutation aids such as Reversible poles, the low heat capacity and overload capacity and because of the large air gaps Reduced model utilization limit their use to small services and low operating voltages.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Art wirtschaftlich zu fertigender Gleichstrommaschinen zu schaffen, bei der fast alles eingesetzte Material an der elektromechanischen Energiewandlung beteiligt ist, so daß durch niedere Herstellkosten neue energiesparende Einsatzgebiete z.B. in der Kraftfahrzeugtechnik erschlossen werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem scheibenförmigen Anker mit radial das lamellierte Ankerjoch umschlingender Ringwicklung beidseitig Erregerpole jeweils gleicher Polarität einander gegenüberstehen, der Spulenrückschluß im Inneren des Ankers den elektrischen Kontakt zu den Lamellen eines speziellen Kommutators ohne zusätzlichen Schaltverbindungen herstellt, während der äußere Spulenrückschluß in Nuten eines den axialgeblechten Ankerkern umschließenden weichmagnetischen Kreises z.B. aus isotropen Pulververbundwerkstoff erfolgt. Ihm gegenüber können bei höheren Leistungen9 Drehzahlen und Spannungen radial durchflutete Wendepole und ggf. auch Kompensationswicklungen angeordnet werden. Der Wendepolkreis ist hierbei vom axial durchfluteten Hauptpolkreis magnetisch entkoppelt. Das Induzieren der Wendefßldspannung erfolgt an der Stelle des Ankers mit der größten Umfangsgeschwindigkeit.The invention is based on the object of a new type economically To create DC machines to be manufactured, in which almost everything was used Material is involved in the electromechanical energy conversion, so that by lower manufacturing costs, new energy-saving areas of application, e.g. in automotive engineering to be developed. This object is achieved in that the disk-shaped Armature with ring winding wrapping around the laminated armature yoke on both sides Excitation poles each with the same polarity face each other, the coil back yoke inside the armature makes electrical contact with the lamellas of a special commutator without additional switching connections, while the outer coil yoke in grooves of the axially laminated armature core magnetically soft circle, e.g. made of isotropic powder composite material. Him on the other hand, speeds and voltages can flow radially at higher powers9 Reversing poles and possibly also compensation windings are arranged. The turning circle is magnetically decoupled from the axially flooded main pole circuit. The inducing the turning fluid tension takes place at the point of the armature with the greatest circumferential speed.

Der axiale Luftspalt für den Erregerkreis mit Begrenzung durch die planen Innenseiten der Lagerschilde ermöglicht bei Dauermagnetmaschinen den Einsatz grob tolerierter Magnetringe oder -segmente, die lediglich plan auf die gewünschte Höhe zu schleifen sind, bei Reihenschlußmaschinen für Elektrokarrenantriebe oder als Starter von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugenbden Einsatz mäanderförmiger, gestanzter Wicklungen, die bei Verwendung ferromagnetischen Materials zugleich als geblechter Teil der Ständeraußenjoche dienen, bei Nebenschlußmotoren die Verwendung von Folienwicklungen mit hohem Füllfaktor und damit geringem Raumbedarf, Der spiralförmig aus Elektroblech vom Band gewickelte Anker mit im sensorgesteuerten Hackschnittverfahren ausgestanzten Radialnuten kommt wegen Wegfalles des Rondenverschnittes mit wesentlich verringertem Materialeinsatz als der herkömmliche Trommelanker aus. Die mittlere Leiterlänge ist, insbesondere bei höheren Polzahlen, bei beidseitig axialerregter Ringwicklung merklich kleiner als bei Trommelwicklungen mit ihren relativ großen Wickelköpfen. Bei -Vorgabe gleicher Ankerwiderstände wird Kupfer gespart. Die beidseitig radial verlaufenden Nutöffnungen bewirken am Luftspalt einen intensiven Luftumsatz und damit eine gute Verlustwärmeabfuhr ohne zusätzlichen Aufwand Der Kommutator ist vorteilhafterweise als Plankommutator mit axialer Bürstenstromzufuhr ausgebildet. Bürstenabrieb wird radial ausgeschleudert. Die Verbindung zwischen denjenigen Ankerleitern, die als Ringwicklung zur benachbarten Nut überwechseln und den Kommutatorlamellen erfolgt im großflächigen Preßverband. Der Kommutatorträger bildet als Nabe gleichzeitig den Kraftschluß zur Motorwelle. In speziellen Fällen, z.B. als kombinierte; Kraftfahrzeugstarter- und Bordnetzgeneratormaschine,ist eine fliegende Anordnung des Ankers auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors wirtschaftlicher als Kupplungs- oder Keilriemenantriebu Im Gegensatz zur Trommelmaschine mit ihrer großen Baulänge ist dies bei der extrem kurzen axialerregten Ringwicklungsmaschiene ohne Probleme.The axial air gap for the excitation circuit limited by the The flat inside of the end shields enables use in permanent magnet machines coarsely tolerated magnetic rings or segments that are only flat on the desired Height to be grinded in series machines for electric cart drives or as starters of internal combustion engines in motor vehicle floors the use of meandering, punched windings, which when using ferromagnetic material at the same time as The laminated part of the stator outer yokes is used for shunted motors of foil wraps with a high fill factor and thus little space requirement, the spiral shape Anchors wound from the strip of electrical steel with a sensor-controlled chopping process Punched out radial grooves are essential because there is no need for circular blanks use of less material than the conventional drum anchor. The middle The conductor length is, in particular with a higher number of poles, with axially excited on both sides Ring winding is noticeably smaller than with drum windings with their relatively large ones Winding heads. If the same armature resistances are specified, copper is saved. The two-sided radial groove openings cause an intensive air turnover at the air gap and thus good heat dissipation without additional effort. The commutator is advantageously designed as a face commutator with an axial brush power supply. Brush abrasion is ejected radially. The connection between those anchor ladders which change over to the adjacent slot as a ring winding and the commutator segments he follows in a large interference fit. The commutator carrier acts as a hub at the same time the frictional connection to the motor shaft. In special cases, e.g. as combined; Motor vehicle starter and electrical system generator machine, is a floating arrangement of the armature on the crankshaft of the combustion engine more economical than clutch or V-belt drive In contrast to the drum machine with its large overall length, this is extreme with the short axially excited ring winding machine without problems.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind zunächst eine erhebliche Reduktion des Materialeinsatzes und der Fertigungskosten gegenüber leistungsgleichen konventionellen Gleichstrommaschinen. Alles Kupfer rings um den Ankerkern wird aktiv genutzt. Durch den gemäß Erfindung ermöglichten Einbau von Wendepolen entfällt künftig die Beschränkung des Einsatzes von Dauermagnetmaschinen auf kleinere Leistungen, niedere Spannungen und Drehzahlen. Bei batteriegespeisten Antrieben wie z.B. für Gabelstapler wird eine kostengünstige Kombination von gestanzten Reihenschlußwicklungen mit robusten Nebenschlußwicklungen ermöglicht. Im Nebenschlußbetrieb kann beim Bremsen und Lastsenken generatorisch Energie in die Batterie rückgespeist werden.The advantages that can be achieved with the invention are initially considerable Reduction in the use of materials and production costs compared to performance equivalent conventional DC machines. All copper around the anchor core becomes active utilized. The installation of reversible poles made possible according to the invention is no longer necessary in the future the restriction of the use of permanent magnet machines to smaller capacities, low voltages and speeds. For battery-powered drives such as for Forklift is an inexpensive combination of stamped series windings made possible with robust shunt windings. In shunt operation when braking and load sinks, energy can be fed back into the battery as a generator.

Batteriegewicht und nachzuladende Energie können bis zu 25 % reduziert werden. Als Kurbelwellen-Elektromaschine in Kraftfahrzeugen mit Reihenschluß- und Nebenschlußwicklung übernimmt eine einzige Maschiene die Funktion von bisher zwei getrennten Maschinen unter Einsparung vieler mechanischer Komponenten wie Lager, Ritzel, Einrückvorrichtung, Drehzahlüberwachung, Riemenscheiben, Keilriemen, Aufhängung usw. Das Nachladen der Bordbatterie erfolgt überwiegend unter Nutzung der ansonst in mechanischen Bremsen in Wärme umgesetzten Brems- und Gefälleenergie. Der in der vergrößerten Batterie gespeicherte Energievorrat ermöglicht an Ampeln oder in Staus einen zuverlässigen Elektrostart, ohne den Verbrennungsmotor im Leerlauf mit unnützem Kraftstoffverbrauch und hoher Schadstoff- Umweltbelastung laufen lassen zu müssen. Das Leistungsvermögen der Kurbelwellen-Elektromaschine reicht bei angepaßter Batteriekapazität zu einem reinen Elektrofahrbetrieb eines etwa Eintonnenfahrzeuges mit bis zu 20 km/h und etwa 7 bis 10 km Aktionsradius z.B. in Fußgängerzonen oder geschlossenen Hallen aus. Wartungs- und Reparaturaufwand sind für die robuste Kurbelwellen-Elektromaschine geringer als bei der bisherigen Kombination zweier Maschinen. Der übergang auf die vorbezeichnete neue Kraftfahrzeug- Bordnetzelektrotechnik verursacht beim Hersteller kaum Mehrkosten. Die dem Fahrzeughalter im Laufe von z.B. 7 Jahren Lebensdauer des Fahrzeuges ermöglichten Einsparungen an Kraftstoff summieren sich auf 1500 bis 2500 DM. Das Fahrzeug hat zusätzlich einen höheren Wiederverkaufswert. Damit sind wesentliche Voraussetzungen zur Einführung dieser neuen Technik erfüllt.Battery weight and energy to be recharged can be reduced by up to 25% will. As a crankshaft electric machine in motor vehicles with series connection and A single machine takes over the function of two before separate machines while saving many mechanical components such as bearings, Pinion, engagement device, speed monitoring, pulleys, V-belts, suspension etc. The on-board battery is mainly recharged using the otherwise Braking and downhill energy converted into heat in mechanical brakes. The Indian Enlarged battery enables stored energy supply at traffic lights or in traffic jams a reliable electric start without the internal combustion engine idling with useless Having to run fuel consumption and high pollutant pollution. The capacity of the crankshaft electric machine is sufficient with an adapted battery capacity to a purely electric operation of a one-ton vehicle with up to 20 km / h and a range of around 7 to 10 km, e.g. in pedestrian zones or closed ones Halls off. Maintenance and repair costs are necessary for the robust crankshaft electric machine less than with the previous combination of two machines. The transition to the designated caused new vehicle electrical system electrical engineering hardly any additional costs for the manufacturer. Those to the vehicle owner over a period of e.g. 7 years The fuel savings made possible by the service life of the vehicle add up to 1500 to 2500 DM. The vehicle also has a higher resale value. This fulfills the essential requirements for the introduction of this new technology.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend in Zeichnungen dargestellt und näher beschrieben. Es zeigen: Fig.l: Ringbewickelte Gleichstrommaschine mit beidseitiger Dauermagneterregung und Wendepolen,-Schnitt längs zur Achse Fig2: wie 1, jedoch Schnitt quer zur Achse Fig 3: Ringbewickelte Reihenschluß-Gleichstrommaschine Fig:4: Ringbewickelte Gleichstrommaschine mit Reihen- und Nebenschlußerregung als Kraftfahrzeug-Kurbelwellen-Elektromaschine Fig. 5: Ansicht der mäanderförmig gestanzten Rethenschlußwicklung Fig.6: Stanzgitter des Wendepolmäanders In Fig.l ist 1 der spiralförmig aufgewickelte Anker mit beidseitig ausgestanzten Radialnuten 2 und 3. Der durch die Nordpol-Dauermagnete 4, 5 erregte Fluß tritt von beiden Seiten in den Anker9 bildet den Summenfluß 0 und verläßt den Anker beidseitig nach einer Pol teilung zu den Südpoldauermagneten. 6 und 7 sind die AußenJoche zum Rückschluß des Erregerflusses und zugleich die Lagerschilde. Den äußeren Umfang des Ankers umschließt ein weichmagnetischer Ring 8 z.B. aus Pulververbundwerkstoff mit Nuten 9 und Rückschlußjoch 10. Dieser ferromagnetische Ring führt den Fluß des Wendepols 11 mit Wicklung 12. Da das Wendefeld an der Stelle der Ankerwicklung wirksam wird, die die größte Umfangsgeschwindigkeit v hat, genügt eine relativ geringe Leiterlänge 1 im Wendefeld, um mit herkömmlichen Induktionen Swp die für eine einwandfreie Kommutierung notwendige Stromwendespannung E5 = c Bwp-v vl aufzubringen. Im Innenraum des Ankers führt ein armierter Kunststoffring 13 in Nuten 14 die Ringwicklung 15 von der einen zur anderen Ankerseite. Ist die geforderte Windungszahl pro Nut erreicht, wird der Leiter durch den-Ringwickelautomat und eine eingepreßte Rille im Kunststoffring in die Nachbarnut geführt Ein Kalibrierdorn drückt die überstehenden Leiter nach erfolgter Fertigstellung der Wicklung gegen den Isolierstoffring und schabt sie nach innen gleichzeitig metallisch blank. Es folgt mit Hilfe einer durch die Radialnutschlitze des Ankers winkelgerecht fixierten Eindrückvorrichtung das Eindrücken der Kommutatornabe 17 z.B. laut Fig.l von links. Klammerartig, auf einer IsolierstofQschicht 18 sitzend, umfassen die einzelnen Lamellen 19 die Nabe. Als Hersteliverfahren für den Kommutator kommen nachträglich geschlitzter Kupfer-Tiefziehtopf oder Kupferfeinguß im Wachsausschmelzverfahren in Betracht. Die Stirnseite 20 wird nach erfolgtem Eindrücken des Kommutators mit großflächigem Preßkontakt zwischen Ringwicklungsleitern und zugehörigen Lamellen plangedreht. Ihr gegenüber steht die Bürstenanordnung 21.Exemplary embodiments of the invention are shown below in the drawings shown and described in more detail. They show: Fig. 1: Ring-wound direct current machine with permanent magnet excitation on both sides and reversing poles, -section along the axis Fig2: As 1, but section transverse to the axis Fig. 3: Ring-wound series-wound direct current machine Fig: 4: Ring-wound DC machine with series and shunt excitation as Motor vehicle crankshaft electric machine Fig. 5: View of the meandering punched Rethenschlußwicklung Fig.6: Stamped grid of the reversible pole meander In Fig.l 1 is the Spirally wound armature with radial grooves 2 and 2 punched out on both sides 3. The flux excited by the North Pole permanent magnets 4, 5 comes from both sides in the anchor9 forms the total flow 0 and leaves the anchor on both sides after one Pole division to the south pole permanent magnets. 6 and 7 are the outer yokes for the conclusion of the excitation flow and at the same time the end shields. The outer perimeter of the anchor encloses a soft magnetic ring 8 e.g. made of powder composite material with grooves 9 and yoke 10. This ferromagnetic ring guides the flux of the reversing pole 11 with winding 12. Since the turning field takes effect at the point of the armature winding, which has the greatest circumferential speed v, a relatively short conductor length is sufficient 1 in the turning field in order to ensure perfect commutation with conventional inductions Swp necessary commutation voltage E5 = c Bwp-v vl to apply. Inside the anchor a reinforced plastic ring 13 leads the ring winding 15 in grooves 14 from the one to the other side of the anchor. If the required number of turns per slot is reached, the Head through the automatic ring wrapping machine and a pressed-in groove in the plastic ring guided into the neighboring groove A calibration mandrel presses the protruding conductors down completed the winding against the insulating ring and at the same time scrapes it inwardly to a shiny metallic surface. It follows with the help of a through the radial groove slots of the anchor at the correct angle pressing in the commutator hub 17, e.g. from the left, as shown in FIG. Bracket-like, on Sitting on an insulating layer 18, the individual lamellae 19 encompass the hub. Subsequently slotted deep-drawing copper pots are used as the manufacturing process for the commutator or copper investment in the lost wax process. The end face 20 is after the commutator has been pressed in with extensive press contact between Ring winding conductors and associated lamellas faced. Opposite her is the Brush assembly 21.

Die Welle 22 ist bei 23, 24 gelagert. In Fig.l wird der Raum in Verlängerung zur Welle und zwischen den Bürsten zur Unterbrihgung eines Drehzahlgebers 25 mit einseitig axialer Dauermagneterregung genutzt.The shaft 22 is supported at 23, 24. In Fig.l the space is extended to the shaft and between the brushes to accommodate a speed sensor 25 with Unilateral axial permanent magnet excitation used.

Anker- und Kommutatorbauweise entsprechen dem der Hauptmaschlne. Diese Kombination ist besonders für Werkzeugmaschinen-Stellantriebe geeignet.Armature and commutator construction correspond to that of the main machine. These The combination is particularly suitable for machine tool actuators.

In Fig.2. zeigt der Schnitt AM den weichmagnetischen Außenring 10 mit Nuten 9, den Verlauf des Wendefeldflusses #wp in ihm, den inneren Isolierstoffring 13 und den auf der Lamelle 18 aufliegenden Kornmutatoranschlußleiter 16. Aus dem Schnitt BM ist der radiale Verlauf der stirnseitigen Ankernuten 26 wie auch der Schlitze der Lamellen 19 ersichtlich. Der kleine mittlere Kommutatordurchmesser ermöglicht gegenüber Radialkommutatoren herkömmlicher Trommelanker wegen kleinerer Umfangsgeschwindigkeit reduzierte Bürstenreibungsverluste und vergrößerte Bürstenstandzeit. Bei Betrachtung von Fig.1 und 29 insbesondere der zu klein erscheinenden Lamellenbreiten, ist zu beachten, daß es sich um eine im Verhältnis 1 : 2,5 verkleinerte Darstellung einer 78-nutigen und 78-lamelligen Originalmaschine handelt Die mit 27 bezeichnete Doppelkohlenbürste überdeckt außen etwa 2,5 und innen etwa 4,5 Lamellen. Der Kommutierungsvorgang verläuft damit ähnlich vorteilhaft wie bei der kostenaufwändigen Anordnung von gestaffelten Bürsten bei Radialkommutatoren. Schnitt CM zeigt einen der insgesamt acht robusten, und relativ kostengünstigen Dauermagnetpole 28, die vorzugsweise aus Ferriten bestehen. Wegfall der Schrägung des Ankers durch die Ringwicklung, hohe Nuten und gleichhohe Lamellenzahl sowie Anordnung der Wendepole am Außenumfang und nicht zwischen den Hauptpolen ermöglichen eine große Polbedeckung. Trotz kleiner Induktion der Dauermagnete werden hierdurch ausreichend hohe Luftspaltflüsse pro Pol erreicht.In Fig.2. the section AM shows the soft magnetic outer ring 10 with grooves 9, the course of the helical field flux #wp in it, the inner ring of insulating material 13 and the lying on the lamella 18 Kornmutator connection conductor 16. From the Section BM is the radial course of the frontal anchor grooves 26 as well as the Slots of the slats 19 can be seen. The small mean commutator diameter Compared to radial commutators, this makes it possible to use conventional drum armatures because of the smaller Circumferential speed reduced brush friction losses and increased brush service life. When looking at Fig. 1 and 29 in particular the lamella widths, which appear too small, Please note that this is a scaled-down representation in a ratio of 1: 2.5 A 78-groove and 78-lamellar original machine is the number 27 The double carbon brush covers about 2.5 lamellas on the outside and 4.5 lamellas on the inside. The commutation process is thus similarly advantageous as with the costly arrangement of staggered Brushing on radial commutators. Section CM shows one of the eight robust, and relatively inexpensive permanent magnet poles 28, preferably made of ferrites. Elimination of the bevel of the armature due to the ring winding, high grooves and grooves of the same height Number of lamellas and arrangement of the reversing poles on the outer circumference and not between the Main poles allow a large pole coverage. Despite the small induction of the permanent magnets In this way, sufficiently high air gap flows per pole are achieved.

Fig.3 zeigt im Halbschnitt eine reihenschlußerrgte Maschine9 wie sie für Elektrokarren und Stapler benötigt wird. Anker 299 smmutal tor 30 und Bürstenanordnung 31 entsprechen dem bereits bei Fig.1 und-2 beschriebenem Aufbau. Bei Betrieb mit kleineren Spannungen und begrenzten Drehzahlen kann oft auf Wendepole verzichtet werden. Die Kommutatornabe 30 sitzt unmittelbar auf dem Wellenstumpf 32 des Getriebes, auf den der Motor meist arbeitet. Die Erregerpole 339 34 sind mit Wicklungen 35, 36 geringer Windungszahl und dafür großem Quers-chnitt ausgeführt, da sie im Reihenschluß den vollen Ankerstrom führen. Einzelheiten zur Wicklungsbemessung werden im Zusammenhang mit Fig.5 beschrieben. Die kühlrippenähnlichen äußeren Wickelköpfe bieten sich zur großflächigen Verlustwärmeabfuhr an. Ein Ventilator 379 der auf dem Wellenstumpf 32 sitzt, sorgt für Kühlluftnachschub.FIG. 3 shows a half-sectioned machine 9 like her required for electric carts and forklifts. Armature 299 smmutal gate 30 and brush assembly 31 correspond to the structure already described for FIGS. 1 and 2. When operated with Smaller voltages and limited speeds can often do without reversing poles will. The commutator hub 30 sits directly on the stub shaft 32 of the gearbox, on which the engine mostly works. The exciter poles 339 34 are with windings 35, 36 with a small number of turns and a large cross-section because they are connected in series lead the full armature current. Details on winding dimensioning are given in context described with Fig.5. The outer winding heads, similar to cooling ribs, are ideal for large-scale heat dissipation. A fan 379 on the stub shaft 32 is seated, provides a supply of cooling air.

Fig.4 unterscheidet sich von Fig.3 vornehmlich dadurch, daß zusätzlich zur Reihenschlußwicklung noch eine Nebenschlußwicklung die Pole umschließt. Reihenschlußmotoren können nur mit erheblichem Steueraufwand und nach Wicklungsumschaltung generatorisch bremsen oder bei Staplern Lastsenkenergie in eine Batterie zurückspeisen Vorteilhafter ist hier Nebenschlußerregung mit bei geringem Erregerleistungsbedarf stufenlos steuerbarem Feld. Reine Nebenschlußerregung ist aber für den Start- und Anfahrbetrieb bei Fahrzeugen unbrauchbar.FIG. 4 differs from FIG. 3 primarily in that, in addition a shunt winding encloses the poles for the series winding. Series motors can only be used as a generator with considerable control effort and after switching the winding braking or, in the case of forklifts, feeding the load-lowering energy back into a battery is more advantageous is here shunt excitation with infinitely controllable with low excitation power requirement Field. Pure shunt excitation is, however, for starting and starting up vehicles unusable.

So liegt es nahe, Reihen- und Nebensthlußerretenwicklungen gemeinsam auf den Polen der Maschine anzubringen. Die Reihenschlußwicklung übernimmt, ggf. mehrstufig mit partiellem Kurzschließen von Windungen9 den Start- und Anfahrvorgang. Dann wird auf Nebeeschlußerregung umgeschaltet. Durch Feldschwächen kann gezielt und ohne Gefahr des Durchgehens die Motordrehzahl weiter angehoben werden. Soll das Fahrzeug abgebremst werden, so erfolgt, bevor mechanische Bremsen eingreifen9 eine erhebliche Anhebung des Erregerstromes. Der Strom im Anker kehrt sich um. Die Maschine arbeitet rückwärts als Generator und lädt mit elektronisch über den Erregerstrom geführter IU-Ladekennlinie die Batterie nach. Dieses Verfahren ist zunächst für Elektrokarren und Stapler wegen einer bis zu 25% möglichen Batteriegewichtsminderung interessant. Vom Umsatzvolumen her bedeutender ist, daß eine gemäß Fig.4 bemessene Maschine alle Eigenschaften eines Startermotors für Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren und die eines Bordnetzgenerators ("Lichtmaschine") in sich vereinigt. Wenn diese Maschine einen merklichen Anteil der beim Bremsen oder bei Gefällefahrten anfallenden Energie zur Batterienachladung nutzen soll, so ist sie für mehrere Kilowatt Nennleistung zu bemessen. Von der mechanischen Beanspruchbarkeit her sind ihr ähnliche Drehzahlgrenzen von etwa 6000 bis 7000 minze wie dem Verbrennungsmotor gesetzt. Dann ist es naheliegend, sie unmittelbar auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors anzuordnen.So it stands to reason that row windings and sidelobes windings together to be attached to the poles of the machine. The series winding takes over, if necessary multi-stage with partial short-circuiting of windings9 the start and start-up process. Then it is switched to secondary excitation. By field weaknesses can be targeted and the engine speed can be increased further without risk of runaway. Intended to the vehicle is braked before mechanical brakes intervene9 a considerable increase in the excitation current. The current in the anchor is reversed. the The machine works backwards as a generator and charges electronically via the excitation current The battery is based on the IU charging characteristic. This procedure is initially for Electric carts and forklifts because of a possible 25% reduction in battery weight Interesting. From the sales volume it is more important that a dimensioned according to FIG Machine all the properties of a starter motor for automotive internal combustion engines and that of an on-board power supply generator ("alternator") combined. If those Machine a noticeable proportion of the incurred when braking or when driving downhill If you want to use energy for battery recharging, it is for several kilowatt Rated power to be measured. They are similar in terms of mechanical strength Speed limits of around 6000 to 7000 minze are set like the internal combustion engine. Then it is obvious to place them directly on the crankshaft of the internal combustion engine to arrange.

Wesentlich für Einsatzchancen derartiger Kurbelwellen- Elektromaschinen als Massenerzeugnis der Kraftfahrzeugindustrie s-ind niedrige Herstellkosten. Fig.5 zeigt, wie die Reihenschlußerregerwicklung aus großflächigen, gestanzten Mäandern 40 durch Aufeinanderlegen mehrerer Lagen gebildet wird. Bei 41 ist die Schweißstelle für die nächste, auf Umschlag aufgelegte Wicklungslage. Ein ausreichendes Raumangebot durch die Scheibenbauweise der Maschine gestattet den Einsatz relativ schlecht elektrisch leitender Materialien wie unlegiertesp kohlenstoffarmes Stahlblech. Zwischen den Polen 42, 43 liegen die wechselseitig geschichteten Mäander dicht aufeinander und bilden derart eine geblechte, ferromagnetische Brücke 44 für den Jochfluß zwischen den Polen.Essential for the chances of using such crankshaft electric machines as a mass product of the automotive industry, the manufacturing costs are low. Fig. 5 shows how the series excitation winding consists of large, stamped meanders 40 is formed by laying several layers on top of one another. At 41 is the welding point for the next winding layer placed on the envelope. Sufficient space due to the disc design of the machine, it can be used relatively poorly electrically conductive materials such as unalloyed low carbon steel sheet. Between Poles 42, 43, the alternately layered meanders lie close to one another and thus form a laminated, ferromagnetic bridge 44 for the yoke between the Poles.

Durch die magnetische Entlastung wird eine erhebliche Reduktion der Stärke der Rückschlußjoche 45, 46 (s.Fig.4) erreicht und Material gespart.The magnetic relief results in a considerable reduction in the Strength of the return yokes 45, 46 (see Fig. 4) achieved and material saved.

Die von den Reihenschlußmäandern umschlossenen Pole 42, 43 sollen zum Kleinhalten von Zusatzverlusten lamelliert sein. Dies geht durch Stanzen der Polbleche vom Band mit sensorgefühttem variablen Trennschnitt (siehe unteres Schnittbild Fig.5, Poie 42, 43) oder durch Wickeln der Pole gemäß Fig.5. oben 47, 48 um einen z.B. dreieckigen Massivkern und anschließendem,maßfixierendem Pressen und Formieren z.B. unter Einsatz thermoplastischer Schmelzkleber. Der kleine Anteil des Massivkerns in Polmitte hat kaum Bedeutung für die Zusatzverluste, da hier die hierfür maßgebende Ankerquerdurchflutung noch klein ist und erst in Richtung Polkanten stetig zunimmt.The poles 42, 43 enclosed by the series meanders should be laminated to keep additional losses small. This is done by punching the Pole sheets from the strip with sensor-guided variable separating cut (see section below Fig. 5, Poie 42, 43) or by winding the poles according to Fig. 5. above 47, 48 by one e.g. triangular solid core and subsequent, dimensionally fixing pressing and forming e.g. using thermoplastic hot melt adhesives. The small part of the solid core in the center of the pole has hardly any significance for the additional losses, since the one that is decisive here The armature cross-flow is still small and only increases steadily in the direction of the pole edges.

Fig6 zeigt für die ebenfalls vom hohen Ankerstrom durchflossene Wendepolwicklung einen vom Band gestanzten Mäander 53. Der relativ kleine Wendepolfluß erfordert keine ferromagnetische Verstärkung des Wendepoljoches 49 (fig.4). Daher ist hier der Einsatz von eloxiertem, tauchlackierten,dünnen Aluminiumblech von Vorteil. Aus Fig.6 ist der Stromverlauf Iwp und der durch die Strom-Magnetfluß-Wirbelverkettung bewirkte Wendepolflußverlauf wp ersichtlich. Vor Einbau des mehrlagigen Wendepolwickelringes sind vorteilhafterweise als Führung die Nordpole 50, 51 im Joch 49 (Fig.4) vormontiert. Der Ring wird im gezeigten Beispiel von rechts eingeführt. Danach erfolgt Montage der Südpole 52, die dabei die Wendepolwicklung in ihrer endgültigen Lage fixieren.6 shows the reversing pole winding through which the high armature current also flows a meander 53 punched from the tape. The relatively small reversible pole flux requires no ferromagnetic reinforcement of the reversible pole yoke 49 (fig. 4). Hence here is the use of anodized, dip-coated, thin aluminum sheet is an advantage. the end 6 is the current curve Iwp and that through the current-magnetic flux vortex concatenation caused turning pole flux curve wp can be seen. Before installing the multi-layer reversible pole winding ring the north poles 50, 51 are advantageously preassembled in the yoke 49 (FIG. 4) as a guide. In the example shown, the ring is inserted from the right. This is followed by assembly the south pole 52, which fix the reversible pole winding in its final position.

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Claims

Claims: W ring winding DC machine with both sides radially grooved armature and axial excitation from both end faces, whereby the add both partial flows in the anchor yoke and offset by one pole pitch again as lateral partial flows emerge, characterized in that the not in the magnetic field lying part of the ring winding in the interior of the armature stripped by laying on it top conductor on the lamellas of a commutator pressed into the anchor hole Establishing the circuit connection is used, and that the outer, axially extending Rückschlussteii the ring winding with the aid of a radially grooved ferromagnetic circle serves to induce an end-of-line voltage that promotes commutation.

2. Ring winding DC machine according to claim 1, characterized in that that the lamellae of the commutator pressed into the armature bore with an intermediate Isolation sit on a hub, which creates the frictional connection between the shaft and the Botoranker manufactures.

3. ring winding DC machine according to claim 1 and 2, characterized characterized in that the brushes used to supply power are placed on a flat commutator face rest with radially running LameL-lensciilitzen.

4. ring winding DC machine according to claim l, characterized in that that the radially grooved magnetic circuit for guiding the reversing pole flux on the Outside of the armature made of a calibrated powder composite material with high Strength and high electrical resistivity.

5. ring winding DC machine according to claim 1, characterized in that that the turning poles with radial flux on the narrow housing ring between two end shields are attached, which is also the magnetic yoke forms for the reversing pole flow running separately from other rivers.

6. ring winding DC machine according to claim 1 and 5, characterized characterized in that the reversing pole winding leading the high armature current than on the yoke adjacent wave winding, which is formed by alternately punching the Pole faces are made of thin aluminum tape, for example.

7. ring winding DC machine according to claim 1, characterized in that that for axial excitation on both sides, permanent magnets made of ferrites, samarium-cobalt or Similar high-coercive materials are used, which are used directly and with relatively large Pole cover lie at the air gap and their external magnetic fluxes are in the close both ferromagnetic end shields.

8. ring winding DC machine according to claim 1, characterized in that that for axial excitation on both sides, punched in a meander shape and in the manner of armature shaft windings Connected series windings are used after appropriate isolation be arranged on the inside of the end shield.

9. ring winding DC machine according to claim 1 and 8, characterized characterized in that the meandering series winding made of ferromagnetic Material exist, thus laminated magnetic bridges between the individual poles form and thus by relieving the yoke flow substantial material savings in the Enable bearing shields.

lO.ring-winding DC machine according to claim 1, characterized in that that flat, uncrossed shunt excitation coils are used for axial excitation on both sides, which are preferably selected in order to achieve high filling factors and good dimensional stability Copper or aluminum foils are wound instead of round wire.

ll.ring-winding direct current machine according to claim l, characterized in that that on the poles for axial excitation on both sides both series windings after Claim 8 and shunt windings are arranged according to claim 10, so that the machine alternatively as a series or shunt motor as well as a shunt motor, Characteristic-controlled generator, e.g. for the purpose of feeding energy back into a battery can be operated.

12.Ring-winding direct current machine according to claim 1, characterized in that that the ferromagnetic poles attached to the two end shields for the purpose of reduction are laminated from additional losses, e.g. around a small iron core in the center of the pole a kind of spiral is wound out of electrical steel and inserted into the desired shape is pressed.

13. Ring winding DC machine according to claim 1, characterized in that that the armature of the machine with frictional connection via the commutator hub directly the stub shaft of the gearbox to be driven or the crankshaft of an internal combustion engine sits, which saves own roller bearings, clutches, pulleys, etc. and thus In addition to material costs, assembly costs are also reduced.

14.Ringwicklungs DC machine according to claim 1 and 11, characterized characterized by the fact that it has hitherto been carried out by two separate machines in the automotive sector Starter motor and on-board power supply generator performed functions as a single machine Ubernlmnt, with battery recharging predominantly using the otherwise in mechanical braking is converted into heat, braking and downhill energy