Mit Kompensationsspulen und mit ausgeprägten Polen versehene Kommutatormaschine. Die Erfindung betrifft eine mit Kompen sationsspulen und mit ausgeprägten Polen versehene Kommutatormaschine, zwecks Er zielung möglichst geringer radialer Abmes sungen.
Es ist nämlich insbesondere bei Bahn- und Kranmotoren, zwecks Unterbringung einer möglichst grossen Leistung innerhalb eines begrenzten Raumes, wichtig, die radialen Abmessungen der Motoren möglichst weit gehend zu vermindern. Bei Maschinen mit ausgeprägten Polen ist es demnach wün schenswert, die Polschenkel bezw. die Feld- mnagnetspulen so weit als möglich zu verkür zen was durch weitestgehende Verminderung des Luftspaltes ermöglicht wird, da damit der zu überwindende magnetische Widerstand wesentlich herabgesetzt wird.
Aus mechani schen Gründen würde sich die Verminderung des Luftspaltes durch Benützung von Ku gel- oder Rollenlagern weitgehend verwirk lichen lassen, doch steckt einer solchen Ver minderung die durch die Ankerrückwirkung erzeugte Feldverzerrung eine Grenze.
Um diese Feldverzerrung aufzuheben, muss man eine Kompensationswicklung an bringen. Durch die bisher angewendeten Wicklungen dieser Art werden die Anschaf fungskosten der Motoren wesentlich erhöht, anderseits entstehen namentlich bei Bahn motoren, die verhältnismässig häufigen Aus besserungen unterworfen sind, Schwierigkei ten, weil die Kompensationswicklung auf den Polflächen mehr oder weniger gleichmässig verteilt angeordnet wurde und deshalb in die Nuten eingewickelt werden musste.
Die Erfindung beruht auf der Erkennt nis, dass es zweckmässiger ist, die Kompen sationswicklung derart zu konzentrieren, dass die Zwischenräume je zweier benachbarter Pole durch je eine einzige Kompensations spule überbrückt und die zur Aufnahme der Kompensationsspulen dienenden Nuten der Polschuhe derart angeordnet sind, dass sie die Polfläche in wesentlich gleiche Teile unter teilen.
Bei einer derart konzentrierten Anord nung der Kompensationswicklung können auf Schablonen fertiggewickelte Spulen benutzt werden, wobei es zweckmässig ist, die Anord- nung so zu treffen, dass sie das leichte Ein setzen und Entfernen, sowohl der Kompen sationsspulen, als der Feldmagnetspulen, ge stattet, so dass etwaige Ausbesserungen leicht durchgeführt werden können.
Die durch die Erfindung geschaffenen Verhältnisse sind in Fig. 1 für denjenigen Fall dargestellt, dass die zwei Pole eines Paa res nur unter sich und in Fig. 2 für denjeni gen Fall, dass alle Pole je mit den beiden be nachbarten Polen verbunden sind; Fig. 3 zeigt eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer vierpoligen Maschine mit einer der Fig. 1 entsprechenden Anord nung der Kompensationsspulen, während Fig. d die Ausführung der Feldmagnetpole für die in Fig. 2 veranschaulichte Anord nung der Kompensationsspulen darstellt.
Wie aus Fig. 1 und 3 hervorgeht, besitzt ein jedes Polpaar N-S je eine gemeinsame Kompensationsspule A, deren je eine Seite a in der Mittelebene je eines Polschuhes liegt, so dass die betreffende Seite a der Kompen sationsspule die Polfläche in zwei gleiche Teile teilt.
Wie aus Fig. l hervorgeht, sind die hier durch geschaffenen magnetischen Verhält nisse die folgenden: Die volle Linie I veranschaulicht den Verlauf des Ankerfeldes im Bereiche der ein zelnen Polflächen. Das Ankerfeld besitzt seine grössten Werte an den beiden Rändern der Polflächen, während es in der Mitte der Polfläche Null ist. Dementsprechend sind die Richtungen des Ankerfeldes an den bei den Rändern der Polfläche einander ent gegengesetzt.
Die volle Linie II veranschaulicht die Stärke des durch die Kompensationsspule A erzeugten Feldes im Bereiche der Polfläche. Dieses Feld besitzt an der ganzen Polfläche eine gleichmässige Stärke, doch ändert sich die Richtung desselben in der Mitte einer jeden Polfläche. Der Verlauf des aus demn Ankerfeld und Kompensationsfeld resultie renden Feldes längs der Polflächen ist durch die starken strichpunktierten Linien III be zeichnet. In Fig. 1 ist angenommen, dass die, auf eine Polfläche entfallende Ampèreleiterzahl des Kompensationsfeldes die Hälfte der auf die Polfläche entfallenden Ampèreleiterzahl des Ankerfeldes beträgt.
Unter diesen Ver hältnissen erreicht der Höchstwert des resul tierenden Feldes an dem einen Rand der Pol fläche bloss die Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes, und dieser Wert nimmt bis zum ersten Viertel des Feldbogens allmählich auf Null ab, um in entgegengesetztem Sinne bis zur Mitte des Polbogens auf die Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes anzuwachsen. Bei Überschreitung der Mitte des Polbogens ändert sich die Richtung des resultierenden Feldes und beträgt die Stärke desselben gleichfalls bloss die Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes. Diese Feldstärke nimmt bis zum dritten Viertel des Polbogens wieder all mählich bis auf Null ab, um bis zum andern Polende mit geändertem Sinne bis auf ihren Höchstwert anzuwachsen, der jedoch wieder bloss die Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes erreicht.
Es ist also ersichtlich, dass die, durch das Ankerfeld erzeugte Feldstufe bei der be schriebenen Anordnung in zwei Stufen von der halben Grösse unterteilt wird.
Dieses günstigste Ergebnis tritt dann ein, wenn die auf die Polfläche entfallende Am- pèrewindungszahl des Kompensationsfeldes die Hälfte der auf die Polfläche entfallenden Ampèrewindungszahl des Ankers beträgt. Bei Abweichung von diesem Verhältnisse ge staltet sieh das Ergebnis ungünstiger, und zwar wvächst bei Verringerung der Ampère- windungszahl des Kompensationsfeldes die Feldstärke an den Rändern der Polfläche, gegenüber dem durch die starke strichpunk tierte Linie angedeuteten Wert an, was mit Rücksicht auf die Kommutierungsverhält nisse verwerflich ist.
Wird aber die Ampère- windungszahl des Kompensationsfeldes ge genüber dem angegebenen Wert erhöht, so steigt zwar die Feldstärke in der Mitte des Feldbogens über den durch die strichpunk tierte Linie<B>111</B> angedeuteten 'Wert, was die Kommutation nicht beeinträchtigt, dagegen kann die Stärke des resultierenden Feldes durch Steigerung der Ampèrewindungszahl des Kompensationsfeldes bis auf die Am- pèrewindungszahl des Ankers (auf die Pol fläche bezogen) an den Polrändern auf Null herabgedrückt werden, wie dies die schwache strichpunktierte Linie III' andeutet. Dieser Vorteil wird jedoch durch Vergrösserung der Kompensationswicklung erkauft.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Anord nung ist ein jeder Pol durch je eine Kom pensationsspule A bezw. B mit den beiden benachbarten Polen verbunden, so dass in jede Polfläche zwei Spulenseiten a bezw. b zu lie gen kommen. Die beiden Spulenseiten a und b sind derart angeordnet, dass sie den Pol bogen in drei gleiche Teile unterteilen.
Bei den durch die Schaulinien der Fig. 2 gewählten Verhältnissen ist die Ampère- leiterzahl in den beiden Nuten der Polfläche gleich angenommen, so dass in dem mittleren Abschnitt des Polbogenstückes sich kein Kompensationsfeld ausbildet, sondern sich dieses auf die beiden äussern Polbogenstücke beschränkt. An den Rändern des mittleren Bogenstückes beträgt daher der Höchstwert des Ankerfeldes nur einen Drittel von jenem an den beiden äussersten Endpunkten des Polbogens.
Für die beiden äussern Polbogen stücke wird bei einer bestimmten Kompen- sations-Ampèreleiterzahl pro Pol für den Höchstwert des resultierenden Feldes ein Minimum erzielt, und zwar im Falle, wenn das Kompensationsfeld zwei Drittel des Höchstwertes des Ankerfeldes beträgt, wie dies in Fig. 2 durch die Linie II angedeutet ist. Das unter diesen Umständen resultie rende Feld ist durch die strichpunktierten Linien III angedeutet. Von diesem günstig sten Verhältnis kann man mehr oder weniger abweichen, doch soll die Ampèreleiterzahl des Kompensationsfeldes nicht weniger als ein Viertel der unter dem Polschuhbogen lie genden Ankerampèreleiterzahl betragen und diese nicht überschreiten.
Dadurch, dass die Kompensationsspulen pro Polfläche in einer oder höchstens in zwei Nuten konzentriert sind, kann man die Schenkel der Magnetpole derart ausführen, dass die fertigen Kompensationsspulen in bei nahe gänzlich geschlossene Nuten eingelegt werden können. Zu dem Ende werden die Magnetpole in der Längsrichtung der Schen kel, welche die zur Aufnahme der Kompen sationswicklung bestimmte Nut einschliessen, unterteilt.
Gemäss Fig. 3 sind zum Beispiel die Pole in der Mittelebene an der Stossfläche d unter teilt. Die hierbei entstehenden Schenkel c werden miteinander durch querlaufende Schrauben verbunden.
Der Zusammenbau der Maschine erfolgt in der Weise, dass die Hälften c, c zweier benachbarter Magnetpole um die beiden Sei ten a der Kompensationsspule A gelegt und zusammengeschraubt werden. Hierauf wer den die Feldspulen e auf die Magnetschenkel aufgeschoben und das durch die Kompensa tionsspule A miteinander vereinigte, mit den aufgeschobenen Feldspulen e ausgerüstete Magnetschenkelpaar durch die Schrauben f an das Gestell g angeschraubt.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausfüh rung ist der Magnetpol nach schräg zu seiner Achse verlaufenden Ebenen d unterteilt, zu denen die Aussenflächen h der Magnetschen kel parallel laufen. Infolgedessen lässt sich der Zusammenbau in folgender Weise aus führen: Es wird zunächst der mittlere Teil c1 des Magnetpols mittelst der Schraube f1 an das Gestell g festgeschraubt und die Feldspule e in ihrer Stellung am Gestell festgelegt. Hier auf werden die Kompensationsspulen A und B in die halben Nuten des mittleren Stückes c1 der Pole eingesetzt. Es können nun die beiden Seitenteile c, c der Magnetpole in die zwischen dem Mittelteil c1 und der schiefen Innenfläche der Feldspulen e freigebliebenen schiefen Kanäle eingeschoben und durch Schrauben f befestigt werden.
. Durch die oben angegebene Anordnung wird die Maschine nicht nur mit Rücksicht auf die geringeren radialen Abmessungen in der Raumausnutzung sparsamer, sondern es vermindern sich auch infolge Verringerung des Feldkupfers die Herstellungskosten. Der Wirkungsgrad wird infolge der geringeren Erregungsverluste günstiger.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei Ver wendung von Wendepolen und Wendewick lungen daraus, dass die Abmessungen dersel ben geringer ausfallen, da ein Teil der mag- netomotorisehen Kraft des Ankers bereits kompensiert ist.
Die angegebene Anordnung lässt sich so wohl bei Gleichstrom-, als bei Wechselstrom- Kommutatormaschinen anwenden.
With compensation coils and a commutator machine with pronounced poles. The invention relates to a sationssulen with Kompen and provided with pronounced poles commutator machine, for the purpose of he aiming the smallest possible radial dimensions.
In particular, in the case of rail and crane motors, in order to accommodate the greatest possible power within a limited space, it is important to reduce the radial dimensions of the motors as far as possible. In machines with pronounced poles, it is therefore desirable to have the pole limbs respectively. to shorten the field magnet coils as much as possible, which is made possible by reducing the air gap as far as possible, since this significantly reduces the magnetic resistance to be overcome.
For mechanical reasons, the reduction of the air gap by using ball or roller bearings would be largely realizable, but such a reduction is the field distortion generated by the armature reaction a limit.
To cancel this field distortion, you have to bring a compensation winding. With the windings of this type used up to now, the acquisition costs of the motors are significantly increased; on the other hand, difficulties arise with railway motors, which are subject to relatively frequent improvements, because the compensation winding was arranged more or less evenly on the pole faces and therefore in the grooves had to be wrapped.
The invention is based on the knowledge that it is more expedient to concentrate the compensation winding in such a way that the spaces between two adjacent poles are bridged by a single compensation coil and the grooves in the pole shoes used to accommodate the compensation coils are arranged in such a way that they divide the pole face into substantially equal parts.
With such a concentrated arrangement of the compensation winding, pre-wound coils can be used on templates, whereby it is expedient to make the arrangement so that it allows easy insertion and removal of both the compensation coils and the field magnet coils, so that any repairs can be carried out easily.
The relationships created by the invention are shown in FIG. 1 for the case that the two poles of a pair are only among themselves and in FIG. 2 for the case that all poles are each connected to the two adjacent poles; Fig. 3 shows a partially sectioned front view of a four-pole machine with an arrangement of the compensation coils corresponding to that of FIG. 1, while FIG. D shows the execution of the field magnetic poles for the arrangement of the compensation coils illustrated in FIG.
As can be seen from Fig. 1 and 3, each pole pair N-S has a common compensation coil A, each of which has a side a in the center plane of a pole piece so that the relevant side a of the compensation coil divides the pole face into two equal parts.
As can be seen from Fig. 1, the magnetic ratios created here are the following: The solid line I illustrates the course of the armature field in the areas of the individual pole faces. The armature field has its greatest values at the two edges of the pole faces, while it is zero in the center of the pole face. Accordingly, the directions of the armature field are opposite to each other at the edges of the pole face.
The solid line II illustrates the strength of the field generated by the compensation coil A in the area of the pole face. This field has a uniform strength over the entire pole face, but its direction changes in the middle of each pole face. The course of the field resulting from the anchor field and compensation field along the pole faces is characterized by the strong dash-dotted lines III be. In Fig. 1 it is assumed that the ampere conductor number of the compensation field allotted to one pole face is half of the ampere conductor number of the armature field allotted to the pole face.
Under these conditions, the maximum value of the resulting field at one edge of the pole face only reaches half the maximum value of the anchor field, and this value gradually decreases to zero up to the first quarter of the field arc, and in the opposite sense to the center of the pole arc to grow to half the maximum value of the anchor field. When the center of the pole arc is exceeded, the direction of the resulting field changes and its strength is likewise only half of the maximum value of the anchor field. This field strength gradually decreases again to zero up to the third quarter of the pole arc, only to increase to the other end of the pole with a different meaning up to its maximum value, which, however, again only reaches half the maximum value of the anchor field.
It can therefore be seen that the field level generated by the anchor field is divided into two levels of half the size in the described arrangement.
This most favorable result occurs when the number of ampere turns of the compensation field allotted to the pole face is half of the number of ampere turns of the armature allotted to the pole face. In the event of a deviation from this relationship, the result is less favorable, namely when the number of ampere-turns of the compensation field is reduced, the field strength at the edges of the pole face increases compared to the value indicated by the dotted line, which takes into account the commutation ratios is reprehensible.
If, however, the number of ampere turns of the compensation field is increased compared to the specified value, the field strength in the middle of the field arc increases above the value indicated by the dashed line <B> 111 </B>, which does not affect the commutation, on the other hand, the strength of the resulting field can be reduced to zero by increasing the number of ampere turns of the compensation field down to the number of ampere turns of the armature (based on the pole area) at the pole edges, as indicated by the weak dash-dotted line III '. However, this advantage is paid for by enlarging the compensation winding.
In the arrangement shown in Fig. 2, each pole is respectively a compensation coil A by a Kom. B connected to the two adjacent poles, so that two coil sides a respectively in each pole face. b come to rest. The two coil sides a and b are arranged in such a way that they divide the pole arc into three equal parts.
With the ratios selected by the visual lines in FIG. 2, the number of ampere conductors in the two grooves of the pole face is assumed to be the same, so that no compensation field is formed in the middle section of the pole arc piece, but is limited to the two outer pole arc pieces. At the edges of the central arc, the maximum value of the anchor field is therefore only a third of that at the two outermost end points of the pole arc.
For the two outer pole arc pieces, a minimum is achieved for the maximum value of the resulting field at a certain number of compensation ampere conductors per pole, namely in the case where the compensation field is two thirds of the maximum value of the armature field, as shown in FIG the line II is indicated. The resulting field under these circumstances is indicated by the dash-dotted lines III. One can deviate more or less from this most favorable ratio, but the number of ampere conductors in the compensation field should not be less than a quarter of the number of anchor ampere conductors below the pole shoe and not exceed it.
Because the compensation coils per pole face are concentrated in one or at most two slots, the legs of the magnetic poles can be designed in such a way that the finished compensation coils can be inserted in slots that are almost completely closed. At the end, the magnetic poles are divided in the longitudinal direction of the thighs, which include the groove intended for receiving the compensation winding.
According to FIG. 3, for example, the poles in the center plane at the impact surface d are divided under. The resulting legs c are connected to one another by transverse screws.
The machine is assembled in such a way that the halves c, c of two adjacent magnetic poles are placed around the two sides a of the compensation coil A and screwed together. Hereupon who the field coils e pushed onto the magnet legs and the pair of magnet legs equipped with the pushed-on field coils e, which are joined together by the compensation coil A and screwed to the frame g by the screws f.
In the Ausfüh tion shown in Fig. 4, the magnetic pole is subdivided according to planes d extending obliquely to its axis, to which the outer surfaces h of the magnetic legs run parallel. As a result, the assembly can be carried out in the following way: First, the central part c1 of the magnetic pole is screwed to the frame g by means of the screw f1 and the field coil e is fixed in its position on the frame. Here on the compensation coils A and B are inserted into the half slots of the middle piece c1 of the poles. The two side parts c, c of the magnetic poles can now be pushed into the inclined channels that have remained free between the central part c1 and the inclined inner surface of the field coils e and fastened by screws f.
. The above-mentioned arrangement not only makes the machine more economical in terms of space utilization in view of the smaller radial dimensions, but also reduces the manufacturing costs as a result of the reduction in field copper. The efficiency is more favorable due to the lower excitation losses.
Another advantage when using reversing poles and reversing windings results from the fact that their dimensions are smaller, since part of the armature's magnetomotive force has already been compensated for.
The specified arrangement can be used with direct current as with alternating current commutator machines.