DE2841838A1

DE2841838A1 - Zylindrische laeuferwicklung fuer kernlose elektrische maschinen

Info

Publication number: DE2841838A1
Application number: DE19782841838
Authority: DE
Inventors: Yoshimitsu Nakamura
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1977-09-30
Filing date: 1978-09-26
Publication date: 1979-04-05
Also published as: FR2404944A1; US4370581A; NL181538B; JPS5924620B2; NL181538C; DE2841838C2; GB2005484A; JPS5450958A; FR2404944B1; NL7809631A; GB2005484B

Description

Zylindrische Läuferwicklung für kernlose elektrische Maschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine zylindrische Läuferwicklung für kernlose elektrische Maschinen mit diagonal bzw. schräg zur Läuferachse gewickelten Teilspulen einer der Polzahl der Wicklung bzw. der Zahl von Kollektorlamellen der Maschine entsprechenden Anzahl, die in einer ersten oder inneren zylindrischen Wickellage abwechselnd mit den entsprechenden Teilspulen einer zweiten oder äußeren zylindrischen Wickellage in Reihe verbunden sind.

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Die kernlosen elektrischen Maschinen, die mit einer solchen zylindrischen Läuferwicklung der vorgenannten Art ausgerüstet sind, umfassen unter Hinweis auf die Fig.1 der Zeichnung ein in aller Regel im wesentlichen topfförmiges Joch 1, das aus magnetischem Material besteht und den Ständer der Maschine bildet. Der Boden dieses Jochs 1 ist mittig gelocht und nimmt ein über den Lochrand aufgeschobenes oder sonstwie am Boden des Jochs befestigtes Isolierstück 2 auf zur Halterung eines zu dem Joch koaxial angeordneten zylindrischen Dauermagneten 3 und zur drehbaren/einer Läuferwelle 5 mittels zweier axial auf Abstand zueinander angeordneter Wellenlager 4. Auf das innere Ende der Läuferwelle 5 ist eine Isolierplatte 7 aufgesteckt, an der die in einen Luftspalt zwischen dem Dauermagneten 3 und dem Joch 1 vorstehende Läuferwicklung 6 befestigt ist,mit welcher an der Oberseite der Isolierplatte 7 in einer jeweils radialen Ausrichtung angeordnete Kollektorlamellen oder -segmente 8 stromleitend verbunden sind, mit denen der Stromzuführung dienende Bürsten 9 in Berührung stehen, welche einen ebenfalls aus Isoliermaterial bestehenden Dekkel 1o des Jochs 1 nach außen überragen.

Insbesondere zur Vergrößerung des von einer solchen kernlosen elektrischen Maschine erbringbaren Drehmoments ist es auch unter Hinweis auf die Fig.2 der Zeichnung beispielsweise aus der US-PS 3 36o 668 bekannt, die Läuferwicklung 6 mehrschichtig auszubilden,und zwar in einer ersten oder inneren zylindrischen Wickellage 11 und einer dazu konzentrischen zweiten oder äußeren zylindrischen Wickellage 12. Bei jeder der dabei separat gewickelten Wickellagen 11,12 sind diagonal bzw. schräg zur Läuferachse gewickelte Teilspulen einer der Polzahl der Wicklung und damit der Zahl der Kollektorlamellen bzw. -segmente 8 entsprechenden Anzahl verwirklicht, die an der inneren und äußeren Mantelfläche eines jeden Zylinders der beiden Wickellagen 11,12 Leiterfelder einer dreieckförmigen oder auch eher rhombenförmigen Gestaltung bilden und sich folglich je über eine ümfangslänge T/n des jeweiligen Zylinders erstrecken, wobei η die Polzahl der Wicklung ist. Damit nun diese Teilspulen der inneren Wickellage 11 abwechselnd mit den entsprechenden Teilspulen der äußeren Wickellage 12 in Reihe verbunden werden können, ist an jeder Teilspule

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/Lagerung

der beiden Wickellagen 11 und 12 eine Teillänge des Leiterdrahtes als eine entsprechende Anschlußschlaufe am einen Zylinderende herausgeschleift, so daß folglich bei einer beispielsweise dreipoligen Ausbildung der Läuferwicklung für die drei Teilspulen der inneren Wickellage 11 drei solche Anschlußschlaufen 13,14 und 15 und weitere drei Anschlußschlaufen 16,17,18 für die drei Teilspulen der äußeren Wickellage 12 vorhanden sind. Alle diese Anschlußschlaufen 13 bis 18 müssen dann aufgeschnitten werden, so daß beispielsweise für die Anschlußschlaufe 13 die beiden Teillängen 13* und 13" (Fig.3) erhalten werden, von denen dann die eine Teillänge 13' mit der entsprechenden Teillänge 16* ^r der Anschlußschlaufe 16 der in Reihe angeschlossenen nächsten Teilspule der äußeren Wickellage 12 verbunden ist, die andererseits über die entsprechende Teillänge 17' der Anschlußschlaufe 17 mit der zweiten Teillänge 13" der Anschlußschlaufe 13 verbunden wird, um so den Reihenanschluß dieser Teilspule der äußeren Wickellage 12 an die nächste Teilspule der inneren Wickellage 11 zu erhalten, die wieder über die Teillänge 14· der Anschlußschalufe 14 mit der zweiten Teillänge 17" der Anschlußschlaufe 17 für den Reihenanschluß an die nächste Teilspule der äußeren Wickellage 12 verbunden wird usw. Es ist damit wohl ohne weiteres erkennbar, daß dieser abwechselnd zueinander über solche Anschlußschlaufen erfolgende Reihenanschluß der einzelnen Teilspulen der beiden Wickellagen 11 und 12 sehr arbeitsintensiv ist und folglich die Herstellung einer solchen mehrlagigen Läuferwicklung entsprechend teuer wird, wobei dieser Kostenfaktor umso hSher ausfällt, ^e größer die Polzahl gewählt wird. Bei dieser Fertigung besteht im übrigen die Gefahr, daß die Teillängen der Anschlußschlaufen falsch miteinander verbunden werden und dann also die Teilspulen der beiden Wickellagen nicht in der gewünschten Reihenfolge aneinander angeschlossen sind, womit eine solche Läuferwicklung dann entsprechend schadhaft ist.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zu Grunde, eine solche zylindrische Läuferwicklung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie mit geringeren Kosten gefertigt werden kann.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Teilspulen der beiden Wickellagen abwechselnd zueinander kontinuierlich gewickelt sind. Bei einer solchen kontinuierlichen Bewicklung der beiden Wickellagen wird folglich auf jedes Herausschleifen eine· jeweiligen Teillänge des Leiterdrahtes an jeder Teilspule der beiden Wickellagen am einen Ende der Läuferwicklung verzichtet; d.h. es werden also nicht die besonderen Anschlußschlaufen ausgebildet, die bei der bekannten Läuferwicklung für den wechselnden Anschluß der Teilspulen der einen Wickellage mit den Teilspulen der anderen Wickellage vorgesehen sind, und es ist die Bewicklung vielmehr so gesteuert, daß der Leiterdraht nach Abschluß der Ausbildung einer Teilspule der einen Wickellage ohne Unterbrechung über eine mehr oder weniger große Zwischenlänge zu dem Anfang der nächsten Teilspule der anderen Wickellage geführt wird zur Wickelung dieser nächsten Teilspule, nach deren Beendigung der Leiterdraht wieder über eine entsprechende Zwischenlänge zurück zu der ersten Wickellage geführt wird, damit an dieser die nächste Teilspule ausgebildet werden kann. Es ist damit nicht nur möglich, solche mehrschichtigen Läuferwicklungen doch wesentlich kostensparender herzustellen, vielmehr wird darüber auch ermöglicht, die einzelnen Teilspulen der beiden Wickellagen doch wesentlich enger zu packen, so daß also für das gesamte Wickelpaket einer solchen zylindrischen Läuferwicklung eine doch wesentlich größere und entsprechend vorteilhaftere Dichte der Bewicklung erhalten werden kann, als es bei den bekannten Läuferwicklungen mit den separat gewickelten Wickellagen möglich ist.

Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen erfaßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig.1 den Längsschnitt durch eine kernlose elektrische Maschine der bereits beschriebenen bekannten Ausbildung,

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Fig.2 in vergrößertem Maßstab eine Perspektivansicht der mehrschichtigen Läuferwicklung, die bei der Maschine gemäß Fig.1 verwendet ist,

Fig.3 eine Schemadarstellung des Reihenanschlusses der einzelnen Teilspulen der Läuferwicklung gemäß Fig.2,

Fig.4 eine entsprechende Schemadarstellung des Reihenanschlusses der einzelnen entsprechenden Teilspulen bei einer Läuferwicklung gemäß Erfindung,

Fig.5 eine Perspektivansicht einer fünfpoligen Läuferwicklung, für deren Teilspulen das Anschlußprinzip gemäß Fig.4 verwirklicht ist,

Fig.6 in einer Schemadarstellung eine Abwicklung einer solchen zylindrischen Läuferwicklung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung,

Fig.7 eine Perspektivansicht der Läuferwicklung, bei

der das Wicklungsprinzip gemäß Fig.6 verwirklicht ist, und

Fig.8 eine der Fig.6 entsprechende Schemadarstellung der Abwicklung einer Läuferwicklung gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung.

Bei der zylindrischen Läuferwicklung gemäß den Fig.4 und 5 ist eine innere Wickellage L«. und eine äußere Wickellage L₂ verwirklicht, die für eine fünfpolige Ausbildung dieser Wicklung jeweils mit fünf diagonal bzw. schräg zur Läuferachse gewickelten Teilspulen L₁₁ bis L₁^ und L₂₁ bis L₂^ versehen sind. Die diagonale bzw. schräg zur Läuferachse ausgerichtete Wicklung jeder Teilspule ist dabei so vorgenommen, daß der Leiterdraht in dieser Ausrichtung zwischen den beiden Zylinderenden hin- und hergeführt wird, mit der Besonderheit, daß nach abgeschlossener Wicklung einer solchen Teilspule beispielsweise der inneren

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Wickellage L₁ auf die entsprechende Wicklung einer nächsten Teilspule in der anderen Wickellage L₂ kontinuierlich übergewechselt wird, nach deren Fertigstellung durch ein erneutes Überwechseln erst wieder die nächste Teilspule an der einen Wickellage L₁ ausgebildet wird usw. Der Leiterdraht wird also von einem Wicklungsanfang 2a zunächst zur Ausbildung der Teilspule L₁₁ der inneren Wickellage L₁ geführt, die dabei über den Umfang der Zylinders dieser inneren Wickellage L₁ eine UmfangslängeT*/5 erhält, und er wird dann über eine Zwischenlänge 2b zur nachfolgenden Ausbildung der Teilspule L₂₁ der äußeren Wickellage L„ an eine Stelle überführt, die dem Wicklungsanfang 2a der Teilspule L₁₁ entspricht. Auch die Teilspule Lp₁ der äußeren Wickellage L₂ kommt dann über den Umfang dieses äußeren Zylinders auf eine Umfangslänge 1f/5 zur Ausbildung, und ist diese Teilspule L₂₁ fertig gewickelt, dann wird der Leiterdraht über eine weitere-Zwischenlänge 2c zu dem Wicklungsanfang der nächsten Teilspule L₁₂ der inneren Wickellage L₁ überführt usw. Auf diese Weise sind somit die einzelnen Teilspulen der inneren und äußeren Wickellagen L₁ und L₂ der Läuferwicklung abwechselnd zueinander in Reihe verbunden, wobei für diesen Reihenanschluß, dessen Prinzip im übrigen auch auf mehr als zwei Wickellagen anwendbar ist, auf die Ausbildung separater Anschlußschlaufen an jeder Teilspule verzichtet werden kann.

Gemäß den Fig.6 und 7 ist für diesen Reihenanschluß der einzelnen Teilspulen einer solchen Läuferwicklung im Umfang der Zwischenlängen des Leiterdrahtes, über welche die Teilspulen der einen Wickellage abwechselnd mit den Teilspulen der anderen Wikkellage kontinuierlich verbunden werden, ein etwas anderes Prinzip verwirklicht. Die in der abgewickelten Darstellung gemäß Fig.6 ausgezogenen Linien veranschaulichen dabei die Führung des Leiterdrahtes zwischen den beiden Zylinderenden bei der Ausbildung einer Teilspule der inneren Wickellage, während die gestrichelten Linien die dazu versetzte Führung des Leiterdrahtes bei der Ausbildung der entsprechenden Teilspule der äußeren Wickellage veranschaulichen. Zwischen die beiden Teillängen 1-2 und 4-5 des Leiterdrahtes der Teilspule der inneren Wickellage ist folglich in versetzter Anordnung die Teillänge 3'-4· des

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Leiterdrahtes der entsprechenden Teilspule der äußeren Wickellage geschoben, wobei diese drei Teillängen des Leiterdrahtes eine wechselseitige Schichtung erfahren, die derjenigen eines Holz- oder Stangenstapels vergleichbar ist. Die Zwischenlänge des Leiterdrahtes, über die der Reihenanschluß dieser beiden Teilspulen bewirkt ist, folgt der gestrichelten Linie b-A^-c, deren Anfang b folglich gleichzeitig das Ende der letzten Teillänge des Leiterdrahtes der Teilspule der inneren Wickellage ist, die sich von der Stelle 13 am anderen Zylinderende zu diesem Anfang b hin erstreckt, an welchem folglich der Leiterdraht zur nachfolgenden Ausbildung dieser Zwischenlänge eine Umlenkung zur Ausrichtung auf die weitere Umlenkstelle A.. erfährt, die parallel zu der Ausrichtung der vorhergehenden Teillänge 11-12 des Leiterdrahtes bei dieser Teilspule der ersten Wickellage verläuft. Die Umlenkstelle A^ ist dabei an einen Ort placiert, der in der Nähe der Kreuzungsstelle dieser vorhergehenden Teillänge 11-12 und der ersten Teillänge 1-2 des Leiterdrahtes der Teilspule der inneren Wickellage liegt, so daß die Zwischenlänge des Leiterdrahtes dann hinter dieser Umlenkstelle A^ zu der Stelle c hin parallel zu dieser ersten Teillänge 1-2 geführt werden kann. Das Ende c der Zwischenlänge b-A^-c bildet folglich gleichzeitig den Anfang 1' der ersten Teillänge 1'-2· der als nächstes zu wickelnden Teilspule der äußeren Wickellage, wobei sich an diese Teillänge 1'-2' dann die Teillänge 2*-3' anschließt, die zwischen den Teillängen a-1 und 3-4 des Leiterdrahtes der zuerst gewickelten Teilspule der inneren Wickellage gleichartig angeordnet ist wie die folgende Teillänge 3'-4' zwischen den Teillängen 1-2 und 4-5 angeordnet ist. Es ist folglich davon auszugehen, daß das Ende c der Zwischenlänge b-A^-c des Leiterdrahtes, über die der Reihenanschluß der aufeinanderfolgend gewickelten Teilspulen der beiden Wickellagen herbeigeführt ist, am gleichen Zylinderende liegt wie der Anfang a, von dem aus die Wicklung der Teilspule der inneren Wickellage begonnen wird, wobei dieses Ende c um den halben Durchmesser des Leiterdrahtes einerseits von diesem Wicklungsanfang a und andererseits von der Stelle 2 am gleichen Zylinderende entfernt liegt, zu der hin die in bezug auf die Ausrichtung/Sieses Zylinderende hin erste Teillänge 1-2 des Lei-

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terdrahtes der Teilspule der inneren Wickellage geführt ist.

Das gleiche Prinzip einer folglich zweifachen Umlenkung der Zwischenlänge des Leiterdrahtes für zwei Teilspulen der beiden Wickellagen kann gemäß der Darstellung in Fig.8 auch für das dem Wickelanfang a gegenüberliegende Zylinderende verwirklicht werden, wozu es folglich nur erforderlich ist, die letzte Teillänge des Leiterdrahtes einer Teilspule der inneren Wickellage hin zu diesem anderen Zylinderende zu führen.

Bezüglich dieses abgewandelten Wicklungsverfahrens gemäß der Fig.6 bis 8 wird im Vergleich zu dem Wicklungsverfahren gemäß der Fig.4 und 5 der zusätzliche Vorteil erhalten, daß die Zwischenlängen des Leiterdrahtes, über die der Reihenanschluß der einzelnen Teilspulen der beiden Wickellagen bewirkt wird, nicht über das eine Zylinderende der Läuferwicklung vorstehaaund diese Zwischenlängen vielmehr in die kompakte Packung der Teilspulen einbezogen werden. Die gesamte Läuferwicklung kann damit allseits eine entsprechend glatte Oberfläche erhalten, über die folglich der Leiterdraht an keiner Stelle vorsteht und daher auch eine entsprechende Bruchsicherheit für den Leiterdraht gegeben ist, die bei der anderen Wicklungsart bezüglich der Zwischenlängen des Leiterdrahtes schon etwas kritischer ist, über die der Reihenanschluß der Teilspulen der beiden Wickellagen bewirkt wird. Mit dieser abgewandelten Wicklungsart ist es auch möglich, eine enger tolerierte axiale Länge für die Läuferwicklung einzuhalten, womit für die kernlose elektrische Maschine, die mit einer solchen Läuferwicklung ausgerüstet wird, entsprechend genauere Laufeigenschaften erzielbar sind. Alle diese Vorteile sind selbstverständlich auch dann gegeben, wenn eine solche Läuferwicklung mit mehr als zwei Wickellagen unter Anwendung desselben Prinzips gewickelt wird.

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Claims

PATENTANWALT DIPL.-ING. HANS-PETER GAUGER TAL 71 8OOO MÜNCHEN 2 IHR ZEICHEN! YOUR REF.: MEIN ZEICHEN: Mat-2741 MY REF.i MATSUSHITA ELECTRIC VORKS, LTD., OSAKA (JAPAN) Patentansprüche

1.!Zylindrische Läuferwicklung für kernlose elektrische Maschinen

V / mit diagonal bzw. schräg zur Läuferachse gewickelten Teilspulen

einer der Polzahl der Wicklung bzw. der Zahl von Kollektorlamellen der Maschine entsprechenden Anzahl, die wenigstens in einer ersten oder inneren zylindrischen Wickellage abwechselnd mit den entsprechenden Teilspulen einer dazu konzentrischen zweiten oder äußeren zylindrischen Wickellage in Reihe verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Teilspulen (L₁₁ bis L₁C und L₂₁ bis L₂=) ^der beiden Wickellagen (L₁ Lp) abwechselnd zueinander kontinuierlich gewickelt sind.

2. Läuferwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle für den Reihenanschluß der Teilspulen (L₁₁ bis L₁C und L₂₁ bis L₂=) der beiden Wickellagen (L₁JL₂) vorgesehenen Zwischenlängen (2a bis 2e) längs der Endkanten der beiden Wickellagen am einen Zylinderende geführt sind.

3. Läuferwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Reihenanschluß der Teilspulen der beiden Wickellagen vorgesehenen Zwischenlängen (b-A₁-c) des Leiterdrahtes auf die äußere Mantelfläche der inneren Wickellage aufgelegt sind.

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4. Läuferwicklung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Anfang (b) und das jeweilige Ende (c) der für den Reihenanschluß der Teilspulen der beiden Wickellagen vorgesehenen Zwischenlängen Cb-A₁-C) des Leiterdrahtes an dasselbe Zylinderende wie der Wicklungsanfang (a) oder an das gegenüberliegende Zylinderende (Fig.8) gelegt sind.

5. Läuferwicklung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g ek e η η zeichnet , daß jede Zwischenlänge (b-A^-c) des Leiterdrahtes bezüglich ihres eine erste Umlenkstelle für die Drahtführung bildenden Anfangs (b) eine Ausrichtung entgegengesetzt zu der Wickelrichtung der letzten Teillänge (13-b bzw. 15-b) der vorausgehend gewickelten Teilspule der inneren Wickellage erfährt und bis zu einer zweiten Umlenkstelle (A^) geführt ist, die jenseits der zuerst in der gleichen Wickelrichtung wie diese letzte Teillänge gewickelte Teillänge (1-2 bzw. 3-4) derselben Teilspule liegt und von der aus die Zwischenlänge zu ihrem Ende (c) dann wieder in der gleichen Wickelrichtung wie die letzte Teillänge (13-b bzw. 15-b) der zuerst gewickelten Teilspule der inneren Wickellage geführt ist.

6. Läuferwicklung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Windungen der einzelnen Teilspulen der äußeren Wickellage zwischen und oberhalb der Windungen der entsprechenden Teilspulen der inneren Wickellage angeordnet sind.

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