DE1488517C3

DE1488517C3 - Verfahren zur Änderung der Form einer auf dem Magnetkern einer elektrischen Maschine aufgebrachten Wicklung

Info

Publication number: DE1488517C3
Application number: DE1488517A
Authority: DE
Inventors: Clovis Emanuel Fort Wayne Ind. Linkous (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1964-11-30
Filing date: 1965-11-30
Publication date: 1974-02-21
Also published as: NL150961B; FR1456272A; DE1488517A1; NL6515212A; GB1099051A; SE312856B; DE1488517B2; BE673088A; US3333329A; ES320153A1

Description

Es ist bekannt, daß es bei der Herstellung von 5 zeitig einsetzen will. U es zweckmäßig, dab die Spu-

elektrischen Maschinen von einigen Wati LeTstun« !en so geschaltet werden, daß in Umfangsrichtung

erforderlich ist, unter Zuhilfenahme mechanischer des Masnetkerns Pole gleicher Polantat gebildet wer-

Vorrichtunnen die Spulenseiten der Wicklungsspulen. den. da dann die Pole der Spulen einander entgegen-

die nach dem Einsetzen in die Nuten des "Magnet- wirken und die vorstehend erläuterten Vorgange kernes lose angeordnet sind, auf den Grund der «o noch unterstützen. Außerdem werden dann auch die

Nuten zu drängen. Auch ist es erforderlich, die Spulenköpfe nach außen gebogen, so daß eine For-

Spulenkcpfe zu~formen, so daß sie an den Stirn- mung der Spulenköpie ohne mechanische Geräte

seilen des Maunetkerns radial nach außen lieaen, um möglich ist.

die axiale Länge der elektrischen Maschine "zu ver- Um die Impedanz der Wicklung des Magnetkürzen und die Bohrung des Magnetkerns zugang- 15 kerns an den verwendeten Stromimpulsgenerator

lieh zu machen. Diese Formung der Spulenköpfe er- anzupassen bzw. die Spannungsbeanspruchung der

folgt ebenfalls auf mechanischem Wege. Diese Art einzelnen Spulen der Wicklung möglichst klein zu

der Formung der Wicklung hat mehrere Nachteile. halten, kann es zweckmäßig sein, die Spulen in Reihe

Es ist auf mechanischem Wege nicht möglich, einen zu schalten oder eine Hälfte der Spulen parallel zur optimalen Nutenfüllfaktor zu erreichen, d. h. ein 2c anderen zu schalten.

optimales Verhältnis der. tatsächlich mit Leiterdraht Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an

gefüllten Nutenquerschnittsfläche zur insgesamt ver- Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

fügbaren Nutenquerschnittsfläche. Außerdem besteht Fi g. 1 eine perspektivische Darstellung eines zwei-

sowohl beim Zusammendrängen der Spulenseiten in poligen Statorkerns mit einer aus mehreren Spulen den Nuten als auch bei der Formung der Spulen- 25 bestehenden Wicklung vor Anwendung des erfin-

köpfe die Gefahr einer mechanischen Beschädigung dungsgemäßen Verfahrens,

der Isolierung der Leiterdrähte. F i g. 2 einen Querschnitt einer Nut des Stator-Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, kerns nach Fig. 1, aus dem die Verteilung der einein Verfahren zu schaffen, mittels dem ohne Zuhüfe- zelnen Leiter der Spulenseiten vor Anwendung des nähme mechanischer Einrichtungen die Form der 30 erfindungsgemäßen Verfahrens hervorgeht. Wicklung geändert, d. h. eine möglichst kompakte F i g. 3 eine perspektivische Darstellung des Stator-Anordnung der Spulenseiten in den Nuten des kerns" mit einer aus mehreren Spulen bestehenden Magnetkerns als auch die Ausbildung der Spulen- Wicklung nach Anwendung des erfindungsgemäßen köpfe erreicht werden kann. Verfahrens,

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß durch die 35 F i g. 4 einen Querschnitt einer Nut des Stator-Spulen der Wicklung mindestens ein Stromstoß vor- kerns, aus dem die Verteilung der Leiter der Spulenbestimmter Größe geschickt wird.

Da der Stromstoß durch alle Windungen einer Spulenseite in einer bestimmten Nut des Magnetkerns

in der gleichen Richtung fließt, erzeugt dieser Strom- 40 kerns," aus dem die Schaltung der Wicklung und der stoß eine Kraft auf die einzelnen Windungen, die die Verlauf des Magnetfeldes bei Anwendung des erfin-Spulenseiten zum Nutengrund treibt. Die Nutenwand
bildet ein Hindernis gegen eine weitere Bewegung,
so daß die Spulenseiten zusammengepreßt werden.
Die auf den Nutengrund gerichtete Kraft ergibt sich 45
dadurch, daß sich in der Nähe des Nutengrundes
eine große Masse an ferromagnetischem Material befindet, das den von den Spulenseiten erzeugten Fluß
führen kann. An dem radial innen liegenden Nutenteil muß jedoch ein beträchtlicher Teil des Flusses ₅₀ Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens pardie Nut in der Nähe der Nutenöffnung überqueren. allelgeschaltet sind,

Die Magnetfeldstärke an diesem Nutenteil ist deshalb F i g. 9 ein Schaltbild der Spulen des Statorkerns

größer als die Feldstärke am Nutengrund, wenn der gemäß F i g. 8,

Kern noch im ungesättigten Zustand ist. Wegen der F i g. 10 eine schematische Darstellung eines vier-Wechselwirkung des Magnetfeldes und der Ströme ₅₅ poligen Statorkerns, aus dem die Schaltung der Wickauf Grund des Stromstoßes durch die Spulen wird l_ung und der Verlauf des Magnetfeldes bei Anwen-

Seiten nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hervorgeht,

F i g. 5 eine schematische Darstellung des Stator-

dungsgemäßen Verfahrens hervorgeht,

F i g. 6 einen teilweisen Axialschnitt des Statorkerns gemäß Fig. 5,

F i g. 7 eine schematische Darstellung, aus der der Vorgang der Formung der Spulenköpfe mehrerer zu einer Gruppe zusammengefaßten Spulen hervorgeht,

F i g. 8 eine schematische Darstellung eines zweipoligen Statorkerns, bei dem zwei Spulengruppen bei

deshalb auf die Spulenseiten eine Kraft ausgeübt, die hauptsächlich radial nach außen, d. h. auf den Nutengrund gerichtet ist. Wenn der Kern gesättigt wird, werden die Spulenseiten zusammengepreßt.

Das Zusammenpressen und Stoßen der Spulenseiten in Richtung auf den Nutengrund ist die Wirkung, die beim Einsetzen einer Spule in einen Magnetkern erreicht werden soll, um die beste Raumdung des erfindungsgemäßen Verfahrens hervorgeht, Fig. 11 ein Schaltbild der Spulen des Statorkerns

gemäß Fig. 10,
60 Fig. 12 eine Aufsicht einer Vorrichtung zur

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 13 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß

Fig. 12,
F i g. 14 einen Schnitt längs der Linie D-D in

ausnutzung in den Nuten zu erreichen. Durch das 65 Fig. 12.

erfindungsgemäße Verfahren wird es somit ermög- In den F i g. 1 und 3 ist ein Statorkern 13 mit

licht, die einzelnen Spulenseiten zusammenzupressen einer aus zwei Spulengruppen 10 und Il bestehenden

und die zusammengepreßten Spulenseiten auf den Wicklung 12 eines zweipoligen Motors dargestellt.

In Fi g. 1 sind die Spulen in bekannter Weise maschinell eingebracht. Die Spulenköpfe stehen in axialer Richtung aus dem Kern 13 heraus und behindern den Eingang in die Kernbohrung 15.

F i g. 2 zeigt, daß die Spulenseilcu 16 nach dem Einbringen der Spulen ziemlich lose in einer Nut verteilt sind. Insbesondere ist zu erkennen, daß ein Leiter in der Nähe der öffnung 17 der Nut 14 den Kern 13 berührt und nicht durch die isolierende Nuiauskleidung 18 gegen einen Masseschluß isoliert ist.

Bei dem in Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Spulengruppen 10 und Il so angeordnet, daß zwei magnetisch gegeneinander gerichtete Pole gebildet werden. Die Spulen sind mittels Leitungen 22 und 23 in Reihe an den Klemmen 19 und 20 eines Stromimpulsgenerators 21 angeschlossen. Die Klemmen 24 und 25 des Stromimpulsgenerators 21 dienen zum Anschluß an eine Wechselstromquelle.

Der Generator 21 kann z. B. einen Stromstoß von 4920 J bei 4000 V liefern. Mittels eines Schalters 26 wird der Betrieb des Generators eingeleitet.

Vorzugsweise werden auf die Spulen des zweipoligen Statorkerns nacheinander zwei Stromstöße in die Spulengruppen 10 und 11 geschickt. Die für den ersten Stromstoß gewählte Spannung kann 1000 V betragen, so daß ein Stromstoß von etwa 307,5 J geliefert wird. Unmittelbar danach wird die Spannung auf 2000 V eingestellt, und 15 Sekunden später wird ein zweiter Stromstoß von etwa 1230 J in die Spulengruppen 10 und 11 geschickt

Die dadurch erzielten Ergebnisse sind in F i g. 3 und 4 dargestellt. Die Spulenköpfe der Spulengruppen 10 und 11 sind zurückgedrückt worden. Die Kernbohrung 15 ist jetzt leicht zugänglich. Alle Spulenseiten 16 sind auf den Grund der Nut 14 zu und weg von deren öffnung gepreßt. Der verbleibende Nutenraum ist jetzt für eine weitere Wicklung verfügbar, die ebenfalls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in die gewünschte räumliche Lage zum Kern 13 gebracht werden kann.

Wie am besten aus Fig. 7 ersichtlich ist, sorgt der erste Stromstoß, der in die Spulengruppen 10 und 11 geschickt wird, dafür., daß die Spulenköpfe aus der Anfangslage A, die strichpunktiert dargestellt ist, in eine Zwischenlage B gebracht werden, die ebenfalls strichpunktiert dargestellt ist. Die Spulenköpfe der Spulengruppe 11 und die der nicht dargestellten Spulengruppe 10 werden durch die magnetischen Kräfte zusammengepreßt. Wenn der zweite Stromstoß erzeugt wird, wird die Spulengruppe 11 weiter nach außen in die Lage C gedruckt, und es wird eine weitere Zusammenpressung der Spulenköpfe erreicht. Eine Isolierscheibe 28 kann auf der Stirnseite des Kerns 13 angebracht werden, um einem möglichen Masseschluß einzelner Windungen vorzubeugen. Gegebenenfalls kann zur gewünschten Formgebung der Spulenköpfe an den Stirnseiten des Motors emv.· Formvorrichtung angebracht werden.

An Hand der Fig. 5 und 6 wird die Schaltung der Spulengruppen und der Verlauf des Magnetfeldes noch näher erläutert. Gemäß F i g. 6 weist der Kern 13 ein Joch 30 und eine Anzahl von Zähnen 31 auf, die radial vom Joch 30 nach innen ragen, so daß 24 Nuten 14 gebildet werden.

Die Wicklung 12 liegt in den Nuten 14 so, daß zwei Pole gebildet werden, nämlich ein Pol durch die Spulengruppe 11 mit den Spulen 33, 34, 35, 36 und 37 und der andere Pol durch die Spulengruppe 10 mit den Spulen 38, 39, 40, 41 und 42. Jede der fünf Spulen ist symmetrisch zur radialen Mittellinie 43 der Pole angeordnet.

Die in die Zeichenebene gerichtete Stromrichtung in den Spulen ist durch das Symbol φ und die aus der Zeichenebene gerichtete Stromrichtung ist durch das Symbol .) angegeben.

In Fi g. 5 und 6 ist die Feldvertcilung in der Nähe

ίο der Stirnseiten des Kerns 13 (Fig. 5) und in einer Ebene durch die axiale Mittellinie 43 der Pole (Fi g. 6) dargestellt.

Wie Fig. 5 zeigt, ergibt sich durch die Wechselwirkung der Magnetfelder zwischen benachbarten Spulen der Spulengruppen 10 und 11 eine elektromagnetische Kraft, die auf die Spulen in dem Sinne wirkt, daß die Spulengruppen 10 und 11 voneinander weggedrückt werden. ■

Wie F i g. 6 zeigt, erzeugt der Stromstoß in den

ao Windungen der fünf Spulen 33. 34, 35, 36 und 37. die einen Magnetpol bilden, ein Magnetfeld an den Spulenköpfen, dessen Kraftlinien gegen den Uhrzeigersinn verlaufen. Der Stromstoß durch die Spulenköpfe der Spulen 38, 39, 40, 41 und 42, die den

»5 anderen Magnetpol bilden, liefert ein Magnetfeld, dessen Kraftlinien im Uhrzeigersinn verlaufen. Die Spulenköpfe der beiden Spulengruppen 10 und 15 verhalten sich damit wie zwei parallele Kabel, die Strom in entgegengesetzter Richtung führen. Die Richtung der Kraftlinien zwischen den Spulenköpfen in der Nähe der Bohrung ist so, daß das Magnetfeld in diesem Bereich verstärkt wird. Elektromagnetische Kräfte, die sich aus der Wechselwirkung der Magnetfelder im Bereich der Spulenköpfe ergeben.

bewirken somit, daß die Spulenköpfe der Spulengruppen 10 und 11 von der Bohrung weg auf die Seite des Kerns 13 gedruckt werden.

Nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der beschriebenen Weise wurde der Widerstand gemessen; dieser Widerstand betrug bei einer Umgebungstemperatur von 25 C 1,395 Ohm gegenüber 1.38 Ohm vor dessen Anwendung. Unmittelbar nach der Anwendung des Verfahrens zeigte sich keine merkliche Temperaturerhöhung in den Spulen.

Eine Untersuchung der isolierten Drähte zeigte keine Beschädigungen der Isolierung. Ein wiederholter Stromstoßtest verlief befriedigend.

Die F i g. 8 zeigt die gleiche Spulenverteilung wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5; die Spulengruppen 10 und Il sind jedoch parallel an die Klemmen 19 und 20 des Stromimpulsgenerators 21 geschaltet. Zu diesem Zweck sind die innersten Spulen 33 und 38 durch eine Leitung 46 zusammengeschaltet, während die äußersten Spulen 37 und 42 durch eine Leitung 47 verbunden sind. Die so gebildeten parallelen Zweige sind mit Leitungen 48 und 49 an den Klemmen 19 und 20 des Generators 21 angeschlossen, wie am besten F i g. 9 zeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren wurde in diesem Falle der· art durchgeführt, daß nacheinander drei Stromstöße in die Spulengruppen 10,11 geschickt wurden.

Die Fig. 10 und 11 zeigen, wie das erfindungs gemäße Verfahren auf die Wicklung 50 eines vier poligen Statorkerns 59 angewandt werden kann. Die vier Pole werden durch Spulengruppen 51, 52, S3 und 54 gebildet, die aus je drei Spulen 55, 56 und 51 bestehen, die symmetrisch zu einer radialen Mittel linie 6© der Pole in Nuten 58 des Kems 59 liegen

Claims

Die äußerste Spule 55 umfaßt insgesamt acht Zähne 61. Die mittlere Spule 56 umfaßt sechs Zähne 61 und die innerste Spule 58 vier Zahne 61. Wie das Schaltbild der Fig. 11 zeigt, liegen die Spulengruppen 51 und 52 in Reihe geschaltet parallel zu den in Reihe geschalteten Spulengruppen 53 und 54. Leitungen 62 und 63 verbinden die beiden Spulengruppen mit den Anschlüssen 19 und 20 des Generators 21. Die Spulengruppen nach Fig. 10 und 11 bilden Pole, die einander entgegengerichtet sind, d. h. gleiche Polarität haben. In Fig. 10 ist die Feldverteilung in der Nähe benachbarter Pole dargestellt, die durch die Spulengruppen 52 und 53 gebildet werden. Die beiden von den Spulengruppen 52 und 53 gebildeten benachbarten Pole sowie die beiden durch die Spulengruppen 51 und 54 gebildeten benachbarten Pole wirken einander entgegen. Die Fig. 12, 13 und 14 zeigen eine Vorrichtung 65, die zur Durchführung des erfindungsgetnäßen Verfahrens verwendet werden kann. Die Vorrichtung 65 besteht aus einem Tisch 66, der einen Halter 67, eine transparente Kunststoffhaube 68 und einen Stromimpulsgensrator69 trägt. Wie Fig. 12 und 13 zeigen, sitzt ein vierpoliger Statorkern 70 im Halter 67. Der Generator 69 weist ein Gehäuse 71 zur Aufnahme der Schaltung, einen auf der Vorderseite des Tisches 66 angeordneten Schalter 26 zum Einschalten des Generators und eine Klemmvorrichtung 72 auf. Zwei Klemmen 73 und 74 auf der Oberseite des Gehäuses 71 sind mittels Leitungen 75 und 76 mit der Klemmvorrichtung 72 verbunden. Die Klemmvorrichtung 72 besteht aus zwei flexiblen Leitungen 77 und 78, den Klemmen 19 und 20 und einer Grundplatte 79. Die Klemmen 19 und 20 sitzen auf der Grundplatte 79 exzentrisch verdrehbar und weisen gezahnte Zylinderteile 80 und 81 auf. Wenn die rechte Klemme 20 im Uhrzeigersinn verdreht wird, klemmt der gezahnte Zylinder 81 die Leitung 82 gegen das metallische Stück 83. Die Zähne auf der Außenfläche des Zylinders 81 kratzen und schneiden durch die Isolierung der Leitung 82, so daß schnell eine gute elektrische Verbindung zwischen der Leitung 82 und der Klemme 73 des Generators hergestellt wird. In gleicher Weise wird die linke Klemme 19 verdreht, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Klemme 74 des Generators und der Leitung 84 der Wicklung herzustellen. Der gezahnte Zylinder 80 klemmt dabei bei Drehung gegen den Uhrzeigersinn die Leitung 84 gegen ein metallisches Stück 85. Wie sich aus dem Teilschnitt gemäß Fig. 14 er- gibt, ist der Zylinder 81 der Klemme 20 drehbar zwischen zwei isolierenden Unterlegscheiben 86 und 87 auf einer Schraube 88 gelagert, die in die Grundplatte 79 eingeschraubt ist. ao Patentansprüche:

1. Verfahren zur Änderung der Form einer auf dem Magnetkern einer elektrischen Maschine aufgebrachten, aus Spulen mit mehreren Windungen bestehenden Wicklung, dadurch g e -

kennzeichnet, daß durch die Spulen der Wicklung mindestens ein Stromstoß vorbestimmter Größe geschickt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen so geschaltet wer-

den, daß in Umfangsrichtung des Magnetkerns Pole gleicher Polarität gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Spulen der Wicklung in Reihe geschaltet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Hälfte der Spulen der Wicklung parallel zur anderen Hälfte der Spulen geschaltet wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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