DE2003729A1

DE2003729A1 - Umlaufende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE2003729A1
Application number: DE19702003729
Authority: DE
Inventors: Peter Stanwell
Original assignee: Plessey Co Ltd
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1969-01-24
Filing date: 1970-01-23
Publication date: 1970-08-06
Also published as: FR2031203A5

Description

Unser Zeichen; P 20j?1

Umlaufende elektrische Maschine

Die Erfindung bezieht sich auf umlaufende elektrische Maschinen, deren Rotoren gemäß der Erfindung Toroidwicklungen tragen.

Der Rotor kann die Form einer ringförmigen Scheibe oder einer Hülse oder hohlen Schale haben, die die Toroidwicklung trägt. Die Wicklung kann eine einfache fortlaufende V/icklung sein, bei der die aufeinanderfolgenden Windungen Seite an Seite aneinanderliegen oder sie kann eine fortschreitende oder rückschreitende Wellenwicklung sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Maschine ein Motor mit Bürsten sein, die direkt auf der Toroidwicklung oder auf mit dieser verbundenen KommutatorSegmenten aufliegen. Die einzelnen Windungen können durch eine isolierende Beschichtung der Wicklung gegen die Nachbarwindungen isoliert sein. Die Isolierung kann an einzelnen Stellen entfernt sein, um einen Kontakt mit den Bürsten oder eine Verbindung mit dem Kommutator zu ermöglichen. Auf diese Weise kann eine Gleichstromkommutatormaschine hergestellt werden.

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Gemäß einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung kann die Maschine ohne Bürstengestell für Wechselstrombetrieb nach dem Prinzip des Induktionsmotors verwendet werden.

Die Zeichnung zeigt einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung, und zwar sind:

Fig.1 eine allgemeine schematische, schaubildliche Darstellung eines Teiles eines Gleichstromelektromotors ,

Fig.2 und 3 eine Vorder- bzw. Seitenansicht eines scheibenförmigen Rotors, der eine Toroidwellenwicklung trägt,

Fig.4 eine schaubildliche Ansicht eines hülsenförmigen Rotors, der eine Toroidwellenwicklung trägt,

Fig.5 eine Abwicklung des hülsenförmigen Rotors der Fig.4,

Fig.6 eine schaubildliche Ansicht eines hülsenförmigen. Rotors, der eine Wellenwicklung trägt, die mit den Segmenten eines Kommutators verbunden ist,

Fig.7 eine schematische Schnittdarstellung eines Motors mit einem scheibenförmigen Rotor und

Fig.8 eine schematische Schnittdarstellung eines Motors mit einem hülsenförmigen Rotor.

Gemäß Fig.1 besteht ein Motor aus einer Rotorscheibe 1 aus weichem Eisen, die durch Paketieren und Zusammenkleben mehrerer Bleche gebildet ist. Eine Wicklung 2, von der nur ein Teil gezeigt ist, ist toroidförmig auf die Rotorscheibe 1 gewickelt und sie besteht aus isoliertem Kupferdraht, der in dem Bereich der Bürsten 3 und 4 blank ist, um eine kreis förmige Bahn zu bilden, auf der die Bürsten einen elektri-

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sehen Kontakt herstellen. Der Draht kann in dem Bereich der Bürsten in zwei oder drei Lagen ubereinanderliegen und fächerförmig nach außen laufen, um an der Rotorscheibe an deren Umfang flach anzuliegen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann durch das Wickeln nur einer einzelnen Lage in dem Bereich der Bürsten eine sich im weiteren Abstand befindliche und einfache Wicklung hergestellt werden. Der Rotor wird von einer Mittelnabe 5 getragen, an der eine Antriebswelle 6 befestigt ist und in diesem Ausführungsbeispiel sind feste Magnetpolstücke vorgesehen, die durch ein Paar hufeisenförmige Magnete 7 und 8 gebildet werden.

In der schematischen Darstellung ist ein Gehäuse nicht gezeigt. Dieses kann eine beliebige gewünschte Form haben, um die Polstücke 7 und 8 und die Lager für die Welle 6 aufzunehmen.

Es fällt auch in den Rahmen der Erfindung, wenn die Scheibe aus beliebigem anderem Material, beispielsweise Ferrit, hergestellt ist. Beispielsweise kann auch eine Mehrzahl von Polstücken mit einem entsprechenden Bürstengestell vorgesehen sein und gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel können die Polstück^ wenigstens eine Wicklung tragen.

Gemäß Fig.2 und 3 ist beispielsweise eine Isolierscheibe 9 aus Glasfaser mit einer Toroidwellenwicklung 10, von der nur ein Teil gezeigt ist, versehen. Der Beginn der Wicklung ist mit "11 bezeichnet und der Wickelschritt beträgt 90°. Der Beginn der fünften Windung ist mit 12 bezeichnet und diese ist vor den Anfang der ersten Windung 11 aufgelegt, so daß die Wicklung in der durch den Pfeil 13 gezeigten Richtung aufgebaut wird. Die Wicklung ist für eine achtpolige Maschine geeignet und ist eine fortlaufende Wellenwicklung, d.h. der Aufbau der Windungen» wie er durch den

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Pfeil 13 gezeigt ist, erfolgt in der Wicklungsrichtung. Die Wicklung kann ebenso gut in der entgegengesetzten Richtung aufgebaut sein, wobei dann die fünfte Windung auf der anderen Seite der ersten V/indung 11 liegt und diese Wicklung wird dann als rückschreitende Wellenv/icklung bezeichnet. Die Wicklung ist als ununterbrochene Wicklung ausgeführt und ihr Beginn ist mit dem Ende verbunden. Nach der Herstellung der Scheibe 9 mit der vollständigen Wicklung wird ein von einer Welle 15 gehaltener Nabenteil 14 damit mit einem Zusatz oder einer Füllung von Klebstoff 16 verbunden. Der Bereich der Wicklung um den inneren Umfang der ringförmigen Scheibe 9 kann von der Isolierung befreit sein und es können Bürsten angeordnet sein, die unmittelbar auf der Wicklung aufliegen. Auch kann auf dem Nabenteil 14 ein gesonderter Kommutator vorgesehen werden. Es kann eine beliebige Statoranordnung mit der gleichen Zahl von Polen wie bei dem Rotor verwendet werden und eine solche Anordnung ist in Fig.7 beschrieben.

Gemäß dieser Fig. besteht der Motor aus einem äußeren Gehäuse 26, das ein Lagerpaar 27 und 28 trägt, in dem die Motorwelle 29 drehbar gelagert ist. An der Welle 29 ist ein Scheibenrotor befestigt, der eine in den Fig.2 und beschriebene Wicklung trägt. Der Rotor besteht aus einem bewickelten scheibenförmigen Ring 31, der mit der Welle 29 über eine Nabe 32 verbunden ist. Der Rotorwicklung wird Strom über ein Bürstenpaar 33»34, das einen direkten Kontakt mit der Wicklung herstellt, zugeführt. Der Magnetkreis des Motors wird durch einen ringförmigen Weicheisenteil 35 gebildet, der an dem Gehäuse 26 auf einer Seite des Rotors 30 angebracht ist,und Permanentmagnetpolstücke 36 sind durch eine Platte 37 gehalten, die an dem Gehäuse 26 an der anderen gegenüberliegenden Seite des Rotors befestigt ist. Die gezeigte Maschine ist eine achtpolige

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Maschine, von der nur vier Pole J6a - 36d in der Zeichnung dargestellt sind. Es kann aber auch eine beliebige andere Polzahl vorgesehen werden. Obwohl in diesem Beispiel Permanentmagnetpolstücke nur auf einer Seite des Rotors vorgesehen sind, können diese auch auf beiden Seiten des Rotors vorhanden sein.

Ein Mangel der in den Fig.2, 3 und 7 beschriebenen Anordnung besteht darin, daß eine ebene Wicklungsunterbringung auf der ringförmigen Rotorscheibe nicht möglich ist, da die radiale Form der Wicklung zur Folge hat, daß sich der Draht auf dem inneren Umfang der Scheibe massiert, während auf dem äußeren Umfang Lücken verbleiben. Dieser Mangel kann durch die Vervrendung eines zylindrischen, hülsenförmigen Rotors, der eine Toroidwellenwicklung trägt, vermieden werden.

Gemäß Fig.4 trägt ein zylindrischer, hülsenförmiger Rotor 17 eine Wicklung 18, von der nur ein Teil gezeigt ist, die in diesem Beispiel eine rückschreitende Wellenwicklung ist. Die Bewicklung beginnt an dem Punkt 19 und wird im Uhrzeigersinn ausgeführt, um eine achtpolige Wicklung zu bilden, wobei die V/indungen sich winkelgleich um den hülsenförmi- gen Rotor mit einem V/ickeIschritt von 90° verteilen. Der Beginn der fünften Windung ist am Punkt 20 gezeigt und somit kann die Wicklung in einer Richtung entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gemäß der rückschreitenden Wellenwicklungsform aufgebaut werden.

Fig.5 zeigt eine Abwicklung der bewickelten Hülse I7» die einen Teil der rückschreitenden Wellenwicklung trägt und hier ist deutlich zu erkennen, daß die Wicklung in der Richtung des Pfeiles 21 gewickelt ist und in der entgegen gesetzten Richtung, wie durch den Pfeil 22 gezeigt, auf gebaut ist· Gemäß Fig.6 ist der hülsenförmige Rotor zur Drehung mit einer Welle 25 durch Stirnplatten 24 verbunden.

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Die V/elle 23 hat. an einem Ende einen Kommutator 25 und die Segmente sind mit den zugehörigen Punkten der Wicklung verbunden. Beispielsweise können benachbarte Win-, düngen mit benachbarten Segmenten verbunden sein, so daß die Zahl der vorgesehenen Segmente ein Bruchteil der Anzahl der V/indungen auf dem Anker ist. So kann beispielsweise jede zweite Windung mit einem Ankersegment verbunden sein.

Der elektrische Kreis eines solchen Motors kann einen zweiteiligen Stator enthalten, der koaxial auf jeder Seite der zylindrischen Hülse gemäß Fig.8 angeordnet ist.

Gemäß Fig.8 besteht ein Motor aus einem äußeren Gehäuse 38, in das Lager 39 und 40 eingesetzt sind. Eine Motorwelle 41 ist in den Lagern drehbar gelagert und trägt einen bewickelten, hülsenförmigen Rotor 42, dessen Wicklung in Fig.4 und 5 beschrieben ist. Der hülsenförmige Rotor is'j im allgemeinen zylindrisch und durch einen- Epoxyharzkleber mit der Motorwelle 41 über einen ringförmigen Einsatz 43 verbunden. Der elektrische Kreis für die Rotorwicklung wird durch ein Bürstengestell mit Bürsten 44 vervollständigt, die in diesem Beispiel einen direkten Kontakt mit der Wicklung herstellen. In einer anderen Ausführungsform kann, wie in Fig.6 gezeigt ist, ein Kommutator verwendet werden.

Der Magnetkreis des Motors besteht aus einem hohlen, zylindrischen Teil 45 des Motorgehäuses 38 aus Weicheisen und aus Permanentmagnetpolstücken 46, wobei die Polstücke inner halb des hülsenförmigen Rotors angeordnet und an einer Stirnplatte 47 des Gehäuses 38 befestigt sind. Der gezeigte Motor ist eine achtpolige Maschine, wobei nur vier Pole 46a - 46d dargestellt sind.

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Es sei bemerkt, daß die oben genannten Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung nur Musterformen darstellen und daß im-Rahmen der Erfindung Veränderungen und Abwandlungen für die beschriebenen Anordnungen ausgeführt werden können. Beispielsweise kann die Stellung der koaxialen Statorteile vertauscht werden, wobei dann die Permanentfeldmagnete außerhalb der Hülse und die Eisenteile innerhalb der Hülse angeordnet sind. Bei einer anderen Ausführungsform können die Magnete auf jeder Seite der Hülse angeordnet werden. Es sei bemerkt, daß in jedem Fall, in dem ein Permanentmagnet verwendet wird, dieser auch durch einen bewickelten Elektromagneten ersetzt werden kann.

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Claims

Patentansprüche

1.) Umlaufende elektrische Maschine, gekennzeichnet durch einen Rotor mit einer Toroidwicklung.

2. Umlaufende elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einer ringförmigen Scheibe besteht, die eine Toroidwicklung trägt.

3. Umlaufende elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einer hohlen Hülse besteht, die eine Toroidwicklung trägt.

4. Umlaufende elektrische faschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung eine einfache fortlaufende Wicklung ist.

5. Umlaufende elektrische faschine nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung eine fortschreitende Wellenwicklung ist.

6. Umlaufende elektrische Maschine nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung eine rückschreitende Wellenwicklung ist.

7. Umlaufende elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine ein Motor mit Bürsten ist, die direkt auf der Toroidwicklung aufliegen.

8. Umlaufende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine ein Motor mit Bürsten ist, die auf Kommutatorsegmenten aufliegen, die mit der Toroidwicklung verbunden sind.

9. Umlaufende elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Wicklung auf einer ringförmigen Rotorscheibe aus Weicheisen gehalten ist.

10. Umlaufende elektrische Maschine nach Anspruch 3_} 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenförmige Rotor koaxial zv/ischen den Teilen eines zweiteiligen Stators angeordnet ist.

ο Umlaufende elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß .die Permanentmagnetpolteile innerhalb der Hülse des Rotors angeordnet sind und ein Weicheisenteil außerhalb des Rotors angeordnet ist«

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