DE2931724A1

DE2931724A1 - Selbsttragende laeuferspule fuer gleichstrommaschinen

Info

Publication number: DE2931724A1
Application number: DE19792931724
Authority: DE
Inventors: Marc Heyraud
Original assignee: Portescap SA
Current assignee: Portescap SA
Priority date: 1978-08-09
Filing date: 1979-08-04
Publication date: 1980-02-28
Also published as: GB2033166A; GB2033166B; FR2433257B1; JPS5543994A; CH627031A5; DE2931724C2; FR2433257A1; US4543507A

Description

— Ο —

PORTESCAP

16 5 rue Numa-Droz

2300 La Chaux-de-Fonds (Schweiz)

Selbsttragende Läuferspule für Gleichstrommaschinen

Die Erfindung betrifft eine selbsttragende, zylindrische Läuferspule für elektrische Gleichstrommaschinen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Spule.

Vor allem in Klein- und Kleinstmaschinen der genannten Art wird die Lebensdauer der Maschine im wesentlichen durch die Lebensdauer des Kollektors bestimmt. Ein Kollektor weist eine Anzahl von Lamellen auf, die mit entsprechenden Teilspulen der Läuferspule verbunden sind und mit Stromabnehmer-Bürsten zusammenwirken. Wenn eine Bürste von einer Kollektorlamelle auf die nächste übergeht, so entstehen durch die Selbstinduktion der Spule Spannungsspitzen, welche zur Bildung von Funken zwischen der Bürste und den Kollektorlamellen führt. Diese Funkenbildung ist äusserst schädlich für den Kollektor und setzt dessen Lebensdauer beträchtlich herab. Beispielsweise bei einem Kleinstmotor, wie er in grossen Stückzahlen und in vielen Anwendungsgebieten ein-

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gesetzt wird,bedeutet dies meist eine verkürzte Lebensdauer des Motors selbst. -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer der Kollektoren von Gleichstrommaschinen der eingangs genannten Art zu erhöhen.

Dies wird erfindungsgemäss durch Verwendung einer Läuferspule erreicht, welche das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannte Merkmal aufweist. Eine besondere Ausbildungsform ist in Anspruch 2 beschrieben.

Die Erfindung besteht ferner in einem Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemässen Läuferspule, wie es in Anspruch 3 gekennzeichnet ist.

Die erf indungsgeinässe Lösung, die sich als sehr wirksam erwiesen hat, ist zudem äusserst einfach und bringt in vielen Fällen kaum. Mehrkosten bei der Herstellung mit sich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt eines Drahtes, wie er zur Herstellung der erfindungsgemässen Spule verwendet wird ;

die Figuren 2a, 2b, 2c und 2d verschiedene Spulenformen in schematischer Ansicht und

Die Figuren 3a und 3b Querschnitte durch benachbarte Drahtabschnitte in einer erfindungsgemässen Spule.

Der Wicklungsdraht, wie er zur Herstellung von selbsttragende-n • Spulen gemäss der Erfindung verwendet-wird,ist in Figur 1 im Querschnitt dargestellt. Ein leitender Kern 1, im allgemeinen aus

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Kupfer oder A Iuminium, ist von einer elektrisch isolierenden _ Schicht. 2 umgeben, welche aus Kunststoff oder anderen geeigneten Materialien wie z.b. Aluminiumoxyd bestehen kann.

Die isolationsschicht 2 ist ihrerseits von einer Aussenschicht 3 umgeben, die aus einem Material besteht, welches zur Erzielung der selbsttragenden Eigenschaft der Spule dient. Es kann sich dabei, um einen thermoplastischen oder härtbaren Kunststoff handeln, der durch eine Erwärmung weich gemacht werden kann oder um einen Kunststoff der auf ehernischein Weg, beispielsweise durch ein Lösungsmittel, weich gemacht werden kann, wobei diese Materialien darauf hin, be i spi elsv/e i se durch Abkühlen oder durch Verdampfung des Lösungsmittels, wieder erhärten.

Der" Durchmesser des Kerndrahtes 1 hi mit D , der äussere Durchmesser

der Isolationsschicht 2 mit D. und der äussere Durchmesser eier

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Aussetischi clit 3 mit D bezeichnet. Es kommen beispielsweise

1 öl geiye Grossen in ßetiucht : D -- 0,100 mm, D. _ = 0,115 nun,

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D -= 0,3 27 nun.

Selbsttragende Spulen für eisenlose Läufer, wie sie hier beispielsweise in Frage kommen, sindjn den Figuren 2a bis 2d "_ . . _■ schematisch dargestellt-. Sie sind Lm allgemeinen kontinuierlich gewickelt, beispielsweise in Schrägrichtung über 180 Grad (elektrischer Winkel) wie in Figur 2a,oder in .Rautenforiii entsprechend Figur 2b, oder- auch in einer aus diesen-Grundformen abgeleiteten Form, wie beispielsweise sechseckig (Figur 2c) i-Jer in Trapezform (Figur 2d). _

Die Aussenschicht 3 des verwendeten Spulendrahtes ist erfindungsgemäss zumindest teilweise elektrisch leitend. Gemäss einer Ausführungsform wird ein thermoplastisches Polymer verwendet, welchem Kohlenstofffasern beigemengt sind. Eine andere Aus-: führungsform besteht in der Verwendung von leitendem Klebestoff, wie er üblicherweise- in elektronischen Schaltungen, beispielsweise

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ORIGINAL INSPECTED

zur Befestigung von (juarzkri sta 1 1 en -Anwendung iindet, wobei der Iiralit vor dtMii Wictelir iUt Spule durch ein Bad aus solchem Klebstoff gel üla Iw i r.d. "-.."_-'

Die Figuren 3a und Jb zeigen - j ewei 1 s zwei, benachbarte Drahtabschnitte der Spule im -Querschnitt, wobei Figur 3a den Zustand nach dem Wickel Vorgang und Figur 3b den Zustand nach einer die Aussonschicht 3 erweichenden Behandlung darstellen. Es ist daraus die Verteilung der aus der Aussenschicht gebildeten Trägerina ;:;e 3 bei einer: solchen selbsttragenden Spule ersichtlich. Der ■Abstand d zw isehen benachbarten Kerndrähten wird zur Erhöhung des Füllgrades der Spule so klein wie möglich gehalten.

Bei einer anderen Ausführungsforni der erfindungsgemässen Spule wird nach beendetem Wickelvorgang die äussere Schicht der Spule elektrisch leitend gemacht, insbesondere wird eine Metallfolie auf die Oberfläche der Ausserischichten des Wicklungsdrahfes aufgebracht um diese elektrisch leitend zu machen.

Durch das Herstellen einer elektrischen -Leitfähigkeit in der Aussenschicht des Wicklungsdrahtes werden zwei Effekte erzielt, die beide dazu beitragen, dass die bei der Stromwendung in der Spule induzierten Spannungsspitzen reduziert werden. Zunächst ist zu bemerken, dass die Induktivität einer Rotorspule, wie sie für die Erfindung in Frage kommt, im allgemeinen sehr klein ist, beispielsweise etwa i J^H₁ und auch die entsprechenden Wicklungskapazitäten sehr klein sind, z.B. etwa 100 pF für den genannten Spulentyp, Es genügt daher die Kapazität um etwa 100 pF zu vergröosern, um eine wesentliche Verringerung des Höchstwertes der bei der Stromwendung induzierten Spannung zu erzielen. Nachdem die leitende Schicht eine Oberfläche aufwei -t, die etwa gle±<_hgross wie die der Spule ist, und diese Schicht weniger als etwa 10 P-m von dem leitenden Kern des Drahtes entfernt ist, genügt

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UiUa₇UHi d-i e~-Kapazität- der Spule, um mehr als 100 % zu erhöhen.

ferner stelI L die leiLende Schicht einen Lastkreis dar, der mit dem FunkensLιomkreis gekoppelt ist, da ja durch die steilen Spannungsspitzen während der Stromwendung Wirbelströme in der leitenden Schicht induziert werden. Die Hohe der auftretenden Spannungst;pi tzen wird daher durch diese Belastung beträchtlich verringert.

IJie erf iridungsgemässe Spule bewirkt demnach eine Verlängerung der Lebensdauer des Kollektors und eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften der Maschine. Dies ist besonders wir .g tür kLeine Gleichstrommotoren, vor allem im Hinblick auf die Herstellungskosten und die Anwendungsgebiete dieser Motoren.

Es ist noch zu bemerken, dass die Wirksamkeit der leitenden Schicht nicht proportional dem Energieverlust infolge Wirbelstrombildung bei der Drehung der Läuferspule ist. Durch die sehr kleinen Induktivitäten und Kapazitäten,die bei eisenlosen Läufern auftreten, ist dort die Dauer jeder Stromwendung sehr kurz und die entsprechenden Energien sind demnach wesentlich kleiner als beispielsweise die mechanische Energie eines Motors. Die leitende Schicht kann daher sehr dünn gemacht werden, um die Energieverluste bei der Läuferbewegung zu verringern. Die gewollt hervorgerufenen Verluste bei der Stromwendung sind jedoch auch dann ausreichend. In einer praktischen Ausführung beim Kleinstmotor vom Typ 26 PI.2 13P der Firma Portescap konnten die Spannungsspitzen während der Stromwendung auf die Hälfte verringert werden, während die Drehmomentverluste geringer als 1 % des maximalen,gelieferten Drehmoments betrugen.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

DipL-Phys.U.M.Haft 8 München 22,

Patentanwalt Maximilianstraße 15

Telefon 29 4818

PATENTANSPRÜCHE

ielbstrayende zylindrische Läuferspule für elektrische Gleichstromniaschinen mit eisenlosem Läufer, in denen die Spule im Luftspalt eines feststehenden magnetischen Kreises drehbar angeordnet ist, welche Spule mehrere untereinander in Reihe geschaltete Teilspulen aufweist, deren. Enden jeweils mit entsprechenden Kollektorlamellen verbunden sind, und aus mindestens einer Lage von Drahtwindungen besteht, wobei der Draht einen leitenden Kern, eine diesen umgebende Isolationsschicht sowie eine die Isolationsschicht umgebende Aussenschicht aufweist, welche letztere aus einem Material besteht, das weich gemacht werden kann und daraufhin wieder erhärtet, und wobei die Zwischenräume zwischen seitlich benachbarten Drahtteilen der Spule zumindest teilweise mit dem Material der genannten-Aussenschicht gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenschicht des Drahtes zumindest teilweise elektrisch leitend ist.
2. Selbsttragende Läuferspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenschicht aus einem thermoplastischen Polymer besteht, welchem Kohlenstofffasern beigemengt sind. -
3. Verfahren zum Herstellen einer Läuferspule gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenschicht leitende Teile nach dem Wickeln der Spule hinzugefügt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallfolie auf die Oberfläche der Aussenschichten aufgebracht wird.

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