DE1197174B

DE1197174B - Winding for an axial air gap AC machine

Info

Publication number: DE1197174B
Application number: DES75136A
Authority: DE
Original assignee: Societe dElectronique et dAutomatisme SA
Current assignee: Societe dElectronique et dAutomatisme SA
Priority date: 1960-08-03
Filing date: 1961-08-02
Publication date: 1965-07-22

Description

Wicklung für eine Axialluftspalt-Wechselstrommaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Wicklung für eine Axialluftspalt-Wechselstrommaschine, die durch doppelseitiges Bedrucken eines scheibenförmigen isolierenden Trägers in der Weise gebildet ist, daß jede Seite des Trägers im wesentlichen vollständig von flachen, nur durch isolierende Trennlinien voneinander getrennten Spulenseitenleitern mit etwa radialen, sektorförmigen aktiven Abschnitten und sich nach innen und außen anschließenden Wickelkopfabschnitten bedeckt ist, wobei die Wickelkopfabschnitte derart schräg zum Radius stehen, daß durch Verbindung ihrer auf beiden Seiten des Trägers einander gegenüberliegenden Enden der Wicklungsverlauf vervollständigt ist.Winding for an axial air gap alternating current machine The invention refers to a winding for an axial air gap AC machine that by double-sided printing of a disk-shaped insulating carrier in the Is formed in such a way that each side of the support is essentially entirely of flat, only with the coil side conductors separated from each other by insulating dividing lines approximately radial, sector-shaped active sections and extending inwards and outwards subsequent end winding sections is covered, the end winding sections are so inclined to the radius that by connecting their on both sides of the Supporting opposite ends of the winding path is completed.

Derartige Wicklungen sind besonders hinsichtlich der Herstellungtechnik von Vorteil, weil sie nach den bekannten Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen in einem leicht zu automatisierenden Arbeitsgang gefertigt werden können und die sonst üblichen manuellen Wickelarbeiten überflüssig machen. Es lassen sich praktisch alle Arten von Gleichstrom-, Wechselstrom- und Sonderwicklungen auf diese Weise fertigen.Such windings are special in terms of manufacturing technology advantageous because they are made according to the known process for manufacturing printed circuits can be manufactured in an easy-to-automate operation and the Eliminate the need for the usual manual winding work. It can be practical all kinds of DC, AC and special windings in this way manufacture.

Wechselstromwicklungen der eingangs angegebenen Art können als Läuferwicklungen dienen, wobei sie mit Schleifringen versehen sind, auf denen Bürsten schleifen. Die Wicklung ist dann drehbar in einem flachen Luftspalt angeordnet, der von zwei scheibenförmigen Ständerteilen begrenzt ist, von denen wenigstens eines einen Kranz von Erregerpolen trägt, während das andere gegebenenfalls nur aus einem Magnetjoch zu bestehen braucht. In den meisten Fällen werden solche Wechselstromwicklungen aber als Erregerwicklungen im Ständer der Maschine auf magnetischen Ringen angeordnet, die vorzugsweise wirbelstromfrei sind. Der Läufer kann dann eine ähnliche Wicklung mit Bürsten, Schleifringen oder Kollektoren enthalten, oder er kann eine Käfigwicklung enthalten.AC windings of the type specified at the outset can be used as rotor windings serve, they are provided with slip rings on which brushes grind. The winding is then rotatably arranged in a shallow air gap formed by two disc-shaped stand parts is limited, at least one of which is a wreath of exciter poles, while the other may only consist of a magnetic yoke needs to exist. In most cases such windings will be alternating current but arranged as excitation windings in the stator of the machine on magnetic rings, which are preferably free of eddy currents. The runner can then have a similar winding with brushes, slip rings or collectors included, or it can be a cage winding contain.

Ein wesentlicher Vorteil der Maschinen, bei denen derartige Wicklungen verwendet werden, beruht auf dem Fortfall der Nuten, wodurch die Verzerrung des Magnetfeldes beseitigt werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die Wärmeabfuhr von den unisolierten gedruckten Leitern sehr gut ist, so daß diese eine beträchtliche Stromstärke führen können. Weitere bemerkenswerte Vorteile sind der kompakte Aufbau sowie die dem Konstrukteur gebotenen Möglichkeiten der Herstellung von kleinen Maschinen mit einer großen Polzahl ohne schwierige Verdrahtung.A major advantage of the machines in which such windings used is based on the omission of the grooves, which reduces the distortion of the Magnetic field are eliminated. Another major advantage is that the heat dissipation from the uninsulated printed conductors is very good, so that these can carry a considerable current. Other notable benefits are the compact structure and the possibilities offered to the designer by the Manufacture of small machines with a large number of poles without difficult wiring.

Allerdings liegt bei den bekannten Maschinen mit derartigen Wicklungen die ganze Kupferdicke vollständig in dem magnetischen Luftspalt; daher ist zur Erzielung einer ausreichenden magnetischen Induktion in diesem Luftspalt eine beträchtliche magnetische Durchflutung erforderlich. Dies ist bei kleinen Leistungen ohne weiteres zulässig, um so mehr, als die Kupferdicke der gedruckten Leiter klein gegen die Kupferdicke ist, die bei nicht gedruckten Leitern für die gleichen Stromstärken erforderlich wäre. Wenn jedoch die Leistung vergrößert wird, muß die Kupferdicke verstärkt werden, und dies ist offensichtlich ein Nachteil, weil die Vergrößerung der Dicke die magnetische Induktion in dem Luftspalt vermindert und die Verluste erhöht. Es wäre daher erforderlich, den Magnetisierungsstrom in den Erregern zu vergrößern, wodurch der energetische Wirkungsgrad der Maschinen herabgesetzt wird.However, in the known machines with such windings all copper thickness completely in the magnetic air gap; therefore is to achieve a sufficient magnetic induction in this air gap a considerable magnetic flux required. This is straightforward for small services permissible, all the more so as the copper thickness of the printed conductor is small compared to the Copper thickness is that of non-printed conductors for the same amperage would be required. However, if the performance is increased, the copper thickness must be amplified, and this is obviously a disadvantage because of the magnification the thickness reduces the magnetic induction in the air gap and the losses elevated. It would therefore be necessary to increase the magnetizing current in the exciters increase, whereby the energetic efficiency of the machines is reduced.

Um diesen Nachteil wenigstens teilweise zu vermindern, ist es bereits bekannt, die Leiter aus einem zugleich magnetischen und leitenden Material, beispielsweise Eisen, herzustellen. In gewissen Fällen ist diese Lösung jedoch nicht vorteilhaft, weil der spezifische Widerstand derartiger Stoffe wesentlich höher als derjenige von Kupfer ist, wodurch die Verluste vergrößert werden.In order to at least partially reduce this disadvantage, it is already known, the conductors made of a magnetic and conductive material at the same time, for example Iron to manufacture. In certain cases, however, this solution is not advantageous, because the specific resistance of such substances is much higher than that of copper, which increases the losses.

Es ist andrerseits bereits bekannt, die Lücken zwischen den Stäben einer Käfigankerwicklung mit magnetischem Material auszufüllen. Der dadurch verursachte Kurzschluß benachbarter Leiterstäbe ist für eine Kurzschlußwicklung belanglos. Auf gedruckte Wechselstromwicklungen der eingangs angegebenen Art, die keine Kurzschlußwicklungen sind, sondern insbesondere Schleifen- oder Wellenwicklungen, ist diese Maßnahme nicht übertragbar, denn einerseits würden die benachbarten Wicklungsleiter durch das magnetische Material kurzgeschlossen, wenn dieses leitend ist, und andrerseits ist bei solchen Wicklungen üblicherweise die ganze Oberfläche des isolierenden Trägers mit Ausnahme der dünnen Trennlinien zwischen den Leitersegmenten mit Kupfer bedeckt, so daß kein Platz für das magnetische Material vorhanden wäre.On the other hand, it is already known, the gaps between the bars a squirrel cage winding to be filled with magnetic material. The one caused by it Short-circuiting adjacent conductor bars is irrelevant for a short-circuit winding. on printed alternating current windings of the initially specified Kind, which are not short-circuit windings, but in particular loop or wave windings, this measure is not transferable, because on the one hand the neighboring winding conductors short-circuited by the magnetic material if it is conductive, and on the other hand in such windings is usually the entire surface of the insulating support with the exception of the thin dividing lines between the conductor segments covered with copper, so that there would be no space for the magnetic material.

'Ver Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei gedruckten Wechselstromwicklungen der eingangs angegebenen Art durch zusätzliches Anbringen von Magnetmaterial eine effektive Verkleinerung des Luftspalts zu ermöglichen, ohne daß die normale Funktion der Wicklung beeinträchtigt wird.'The invention is based on the object, even with printed alternating current windings of the type specified by the additional attachment of magnetic material a to enable effective reduction of the air gap without affecting the normal function the winding is affected.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß jeder Spulenseitenleiter mit einem Ausschnitt geformt ist, der sich wenigstens über einen Teil des radialen aktiven Abschnitts erstreckt und keine der isolierenden Trennlinien berührt, und daß die Ausschnitte höchstens bis zur Höhe der freiliegenden Flächen der Spulenseitenleiter mit einem Magnetmaterial ausgefüllt sind.According to the invention this is achieved in that each coil side conductor is shaped with a cutout extending over at least part of the radial active section and does not touch any of the isolating dividing lines, and that the cutouts are at most up to the level of the exposed surfaces of the coil side conductors are filled with a magnetic material.

Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht also darin, in den Leitern selbst Ausnehmungen zu bilden, die mit dem Magnetmaterial gefüllt werden. Dadurch wird einerseits der für das Magnetmaterial erforderliche Platz geschaffen und andrerseits ein Kurzschluß der Leiter verhindert, selbst wenn das Magnetmaterial leitend ist, weil das Magnetmaterial jeweils nur mit einem einzigen Leiter in Kontakt steht. Die Verwendung von leitendem Magnetmaterial hat dann noch den Vorteil, daß der Wicklungswiderstand durch das Anbringen der Ausschnitte und die dadurch bedingte Querschnittsverminderung der Leiter nicht wesentlich vergrößert wird.The main idea of the invention consists in the ladders to even form recesses that are filled with the magnetic material. Through this the space required for the magnetic material is created on the one hand and on the other a short circuit of the conductors is prevented, even if the magnetic material is conductive, because the magnetic material is only in contact with a single conductor. The use of conductive magnetic material then has the advantage that the winding resistance by making the cutouts and the resulting reduction in cross-section the head is not increased significantly.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird zwar der bei den gedruckten Wicklungen grundsätzlich bestehende Vorteil der Nutenfreiheit in gewissem Grad aufgehoben, doch ist dies für Wechselstrommaschinen ohne Nachteil. Dagegen bleibt der bei solchen Wicklungen außerdem vorhandene Vorteil eines geringen Trägheitsmoments praktisch unverändert erhalten, weil für das zusätzlich eingebrachte Magnetmaterial eine entsprechende Kupfermenge entfällt.The measure according to the invention is indeed the case of the printed Windings, the existing advantage of the absence of grooves is canceled to a certain extent, but this is without disadvantage for AC machines. On the other hand, he stays with such Windings also have the advantage of a low moment of inertia Preserved unchanged, because a corresponding one for the additionally introduced magnetic material There is no copper quantity.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine Vorderansicht einer nach der Erfindung ausgebildeten Wellenwicklung, F i g. 2 eine Schnittansicht der Wellenwicklung von F i g. 1, F i g. 3 eine Vorderansicht einer nach der Erfindung ausgebildeten Schleifenwicklung und F i g. 4 eine Schnittansicht der Schleifenwicklung von F i g. 3.The invention is illustrated below with reference to the in the drawing Embodiments explained. In the drawing, F i g. 1 is a front view a wave winding designed according to the invention, FIG. 2 is a sectional view the wave winding of FIG. 1, Fig. 3 is a front view of one according to the invention formed loop winding and F i g. 4 is a sectional view of the loop winding from F i g. 3.

Die in der Zeichnung dargestellten Wicklungen können in den Läufern oder in den Ständern von elektrischen Axialluftspalt-Wechselstrommaschinen der bekannten Bauart verwendet werden. Die Zahl der Windungen und damit der Leiter pro Seite ist bei diesen Wicklungen nur als Beispiel angegeben und kann nach Wunsch geändert werden.The windings shown in the drawing can be in the rotors or in the stands of axial air gap electric alternating current machines of the known ones Design are used. The number of turns and therefore the conductor per side is only given as an example for these windings and can be changed as required.

Eine doppelseitig gedruckte Wicklung hat im allgemeinen die Form von zwei Sätzen von Spulenseitenleitern, die auf den beiden Seiten eines dünnen isolierenden Trägers 15 (F i g. 2 und 4) geformt sind. Die auf den beiden Seiten des Trägers angebrachten Sätze von Spulenseitenleitern haben die gleiche Ausbildung, doch sind die inneren geneigten Abschnitte 17 und die äußeren geneigten Abschnitte 16, die sich zu beiden Seiten an die etwa radialen Mittelabschnitte der Leiter anschließen, welche die aktiven Teile in dem Magnetfeld darstellen, von der gleichen Seite her gesehen entgegengesetzt geneigt. Diese Abschnitte (die gegebenenfalls auch gekrümmt sein können) verlaufen im Falle einer Wellenwicklung (F i g. 1) auf jeder Seite im inneren und im äußeren Kranz in der gleichen Richtung, während sie im Falle einer Schleifenwicklung (F i g. 3) entgegengesetzt geneigt sind. Die Zahl der Leiter pro Seite ist bei einer Wellenwicklung ungerade, bei einer Schleifenwicklung gerade, wie aus den Figuren zu erkennen ist. Die Endabschnitte der Spulenseitenleiter enden an äußeren Kontaktstücken 18 und inneren Kontaktstücken 19, die in zwei Ringen entlang dem Umfang des Trägers auf dem Isoliermaterial angebracht sind. Diese Kontaktstücke befinden sich auf den beiden Seiten des Trägers in Deckung, und die Verbindungen von der einen zur anderen Seite sind zwischen diesen Kontaktstücken durch den Träger hindurch gebildet, wie bei 20 für den äußeren Ring und bei 21 für den inneren Ring angedeutet ist. Diese Verbindungen sind beispielsweise durch Metallisierung von Löchern hergestellt, die durch die Kontaktstücke und das Isoliermaterial 15 verlaufen. Nach der Festlegung der Zahl der Spulenseitenleiter ergibt also die Bemessung der Neigungen der Endabschnitte der Leiter infolge der Verbindungen von der einen zur anderen Seite von selbst den elektrotechnischen Wicklungsverlauf.A double-sided printed winding is generally in the form of two sets of coil side conductors formed on either side of a thin insulating support 15 (Figs. 2 and 4). The sets of coil side conductors attached to the two sides of the carrier have the same design, but the inner inclined sections 17 and the outer inclined sections 16, which connect on both sides to the approximately radial middle sections of the conductors, which are the active parts in the Represent a magnetic field inclined in the opposite direction when viewed from the same side. In the case of a wave winding (FIG. 1), these sections (which may also be curved) run in the same direction on each side in the inner and outer ring, while in the case of a loop winding (FIG. 3) they run in the opposite direction are inclined. The number of conductors per side is odd for a wave winding, and even for a loop winding, as can be seen from the figures. The end sections of the coil side conductors end at outer contact pieces 18 and inner contact pieces 19, which are attached to the insulating material in two rings along the circumference of the carrier. These contact pieces are in congruence on the two sides of the carrier, and the connections from one side to the other are formed between these contact pieces through the carrier, as indicated at 20 for the outer ring and at 21 for the inner ring. These connections are made, for example, by metallizing holes that run through the contact pieces and the insulating material 15. After determining the number of coil side conductors, the dimensioning of the inclinations of the end sections of the conductors as a result of the connections from one side to the other automatically results in the electrotechnical winding course.

Bei den bisher üblichen Wicklungen dieser Art bestanden die Leiter ganz aus Kupfer oder auch aus Eisen, und ihre mittleren Abschnitte verliefen etwa radial und sektorförmig; diese Abschnitte wirkten in nutzbarer Weise mit dem Magnetfeld in dem Luftspalt zusammen, in dem sie lagen. Bei den dargestellten Wicklungen ist dagegen jeder mittlere Abschnitt jedes Spulenseitenleiters mit einem länglichen Ausschnitt 22 versehen, der beispielsweise ebenfalls etwa sektorförmig gestaltet ist und mit einem magnetischen Material gefüllt ist. Bei jedem Leiter ist also der mittlere Abschnitt in zwei Schenkel 23 und 24 unterteilt, welche diese magnetische Zunge 22 umgeben und sich gemeinsam an die Endabschnitte 16 und 17 anschließen. Es ist belanglos, ob die magnetische Zunge, die in den meisten Fällen elektrisch leitend ist, elektrisch mit den beiden Schenkeln des mittleren Abschnitts des Spulenseitenleiters verbunden ist oder nicht. Da das zuvor erläuterte Merkmal allen Wicklungsarten gemeinsam ist, sind in F i g. 1, 2 und 3, 4 die gleichen Bezugszeichen verwendet.In the windings of this type that were customary up to now, the conductors were made entirely of copper or iron, and their central sections were roughly radial and sector-shaped; these sections interacted in a usable manner with the magnetic field in the air gap in which they were located. In the illustrated windings, however, each middle section of each coil side conductor is provided with an elongated cutout 22, which is also approximately sector-shaped, for example, and is filled with a magnetic material. In the case of each conductor, the middle section is divided into two legs 23 and 24 , which surround this magnetic tongue 22 and jointly adjoin the end sections 16 and 17. It is irrelevant whether the magnetic tongue, which is electrically conductive in most cases, is electrically connected to the two legs of the central section of the coil side conductor or not. Since the previously explained feature is common to all winding types, FIG. 1, 2 and 3, 4 use the same reference numerals.

Der Schlitz kann gegebenenfalls mehr oder weniger weit in die geneigten Abschnitte der Spulenseitenleiter verlängert sein; dies steht im Belieben des Konstrukteurs. Wenn insbesondere die mittleren aktiven Abschnitte der Spulenseitenleiter mehr oder weniger mit den geneigten Abschnitten zusammenfallen oder die Spulenseitenleiter sogar zwischen den Kontaktstücken vollständig gekrümmt verlaufen, was gemäß einem älteren Vorschlag zur Vergrößerung der wirksamen Fläche in dem magnetischen Luftspalt und zur Verminderung der inaktiven Flächen der »Wickelköpfe« erfolgt, werden die Schlitze praktisch nahezu über die gesamte Länge der Spulenseitenleiter verlängert.The slot can optionally be more or less far into the inclined Sections of the coil side conductors can be extended; this is at the discretion of the designer. In particular, if the central active sections of the coil side conductors are more or less coincide with the inclined portions or the coil side conductors even run completely curved between the contact pieces, which according to a older proposal to increase the effective area in the magnetic Air gap and to reduce the inactive areas of the »winding heads«, the Slots practically extended over the entire length of the coil side conductors.

Zur Realisierung dieser Wicklungsausbildungen mit zwei Materialien kann so vorgegangen werden, daß zunächst entweder der Verlauf des Kupfers oder der Verlauf des Eisens aufgedruckt wird und daß das zweite Material anschließend angebracht wird. Beispielsweise können zunächst zwei dünne Ringe aus Eisen auf die beiden Seiten des Trägers aufgeklebt werden, und aus diesen Ringen können durch Lichtdruck die magnetischen Flächen 22 gebildet werden, worauf die blanken Teile des Isoliermaterials verkupfert werden, während das Eisen durch eine Maske geschützt wird; oder umgekehrt können zunächst zwei Ringe aus Kupfer aufgeklebt und dann durch Lichtdruck behandelt werden, worauf die Eisenzungen durch Aufkleben an den vom Kupfer befreiten Flächen angebracht werden (oder auch kolloidales Eisen auf diese Flächen aufgetragen wird).To implement these winding designs with two materials can be done in such a way that first either the course of the copper or the Course of the iron is printed and that the second material is then attached will. For example, put two thin rings of iron on either side of the carrier can be glued on, and from these rings the magnetic surfaces 22 are formed, whereupon the bare parts of the insulating material be copper-plated while the iron is protected by a mask; or the other way around two rings made of copper can first be glued on and then treated with collotype printing whereupon the iron tongues are glued to the surfaces freed from the copper attached (or colloidal iron is applied to these surfaces).

Claims

Claims: 1. Winding for an axial air gap AC machine, made by double-sided printing of a disk-shaped insulating substrate in is formed such that each side of the support is substantially entirely covered by flat coil side conductors separated from each other only by insulating dividing lines with approximately radial, sector-shaped active sections and extending inwards and outwards subsequent end winding sections is covered, the end winding sections are so inclined to the radius that by connecting their on both sides of the The end of the girder's opposite ends of the winding is completed, d a -characterized in that each coil side conductor is formed with a cutout which extends at least over a part of the radial section and none touches the isolating dividing lines, and that the cutouts are at most up to The height of the exposed surfaces of the coil side conductors is filled with a magnetic material are.

2. Winding according to claim 1, characterized in that the magnetic material is a homogeneous structure in every section.

3. Winding according to claim 1, characterized characterized in that the magnetic material consists of magnetic particles contained in an insulating material are embedded. Considered publications: German Patent Nos. 693 975, 700 201; French patent specification No. 1224 958; Magazine »Elektro-Welt«, 1960, pp.83/84; Magazine »Automatisme«, 1959, Pp. 107 to 113. Older patents considered: German Patent No. 1131788.