DE1110741B

DE1110741B - Two-phase rotating electrical machine with disk-shaped rotor

Info

Publication number: DE1110741B
Application number: DES68549A
Authority: DE
Original assignee: Societe dElectronique et dAutomatisme SA
Current assignee: Societe dElectronique et dAutomatisme SA
Priority date: 1956-11-07
Filing date: 1957-10-23
Publication date: 1961-07-13

Description

Rotierende elektrische Zweiphasemnaschine mit scheibenförmigem Rotor Die Erfindung bezieht sich auf eine rotierende elektrische Zweiphasenmaschine mit einer Rotorscheibe aus einem wenigstens teilweise magnetischen Material und zwei scheibenförmigen Statorelementen, welche die Rotorscheibe umgeben, und von denen jedes auf einem wenigstens teilweise magnetischen Träger eine Wicklung trägt, die eine Folge von abwechselnden Magnetpolen darstellt.Two-phase rotating electrical machine with disc-shaped rotor The invention relates to a rotating electrical two-phase machine with a rotor disk made of an at least partially magnetic material and two disk-shaped stator elements which surround the rotor disk, and of which each carrying a winding on an at least partially magnetic carrier which represents a sequence of alternating magnetic poles.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Zweiphasen-Wechselstrommaschiiie mit einem im Vergleich zu den klassischen Maschinen beträchtlich verbesserten Wirkungsgrad.The aim of the invention is to create a two-phase alternating current machine with a considerably improved efficiency compared to the classic machines.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Wicklungen auf beiden Statorelementen identisch sind, daß jede Wicklung einer Phase der Maschine entspricht, und daß die Wicklungen gegenseitig um einen Winkel versetzt sind, der einem halben Polschritt entspricht.According to the invention this is achieved in that the windings both stator elements are identical, that each winding is one phase of the machine corresponds, and that the windings are mutually offset by an angle that corresponds to half a pole step.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Wicklungen verfügt man für jede Phasenwicklung über die vollständige nutzbare ringförmige Oberfläche eines Statorelements; daraus ergibt sich die erstrebte Verbesserung des Wirkungsgrads. Es ist offensichtlich, daß dann jede Wicklung zwei Drittel der dem Luftspalt zugewandten Oberfläche einnehmen kann, während bei der herkömmlichen Wicklungsanordnung nur ein Drittel der Oberfläche für jede Phasen-# wicklung nutzbar ist. Ferner ergibt die Trennung der Phasen einen konstruktiven Vorteil, weil die Verschachtelung der beiden Phasenwicklungen vollständig entfällt.With the arrangement of the windings according to the invention, the entire usable annular surface of a stator element is available for each phase winding; this results in the desired improvement in efficiency. It is obvious that each winding can then take up two thirds of the surface facing the air gap, while in the conventional winding arrangement only one third of the surface can be used for each phase winding. Furthermore, the separation of the phases results in a structural advantage because the interleaving of the two phase windings is completely eliminated.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels unter Verwendung einer üblichen Wicklung, Fig. 2 eine teilweise Vorderansicht der Anordnung von Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch -ein anderes Ausführungsbeispiel, bei welchem die Wicklungen nach einem Verfahren der gedruckten Schaltungen hergestellt sind und Fig. 4 und 5 halbe Seitenansichten, von der Schnittlinie von Fig. 3 nach links bzw. rechts gesehen.Embodiments of the invention are shown in the drawing. Therein Fig. 1 3 shows a partially sectioned side view of an embodiment using a conventional winding, Fig. 2 is a partial front view of the arrangement of Fig. 1, Fig. A longitudinal section through -a another embodiment, wherein the windings according to a method of the printed Circuits are made and Figs. 4 and 5 are half side elevational views, seen from the section line of Fig. 3 to the left and right, respectively.

Die in Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele betreffen insbesondere elektrische Maschinen. deren Rotor 1 nur in Form einer dünnen Scheibe angedeutet ist, welche bei 2 auf einer Welle 3 gelagert ist, während der Stator aus zwei Teilen besteht, die von zwei Halbschalen 4 und 5 getragen werden. Die Halbschalen enthalten ferner die Lager 6, durch welche die Welle 3 geführt ist. Der Stator weist zwei ringförmige Kränze 7 bzw. 8 aus einem magnetischen Material auf, die auf den beiden- Halbschalen 4 bzw. 5 befestigt sind.The exemplary embodiments illustrated in FIGS. 1 to 5 relate in particular to electrical machines. the rotor 1 of which is only indicated in the form of a thin disk which is mounted at 2 on a shaft 3 , while the stator consists of two parts which are supported by two half-shells 4 and 5 . The half-shells also contain the bearings 6 through which the shaft 3 is guided. The stator has two ring-shaped rings 7 and 8 made of a magnetic material, which are attached to the two half-shells 4 and 5, respectively.

Die magnetischen Kränze.T und 8 der Ausführungsform von Fig. 1 und 2 sind durch entsprechende Bearbeitung mit Nuten versehend in welche die Leiter 9 zur Bildung von Wicklungen gelegt werden können. Da,diese Ausführungsart---der Wicklung üblich ist, braucht sie nicht näher erläutert zu werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine achtpolige Maschine. Es -ist zu--b.emerken, daß die beiden Wicklungshälften, von denen jede auf einem Halbstator angeordnet ist, miteinander identisch und gegenseitig um einen halben Polschritt verschoben sind, wie später an Hand von Fig.. 4 und 5 genauer erläutert wird. Ein Band aus Magnetblech 10 kann in der dargestellten Weise rings um jeden Magnetkem gewickelt werden, wobei dani3 dieses Band einen Ringkern bildet, der parallel zuden Flußlinien lamelliert ist.The magnetic Kränze.T and 8 of the embodiment of FIGS. 1 and 2 are provided by appropriate processing with grooves in which the conductors 9 can be placed to form windings. Since this type of winding is common, it does not need to be explained in more detail. This embodiment is an eight-pole machine. It -is to - b.emerken that the two winding halves, each of which is arranged on a Halbstator are shifted identical to each other and mutually by half a pole pitch, is explained in more detail later and H of Fig .. 4 and 5 . A band of magnetic sheet 10 can be wound around each magnetic core as shown, this band forming a toroidal core laminated parallel to the lines of flux.

Die magnetischen Teile des- Stators können auch unter Verwendung von gesintertem Eisenpulver od. dgl. mit entsprechenden Perrneabflitäts- und Widerstandseigenschatten hergestellt werden, wobei dann die radialen Nuten für die Wicklungsleiter mit in die Teile eingeformt werden,-Zur Herstellung der Leiter ist es vorteilhaft, ein Herstellungsverfahren zu verwenden, welches allgemein unter der Bezeichnung »Verfahren der gedruckten Schaltungen« bekannt ist. Ein wesentlicher Vorteil der gedruckten Schaltungen besteht bekanntlich darin, daß diese bei gleichem Querschnitt sehr viel stärkere Ströme als freie Leiter führen können, woraus sich im Hinblick auf das eine Ziel der Erfindung der Vorteil einer beträchtlichen Einsparung an Raumbedarf für die rotierenden Maschinen ergibt. Ferner ist zu bemerken, daß die Kühlung dieser Maschinen allein durch ihre geometrische Anordnung, und insbesondere infolge der großen relativen Oberfläche ihrer Luftspalte, sehr wirksam ist. Es ist ferner bekannt, daß es jetzt bereits möglich ist, Netze aus sehr feinen Leitern mit sehr geringen Abständen zu drucken.The magnetic parts of the stator can also be made using sintered iron powder or the like with corresponding permeability and resistance properties are made, then the radial grooves for the winding conductors with in the parts are molded, -To manufacture the ladder it is advantageous to use a Manufacturing process to use which general under the Designation "process of printed circuits" is known. An essential one The advantage of the printed circuit is known to be that this is the same Cross-section much stronger currents than free conductors can lead, from which In view of the one aim of the invention, the advantage of a considerable saving in terms of space required for the rotating machines. It should also be noted that the cooling of these machines solely through their geometric arrangement, and in particular due to the large relative surface area of their air gaps, is very effective. It is also known that it is already possible to create networks of very fine conductors to print with very small spaces.

Nach einem dieser bekannten Druckverfahren sind die in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 bis 5 angedeuteten einfachen Wicklungen hergestellt. In diesem Fall trägt jeder Halbstator eine Wicklung, die mit derjenigen des anderen identisch ist, ebenso wie bei dem Beispiel von Fig. 1 und 2, wo nur eine der Wicklungen teilweise in Fig. 2 angedeutet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 bis 5 handelt es sich jedoch um eine zweiphasige Maschine mit sechzehn Polen. In den Halbansichten von Fig. 4 und 5 ist zu erkennen, wie die dargestellten Wicklungen gegenseitig um einen halben Schritt verschoben sind, wie es der üblichen Regel für die beiden Wicklungen einer zweiphasigen Maschine entspricht. Der Vorteil einer solchen Anordnung ist sowohl hinsichtlich der Leistung wie auch hinsichtlich des einfachen Aufbaus offensichtlich, da die von jeder Wicklung bedeckte Nutzfläche zwei Drittel des Luftspalts an Stelle von nur einem Drittel bei zweiphasigen Maschinen des üblichen Aufbaus entspricht und jede überlappung der Wicklungen bei der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden wird.According to one of these known printing processes, the simple windings indicated in the embodiment of FIGS. 3 to 5 are produced. In this case, each half stator carries a winding which is identical to that of the other, as in the example of FIGS. 1 and 2, where only one of the windings is partially indicated in FIG. In the embodiment of FIGS. 3 to 5 , however, it is a two-phase machine with sixteen poles. In the half-views of FIGS. 4 and 5 it can be seen how the illustrated windings are mutually shifted by half a step, as corresponds to the usual rule for the two windings of a two-phase machine. The advantage of such an arrangement is evident both in terms of performance and in terms of the simple structure, since the usable area covered by each winding corresponds to two thirds of the air gap instead of only one third in two-phase machines of the usual structure and any overlapping of the windings in the case of the invention Arrangement is avoided.

Jede Wicklung ist in Form eines einfachen Mäanders dargestellt, und sie können auch in der Praxis diese Form besitzen. Es ist jedoch offensichtlich, daß mit den üblichen Verfahren der gedruckten Schaltungen jedes Element auch in Form einer ebenen Spule hergestellt werden kann, wobei die Verbindungspunkte (Stronizuführung und Stromableitung) durch metallisierte leitende Brücken hergestellt werden können, welche die erwünschten Verbindungen zwischen den einzelnen Spulen auf der Rückseite des gemeinsamen Trägers bilden, der hier aus einem magnetischen Material besteht, auf welchem die Wicklung gebildet ist.Each winding is shown in the form of a simple meander, and they can also have this form in practice. However, it is obvious that with the usual procedures of the printed circuits each element also in Form of a flat coil can be produced, whereby the connection points (Stronizufführung and current discharge) can be produced by metallized conductive bridges, which the desired connections between the individual coils on the back of the common carrier, which here consists of a magnetic material, on which the winding is formed.

Die Luftspalte müssen zur Erzielung eines möglichst großen Wirkungsgrades der Anordnungen so klein wie möglich sein. Deshalb erscheint es vorteilhaft, durch Formung oder Bearbeitung die Teile, welche die Spulen tragen, mit Nuten zu versehen, in welchen die Leiter gebildet werden, um glatte Luftspaltflächen zu erhalten. Dies ist bei Wicklungen mit (verhältnismäßig) beträchtlichem Wicklungsschritt möglich.FürSpulen mit gedrängternWicklungsschritt läßt sich ein gleiches Resultat dadurch erhalten, daß zunächst die Spulen z. B. durch ein Lichtdruckverfahren aufgedruckt werden, worauf nach der Herstellung der Wicklung in Reliefform auf der Magnetfläche des Trägers zwischen den Leitern ein magnetisches Material aufgetragen werden kann, um eine glatte Fläche zu erhalten. Dieser Auftrag kann zunächst die Leiter überdecken, welche dann durch Abschleifen der gesamten Fläche freigelegt werden. Der Auftrag kann mit jedem bekannten Verfahren hergestellt werden, z. B. durch Verwendung von kolloidalen Lösungen aus Eisenpulver. Gegebenenfalls kann schließlich ein isolierender Film nach irgendeinem an sich bekannten Verfahren auf der Oberfläche des Magnetmaterials der ringförmigen Kränze und der auf ihnen gebildeten Wicklungsleiter gebildet werden.The air gaps must be used to achieve the greatest possible efficiency the arrangements should be as small as possible. That is why it seems beneficial to go through Shaping or machining to grooved the parts that carry the coils, in which the conductors are formed to obtain smooth air-gap surfaces. this is possible for windings with a (relatively) considerable winding step. For coils With a compressed winding step, the same result can be obtained by that first the coils z. B. be printed by a collotype process, whereupon after the winding has been made in relief form on the magnetic surface of the A magnetic material can be applied to the carrier between the conductors, to get a smooth surface. This order can initially cover the ladder, which are then exposed by grinding the entire surface. The order can be made by any known method, e.g. B. by using colloidal solutions of iron powder. Finally, if necessary, an insulating Film on the surface of the magnetic material by any method known per se of the annular rings and the winding conductors formed on them.

Die dargestellten Formen und Ausführungen der Wicklungen sind natürlich nur als Beispiele angegeben, wobei jede mögliche Variante in den Rahmen der Erfindung fällt. Es besteht z. B. kein Hindernis dafür, daß bei einer gemäß der Erfindung ausgeführten rotierenden Maschine mehrere Phasen auf dem gleichen Statorträger angebracht werden (was ebenso für den Rotorträger gilt, von dem später die Rede sein wird), selbst wenn sich daraus bestimmte technologische Schwierigkeiten bei der Herstellung ergeben, da diese Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise entsprechend den Verfahren der gedruckten Schaltungen behoben werden können, falls eine geringfügige Verringerung des Gesamtwirkungsgrades dieser Wicklungen zugelassen werden kann.The shapes and designs of the windings shown are natural given only as examples, with every possible variant within the scope of the invention falls. There is z. B. no obstacle to the fact that in one according to the invention executed rotating machine several phases mounted on the same stator carrier (which also applies to the rotor arm, which will be discussed later), even if this leads to certain technological difficulties in manufacture arise because these difficulties in a relatively simple manner accordingly the procedures of the printed circuit boards can be fixed if a minor one Reduction in the overall efficiency of these windings can be allowed.

Der Rotor besteht in der Mehrzahl der direkten Anwendungen der Erfindung, zumindest bei Wechselstrommaschinen mit Ausnahme von Tonfrequenzgeneratoren, aus einer Scheibe, welche keine Wicklung trägt. Diese kann beispielsweise eine flache Scheibe aus einem Weicheisen sein (im Fall von Asynchronmotoren), oder aus einem Hysteresestahl (Autosynchronmotoren) bestehen, oder eine zusammengesetzte Scheibe sein, welche z. B. Kupfer und Eisen enthält. Es fällt nicht in den Rahmen der hier beschriebenen Erfindung, eine besondere Technologie zur Herstellung von einem solchen zusammengesetzten Material zu beschreiben, da bereits verschiedene Beispiele hierfür bekannt sind, z. B. Sintern von Pulvern, Aufpressen von Teilchen eines Elements auf eine Scheibe des anderen Elements usw.The rotor consists in the majority of the direct applications of the invention, at least for AC machines with the exception of audio frequency generators a disc that has no winding. This can be a flat one, for example A disc made of a soft iron (in the case of asynchronous motors), or of one Hysteresis steel (synchronous cars) or a composite disc be which z. B. contains copper and iron. It doesn't fall within the scope of this described invention, a special technology for the production of such to describe composite material, as there are already several examples of this are known, e.g. B. sintering of powders, pressing on of particles of an element on a disc of the other element, etc.

Bei anderen Anwendungen muß der Rotor wenigstens eine Wicklung enthalten und dennoch völlig flach bleiben. Man bildet dann diese Wicklung wie bei den Statorwicklungen vorzugsweise nach einem Verfahren der gedruckten Schaltungen.In other applications, the rotor must contain at least one winding and yet remain completely flat. This winding is then formed as with the stator windings preferably by a printed circuit method.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Rotating electrical two-phase machine with a rotor disk made of an at least partially magnetic material and two disk-shaped stator elements which surround the rotor disk and each of which carries a winding on an at least partially magnetic carrier which is a sequence of alternating magnetic poles, characterized in that, that the windings on both stator elements are identical, that each winding corresponds to a phase of the machine and that the windings are mutually offset by an angle corresponding to half a pole pitch.

2. Two-phase machine according to claim 1, characterized in that each stator element contains a magnetic toroidal core which is surrounded on the outside and inside by spirals made of a magnetic sheet. 3. Two-phase machine according to claim 2, characterized in that the winding is formed from insulated conductors, the radial sections of which lie in grooves which have previously been formed in the ring made of magnetic material. 4. Two-phase machine according to claim 2, characterized in that the winding consists of conductors which are formed by printing or otherwise in intimate contact and with firm adhesion on an insulating support which is attached to the magnetic ring, and that the connections are formed between the turns of the winding on the side opposite the air gap and are isolated from the material of the magnetic ring by a dielectric film. 5. Machine according to claim 4, characterized in that the winding is mounted in an annular recess of the magnetic ring in such a way that its surface facing the air gap intersects with the surface of the ring. 6. Two-phase machine according to claim 4, characterized in that the spaces between the conductors of the winding are filled at least on the side of the winding facing the air gap with a magnetic material which cuts off with the conductor surfaces. 7. Two-phase machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rotor disk consists of soft iron. 8. Two-phase machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rotor disk consists of a hysteresis steel. 9. Two-phase machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rotor disk is formed from a material which contains iron and copper in an intimate mixture. 10. Two-phase machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rotor disk contains a disk-shaped core made of a magnetic material which is coated on both sides with a conductive film. 11. Two-phase machine according to claim 10, characterized in that each of the conductive films is formed as one of the half-windings of the rotor.