DE1438291B2 - Rotierender scheibenanker fuer elektrische gleichstrommaschinen - Google Patents

Description

Punkt hinaus vermindert wird, wird es wiederum Scheibe haben, sollte die Größe der Kommutatoren

schwierig, die Dicke noch weiter heraufzusetzen und und Bürsten so klein wie möglich gehalten werden,

sie gleichwohl noch mit Hilfe dieser technischen Ver- um für die arbeitenden Leiter soviel nützlichen

fahren befriedigend herzustellen und auszubilden. Raum wie möglich zu gewährleisten, wie auch um die

Überdies ist es, falls sehr dünne Leiter, z. B. durch 5 Reibung zu vermindern. Diese Wechselbeziehung

Ätzen, auszubilden sind, nicht möglich, durch Benut- zwischen Bürsten- und Kommutatorgröße und Leiter-

zung einer entsprechend dickeren Kupferschicht länge weicht von derjenigen bei Motoren ab, wo die

einen Ausgleich zu bewirken. Vielmehr ist das Ge- herkömmlichen zylindrischen Kommutatoren benutzt

genteil der Fall. Weil die Ätzung zu einer Hinter- werden, weil in letzterem Falle die Fläche des Kom-

schneidungswirkung neigt, ist die übliche Regel, daß, io mutators dadurch vergrößert werden kann, daß seine

wenn die Leitungsdicke vermindert wird, das Ge- Länge vergrößert wird, ohne daß hierbei die Länge

wicht oder die Dicke der leitenden Schicht entspre- der Leiter des Rotors beeinträchtigt wird,
chend vermindert werden muß. Die entstehende Ver- Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung

minderung der Querschnittsfläche der Leiter erhöht darin, einen Gleichstrom-Scheibenankermotor mit

indessen ihren Widerstand pro Längeneinheit und 15 geringen geometrischen Abmessungen zu schaffen,

vermindert entsprechend den Leistungsgrad des Mo- der an übliche Batteriespannungen von 1,2 bis etwa

tors. 24 Volt angeschlossen werden kann und hierbei ein

Sonach ist es, weil also die Leiterlänge vorrangig optimales Drehmoment erzeugt. Diese Aufgabe wird

ist, wichtig, Ausbildungen zu benutzen, bei denen die bei einem Scheibenanker der eingangs genannten Art

zur Verfügung stehende Fläche der Scheibe aufs 20 dadurch gelöst, daß die Gesamtheit der aktiven radia-

wirksamste ausgenutzt wird. len Ankerleiter jeweils dicht parallel nebeneinander-

Ferner ist bedeutsam, daß eine wichtige Anwen- liegend zu drei Sternarmen angeordnet sind, daß die dung von mit gedruckter Schaltung ausgestatteten jeweils zur Spiralwindung ergänzenden Ankerleiter Motoren insbesondere kleiner Größe bei tragbaren peripher verlaufen und die drei auf der einen Schei-Vorrichtungen und Geräten liegt, die Batterien ver- 25 benseite liegenden freien Endpunkte der Spiralwinhältnismäßig niedriger Spannung, in manchen Fällen düngen jeweils zu einer Kollektorlamelle und die drei nur eine einzige Zelle, enthalten. Beispielsweise ist auf der anderen Scheibenseite liegenden freien Endbei vielen auf dem Markt befindlichen Batterien die punkte der Spiralwindungen an einen gemeinsamen niedrigste zur Verfügung stehende Spannung leitenden Ring angeschlossen sind.
1,2VoIt. Weitere übliche Batteriespannungen sind 30 Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß sie 1,5, 2, 12, 24VoIt. Es ist nun erwünscht, mit ge- einen mit gedruckter Schaltung ausgestatteten Rotor druckter Schaltung ausgestattete Motoren zu schaffen, für Gebrauch in kleinen Gleichstrommotoren schafft, die Spannungs- und Strombedingungen haben, die der für einen Betrieb mit größerer Eingangsklemmenauf die Spannung und den Strom zugeschnitten sind, spannung geeignet ist und leistungsfähiger als bisheden handelsübliche Zellen oder Batterien liefern. Es 35 rige, mit gedruckter Schaltung ausgestattete Motoren ist außerdem erwünscht, mit gedruckter Schaltung vergleichbarer Größe ist. Ein Teil dieser Verbesse ausgestattete Motoren zu schaffen, die solchen Span- rung wird durch eine Gestaltung erzielt, die einen nungs- und Strombedingungen genügen und kleine größeren Anteil der Oberfläche des Rotors zu einer Größen haben. Ein bisher bei einigen der kleineren, brauchbaren Benutzung befähigt. Eine weitere Quelle mit gedruckter Schaltung ausgestatteten Motoren be- 40 der Verbesserung liegt bei gewissen Ausführungsforstehendes Problem lag darin, daß die an ihren Ein- men darin, daß während des Betriebes Strom, der von gangsklemmen verlangte Spannung zu niedrig war (in einem Kommutatoreingangssegment durch den Momanchen Fällen niedriger als sogar die aus einer ein- tor hindurch zu einem Kommutatorausgangssegment zigen Zelle verfügbare Spannung) und daß ihr fließt, eine größere Anzahl Windungen durchläuft. Strombedarf zu hoch war, um passende, handelsüb- 45 Auf diese Weise kann der Strom bei gewissen Komliche Kraftquellen benutzen zu können. Des weiteren mutatorstellungen in ein gegebenes Kommutatorsegist auch erwünscht, einen mit gedruckter Schaltung ment eintreten, eine Windung an einer Seite des Roausgestatteten Motor zu schaffen, der für eine gege- tors durchlaufen, von Oberfläche zu Oberfläche bene Eingangsspannung kleiner als die bisher verfüg- durch den Rotor hindurch zur entgegengesetzten baren Motoren ist. 5° Seite gelangen, eine erste Windung an dieser entge-

Sodann ist auch ein Problem, daß bei bisher be- gengesetzten Seite durchlaufen, sodann eine zweite

kannten, mit gedruckter Schaltung ausgestatteten Mo- Windung an dieser Seite, um hierauf zur ersten Seite

toren bestimmte weitere Umstände hinsichtlich der zurückzukehren und noch eine weitere Windung an

Kommuierwirkung bestanden, die den Leistungsgrad der ersten Seite zu durchlaufen, so daß er insgesamt

der Motoren herabzusetzen suchten. Um das Bestre- 55 vier solcher Windungen durchlaufen hat, bevor er

ben der Kommutatorbürsten möglichst zu vermin- den Rotor durch das zweite Kommutatorsegment ver-

dern, daß es nämlich zu einer unerwünschten Über- läßt.

brückung von einem Kommutatorsegment zum nach- Indem eine größere wirksame Arbeitslänge der reisten kommt, waren die Bürsten verhältnismäßig hengeschalteten Leiter geschaffen wird, bewirkt die schmal; bei bisherigen typischen Rotorausbildungen 60 Ausbildung des neuen Rotors eine höhere Gegenerzeugten jedoch große Ströme durch die verhältnis- EMK, wodurch ein Motor geschaffen wird, der bei mäßig schmalen Bürsten hohe Stromdichten in den- einer höheren Betriebsspannung als bisherige Motoselben, was zu einer raschen Erosion der Bürsten und ren arbeiten kann, während andere Faktoren die gleider Kommutatoren sowie zur Herabsetzung des chen sind.
Drehmoments führte. 65 Der Motor nach der vorliegenden Erfindung hat

Bei Motoren mit scheibenförmigen Rotoren, die mithin viele bedeutsame Vorteile, einschließlich nie-

Kommutatoren aus gedruckter Schaltung aufweisen drigeren Kosten, einem hohen Betriebswirkungsgrad

und die Windungen an der einen Oberfläche der aus einer praktisch und sofort verfügbaren Kraft-

quelle, einer geringeren Anzahl von Zwischenverbindungen und einem geringen Bestreben, während des Betriebes zu feuern.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 826 690 ist zwar schon eine Scheibenwicklung bekannt, bei der die Fläche vollständig mit der Wicklung bedeckt ist, jedoch handelt es sich dabei um eine Statorwicklung, die keiner Kommutatoren bzw. Schleifringe bedarf und der daher eine größere Scheibenfläche zur Verfügung steht. Bei dieser Anordnung ist außerdem nicht erkennbar, in welcher Weise die Wicklungselemente zusammengeschaltet sind.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung. Es zeigt

Fig. 1 einen Grundriß eines Gleichstrommotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei gewisse Teile weggebrochen und andere geschnitten dargestellt sind,

F i g. 2 einen Vertikalschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1,

F i g. 3 einen Grundriß einer Seite eines scheibenförmigen Rotors, der sich für die Ausführungsform der Erfindung nach F i g. 1 eignet,

Fig. 4 einen Grundriß der entgegengesetzten Seite des Rotors nach F i g. 3,

F i g. 5 eine schematische, perspektivische Darstellung der Einrichtung des elektrischen Schaltkreises am Rotor nach Fig. 3, wobei die Rotorscheibe in F i g. 5 aus Gründen größerer Deutlichkeit fortgelassen ist,

F i g. 6 einen Grundriß einer Seite eines scheibenförmigen Rotors gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 7 einen Grundriß der entgegengesetzten Seite des Rotors nach F i g. 6,

F i g. 8 eine teilweise auseinandergezogene Darstellung, zum Teil im Schnitt, von gewisssen Teilen des in F i g. 1 veranschaulichten Motors,

F i g. 9 eine verwundene gradlinige, perspektivische Darstellung der Anordnung von Kommutatorsegmenten und Windungen am Rotor nach F i g. 3, wobei die Rotorscheibe in dieser Figur aus Gründen größerer Deutlichkeit ausgelassen ist, und

Fig. 10 einen Schnitt, im allgemeinen nach den Linien 10-10 der Fig. 2, wobei ebenfalls gewisse Teile fortgelassen sind.

Die F i g. 1 bis 5 der Zeichnung lassen einen Gleichstrommotor erkennen, der einen dünnen, plattenartigen Rotor 12 hat, der am einen Ende einer Welle 13 gelagert ist. Der Rotor weist eine Stützscheibe 15 auf, die aus dielektrischem Material niedriger Permeabilität, z. B. aus Epoxyglas besteht.

Die Scheibe 15 ist an jeder ihrer Seiten mit einem elektrischen Schaltkreis versehen, der mit Hilfe der Technik gedruckter Schaltungen gebildet worden ist. Dieser Kreis weist drei Paare von spiralförmig angeordneten Rotorwindungen auf, die in Form eines Y verbunden sind. Sonach weist eine Scheibe der Seite (die in F i g. 4 veranschaulichte Seite) einen gedruckten leitenden Ring 17 auf, der die Welle 13 eng umgibt, sowie drei gedruckte Schaltkreiswindungen 20, 21 und 22, von denen je ein freier Endpunkt mit dem Leiter 17 verbunden ist. Diese Windungen laufen spiralig einwärts zu Verbindungsstellen 23 bzw. 24 bzw. 25.

An der entgegengesetzten Seite (F i g. 3) der Scheibe 15 sind drei als gedruckter Schaltkreis ausgeführte Windungen 30, 31 und 32 vorgesehen, die im allgemeinen ähnlich oder gleich den Windungen 20, 21 und 22 angeordnet, aber an ihren freien Endpunkten mit drei Kommutatorsegmenten 35, 36, 37 verbunden sind. Die Windungen 30, 31 und 32 sind im wesentlichen den Windungen 20, 21 und 22 überlagert und laufen in denselben Drehrichtungen einwärts zu Anschlußstellen 40, 41 und 42. Die Anschlußstellen 23 und 40 für die entgegengesetzten Windungen 20 und 30 sind mittels eines leitenden Zweiges 45 (F i g. 5 und 9) elektrisch miteinander verbunden, der sich unmittelbar durch die isolierende Scheibe 15 an einer Stelle zwischen der Mitte der Scheibe und dem Scheibenumfang hindurch erstreckt. In gleicher Weise im Abstand zueinander angeordnete leitende Zweige 46 und 47 dienen der Verbindung der Anschlußstellen 24 und 41 für die entgegengesetzten Windungen 21 und 31 und der Verbindungsstellen 25 und 42 für die entgegengesetzten Windungen 22/32.

Bei dieser Anordnung besteht ein elektrisch leitender Pfad vom Ringleiter 17 über ein paar Windungen am Rotor zu jedem Kommutatorsegment 35, 36 und

37. Einer dieser Pfade erstreckt sich vom Ringleiter durch die Windung 20 zur Anschlußstelle 23 an einer Seite der Scheibe, und dann längs des Zweiges 45 zur Verbindungsstelle 40 an der entgegengesetzten Seite der Scheibe, worauf er durch die Windung 30 hindurch zum Segment gelangt. Ein zweiter Pfad läuft vom Ringleiter durch die Windung 21 hindurch zur Verbindungsstelle 24, längs des Zweiges 46 zur Verbindungsstelle 41 an der entgegengesetzten Seite der Scheibe, und weiter durch die Windung 31 hindurch zum Segment 36. Der dritte Pfad erstreckt sich vom Ringleiter durch die Windung 22 hindurch, weiter über die Anschlußstelle 25, den Zweig 47, die Anschlußstelle 42 und die Windung 32 zum Segment 37.

Die Windungen und Oberfläche-zu-Oberfläche-Zweige an der Rotorscheibe 15 sind daher so angeordnet, daß für jedes entgegengesetzte Windungspaar ein einziger Zweig vorgesehen ist.

Jede Windung hat die Form einer zusammenhängenden, ebenen geometrischen Figur, wobei die Windungen 20, 21 und 22 in einer einzigen flachen Ebene an einer Außenfläche der Scheibe 15 liegen, während die Windungen 30, 31 und 32 in einer einzigen flachen Ebene an der entgegengesetzten Scheibenaußenfläche liegen. Die Windungen haben jeweils im wesentlichen dreieckige Gestalt, wobei Teile davon radial verlaufen und in ihrer Gesamtheit zu drei Steuerarmen angeordnet sind. Auf diese Weise nähert sich die Gestalt jeder Windung einem spiralig einwärts verlaufenden gleichschenkeligen Dreieck, wobei die Seiten in radialer Richtung vom Mittelteil der Scheibe weg verlaufen, während sich die Basis über einen gebogenen Pfad parallel zum Scheibenumfang erstreckt. Die Anordnung ist derart, daß bei einer richtigen Ausnutzung des an den Scheibenoberflächen verfügbaren Raumes ein beträchtlicher Teil jeder Windung radial verläuft; die Gründe hierfür werden weiter unten einleuchten. Die besondere Windungsgestaltung ermöglicht, zusammen mit der Anwendung eines einzigen Verbindungszweiges für jedes Windungspaar, die Anordnung einer größten Windungsanzahl für einen Rotor gegebener Größe.

Koaxial gelagert befindet sich unter Abstand, aber

der Seite des Rotors 12 zugewandt, die den Ringleiter 17 aufweist, ein permanent magnetisierter Stator 50 (F i g. 2 und 10). Der Stator hat ringförmige Gestalt und einen Außendurchmesser, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Rotors ist. Die Dicke des Stators ist, obwohl sie größer als diejenige des Rotors ist, beträchtlich kleiner als der Statordurchmesser.

Der Statormagnet 50 besteht aus einem Ferrit-Material mit hoher Koerziv-Kraft und niedriger Permeabilität. Ein für diesen Zweck befriedigendes Material ist Bariumferrit, BaFe₁₉O₁₉. Dieses Material ist magnetisch »hart« und hat eine hohe Koerziv-Kraft von etwa 1600 Oersted. Die Permeabilität des Materials ist niedrig und annähernd gleich derjenigen von Luft.

Wie Fig. 10 am besten zeigt, weist der Statormagnet dauerrriagnetisierte Teile oder Bereiche 52 und 53 auf, die einen magnetischen Fluß hervorrufen, der sich in einer Richtung parallel zur gemeinsamen Achse des Stators und des Rotors erstreckt. Diese Teile sind in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert, wobei der eine Nord-(N)-Polarität und der andere Süd-(S)-Polarität hat. Das Magnetmaterial, das eine hohe Koerzitiv-Kraft hat, ermöglicht die Ausrichtung der entgegengesetzt gepolten Bereiche 52 und 53 in enger Nachbarschaft zueinander. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 10 erstreckt sich jeder Bereich vorteilhafterweise über einen Bogen von im wesentlichen 180° des Magnetumfangs, wie es in dieser Figur durch die von den N- und S-Polen wegführenden Pfeile schematisch angedeutet wird. Bei anderen Anordnungen und Einrichtungen können die magnetisierten Bereiche weiter voneinander entfernt sein und einen kleineren Bogen, z. B. von 120°, beschreiben. Außerdem braucht der Statormagnet bei gewissen Ausführungsformen nicht ringförmig zu sein, sondern kann beispielsweise die Form von zwei im Abstand zueinander angeordneten, entgegengesetzt magnetisierten Teilen oder Abschnitten haben, von denen jeder z. B. 120° breit ist. Der Statormagnet 50 wird von einer im wesentlichen quadratischen Lagerplatte 55 (F i g. 2) aus magnetisch weichem Material, wie z. B. kaltgewalztem Stahl, getragen, die mit einer axial angeordneten Lagereinrichtung 56 versehen ist, durch die die Rotorwelle 13 sich hindurcherstreckt. Eine quadratische Deckplatte 60, ebenfalls aus magnetisch weichem Material, ist z. B. durch Eckzapfen 62 irrt Abstand zur Platte 55 und ebenso auch im Abstand zum Rotor 12 gehalten, und zwar an derjenigen so Seite desselben, die entgegengesetzt zu der Seite liegt, die dem Stator 50 benachbart ist.

Die Platte 60 ist innen mit einer länglichen Öffnung 64 versehen, die sich aus unmittelbarer Nähe der Kommutator-Segmente 35, 36 und 37 am Rotor nach außen zu einem Rand der Platte erstreckt. Ein Isolierteil 65 ruht zweckentsprechend innerhalb der Öffnung 64 und nimmt zwei Bürsten 67 und 68 auf, die parallel zur Motorwelle 13 ausgerichtet sind. Die Bürsten werden von Blattfedern 70 bzw. 71 getragen, die der Vorbelastung der Bürsten dienen. Ein Gehäuseteil 73 umschließt teilweise die Bürsten und deren Blattfedern und ist mittels einer Maschinenschraube 74 am Teil 65 angebracht.

Die Bürsten 67 und 68 sind elektrisch mit einer (nicht veranschaulichten) Batterie oder mittels Leitern 75 und 76 mit einer anderen Gleichstromquelle verbunden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 2 ist die Querschnittsfläche jeder Bürste verhältnismäßig groß, und die Bürstenbreite ist wesentlich größer als der Abstand zwischen benachbarten Kommutator-Segmenten. Bei dieser Anordnung ist die Stromdichte in den Bürsten für eine Batterie gegebener Größe vergleichsweise klein, wodurch die schädlichen Wirkungen der Bürstenerosion, des Feuerns usw. weitgehend vermieden werden.

Der Magnetfluß aus dem dauermagnetisierten Statormagnet 50 folgt einem Pfad verhältnismäßig hohen magnetischen Widerstands, der von dem Statorteil 52 ausgeht und über den Luftspalt zwischen dem Magnet 50 und dem Rotor 12, sodann über den benachbarten Teil des Rotors und durch den Luftspalt zwischen dem Rotor und der Deckplatte 60 verläuft. Der Flußpfad läuft dann über die Deckplatte 60 zu der dem magnetisieren Statorteil 53 entgegengesetzten Stelle, durchsetzt den Luftspalt zwischen dem Deckel und dem Rotor, verläuft weiter durch den Rotor und dann durch den Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Teil 53 zu diesem Teil. Hierauf kehrt der Fluß durch die Lagerplatte 55 hindurch zum Teil 52 zurück.

Der axiale Abstand zwischen der Deckplatte 60 und dem Statormagnet 50 ist im Vergleich zur Magnetdicke klein (in F i g. 2 ist dieser axiale Abstand zu Zwecken größerer Deutlichkeit übertrieben dargestellt). Wie früher angegeben, hat das Magnetmaterial eine Permeabilität, die annähernd derjenigen von Luft gleicht. Der gesamte magnetische Widerstand des magnetischen Kreises ist im wesentlichen gleich der Summe aus dem vergleichsweise großen magnetischen Widerstand des Magneten 50 und dem verhältnismäßig kleinen magnetischen Widerstand des Luftspaltes zwischen dem Magnet und der Deckplatte. Sonach rufen Änderungen des Abstandes zwischen dem Stator und dem Rotor eine äußerst kleine prozentuale Änderung des gesamten magnetischen Widerstandes hervor.

Bei Anlegung einer Gleichspannung an die isolierten Leiter 75 und 76 fließt Gleichstrom von den Bürsten 67 und 68 durch gewisse Kommutator-Segmente und Windungen auf dem Rotor 12, wodurch ein magnetischer Fluß erzeugt wird, der parallel zur gemeinsamen Achse der Rotorscheibe und des Stators 50 und somit parallel zu dem vom Stator erzeugten Fluß verläuft. Die Wechselwirkung zwischen dem Rotor- und dem Statorfeld ruft eine Drehung hervor. Wenn der Rotor Geschwindigkeit annimmt, zeigt er ein Bestreben, sich nach außen abzuplatten, wodurch die Gegenwirkungen der Änderungen des Luftspaltes zwischen dem Rotor und dem Stator weiter vermindert werden.

Der an den Motor angelegte Gleichstrom folgt einem Pfad von der Batterie zum Leiter 75 und der Bürste 67. Bei einigen Kommutatorstellüngen fließt der Strom von dieser Bürste zu einem der Kommutator-Segmente 35, 36 oder 37 am Rotor und dann durch vier der Rotorwindungen hindurch, bevor ein weiteres der Kommutator-Segmente, die Bürste 68 und den Leiter 76 zur Batterie zurückkehrt. Sonach fließt während der Zeit, wo sich die Bürsten 67 bzw. 68 beispielsweise mit den Kommutator-Segmenten 35 und 36 in Berührung befinden, der dem Kommutator-Segment 35 zugeführte Strom durch die Windung 30 (F i g. 5) zur Verbindungsstelle 40 an einer Seite der Rotorscheibe, über den leitenden Zweig 45 zur Verbindungsstelle 23 an der entgegengesetzten Seite der

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Scheibe durch die Windung 20, den Ringleiter 17 und die Windung 21 hindurch zur Verbindungsstelle 24 an dieser letzteren Scheibenseite, zurück durch den leitenden Zweig 46 zur Verbindungsstelle 41 an der ersten Seite der Scheibe und dann durch die Windung 31 zum Kommutator-Segment 36 und der Bürste 68.

Der durch die vier in Reihe geschalteten Windungen 30, 20, 21 und 31 fließende Strom wirkt mit dem Magnetfeld des Stators 50 zusammen und erzeugt ein hohes Drehmoment zum Antrieb des Rotors. Außerdem liefert die größere effektive Länge der in Reihe geschalteten Windungen eine hohe Gegen-EMK und ermöglicht somit einen Betrieb des Motors bei einer an die Bürsten angelegten erhöhten Spannung.

Wenn der Rotor umläuft, überbrücken die Bürsten 67 und 68 abwechselnd benachbarte Paare der Kommutator-Segmente 35, 36 und 37. Der Strom fließt während dieser Überbrückungswirkung von einer der Bürsten durch einen Kreis hindurch, der die überbrückten Segmente, die zugehörigen parallelen Paare der in Reihe geschalteten Rotorwindungen und das dritte in Reihe geschaltete Windungspaar enthält.

Wie zuvor dargetan, werden sowohl der Rotor als auch der Stator aus Materialien niedriger Permeabilitat gefertigt. Der vergleichsweise hohe magnetische Widerstand des magnetischen Kreises vermindert die Selbstinduktion der Rotorwindungen und setzt hierdurch die schädlichen Wirkungen des Feuerns, der Radiofrequenzstörungen u. dgl. weitgehend herab. Während des Betriebes des Motors wird der Kreis für jedes aufeinanderfolgende Windungspaar augenblicklich geöffnet, wenn sich das Kommutator-Segment für diese Windungen aus der Berührung einer der Bürsten heraus bewegt. Die verminderte Induktanz in den Windungen dient jedoch der weitestgehenden Verminderung der induktiven Gegenwirkung. Als Folge hiervon können die Rotorwindungen in Y-Form angeschlossen werden, mit allen zugehörigen Vorteilen, ohne die unerwünschten Effekte einer hohen induktiven Gegenwirkung.

Der durch die radial verlaufenden Teile der Rotorwindungen fließende Strom schneidet unmittelbar quer durch den den Rotor durchsetzenden Statorfluß hindurch. Durch Anordnung einer wesentlichen Anzahl dieser radialen Windungsteile wird das wirksame Drehmoment am Rotor weiter erhöht.

Bei gewissen vorteilhaften Ausführungsformen wird der Rotor 12 auf der Welle 13 so gelagert, daß sich der Rotor in allen Betriebszuständen in genauem 5" Gleichgewicht befindet. Demgemäß wird, wie F i g. 8 am besten erkennen läßt, eine Lagerhülse 77 zweckentsprechend an der Welle befestigt, während der Rotor mit einer Stirnfläche dieser Lagerhülse, wie bei 78, verklebt oder verkittet wird. Bevor dieses Bindemittel erhärtet, wird die Welle mit hoher Geschwindigkeit gedreht. Die Zentrifugalkräfte am Rotor dienen dazu, ihn rechtwinklig zur Welle auszurichten mit dem Ergebnis, daß bei Betrieb des Motors die auf den Rotor wirkenden Kräfte gleichmäßig und richtig ausgewogen sind.

Die F i g. 6 und 7 veranschaulichen einen abgewandelten Rotor 80 gemäß der Erfindung. Der Rotor gleicht im allgemeinen dem oben geschilderten Rotor 12 und weist eine Stützscheibe auf, die mit in Y-Form angeschlossenen gedruckten Schaltkreiswindungen versehen wird, die in zwei parallelen Ebenen an entgegengesetzten Scheibenaußenflächen angeordnet werden. Die die verschiedenen Windungen des Rotors 80 bildenden Leiter sind jedoch wesentlich breiter als diejenigen des Rotors 12. Außerdem sind die Windungen an derjenigen Seite des Rotors 80, die entgegengesetzt der die Kommutator-Segmente aufweisenden Seite ist, durch einen Ringleiter 85 miteinander verbunden, der um den Umfang der Scheibe herumreicht, statt sich nahe dem Mittelteil der Scheibe zu befinden. Ein Vorteil der Anordnung nach den F i g. 4 und 5 ist, daß nahe der Mitte der Ringseite der Scheibe für die Windungen mehr Raum verfügbar ist. Demgemäß läßt sich für eine gegebene Motorgröße die Anzahl der einzelnen Windungen jeder Wicklung vermindern.

Bei der Herstellung der in der Zeichnung veranschaulichten Rotoren 12 und 80 können die leitenden Teile an den zwei Seiten der Rotorscheibe aus einem Paar Kupferbleche gebildet sein, wobei eines an jeder Seite der Scheibe, durch isolierendes Material getrennt, angeordnet ist. Auf diese Weise sind die Kommutatoren, Windungen und Zwischenverbindungen an einer Seite aus einem Kupferblech gebildet, während die Windungen und Zwischenverbindungen an der anderen Seite aus einem anderen Kupferblech bestehen.

Wie schon geschildert, sind Vorteile vorhanden, wenn der Rotor so ausgebildet wird, daß die Anzahl der reihenschaltenden Oberfläche-zu-Oberfläche-Zwischenverbindungen vermindert wird. Die hier geschilderten Rotoren ermöglichen die Anwendung vonOberfläche-zu-Oberfläche-Zwischenverbindungen auf kleinen Rotorflächen. Beispielsweise sieht man gemäß den F i g. 3 und 5, daß Oberflächezu-Oberfläche-Zwischenverbindungen bei diesem besonderen Rotorbeispiel nur in drei kleinen Flächen vorgesehen sind: nämlich den Bereichen der Verbindungsstellen 40, 41 und 42. Sonach ist die Anzahl der — drei — Zwischenverbindungsflächen gleich der Anzahl der — drei — Paare entgegengesetzter Windungen. In einigen Fällen können Vorteile vorhanden sein, wenn bei jedem dieser Zwischenverbindungsbereiche mehr als ein einziger Oberflächezu-Oberfläche-Verbindungszweig vorgesehen wird. Beispielsweise können zwischen den Verbindungsstellen 41 und 24 nicht ein einziger Verbindungszweig 46, sondern eine Mehrzahl solcher Zweige, beispielsweise drei, parallel geschaltet vorgesehen werden.

Sonach ist innerhalb des kleinen Bereiches, der von dem im allgemeinen geschlossenen geometrischen Muster oder der ebenflächigen geometrischen Figur einer gegebenen Windung umschlossen wird, eine einzige Zwischenverbindungsfläche vorhanden.

Es versteht sich, daß die Anwendung einer Mehrzahl von parallelen Verbindungszweigen in einem gegebenen Zwischenverbindungsbereich von den Anordnungen abweicht, bei denen eine große Anzahl reihengeschalteter Zwischenverbindungen vorgesehen war; bei den letzterwähnten Anordnungen erzeugt eine einzige unvollständige Verbindung tatsächlich einen offenen Kreis, weil sie alle in Reihe geschaltet sind. Andererseits dienen, wenn eine der mehreren parallelen Verbindungen zufällig unvollständig ist, die anderen der Aufrechterhaltung eines leitenden Pfades.

Die Verbindungszweige können auf die verschiedenste Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann die Rotorscheibe bei einer zufriedenstellenden Tech-

nik mit einem Oberflächen-zu-Oberflächen-Loch an jeder Stelle versehen werden, wo ein Zweig gebildet wird, während das Loch mit Kupfer oder einem anderen elektrisch leitenden Material plattiert wird. Die verschiedenen Windungen werden dann in der oben geschilderten Weise gebildet, mit passenden Verbin-

dungssteilen in Berührung mit den plattierten Löchern. Bei einer weiteren technischen Herstellungsart wird jedoch jedes Loch in der Scheibe mit einer Kupferöse, Schlaufe od. dgl. versehen, die an entgegengesetzten Enden an die entsprechenden Verbindungsstellen an den Windungen angelötet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Rotierender Scheibenanker für elektrische Gleichstrommaschinen mit auf beiden Scheiben-Seiten befindlichen ebenen Wicklungen nach Art gedruckter Schaltungen, von denen jeweils ein Wicklungselement vom zentralen Scheibenbereich in Spiralform zu einer exzentrischen Stelle der Scheibe führt, die Wicklungen paarweise auf beiden Scheibenseiten gleichliegend zueinander angeordnet und die gleichliegenden exzentrischen Anschlüsse von der einen Scheibenseite zu der anderen Scheibenseite miteinander verbunden sind und die freien, zentral gelegenen Enden dieser Wicklung zu Schaltverbindungen führen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit der aktiven radialen Ankerleiter jeweils dicht parallel nebeneinanderliegend zu drei Sternarmen angeordnet sind, daß die jeweils zur Spiralwindung (20, 21, 22) ergänzenden Ankerleiter peripher verlaufen und die drei auf der einen Scheibenseite liegenden freien Endpunkte der Spiralwindungen (20, 21, 22) jeweils zu einer Kollektorlamelle (35, 36, 37) und die drei auf der anderen Scheibenseite liegenden freien Endpunkte der Spiralwindungen an einen gemeinsamen leitenden Ring angeschlossen sind.

2. Rotierender Scheibenanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nicht mehr als eine Kollektorlamelle für jedes Paar von Spiralwindungen an der Scheibe vorgesehen ist.

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf rotierende Scheibenanker für elektrische Gleichstrommaschinen mit auf beiden Scheibenseiten befindlichen ebenen Wicklungen nach Art gedruckter Schaltungen, von denen jeweils ein Wicklungselement vom zentralen Scheibenbereich in Spiralform zu einer exzentrischen Stelle der Scheibe führt, die Wicklungen paarweise auf beiden Scheibenseiten gleichliegend zueinander angeordnet und die gleichliegenden exzentrischen Anschlüsse von der einen Scheibenseite zu der anderen Scheibenseite miteinander verbunden sind und die freien, zentral gelegenen Enden dieser Wicklungen zu Schaltverbindungen führen.

Ein derartiger Anker ist bekannt (USA.-Patentschrift 2 847 589). Bei ihm sind jedoch zur Bildung einer mittelpunktsfreien Verschaltung der einzelnen Wicklungselemente auch die Schaltverbindungen beider Ankerscheibenseiten durch die Scheibe hindurch miteinander verbunden. Hierdurch und auf Grund der Wicklungsform des bekannten Ankers, die im wesentlichen kreisförmig ist, wird keine optimale Flächenausnutzung erzielt. Bei nicht optimaler Flächenausnutzung stehen weniger Ankerleiter zur Verfügung. Darüber hinaus sind bei dem bekannten Anker die radialen Ankerleiterteile, die allein wesentlich zur Momentenbildung beitragen, zu wenig zahlreich und zu kurz, um ein starkes Moment und auch einen guten Wirkungsgrad zu ermöglichen.

Infolge der mittelpunktsfreien Verschaltung ist der Leitungsweg zwischen den mit dem Bürsten verbundenen Schaltelementen relativ klein, so daß der bekannte Scheibenanker auch nur mit sehr niedriger Spannung betrieben werden kann.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 010 914 ist bereits ein Scheibenanker mit drei Wicklungselementen bekannt, die zu einer Sternschaltung verbunden sind. Bei diesem Anker sind die Wicklungen jedoch nicht in gedruckter Technik ausgeführt, und außerdem ist auch bei diesen Wicklungen der Anteil der aktiven Ankerleiter verhältnismäßig klein, so daß sich bei Verwendung der Sternschaltung zwar mit einer größeren Spannung arbeiten läßt als mit einer mittelpunktsfreien, z. B. Dreieckschaltung, jedoch nur ein geringes Moment zu erzielen ist.

Bei anderen bisher bekannten Rotoren mit gedruckter Schaltung (Elektro-Welt, 5. Jahrgang, 1960, Ausgabe C, Nr. 4, S. 83 und 84) wurde eine tragende Scheibe aus Isoliermaterial vorgesehen, mit Anschlüssen von einer Oberfläche der Scheibe zur andern, um hierdurch zusammengesetzte Windungen zu bilden, die auf den beiden Oberflächen der Scheibe verteilt sind. Bei einigen Vorschlägen war eine große Anzahl solcher Verbindungen bis in die Hunderte vorhanden.

Eine große Anzahl solcher Zwischenverbindungen ist jedoch aus zahlreichen Gründen unerwünscht, zu denen auch die Kosten der Herstellung und der Umstand gehören, daß sie den Bereich der Scheibe, der für ein Drehmoment erzeugende Leiter verfügbar ist. vermindern. Außerdem ist, je größer die Anzahl von reihengeschalteten Zwischenverbindungen ist, desto größer auch die Wahrscheinlichkeit, daß ein gegebener Rotor einen Fehler hat; demzufolge können die Ausschußzahl und die Wartungskosten hoch sein.

Ein Problem besonderer Wichtigkeit bei Motoren mit gedrucktem Schaltkreis und der Ausbildung, daß die Rotorleiter im wesentlichen in zwei Ebenen, entsprechend den zwei Oberflächen der Scheibe liegen, beruht darauf, daß es von einer gegebenen Schicht aus leitendem Material schwierig ist, eine Gesamtlänge der Leiter vorzusehen, die so groß ist, wie sie gewünscht wird. Das läßt sich besser verstehen, wenn man sich vergegenwärtigt, daß bei anderen Arten von Rotoren, bei denen Leiter aus isoliertem Draht benutzt werden, die zu einer Spule aufgewunden sind, viele Lagen der Leiter übereinander angeordnet werden können, ohne daß die Gefahr besteht, daß eine Windung eine andere Windung kurzschließt. Bei gewissen Ausführungsformen von Rotoren mit gedruckter Schaltung können jedoch tatsächlich nur zwei Lagen von Windungen, eine auf jeder Oberfläche der Scheibe, vorhanden sein. Hieraus ist ersichtlich, daß die Beschränkung auf zwei solche Windungslagen praktisch einer Beschränkung auf die gesamte Länge der die Windungen bildenden Leiter entspricht.

Um nun den Vorteil der Bildung der Windungen aus einer Schicht aus leitendem Material mit Hilfe der Technik gedruckter Schaltungen od. dgl. zu gewinnen, muß man praktisch eine gewisse Beschränkung hinsichtlich der Querschnittsfläche der Leiter hinnehmen. Um ein größeres Drehmoment hervorzurufen, ist indessen erwünscht, daß der Rotor eine große Anzahl Windungen seiner Leiter aufweist. Praktisch treten jedoch Probleme auf, wenn man versucht, die Windungszahl über einen gewissen Punkt hinaus zu erhöhen, weil je mehr Windungen vorhanden sind, die aus einem gegebenen Kupferblech gewonnen werden, desto dünner die Leiter sein müssen. Und wenn die Dicke der Leiter über einen gewissen