DE2310380B2 - Gleichstrommotor - Google Patents
GleichstrommotorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrommotor mit sechs festen Hai'pt- und Wendepolen im Ständer
und mit einer Wellenwicklung im Anker, welche Streng symmetrisch als Treppenwicklung ausgebildet
ist mit zwei in jeder Nut nebeneinanderliegenden Spulenseiten.
Ein Gleichstrommotor dieser Art ist aus »Arnold-Ia
Cour«. »Die Gleichstrommaschine«, 1. Band, 1CM9.
Springer Verlag, Elerlin, S. 58. bekannt. In dieser Literaturstelle
ist das Wickelschema einer zweifach geschlossenen, sechspoligen Reihenparallelwicklung mit a = 2
Ankerzweigpaaren dargestellt, und zwar für eine Ma schine mit 52 Kollektorlamellen. Dabei liegen in jedei
Nut zwei Spulenseiten nebeneinander und übereinan der. Der Nutenschritt ist so gewählt, daß die Verschie
bung zwischen benachbarten Ankerspulen der beider Reihenwicklungen dem Abstand benachbarte:
Kommutatorlamellen entspricht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen füi den Antrieb von Straßenfahrzeugen geeigneten Fahr
ίο motor zu schaffen. Hierbei kommt es einerseits darau
an. daß der Motor besonders leicht im Gewicht ist unc andererseits darauf, daß er äußerst betriebssicher, d. h
insbesondere kurzzeitig ohne Gefahr eines Schaden; überlastbar ist. Eine Gewichtsreduzierung ist notwendig.
um das durch die mitgeführten Batterien ohnehir sehr schwere Fahrzeug nicht durch einen schweren Antriebsmotor
zusätzlich zu belasten. Hinsichtlich der Betriebssicherheit, insbesondere hinsichtlich der Überlastbarkeit,
sind hohe Anforderungen zu stellen, weil im Straßenverkehr sehr häufig Lastwechsel mit starken
Beanspruchungen des Antriebsmotors auftreten. Besondere Aufmerksamkeit muß in diesem Zusammenhang
einer einwandfreien Kommutierung des Ankerstromes des Motors gewidmet werden. Ferner soll der
Aufwand für die elektronische Steuerung verminder! werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgenäß dadurch gelöst, daß der Gleichstrommotor zur Verwendung als
Fahrmotor als fremderregter Motor ausgebildet ist, einen großen Hauptpol-Luftspalt besitzt und daß die
Spulen der Ankerwicklung unterteilte Ankerleiter aufweisen.
Motoren der obengenannten Art und der für die Verwendung als Fahrmotoren geeigneten Leistungsgruppe
werden normalerweise vierpolig gebaut. Die sechspolige Bauweise ermöglicht gegenüber der vierpoligen
Bauweise wegen der Verringerung des Jochflusses kleinere Jochque.-schnitte im Gehäuse und im Anker, wodurch
das Gewicht der Maschine wesentlich reduziert werden kann. Bezüglich der Kommutierung erreicht
man eine höhere Überlastbarkeit, da bei gleichem Ankerstrombelag wegen der kleineren Polbreite sich ein
kleineres Rückwirkungsverhältnis ergibt als Quotient aus der Ankerdurchflutung zur Durchflutung im Luftspalt
und in der Zahnregion. Durch die sechspolige Bauweise erhält man die Möglichkeit, die Ankerwicklung
streng symmetrisch als getreppte Wellenwicklung auszubilden, wodurch die Kommutierung und somit die
Überlastbarkeit weiter verbessert wird. Streng symmeirisch bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der
Schaltschritt in zwei gleiche Teilschritte aufgeteilt wird, die symmetrisch zur Spulenmitte liegen. Die zu den beiden
in einer Nut nebeneinanderliegenden Spulenseiten gehörenden Spulen sind am Anker um eine halbe Nutteilung,
am Kollektor um eine volle Lamellenteilung gegeneinander verschoben. Hierdurch erhält man eine
verbesserte Kommutierung, weil bei der Bewegung des Ankers um eine Kollektor-Lamellenteilung die Mitte
der zweiten Spule sich ebenfalls genau um eine Lamellenteilung
weiterbewegt.
Durch die Ausbildung des Motors als fremderregte Maschine gelingt es, die elektronische Steuerung wesentlich
zu vereinfachen. Die Erregerwicklung der Maschine liegt dabei an einer gesonderten oder gesondert
abgegriffenen Spannungsquelle mit konstanter Spannung, so daß es möglich ist, den Strom in der Erregerwicklung
unabhängig von der Klemmenspannung im Ankerzweig zu regeln. Eine elektronische Steuerung
hierfür läßt sich besonders einfach und zuverlässig aufbauen.
Der benötigte Drehzahlgeber s.i/t zweckmaßigerweise
innerhalb des Motors am amriebsseingen
Lagerschild: das umlaufende Teil wird \orteühafienveise
unmittelbar beim Lagerschild auf der Motorwelle befestigt. '
Durch einen großen Hauptpol-Luftspalt erreicht man, daß die bei Leerlauf auftretende maximale Lamellenspannung
bei Last nur wenig erhöht wird, weil der
Quotient der Luftspaltdurchflutung zur Ankerdurchflutung erhöhl wird, was zu einer geringerer. Feidvrrzerrung
führt. Dieses Verhalten wirkt sich besonders bei höheren Drehzahlen positiv im Sinne einer höheren
Überlastbaikeit aus. Dieses Verhältnis i-ann noch zusätzlich
verbessert werden, wenn die Konturen der Hauptpolschuhe am Luftspalt nach beiden Seiten kerbförmig
verlaufen. Eine mögliche Ausführungsform sieht dabei so aus. daß die Konturen der Hauptpolschuhe am
Hauptpol-Luftspalt durch zwei Kreisbögen gebildet sind, welche sich an der Mittellinie der Hauptpole treffer.
und deren Mittelpunkte außerhalb der Mittellinien der Hauptpole liegen. Ein konzentrischer luftspalt, der
nur an den Polkanten erweitert ist. ergibt bei Belastung
der Maschine eine höhere maximale Lamellenspannung als bei leerlaufender Maschine, weil beim Motorbetrieb
an der ablaufenden Polkante eine Erhöhung der Luftspaltinduktion auftritt. Die größte Erhöhung ergibt sich
an der Stelle, an welcher der konzentrische in den erweiterten Luftspalt übergeht; ein derartig ausgeprägter
Bereich ist bei einem kerbförmig erweiterten Luftspalt nicht vorhanden. Durch die spezielle Form dci Luftspaltes
erreicht man. daß die Spannungen zwischen den Kommutatorlamellen über den ganzen Umfang etwa
konstant gehalten werden und somit keine Rundfeuergefahr am Kollektor besteht.
Durch die Ausbildung der Ankerspulen mit unterteilten Ankerleitern erreicht man eine Verringerung der
Stromverdrängung und somit eine Anhebung der Leistung der Maschine. Wegen der bei unterteilten und
gegeneinander isolierten Ankerleitern verringerten Wirbelstromverluste ergibt sich eine Verminderung der
Zusatzverluste der Maschine. Ohne unterteilte Ankerleiter wird besonders bei hohen Drehzahlen die Nutstreuung
kleinen wodurch eine Überkommutierung entsteht. Bezüglich der Befestigung der kollektorseitigen
Enden der vorzugsweise stabförmigen Ankerleiter hat es sich bewährt, diese vor der Befestigung am Kollektor
miteinander zu verlöten. Dabei sind zweckmäßigerweise die einzelnen Ankerwicklungsleiter am kollektorseitigen
Ende übereinander angeordnet und der am Kollektor zu befestigende Ankerleiter ist langer
ausgebildet als die restlichen Ankerleiter, wodurch die Befestigung am Kollektor erleichtert und verbessert
wird. Die Betriebssicherheit dieser Befestigungsart ist auch noch bei hohen Temperaturen gewährleistet, welehe
beispielsweise dadurch entstehen können, daß die Lüftungseinrichtung ausfällt.
Eine erfindungsgemäße Ausführung des Gleichstrommotors wird an Hand der Zeichnungen im folgenden
näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Ansicht des Ankers des Motors, teilweise
im Schnitt,
F i g. 2 eine Ansicht des Ankerpaketträgers in Richtung
des Pfeils 11 in F i g. 3,
F i g. 3 einen Schnitt durch den Ankerpaketträger (>$
nach der Linie III-III in F i g. 2,
F i g. 4 einen Schnitt durch einen Hauptpol des Gleichstrommotors und
F i g. 5 ein Wickelschema des Gleichstrommotors.
In F i g. 1 ist mit 10 eine Welle bezeichnet, weiche
mittels zweier Lager ti i'nd 12 in einem nicht dargestellten
Gehäuse eines Gle-chstrommotors drehbar gelagert
ist und einen Ankerpaketträger 13 und einen Kollektor 14 trägt. Auf dem Ankerpaketträger 13 ist
mittels Schrauben 15 ein ringförmiger Halter 16 befestigt, weicher ebenso wie der Ankerpaketträger aus
Leichtmetall hergestellt ist und ein Ankerpaket 17 hält.
Mit 18 ist eine Ankerwicklung bezeichnet. Diese ist als Wellenwicklung ausgeführt und streng symmetrisch
als Treppenwicklung mit zwei in jeder Nut nebeneinanderliegenden Spulenseilen ausgebildet. Die Spulen der
Ankerwicklung 18 haben unterteilte, stabförmige Ankerleiter
19 bis 22, deren kollektorseitige Enden zwischen den Ankerleitern 19. 20 und 21 verschweißt sind,
während der Ankerleiter 21 am Ankerleiter 22 und letzterer am Kollektor 14 durch Hartlöten befestigt ist;
es sind vier Flachleiter je Kollektorlamelle vorgesehen. Die Schweißungen sind nach dem WIG-(Wo!fram-Inert-Gjs-)Schweißverfahren
hergestellt, zum Hartlöten ist ein Widerstand-Hartlötverfahren verwendet. Auf diese Weise erhält man eine wirtschaftliche und betriebssichere
Befestigung der Ankerleiter auf den schmalen Kollektorlamellen.
Die Ankerwicklungsstabenden wirken infolge ihrer Anordnung am Kollektor zusätzlich als Lüfterschaufeln
und als Wärmetauscher. Statt WIG-Schweißen ist auch Plasmaschweißen, also ein druckloses Schweißverfahren
möglich. Durch die spezielle Art der Befestigung der Ankerleiter am Kollektor erreicht man. daß die
zuerst hergestellten Verbindungen durch später hergestellte Verbindungen nicht schädlich beeinflußt werden.
Die äußeren Ankerleiter 19, 20 und 21 sind am kollektorseitigen Ende der Ankerwicklung übereinander angeordnet
und haben gleiche Länge, während der am Kollektor 14 zu befestigende Ankerleiter 22 länger ist
und auf einem Absatz des Kollektors 14 aufliegt. Da dieser Ankerleiter 22 also gegenüber den anderen Ankerleitern
19 bis 21 vorsteht, kann eine Elektrode zum Widerstands-Hartlöten ungehindert angesetzt werden.
Beim Hartlöten des Ankerleiters 22 auf dem Kollektor 14 besteht weniger als beim Schweißen oder gar nicht
die Gefahr, daß die Isolation zwischen den Kollektorlamellen beschädigt wird.
Aus den F i g. 2 und 3 ist der Aufbau des nabenförmigen Ankerpaketträgers 13 deutlich zu erkennen. Er ist
aus Aluminium hergestellt und hat im Innern eine Bohrung 23. in der die Welle 10 sitzt. Um Gewicht zu sparen,
ist das Mittelstück des Ankerpaketträgers 13 nicht massiv ausgeführt, sondern weist nur radial verlaufende
Speichen 24 auf, an die sich ein äußerer Ring 25 mit einem flanschförmigen Ansatz 26 anschließt. An dem
Ansatz 26 liegt das Ankerpaket 17 mit seiner einen Seite an, auf der anderen Seite wird es von dem Halter 16
gehalten und angepreßt.
In Fig.4 ist einer der sechs im Ständer sitzenden
Hauptpole des Gleichstrommotors dargestellt und mit 27 bezeichnet. Bei 28 ist der Ankerumfang angedeutet.
Wie aus dieser Abbildung deutlich ersichtlich, hat der Motor einen großen Hauptpol-Luftspalt 29. Die Konturen
eines Polschuhs 30 am Luftspalt 29 werden durch zwei Kreisbögen 31 gebildet, deren Mittelpunkte 32
außerhalb der Mittellinie 33 des Hauptpols 27 liegen. Durch diese Gestaltung der Hauptpole erreicht man,
daß die Spannungen zwischen den Kollektorlamellen über den ganzen Umfang konstant gehalten werden,
wodurch die Rundfeuereefahr am Kollektor unter-
drückt wird.
Zur weiteren Gewichtsreduzierung des Motors sind außer dem zuvor beschriebenen und dargestellten Ankerpaketträger
13 auch die Lagerschilde des nicht dargestellten Motorgehäuses aus Leichtmetall hergestellt.
Innerhalb des Motors ist hinter dem antriebsseitigen Lagerschild ein Drehzahlgeber angeordnet. Dadurch
entfällt der sonst übliche störanfällige Anbau und Antrieb außerhalb des Motors.
In einer Versuchsreihe sind drei Motoren entwickelt worden mit Dauerleistungen von 11,16 und 26 kW für
eine Batterie-Endspannung von 144 Volt und einen Drehzahlbereich von 2000 bis 6700 U/min. Die Motoren
sind so ausgelegt, daß sie beim Anfahren mit doppelter Dauerleistung und von 2000 bis 6700 Umdrehungen
mit l,5facher Dauerleistung betrieben werden können.
In F i g. 5 ist das Wickelschema für einen 26-kW-Motor
dargestellt. Die Wicklung hat k = 100 Spulen in N - 50 Nuten und ist als Treppenwicklung ausgeführt.
Der Kommutatorschritt y beträgt 33, der Wicklungsschritt y\ beträgt 17 und der Schaltschritt y2 beträgt 16.
Die Spule von Kollektorlamelle 1 liegt symmetrisch zu ihrer Mittellinie A im Ankerpaket und an den Kollektorlamellen.
Ebenfalls liegt die Spule von Kollektorlamelle 2 symmetrisch zu ihrer Mittellinie B in beiden
Teilen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Gleichstrommotor mit sechs festen Haupt- und Wendepolen im Ständer und mit einer Wellenwicklung
im Anker, welche streng symmetrisch als Treppenwicklung ausgebildet ist mit zwei in jeder Nut
nebeneinanderliegenden Spulenseiten, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor
zur Verwendung als Fahrmotor als fremderregter Motor ausgebildet ist. einen großen Hauptpol-Luftspalt
(29) besitzt und daß die Spulen der Ankerwicklung (18) unterteilte Ankerleiter (19 bis 22) .aufweisen.
2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichne;, daß die Konturen der Hauptpolschuhe
(30) am Hauptpol-Luftspalt (29) durch zwei Kreisbögen (31) gebildet sind, welche sich an der
Mittellinie (33) der Hauptpol*: (27) treffen und deren
Mittelpunkte (32) außerhalb der Mittellinien (33) der Hauptpole (27) liegen.
3. Gleichstrommotor nach Anspruch ). dadurch gekennzeichnet, daß die kollektorseitigen Enden
der stabförmigen Ankerleiter (19 bis 22) miteinander verschweißt sind.
4. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kollektorseitigen Enden
der stabförmigen Ankerleiter (19 bis 22) miteinander hartverlötet sind.
5. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der am Kollektor (14) zu beFestigende
Ankerleiter (22) langer ist als die übrigen Ankerleiter (H9 bis 21).
6. Gleichstrommotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vier Flachdrähte je Koilektorlamelle
vorgesehen sind, von denen drei vom Kollektor abgekehrte, kürzere Leiterenden miteinander
verschweißt sind, während die Verbindung der drei kürzeren Leiterenden mit dem vierten längeren
Leiterende und die Verbindung des längeren Leiterendes mit der zugehörigen Kollektcrlamelle durch
Hartlöten, insbesondere durch Widerstands-Hartlöten hergestellt ist.
7. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Ankerleiter (19
bis 22) am kollektorseitigen Ende übereinander angeordnet sind und daß die kollektorseitigen Enden
der stabförmigen Ankerleiter (19 bis 22) als Lüfierschaufeln
wirken.
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