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Magnetsystem für Gleich- oder Wechselstrommaschinen.
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Maschinen, u. zw. insbesondere die Ausbildung des Magnetsystems sowie der dazugehörigen Wicklung von Gleichstrom-und Synchronmaschinen. Um bei derartigen Maschinen eine hohe Ausnutzung zu erzielen, ist bereits vorgeschlagen worden, die Pole so auszubilden, dass ihre achsparallelen Längsseiten in radialer Richtung divergieren, so dass der Pol-
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weitgehend den Raum zwischen den Polen auszunutzen.
Praktisch haben die Maschinen der bezeichneten Art bisher in der Technik keine grössere Anwendung gefunden, was darauf zurückzuführen ist, dass die Ausbildung der Wicklungen bei der ange- gebenden Polform grosse Schwierigkeiten bereitet. Beispielsweise ist eine Wicklung für Pole der bezeichneten Art bekanntgeworden, die aus einzelnen, aus flachkantigem Leitermaterial hergestellten Windungen besteht, welche mit ihren flachen Kanten in Richtung der Polachse übereinanderliegen.
Derartige Spulen weisen den Nachteil auf, dass ihre Herstellung äusserst schwierig ist, weil nämlich die an den Stirnseiten der Pole liegenden Windungsteile infolge der Verbreiterung der Pole nach dem Ende zu eine sehr verschiedene Länge erhalten müssen.
Es ist auch bereits eine andere Wicklungsanordnung für Pole, deren achsparallele Längsseiten divergieren, bekanntgeworden, bei der die Wicklung aus einzelnen ebenen Spulen besteht, die entsprechend der sich ändernden Polbreite verschiedene Abmessungen besitzen und durch Distanzstücke voneinander getrennt sind. Auch diese Wicklungsanordnung ist wenig günstig, weil eine grössere Anzahl von Spulen verschiedener Abmessungen erforderlich ist und weil eine gute Ausnutzung des zwischen den Polen vorhandenen Raumes durch die Distanzstücke und durch die gestaffelte Anordnung der einzelnen Spulen möglich gemacht wird.
Nach der Erfindung werden die Nachteile der bekannten Magnetsysteme mit konzentrierten Polwicklungen, bei denen die achsparallelen Längsseiten der Pole in radialer Richtung divergieren, dadurch vermieden, dass die Polwieklungen aus bandförmigem, folienähnlichem Leitermaterial zusammenhängend, spiralförmig derartig aufgewickelt werden, dass die Windungen der Wicklungen senkrecht zu den Längsseiten der Pole übereinanderliegen.
Die Anordnung gemäss der Erfindung ermöglicht eine sehr gute Ausnutzung des zwischen den Polen liegenden Raumes. Unter Umständen können die einzelnen Spulen so auf die Pole aufgebracht werden, dass die äusseren Längsseiten der Wicklungen benachbarter Pole unmittelbar aneinander angrenzen.
Im folgenden sei der das Magnetsystem einer Synchronmaschine bildende Läufer (Induktor) als Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt der Maschine, Fig. 2 einen Längsschnitt. 1 ist die Welle der Maschine, auf der mit Hilfe von Keilen oder Schweissung der Polträger 2 befestigt ist. Auf dem Polträger sind in den Schwalbenschwanznuten 3 mittels der Schwalbenschwänze 4 die Pole 5 befestigt, die an den Stirnseiten senkrecht zur Welle abgeschnitten sind und deren Querschnitt sich in radialer Richtung derart verbreitert, dass die Pollängsseiten 6 unter einem bestimmten Winkel gegeneinander geneigt sind ; 7 sind die Erregerwicklungen der Pole, die aus streifenförmigem Leitermaterial zusammenhängend aufgewickelt sind. Die einzelnen Windungen der Spulen liegen übereinander.
Bei 6 liegen die Aussenwindungen unmittelbar an den geneigten Längsseiten der Pole an, Die Spulen zweier benachbarter Pole liegen so
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einander gegenüber, dass sich ihre Aussenseiten bei 8 berühren. Bei der beschriebenen Wicklungsanordnung wird somit der gesamte Raum zwischen den Polen von den Erregerwicklungen ausgefüllt. Für die Abkühlung der Spulen stehen die Flächen 10, welche dem Luftspalt der Maschine gegenüberliegen, sowie die in den axialen Luftschlitze 12 im Innern der Maschine liegenden Flächen 13, und ausserdem noch die weit vorspringenden Stirnköpfe 14 der Wicklung zur Verfügung. Es wird insbesondere auf Fig. 2 der Zeichnung verwiesen.
Die Kühlung an den Wickel köpfen ist in wirksamster Weise dadurch verbessert, dass zwischen den Stirnköpfen der Erregerwicklung sowie den Stirnseiten der Pole und der Welle breitere Luftkanäle 15 gelassen sind, durch die Kühlluft hindurchgesaugt wird. Dazu können in den Kanälen J ! J Luftschaufeln vorgesehen-werden.
Die Ausbildung der Stirnköpfe der Erregerspulen kann im übrigen eine beliebige sein und ergibt sich je nach der Herstellung der Errdgerspulen. Die Herstellung der dargestellten Spulen kann in ver- schiedener, ausserordentlich einfacher Weise erfolgen, z. B. kann sie in folgender Weise vorgenommen werden.
Die flachen bandförmigen Spulenleiter, deren Dicke im Verhältnis zur Breite klein ist, werden auf rechteckigen Schablonen mit abgerundeten Ecken zusammenhängend zu einer rechteckigen Spule mit senkrecht zur Wickelebene und zueinanderliegenden Spulenseiten aufgewickelt (Fig. 3). Dabei kann
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werden die Längsseiten der Spule über die ganze Länge fest eingespannt und um einen bestimmten Winkel verdreht, der durch die Neigung der Polflanken bestimmt ist, an denen diese Spulenseiten anliegen sollen.
- Die Stirnseiten der Spule nehmen dabei eine gewölbeähnliche Form an.
Fig. 4 zeigt den Schnitt durch die gemäss Fig. 3 gewickelte Spule bei x y ?/mit ausgezogenen Linien vor dem Verformen der Spule mit gestrichelten Linien nach dem Verdrehen der Längsseiten. Um das
Verdrehen der Spulenlängsseiten zu erleichtern, kann zwischen den Stirnseiten der Spulen Spiel vorgesehen sein, das durch Einlegen von später wieder entfernten Papierstreifen od. dgl. erzielt wird.
In vorteilhafter Weise ist es möglich, eine bestimmte Ausbildung der Stirnseiten der Wicklung mit Hilfe besonderer formgebender Teile zu erzielen, die beim Verdrehen der Längsseiten der Spule gegen die Stirnseiten angepresst werden.
Es hat sich gezeigt, dass in der angegebenen Weise ohne grössere Schwierigkeiten Spulen der fragliehen Art auf das einfachste hergestellt werden können, da die erforderliche Deformation der Leiter leicht durchzuführen ist und wesentlich geringere Schwierigkeiten bereitet als z. B. das hochkantig
Aufwickeln der Flachleiter bei den bisher häufig verwendeten Blankpolwicklungen. Selbstverständlich ist es möglich, den Querschnitt der Erregerspulen auch abzuändern, derart, dass die aneinander anlie- genden Wicklungen etwas gegeneinander versetzt sind, sodass der Querschnitt durch die Längsseiten kein Rechteck mehr, sondern einen Rhombus bildet.
Eine derartige Erregerspule vor bzw. nach dem Verdrehen der Längsseiten zeigt Fig. 5 im Quer- schnitt. Die Anwendung dieser Wicklungen bei Synchronmaschinen ist in Fig. 6 angedeutet ; dabei
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Kühlfläche der Wicklung noch erheblich zu erhöhen.
Statt die Spulen nach dem Aufwickeln der Windungen durch nachträgliche Verformung bzw.
Bearbeitung in die gewünschte Endform zu bringen, ist es gemäss der weiteren Ausgestaltung der Erfindung aber auch möglich, die Spulen zusammenhängend aus bandförmigem Leitermaterial so aufzuwickeln, dass sie die gewünschte Form gleich besitzen.
Gemäss der Erfindung werden die Spulen in einer Ebene auf einem schrägseitigen Prisma so aufgewickelt, dass die Längsspulenseiten unter einem Winkel gegeneinander geneigt sind, der der Neigung der Pollängsseiten entspricht.
Fig. 7 zeigt schematisch in Ansicht die Windung einer derartigen Spule. In den beiden folgenden Fig. 8 und 9 sind schematisch Längs-und Querschnitt durch die Spule dargestellt. Die beiden Längsseiten a und die beiden Querseiten b der Spule, welche je für sich gleich sind, bilden Trapeze, die abwechselnd gegeneinander und gegenüber der Spulenebene um weniger als 900 geneigt sind.
Die Herstellung dieser Spulen erfolgt in der Weise, dass das Material auf einem wenigstens dreifach unterteilten Kern aufgewickelt wird, der entsprechend der Spulenform ausgebildet ist und dessen Teile nach dem Aufwickeln einzeln aus der fertiggestellten Spule herausgezogen werden, wobei mit dem mittleren Teil begonnen wird.
Selbstverständlich ist es auch möglich bei dem zuletztbeschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung die Stirnköpfe der Wicklung nicht eben, sondern gewölbeähnlich auszubilden. Entweder können in diesem Falle die Stirnseiten der Windungen gebogen sein oder in mehreren gegeneinander geeigneten Ebenen liegen, vgl. Fig. 10. Durch eine entsprechende Ausbildung der Schablonen, auf die das Leitermaterial aufgewickelt wird, hat man es in der Hand, den Stirnköpfen die jeweils gewünschte Form zu geben.
Die gemäss der Erfindung ausgebildeten Wicklungen lassen sich um so leichter herstellen, je dünner das Leitermaterial im Verhältnis zur Leiterbreite ist. Als Leitermaterial kommen Kupferbänder oder
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sein, die zur Isolierung dient. Bei Verwendung von reinem Kupfer oder Aluminium werden die Isolier- schichten beim Aufwickeln der Leiter zwischen diese eingebracht. Vorzugsweise eignen sich als Isolier- material Streifen aus Viskose, Lackleinen od. dgl.
Die Erfindung kann selbstverständlich in gleicher Weise bei Gleichstrom-wie bei Wechselstrommaschinen Anwendung finden, die eine konzentrierte Polwicklung besitzen.
Einzelheiten der beschriebenen Spulenanordnung können selbstverständlich abgeändert werden.
Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, die Spulen auf den benachbarten Polen so anzuordnen, dass noch Spiel zwischen ihnen vorhanden ist. Dadurch kann noch eine weitere Verbesserung der Abkühlung der Wicklung erzielt werden. In diesem Falle empfiehlt es sich. keilförmige Zwischenstücke zwischen den benachbarten Polen anzuordnen, durch welche die Polspulen noch fester verkeilt werden, so dass auch bei den höchsten Drehzahlen bzw. Beanspruchungen eine Lockerung der Spule nicht möglich ist.
Weiter kann es in einzelnen Fällen auch vorteilhaft sein, die Erregerspule in Richtung ihrer Höhe bzw. der Polhöhe zu unterteilen.
Fig. 11 zeigt eine entsprechende Anordnung von Erregerspulen auf einem Pol.
Sollten in einzelnen Fällen Schwierigkeiten entstehen, die Stirnköpfe der Wicklung an der Welle vorbeizuführen, so können die Stirnköpfe der Wicklung so ausgebildet werden, dass sie etwas schmaler werden als die übrigen Spulenteile. Am vorteilhaftesten ist es in diesem Falle, die Stirnköpfe durch Bearbeitung, z. B. mit Hilfe eines Fräsers, in die gewünschte Form zu bringen.
Zur Sicherung der Stirnköpfe können an diesen auch noch Bandagen oder Stützringe vorgesehen sein.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Magnetsystem für Gleich-oder Wechselstrommaschinen mit konzentrierten Polwicklungen, bei dem die achsparallelen Längsseiten der Pole in radialer Richtung divergieren und die inneren Längsseiten der aus bandförmigem, folienähnlichem Leitermaterial bestehenden Magnetwicklungen an den geneigten Pollängsseiten anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Polwicklungen zusammenhängend spiralförmig derart aufgewickelt sind, dass die Windungen der Wicklungen senkrecht zu den Pollängsseiten übereinanderliegen.