DE2744419A1

DE2744419A1 - Elektromotor mit hakenkommutator

Info

Publication number: DE2744419A1
Application number: DE19772744419
Authority: DE
Inventors: Rolf Rohloff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-10-03
Filing date: 1977-10-03
Publication date: 1979-04-05
Also published as: IT7828170A0; FR2404937A1; HU180078B; DK429478A; US4326140A; AT364412B; IT1099197B; PL123750B1; NL7809758A; FR2404937B1; DD139053A5; GB2005927A; PL210047A1; SE7810179L; CS212307B2; ATA690778A; GB2005927B; DE2744419C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor mit Hakenkommutator, an dessen Lamellen am wicklungsseitigen Ende jeweils
ein Haken angeformt ist, mit Hilfe dessen abgebogenem freien
Ende je Lamelle zumindest zwei Drähte der Ankerwicklung des
Elektromotors radial übereinanderliegend am Kollektor befestigt und mit der jeweiligen Lamelle kontaktiert sind.

Bei einem bekannten derartigen Elektromotor mit Hakenkommutator (DT-AS 11 34 151) wird zunächst von der Stirnseite des KoIIeIc-

tors beginnend durch einen Schälvorgang ein Abschnitt einer längs der Lauffläche verlaufenden Oberflächenschicht abgehoben. Dieser Abschnitt bildet einen zur Stirnseite hin geöffneten Haken. Auf die durch den Schälvorgang freigelegte Fläche wird der Steg einer U-förmigen Anschlußfahne aufgesetzt und durch Andrücken des Hakens befestigt. Zwischen die Fahnenschenkel der Anschlußfahne
sind jeweils zwei Enden der Ankerwicklung derart eingeführt und festgeklemmt, daß diese radial übereinander außen auf der Kommutatorfläche angeordnet sind.

Es ist auch bereits ein Kollektor mit einem Hakenkommutator zur Aufnahme jeweils eines einzigen Drahtes pro Haken bekannt
(DT-AS 23 28 698), bei dem die Haken an der Stirnfläche der Lamellen um ein bestimmtes, insbesondere im Verhältnis zum Durchmesser des Drahtes kleineres Maß unterhalb des Außenrandes der

Stirnfläche angeformt sind.

Bk 2 Bim / 26.9.1977 ₉₀9β14/0611

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen ].·!!<■ !,troiriotor mit Hakenkommutator zu schaffen, bei dem mit einfachen HLtLeLn ohne wesentliche Vergrößerung des für den Kommutator mit seinen Wicklungsdrahtverbindungen notwendigen Raums pro Haken ι'.ehr als ein umschlungener Wicklungsdrart befe.stigbar und kontaktierbar ist.

Die Lösung der gestellten Aufgebe ißt ¹JeL einen 'JIc¹ 1,:'O'i'.vl;.or der eingangs genannten Art dadvrch möglich, e;■■) dor· H-f en an der Stirnfläche des wicklungsseitigen Endes der Lamelle unterhalb des Außenrandes der Stirnfläche angeformt und im Sinne einer dem Durchmesser eines ersten Wicklungsdrahtes angepaßten Vertiefung zv/ischen dem Haken und der Stirnfläche der Lanolle zur'· AuOenrarid der Stirnfläche hin in Abstand zu dieser abgebogen ist, derart daß beim Einziehen eines weiteren Wicklungsdrahtes dieser ebenfalls in direktem Kontakt zum Haken zwangsweise radial oberhalb des zumindest teilweise unterhalb des Außenrandes der Stirnfläche liegenden ersten Drahtes angeordnet ist; dadurch wird erreicht, daß der erste Wicklungsdraht beim Wickeln der Ankerwicklung bein Umschlingungsvorgang des Hakens in der Vertiefung arretiert ist und beim anschließenden Umschlingen des zweiten Wie' lungsdr\ihtes dieser zwangsweise und ohne Zuhilfenahme von zusätzlichen Anschlußmitteln, z.B. gesonderten Ansehtußfahnen radial, oberhalb des ersten Wicklungsdrahtes zu liegen kommt und sich somit sowohl aus konstruktiven als auch aus isolationstechnischen Gründen eine Vergrößerung des Kommutatordurchmessers erübrigt, wie sie bei einem tangeritialen Nebeneinanderlegen der zwei Wicklungsdrähte pro Haken notwendig gewesen wäre.

Eine noch gezieltere Festlegung des ersten Wicklungsdrahtes ist dadurch möglich, daß im Sinne einer Anpassung der Vertiefung an den Durchmesser des Wicklungsdrahtes die Stirnfläche der Lamellen jeweils an ihrem Außenrand mit einer dem Wicklungsdraht angepaßten Hohlkehle versehen ist.

Zwei besonders vorteilhafte Anwendungsfälle des erfindungsgeiaäß aufgebauten Elektromotors mit Hakenkommutator sind durch die Gegenstände der Ansprüche h und 5 gekennzeichnet; bei einem derartigen Zweimotorenantrieb werden in einem einzigen gemeinsamen

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Blechpaket sowohl ein hochpoliger Induktionsmotor alr> auch ein niederpoliger Universalmotor zusammengefaßt. Während im G tender beispielsweise eine übliche 3-stränßige Induktionsmotorv/lclclung und eine weitere niederpolige Universalmotor-V/icklun^ vor^;esehen werden kann, ist im Laufor eine wie zuvor gekennzeichnet in bestimmter Weise am Ankerumfang verteilte integrierte Lüuforwicklung mit bestimmter Polteilung an die Kommutatorlaraellen anzuschließen. Zur vollen Funktionsfähigkeit sowohl im Induktionsmotor-Betrieb als auch im Universalmotor-Betrieb ist die integrierte Läuferwicklung u.a. jeweils aus einer gekreuzten und einer ungekreuzten Schleifenwicklung derart kombiniert, daß an zwei benachbarte Lamellen des Kommutators jeweils Anfang bzw. Ende sowohl einer Spule der ungekreuzten als auch einer bestimmten Spule der gekreuzten Schleifenwicklung anzuschließen sind.

Durch die vorteilhafte Kombination des erfindungsgemäßen Hakenkommutators mit der in den Ansprüchen 4 und 5 gekennzeichneten Wicklung ist es möglich, den Läufer des als Zweimotorenantrieb mit integrierter Läuferwicklung ausgestalteten elektrischen Motors in einfacher Weise maschinell, beispielsweise mit Hilfe eines Flyers maschinell zu wickeln und dabei den Durchmesser des Kommutators gegenüber einer ansonst üblichen reinen Universalmotorwicklung mit nur einem Wicklungsdraht pro Haken bei gleichbleibender Isolationsfestigkeit praktisch nicht vergrößern zu müssen.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im folgenden anhand schematisch in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen:

Figur 1 in einem radialen Teilschnittbild einen üblichen Kommutator mit nur einem Wicklungsdraht pro Ilaken, Figur 2 ein entsprechendes Längsschnittbild der Figur 1, Figur 3 ein radiales Teilschnittbild eines üblichen Kommutators, dessen Haken von jeweils zwei Wicklungsdrähten umschlungen sind, Figur k ein axiales Teilschnittbild der Figur 3, Figur 5 ein radiales Teilschnittbild eines erfindungsgemäßen Kommutators, dessen Haken von jeweils zwei Wicklungsdrähten umschlungen sind,

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Figur 6 ein axiales Te.ilschnittbild der Figur 5 noch dem Einziehen der V/icklungsclrähte jedoch vor dem endgültigen Abbiegen des Ilakens,

Figur 7 das Teilschnittbild nach Figur 6 jedoch mit endgültig abgebogenem Haken 4,

Figur 8 das Wicklungsschema der integrierten Läuferwicklung für einen 6/2-polumschaltbaren Antriebsmotor, Figur 9 das Wicklungsschema der integrierten Lüuferwicklunp; eines 12/2-polumschaltbaren Antriebsmotors.

Figur 10 das Schema einer S/2-poligen integrierten Lau "^rvickluup;. Konzentrisch gehaltert zu einer Motorwelle 1 sind in einem Isolierstoff 2 Lamellen 3, 3' eingebettet, die an ihren wicklungsseitigen Enden in Haken 4 bzw. 5; 4' bzw. 5' übergehen. Die in den Figuren 1, 3, 5 nur abschnittsweise dargestellten Haken sind in üblicher Weise über den gesamten Umfang des Kommutacors verteilt. Bei maschinellem Herstellen der Wicklung beispielsweise mittels eines sogenannten Flyers umschlingt beispielsweise den Haken 4¹ ein Wicklungsdraht 6, der in Figur 1 im Schnittbild dargestellt ist. Der notwendige Abstand b1 (Figur 1) zwischen zwei am Kommutatorumfang aufeinander folgenden Haken 4', 5' ergibt sich aus der Stärke des Wicklungsdrahtes 4' bzw. 5' und dem notwendigen Isolationsabstand a zwischen den beiden benachbarten gegenüberliegenden Seiten der Wicklungsdrähte 4' bzw. 5'.Unter weiterer Berücksichtigung der Lamellen- bzw. Hakenzahl und deren tagentialer Breite ergibt sich der Durchmesser D3 des Außenr.indes der Stirnfläche 31 (Figur P) der Lamellen 3-

Figur 3 zeigt ausgehend von einem an sich üblichen Kommuta"bor nach Figur 1 die notwendige Vergrößerung des Abstandes b2 zwisehen zwei am Kommutatorumfang aufeinanderfolgenden Haken 4 2^f bzw. 5, 2', wenn diese Haken nach dem Umschlingen durch einen ersten Draht 6 bzw. 7 maschinell von einem v/eiteren Draht 0 bzw. 9 umschlungen werden. Zwangsläufig ergibt sich daraus eine Vergrößerung des Durchmessers des Außenrandes der Stirnfläche auf ein Maß D4 bei Zugrundelegen der konstanten Größen von Hakenbreite, Drahtdurchmesser und Isolationsabstand a.

5 zeigt den erfinclungsgeriuß ausgebildeten Kommutator, bei dem sich die beiden nacheinander den Haken 4 bzw. 5 umschlingen

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den Drahtwicklungen 6 bzw. 3; 7 bzw. 9 zwangsweise radial übereinanderlegen. Dieses zwangsweise Übereinanderlegen ergibt sich, v/ie vorzugsweise aus Figur 6 ersichtlich, dadurch, daß in vorteilhafter Weise der Haken 4 an der Stirnfläche 31 des wicklungsseitigen Endes der Lamelle unterhalb des Außenrandes (D1) der Stirnfläche 31 angeformt und im Sinne einer dem Durchmesser D2 des ersten Wicklungsdrabtes 6 angepaßten Vertiefung zwischen dem Haken 4 und der Stirnfläche 31 der Lamelle zum Außenrnnd der Stirnfläche hin in Abstand zu dieser abgebogen Äst. Die Abbiegung des Hakens 4 erfolgt dabei zunächst in vorwiegend radialer Richtung von der Welle 1 weg, derart daß der zweite Wicklungsdraht S radial oberhalb des zuerst umschlingenden Wicklungsdrahtes 6 angeordnet ist. Danach wird die vorgebogene Abwinklung des oberen freien Endes des Hakens 4, wie aus Figur 7 ersichtlich, so weit auf die Lamellenoberfläche zugebogen, daß jeweils beide Wicklungsdrähte 6, 8 radial übereinanderliegend und nicht wie in üblicher Weise gemäß Figur 4 tangential nebeneinanderliegend gehalten sind. Der unter Berücksichtigung der gegebenen Größen von Hakenbreite, Wicklungsdrahtdurchmesser und Isolationsabstand a nach Figur 5 sich ergebende notwendige Durchmesser des Außenrandes D1 der Stirnfläche 31 ist dabei nur um das Durchmessermaß D2 des in die Vertiefung eingelassenen Wicklungsdrahtes 6 bzw. 7 größer als das in den Figurn 1 und 5 gleich große Durchmessermaß D3, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Haken 4, 5 bzw. 4¹, 5' die gleiche Größe b1 behält, die bei der üblichen Ausführung eines Kommutators bei Umschlingung mit zwei Wicklungsdrähten gemäß Figur 3 auf das Haß b2 hätte vergrößert werden müssen.

Während an sich der erfindungsgemäß ausgestaltete Haken 4 an die Stirnseite angeformt im Abstand einer Drahtstärke D2 radial nach oben verlaufen kann und die Vertiefung zwischen der ansonsten unbearbeiteten Stirnfläche 31 und dem radial verlaufenden Teil des Hakens 4 gebildet wird, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung, wie aus Figur 6 ersichtlich vorgesehen, daß im Sinne einer Anpassung der Vertiefung an den Durchmesser D2 des Wicklungsdrahtes 6 die Stirnfläche 31 der Lamellen 3 jeweils an ihrem Außenrand D1 mit einer dem Wicklungsdraht 6 angepaßten Hohlkehle 32 versehen ist. Dadurch ergibt sich an sich keine

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notwendige axiale Vergrößerung des Kommutators, da die Hohlkehle in einem Abschnitt vorgesehen wird, der aus herstellungstechnischen Gründen an sich nicht für die Lamellenlauffläche vorgesehen ist.

Figur 5 zeigt in ihrem oberen und unteren Teil jeweils die Abwicklung des gleichen Kommutators mit 36 Lamellen und einem Wicklungsausschnitt der in 1°. Nuten untergebrachten integrierten Lauferwicklung eines 6/2-polumschaltbaren Zweimotorennntriebs.

Im oberen Teil ist als Ausschnitt aus dem gesamten Wicklungssystem eine hinsichtlich Spulenweite erfindungsgemäß am Läuferumfang angeordnete ungekreuzte, die Nuten 1 und 10 mit je zwei Spulenseiten belegende und entsprechend in zwei Teilrjpulon .unterteilte Spule dargestellt, während im unteren Teil die erfindungsgemäß vorgesehene Reihenschaltung einer zweiten, die Nuten 7 und 16 belegenden und damit in Reihe geschalteten zusätzlichen, die Nuten 13 und 4 belegenden Spule dargestellt ist. Anfang und Ende der als gekreuzte Spule angeschlossenen Reihenschaltung sind an die gleichen Lamellen 10, 19, 20 wie die Tünden der ungekreuzten Wicklung im oberen Teil der Darstellung angeschlossen. Die drei Spulen sind im Sinne der für einen 6/2-polumschaltbaren Antriebsmotor erforderlichen Durchflutung erfindungsgemäß am Umfang mit einem Abstand von je 120° und der erfindungsgemäß vorgesehenen Spulenweite am Umfang verteilt angeordnet; jede Wicklung im oberen bzw. im unteren Teil wird nacheinander maschinell gefertigt und umschlingt dabei jeweils die Haken der dargestellten Lamellen 1Π, 19, 20.

Figur 9 zeigt das Wicklungsschema eines 12/2-polumschaltbaren Antriebsmotors mit 28 Läufernuten und 2o Kommutatorlaraellen. Im Unterschied zu Figur 8 ist also hier keine Unterteilung der Spule in Teilspulen vorgesehen. In insbesondere hinsichtlich einer geringen Geräuschentwicklung vorteilhafter Weise ist bei der voll integrierten Läuferwicklung vorgesehen, daß bei an sich bekannter unterschiedlicher Nutzahl in Ständer- um\ Ankerwicl'.lun/,· die Znhl der Nuten im /nker Np unterschiedlich von dor an sich ί'blichen, aufgrund von Polzahl, Phasenzahl und Nutzahl pro Pol und Strang bestimmbaren Nutzahl (N₀ = 2p . m_o . n,,) des Ankern ist. So ist beispielsweise bei dem i/icklungsschema nach Figur 9 eine Nutzahl

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im Läufer von Np = 28 vorgesehen, während sich nach an sich üblicher Berechnung eine solche Nutzahl von 24 Nuten unter Berücksichtigung einer 3>-str;ingigen Induktionsriotor-StHndei'wicklung mit N₁ = 3& Nuten ergeben hätte.

Figur 10 zeigt für einen V2-polumschaltbaren Antriebsmotor wiederum anhand der schon zuvor angewandten schematischen Darstellung in zwei Teilausschnitten der an den gleichen Kommutator mit 36 Laraellen angeschlossenen integrierten Lauforwicklung mit 18 Nuten, im oberen Figurenteil eine in zwei Teilspulen unterteilte, an die Lamellen 4, 5, 6 angeschlossene Spule der ungekreuzten Schleifenwicklung und im unteren Figurenteil eine in zwei Teilspulen unterteilte, ebenfalls an die Lamellen 4, 5, 6 angeschlossene Spule der gekreuzten Schleifenwicklung.

10 Figuren
5 Patentansprüche

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L e e r s e i t e

Claims

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Patentansprüche

27U419

M. Elektromotor mit Hakenkoinmutator, an dessen Lamellen am wicklungsseitigen Ende jeweils ein Haken angeformt ist, mit Hilfe dessen abgebogenem freien Ende je Lamelle zumindest zwei Drähte der Ankerwicklung des Elektromotors radial übereinander liegend am Kollektor befestigt und mit der jeweiligen Lamelle koiitakt sind, d a d u r c Ii g e k e η η ?. e i c Ii η e t , <.■■ - ι·ογ Haken (4) an dor Stirnfläche (31) des vn_cklungsse i tir-en Nt'der· d- r Lamelle (3) unterhalb des Außorirandes (Durchmesser Dl) der Stirnfläche (31) angeformt und im Sinne einer dem Durcl.'.iesoer· (D2) eines ersten "Wlcklungsdrahtes (6) angepaßten Vertiefung zwischen dem Haken (4) und der Stirnfläche (31) der Lamelle (3) 2:1:11 Aiü3enrand (Durchmesser D1) der Stirnfläche (31) hin in /bstand zu dieser abgebogen ist, derart daß beim Einziehen oines v/eiteren Wicklungsdrahtes (B) diener ebenfalls in direktem tion takt zum Haken (4) zwangsweise radial ouerhalb des zumindest teil·,\-ise unterhalb des Außenrandes (Durchmesser D1) d.ui Stirnf^{; :}.o';- C'ii) liegenden ers en Di'ahtes (b) angeordnet ist.
2. Elektromotor mit Ilakeiikornmutator nach An^prucri 1, c'adurcli gekennzeichnet, daß im Sinne einer Anpassung der Vertiefung an don Durchmesser (D2) des Wicklungsdrahtes (6) die Stirnfläche (31) der Lamellen (3) jeweils an ihrem Außenrand mit: einer dem Vn cklungsdraht (6) angepaßten Hohlkehle (j2) verseile?) ir. i:
3. Elektromotor mit Hakenkommutator nach Ansprich 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Haken (4) an der Stirnfläche (31) in einem solchen radialen Abstand zu deren Außenrand (Durchmesser D1) angeformt ist, daß in die Vertiefung mehrere Viicklungsdrähte zwangsweise radial übereinanderliegend einziehbar sind.
4. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Anwendung auf einen Zweimotorenantrieb, dessen jeder Motor jeweils getrennt an ein als einzige Speisequelle dienendes Einphasen-V/echaelstromnetz anschließbar ist, mit in einem gemeinsamen Stand erb"! echpaket angeordneter Ständerwicklung eines Kommutatormotors niedriger Polzahl einerseits und eines Induk-

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tionsmotors höherer Polzahl andererseits und mit einem gemeinsamen, in solcher Weise bewickelten Anker, daß aus je Strang in Reihe geschalteten Spulen bzw. Spulengruppen kurzgeschlossene Stromkreise und damit Durchflutungen mit einer jener des erregenden Induktionsmotor-Ständerfeldes entsprechender Polzahl entstehen und über die Lamellen eines Kommutators Stromkreise und damit Durchflutungen mit einer jener des erregenden Komrnutator-Ständerfeldes entsprechenden Polzahl bildbar sind, wobei im Sinne eines sowohl für den Kommutator- wie den Induktionsmotor-Betrieb gemeinsamen einzigen Anker-Wicklungssystems bei einem Polzahl verhältnis von 4 : 2 bzw. 8 : 2 bzw. 12 : 2 bzw. 16 : 2 an jeweils zwei benachbarte Lamellen (1Π, 19) des Kommutators sowohl Anfang bzw. Ende einer Spule einer ungekreuzten als auch einer dieser gegenüber räumlich um 180° am Ankerumfang versetzt angeordneten Spule einer gekreuzten Schleifenwicklung angeschlossen sind, deren Polteilung jeweils zumindest annähernd einer Polteilung der niederpoligen, insbesondere 2-poligen Kommutator-StMnderwicklung und einem ungeraden, ganzen Vielfachen der hoc·.ι>io L Igen Induktionsmotor-Ständerwicklung entspricht (Figur 9).
5. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Anwendung auf einen Zweimo torenantri el), dessen jeder Motor jeweils getrennt an ein als einzige Speisequelle dienendes Einphasen-Wechselstromnetz anschließbar ist, mit in einem gemeinsamen Ständerblechpaket angeordneter Ständerwicklung eines Kommutatormotorsniedriger Polzahl einerseits und eines Induktionsmotors höherer Polzahl andererseits und mit einem gemeinsamen, in solcher Weise bewickelten Anker, daß aus je Strang in Reihe geschalteten Spulen bzw. Spulengruppen kurzgeschlossene Stromkreise und damit Durchflutungen mit einer jener des erregenden Induktionsmotor-Ständerfeldes entsprechenden Polzahl entstehen und über die Lamellen eines Kommutators Stromkreise und damit Durchflutungen mit einer jener des erregenden Kommutatormotor-Ständerfeldes entsprechenden Polzahl bildbar sind, wobei im Sinne eines sowohl für den Kommutator- wie den Induktionsmotor-Betrieb gemeinsamen einzigen Anker-Wicklungssystems bei einem Polzahlverhältnis von 6 : 2 an jeweils zwei benachbarte Lamellen (18, 19 bzv/·. 19, 20) des Kommutators sowohl Anfang bzw.

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Ende einer ansonsten zum Kommutator verbindungslosen Reihenschaltung zweier gegeneinander um 120° am Ankerumfang versetzt angeordneten, einer ersten gekreuzten oder ungekreuzten Schleifenwicklung zuzuordnenden Spulen als auch einer im Sinne einer gleichmäßigen Verteilung am Ankerumfang um weitere 120° versetzt angeordneten Spulen einer im Gegensatz zur ersten ungekreuzten bzw. gekreuzten Schleifenwicklung angeschlossen sind, deren PoI-teilung jeweils zumindest annähernd einer Polteilung der niederpoligen, insbesondere 2-poligen Kommutntor-Ständerwicklung und einem ungeraden, ganzen Vielfachen der hochpoligen Induktionsmotor-Ständerwicklung entspricht.

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