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Mehrpolige elektrische Axialluftspaltmaschine Die Erfindung bezieht
sich auf eine mehrpolige elektrische Axialluftspaltmaschine mit scheibenförmigen
Rotor- und Statorelementen, von denen wenigstens eines eine aus Flachleitern gebildete
Wicklung trägt, die innig mit den beiden Seiten eines dünnen isolierenden Trägers
verbunden ist, wobei die Leiter auf jeder Seite des Trägers einen Satz von Spulenseiten
bilden, welche durch Verbindungsstücke von der einen zur anderen Seite miteinander
verbunden sind, und jeder Leiter zu beiden Seiten eines Mittelabschnittes zwei geneigte
Wickelkopfabschnitte aufweist, an deren Enden die Verbindungen von der einen zur
anderen Seite gebildet sind und deren Längen und Neigungswinkel den Wicklungsschritt
der Maschine definieren.
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Derartige Maschinen sind bereits vorgeschlagen worden. Sie ergeben
gegenüber den herkömmlichen Radialluftspaltmaschinen mit gewickelten Drahtwicklungen
den Vorteil einer besonders rationellen Massenfertigung, weil die Wicklungen nach
Art der sogenannten gedruckten Schaltungen gebildet werden können. Ferner ergeben
die innig auf dem Träger haftenden Flachleiter eine gute Wärmeabfuhr, so daß derartige
Maschinen im Vergleich zu ihrer Größe und ihrem Kupferquerschnitt hochbelastbar
sind.
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Bei den herkömmlichen Radialluftspaltmaschinen ist es bekanntlich
oft erwünscht und auch ohne weiteres möglich, die Wicklung mit einem verkürzten
Wicklungsschritt auszuführen, so daß gesehnte Spulen entstehen, deren Spulenseiten
um weniger als eine Polteilung auseinanderliegen, wobei aber im Fall einer Wellenwicklung
die aufeinanderfolgenden Spulen symmetrisch zu den Polteilen liegen. Dadurch können
vor allem unerwünschte Oberwellenerscheinungen unterdrückt werden.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Bildung gesehnter Wicklungen
auch bei Axialluftspaltmaschinen zu ermöglichen.
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Axialluftspaltmaschinen mit scheibenförmigen Rotor- und Statorelementen
sind an sich in verschiedenen Ausführungen bekannt. Sie sind vor allem in der Frühzeit
der Elektrotechnik entwickelt worden, doch konnten sich die früher bekannten Konstruktionen
wegen ihres komplizierten Aufbaus nur für Sonderzwecke behaupten. Insbesondere würde
auch die Bildung gesehnter Wicklungen bei den bekannten Axialluftspaltmaschinen
sehr große Schwierigkeiten bieten.
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Beispielsweise ist eine Axialluftspaltmaschine bekannt, bei der die
Spulenseitenleiter, einander überkreuzend, in zwei Lager derart zickzackförmig rings
um den Träger verlaufen, daß eine fortlaufende Wellenwicklung entsteht, deren Wicklungsschritt
durch die gleichmäßige Neigung der Leiter bestimmt ist. Ein verkürzter Wicklungsschritt
könnte bei einer solchen Wicklung nur dadurch erreicht werden, daß der Neigungswinkel
der Leiter in den beiden Lagen verschieden gemacht würde. Dies wäre offensichtlich
in elektrotechnischer Hinsicht sehr ungünstig und auch praktisch kaum realisierbar.
Schließlich wäre damit noch keine Lösung für eine entsprechende Verkürzung des Wicklungsschritts
bei einer Schleifenwicklung gegeben.
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Ausgehend von einer Maschine der eingangs angegebenen Art, wird das
geschilderte Problem gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Erzielung eines
verkürzten Wicklungsschritts die mittleren Abschnitte der Spulenseitenleiter in
identischer Weise, aber auf beiden Seiten des Trägers in entgegengesetzten Richtungen
geneigt sind und daß die geneigten Abschnitte der Wickelköpfe verkürzt sind.
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Mit der Erfindung wird auf sehr einfache Weise eine Verkürzung des
Wicklungsschritts bei völliger Beibehaltung der Wicklungssymmetrie erhalten. Von
besonderem Vorteil ist dabei die Tatsache, daß die auf den beiden Seiten des Trägers
befindlichen Leiteranordnungen einander spiegelbildlich gleich sind. Die Schrittverkürzung
wird mit der angegebenen Maßnahme sowohl bei Schleifenwicklungen als auch bei Wellenwicklungen
erreicht, wobei im Fall der Wellenwicklung die aufeinanderfolgenden Spulen wieder
symmetrisch zu den Polteilungen liegen.
Die Erfindung wird nachstehend
an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert, wobei zum besseren Verständnis
auf eine bereits vorgeschlagene Maschine mit ungesehnter Wicklung Bezug genommen
wird. In der Zeichnung zeigt-Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht einer bereits
vorgeschlagenen elektrischen Axialluftspaltmaschine, Fig: 2 eine Schnittansicht
einer anderen Ausführungform der bereits vorgeschlagenen Maschine, Fig. 3 die Hälfte
der Vorderansicht einer ungesehnten Wellenwicklung, die in der Maschine nach Fig.
1 oder Fig. 2 verwendet werden kann, Fig. 4 die Hälfte der Vorderansicht einer ungesehnten
Schleifenwicklung, die in der Maschine nach Fig. 1 oder 2 verwendet werden kann,
Fig. 5 die Vorderansicht einer gemäß der Erfindung ausgeführten Wellenwicklung,
Fig. 6 die Hälfte der Vorderansicht einer gemäß der Erfindung ausgeführten Schleifenwicklung
und Fig. 7 eine andere Ausführungsform einer Schleifenwicklung gemäß der Erfindung.
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Die in Fig.1 dargestellte Maschine enthält einen Statorerreger, der
durch Magnete 1 gebildet wird, die auf einer Trägerplatte 2 in einem ringförmigen
Kranz angeordnet sind. Für jeden Pol der Maschine ist ein Magnet vorgesehen, wobei
die Polarität der Pole in. dem Kranz regelmäßig abwechselt. Der Abschnitt a in Fig.
1 entspricht einem Schnitt durch einen Magnet 1, während der Abschnitt b einem Schnitt
zwischen zwei Magneten entspricht, wobei eine der Bürsten 18 der Maschine zu erkennen
ist.
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Eine Welle 7 wird von den Lagern 5 und 6 in den Trägerplatten 4 bzw.
2 getragen. Die Platte 4 trägt auf ihrer Innenseite ein ringförmiges Magnetjoch
3, das durch entsprechende Wahl des magnetisierbaren Materials oder durch seinen
Aufbau, beispielsweise durch spiralförmiges Aufwickeln eines Magnetbleches. wirbelstromfrei
gemacht ist. Auf der Welle 7 ist mittels eines Keiles 14 eine Nabe 8 befestigt,
die den flachen Rotor der Maschine trägt. Der Rotor besteht aus , einer dünnen isolierenden
Trägerscheibe 9, die auf ihren beiden Flächen mit Spulenseiten 10 und 11
aus Flachleitern bedeckt ist. Die Spulenseiten sind durch Brücken 12 und 13, die
durch das Isoliermaterial hindurchgeführt sind, miteinander verbunden.
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Die in Fig. 2 gezeigte Maschine enthält einen Statorerreger, der einen
lamellierten magnetisierbaren Ring 15 auf einer Trägerplatte 2 enthält. Auf dem
Ring ist eine scheibenförmige Wicklung befestigt, welche die gleiche Gestalt wie
die Rotorwicklung der Maschine nach Fig. 1 hat, wobei aber Klemmen für die Stromzuführung
angebracht sind. Die Maschine nach Fig. 2 kann beispielsweise als Asynchronmotor
dienen, wobei dann der Rotor aus einem über einen ringförmigen Kranz ausgebreiteten
Käfiganker besteht. Der Rotor enthält radiale Leiter 16 in einem ringförmigen Träger
17, wobei vorausgesetzt wird, daß die Enden der Leiter 16 über Endringe so miteinander
verbunden sind, daß der Käfiganker in sich geschlossen ist.
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Die Ausbildung von Wicklungen aus Flachleitern, die grundsätzlich
bei derartigen Maschinen verwendet werden können, ist in den Halbansichten nach
Fig. 3 und 4 gezeigt. Bei der Anordnung nach Fig. 3 handelt es sich um eine Wellenwicklung
mit 41 Spulen für eine vierpolige Maschine. Jede Spulenseite besteht aus einem radialen
Sektor 20, der an beiden Enden in geneigte Fortsätze 21. und 22 übergeht, die auch
gekrümmt sein können und ihrerseits in sektorförmigen Kontaktstücken 23 und 24 enden.
Bei der Anordnung nach Fig. 4 handelt es sich um eine Schleifenwicklung mit 40 Spulen
für eine vierpolige Maschine. Jede Spulenseite besteht aus einem radialen Sektor
30, der an beiden Enden in geneigte Ansätze 31 und 32 übergeht, die ihrerseits in
Kontaktstücken 33 und 34 enden. In beiden Fällen sind die Spulenseitenanordnungen
auf beiden Seiten des Trägers identisch, doch sind die Richtungen der geneigten
Abschnitte auf der einen Seite umgekehrt wie auf der anderen Seite, wodurch der
gewünschte Wicklungsschritt bestimmt wird.
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Die geneigten Abschnitte bilden die Wickelköpfe; und es ist offensichtlich,
daß es erwünscht wäre, ihre Länge soweit wie möglich zu verringern: einerseits würden
dadurch die ohmschen Verluste in der Wicklung herabgesetzt, und andererseits wäre
der Anteil der bedeckten Flächen, bezogen auf gleiche Durchmesser, und damit der
Wirkungsgrad der Maschine vergrößert. In anderer Hinsicht ist es erwünscht, zur
Verbesserung des Spannungsverlaufs, insbesondere zur Beseitigung bestimmter Oberwellen,
den Wicklungsschritt derart zu verkürzen, daß gesehnte Spulen entstehen.
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Diese beiden Ziele werden dadurch erreicht, daß die nutzbaren Abschnitte
der aufgedruckten oder auf andere Weise gebildeten Flachleiter selbst geneigt werden.
Dadurch wird es ermöglicht, den Wicklungsschritt in jedem gewünschten Maße zu verkürzen,
gegebenenfalls bis zur Verkürzung um ein Drittel, die Wellenform zu verbessern,
bei gleichem Durchmesser des Trägers die nutzbaren Abschnitte der Leiter zu verlängern
und die ohmschen Verluste herabzusetzen. Ferner wird für den gleichen Raumbedarf
die Leistung der Maschine erhöht.
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Für den Fall, daß für die Wicklung Bürsten vorgesehen werden müssen,
ist bereits vorgeschlagen worden, die Bürsten auf einem der Kränze aus den geneigten
Wickelkopfabschnitten schleifen zu lassen. Es wäre an sich vorteilhafter, diese
Bürsten auf den aktiven Leiterabschnitten selbst schleifen zu lassen, wie in der
Darstellung nach Fig. 1 gezeigt ist, doch beeinträchtigt dies die Kommutation, wenn
die Leiter radial verlaufen. Wenn aber die aktiven Leiterabschnitte selbst geneigt
sind, kann mit dieser Anordnung der Bürsten eine einwandfreie Kommutation erreicht
werden.
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In Fig. 5 ist als Beispiel die Ausbildung einer Wellenwicklung gezeigt,
bei der die aktiven Leiterabschnitte in der angegebenen Weise geneigt sind, wobei
der Wicklungsschritt auf das für die betreffende Wicklung maximal zulässige Maß
verkürzt ist. In dieser Figur sind der Deutlichkeit wegen die Trennlinien zwischen
den Leitern für einen vollständigen Umlauf der Wicklung verstärkt.
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In Fig.6 und 7 sind Ausführungsbeispiele von Schleifenwicklungen gezeigt,
bei denen die aktiven Leiterabschnitte gleichfalls geneigt sind; wobei in jedem
Schema eine Spule verstärkt dargestellt ist. Die Verkürzung des Wicklungsschritts
ist in dem Schema nach Fig. 6 gering und in dem Schema nach Fig. 7 gleich dem für
das betreffende Beispiel maximal zulässigen Maß.