DE3231312A1

DE3231312A1 - Mehrebenenankerwicklung fuer einen motor mit einem einzelluftspalt

Info

Publication number: DE3231312A1
Application number: DE19823231312
Authority: DE
Inventors: John A. 07027 Garwood N.J. Herr
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1981-12-11
Filing date: 1982-08-23
Publication date: 1983-06-16
Also published as: GB2111319A; IT8223680A0; US4386291A; FR2518328A1; CA1168689A; JPS58107054A; FR2518328B1; BR8207260A; GB2111319B; IT1152898B

Description

Mehrebenenankerwicklung für einen Motor mit einem Einzelluftspalt

Beschreibung 5

Bei dynamoelektrischen Maschinen von der Art, die nur einen einzigen Luftspalt besitzen und Magnete mit seltenen Erden verwenden, wie dies beispielsweise aus der US-PS 3891 876 vom 24. Juni 1975 mit der Bezeichnung "Permanent Magnet Electric Motor Having a Non-Perrous Solid Armature" und der US-PS 4 063 123 vom 13. Dezember 1977 mit der Bezeichnung "Rotor Winding Improvement" (Erfinder: John A. Herr und Wolfgang Jaffe) hervorgeht, werden in den Ankerschlitzen Vielfach-Drahtwicklungen verwendet, um eine gute Schlitzfüllung zu erreichen, während der Durchmesser des Rotors kleingehalten wird.

Wegen der größeren Geschwindigkeit der Wicklungen in den äußeren Ebenen der Ankerschlitze und damit der in diesen Wicklungen induzierten größeren gegenelektromotorischen Kraft (EMK) verglichen zu den Wicklungen der inneren Ebenen, wurden in den inneren und äußeren Ebenen bisher bekannter Wicklungen unterschiedliche Windungszahlen aufgebracht, um hierdurch die Gegen-EMK auszuglei- chen und zu verhindern, daß ein Gegendrehmoment während des Betriebs des Motors auf den Anker wirkt.

Obwohl hierdurch ein elektrisches Gleichgewicht erzielt werden konnte, ergab sich jedoch ein komplizierterer Aufbau des Motors und das automatische Wickeln des Ankers gestaltete sich schwieriger und zeitaufwendiger.

Es ist das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, den Aufbau von Motoren mit engem Luftspalt und mit Wicklungen in unterschiedlichen Ebenen von Ankerschlitzen zu vereinfachen und das automatische Wickeln des Ankers zu erleich-

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tern.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, _ einen Motor mit einem einzigen Luftspalt anzugeben, der

eine verbesserte elektrisch ausgeglichene Ankerwicklung aufweist, bei der nicht unterschiedliche Windungszahlen bei den Wicklungen in unterschiedlichen Ebenen der Ankerschlitze verwendet werden müssen, um die Erzeugung einer Gegen-EMK zu verhindern, die das Drehmoment des Ankers beeinflußt.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich beim Lesen der Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.

Gemäß der Erfindung ist der Anker eines Motors mit einem einzigen Luftspalt mit einer Vielzahl symmetrisch verteilter Schlitze mit Längserstreckung und der Kommuta-

₂q tor mit gleichbeabstandeten Schlitzen versehen, wobei letzterer doppelt soviele gleichbeabstandete diskrete Segmente als Ankerschlitze besitzt. Eine Vielzahl von Wicklungen sind um den Anker gewickelt, einige durch die Ankerschlitze in einer Ebene und andere durch die Schlitze in einer anderen Ebene. Die Wicklungen in jeder Ebene haben die gleiche Windungszahl wie die Wicklungen in der anderen Ebene und die Windungen sind um den Anker verteilt, um die gleiche Anzahl von Wicklungsdrähten bei ^eder der verschiedenen Ebenen in den Schlitzen zu erhalten.

Die Wicklungen sind über die Kommutator-Segmente in Eeihe geschaltet, wobei die Wicklungen in unterschiedlichen Ebenen in der Verbindung abwechseln zwischen den Segmenten, um die in der Reihenverbindung induzierte Gegen-EMK auszugleichen und hierdurch beim Betrieb des Motors ein Gegendrehmoment am Anker zu verhindern.

Ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Motors wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Pig. 1 eine schematische Stirnansicht eines Motors mit einem einzigen Luftspalt gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Veranschaulichung der Ankerwicklungen und der Kommutatorsegmente,

Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Wicklungsmusters für die Wicklungen der unteren bzw. oberen Ebene in den Ankerschlitzen des Motors der Fig. 1, und

Fig. 4 ein Schaltbild, das die Art der Verbindung der Wicklungen über die Kommutatorsegmente des Motors veranschaulicht.

Die Zeichnungen zeigen den Anker A eines Motors mit einem einzigen Luftspalt gemäß der Erfindung. Der Anker A, der aus einem nichtmagnetischen Material besteht, arbeitet zwischen zwei Permanent-Magneten M^ und Yi^ ^m^ seltenen Erden. Der Anker ist mit fünf Wicklungen tragenden Schlitzen 1, 2, 3, 4- und 5 versehen, obgleich auch mehr oder weniger vorgesehen sein können. In ,jedem Fall haben die Schlitze voneinander um den Umfang des Ankers gleichen Abstand, wie dies beispielsweise veranschaulicht ist. Der Anker besitzt einen Kommutator C, der doppelt soviele gleichbeabstandete diskrete Segmente 11, 11a, 12, 12a, 15, 13a, 14·, 14a, ¹5 und 15a besitzt als Ankerschlitze vorhanden sind.

Wicklungen 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 und 30, die sich durch die verschiedenen Ankerschlitze erstrecken, sind jeweils an entgegengesetzten Enden mit benachbarten

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Kommutator-Segmenten verbunden. Die Hälfte dieser Wicklungen, nämlich die Wicklungen 21, 23, 25, 27 und 29 erstrecken sich in einer inneren Ebene der Ankerschlitze, während die anderen Wicklungen 22, 24, 26, 28 und 30 in der äußeren Ebene der Schlitze angeordnet sind. Die Wicklungen in der äußeren und inneren Ebene sind mit der gleichen Windungszahl gewickelt und die Windungen jeder Wicklung sind um den Anker verteilt, wie dies in den Zeichnungen veranschaulicht ist.

Das Wicklungsmuster der Wicklungen 21 bis 30 läßt sich am besten aus den Figuren 2 und 3 ersehen, in denen eine Gruppe von typischen Windungen für jede Wicklung der inneren bzw. äußeren Ebene gezeichnet ist. Gemäß Fig. 2 15

ist die Wicklung 21 der inneren Ebene mit einem Ende des Kommutator-Segments 11 verbunden und verläuft von diesem in einer Richtung (+) durch den Anker im Schlitz 1 und dann in der entgegengesetzten Richtung (-) durch den Schlitz 3, um eine Windung zu vervollständigen, wonach

die Wicklung durch Schlitz 1 wiederum in der Plusrichtung und durch Schlitz 4- in der Minusrichtung zur Bildung der zweiten Windung verläuft. Die beschriebenen Windungen sind wiederholt durch die innere Ebene der angezeigten Schlitze geführt und das freie Ende ist mit dem Kommutator-Segment 11a verbunden.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Wicklung 22 der äußeren Ebene an das eine Ende des Kommutator-Segments 11a angeschlossen ist und von diesem in der C+)-Richtung durch den Schlitz 1 und dann in der (-)-Richtung durch den Schlitz 3 zur Bildung einer ersten Windung läuft, wonach die Wicklung durch den Schlitz 1 wiederum in (+)-Richtung und durch den Schlitz 4- in der (-)-Richtung zur Bildung einer zweiten Windung geführt ist. Derartige Windungen sind wiederholt durch die äußere Ebene der

Schlitze geführt, wie dies veranschaulicht ist,und das freie Ende der Wicklung ist mit dem Kommutator-Segment verbunden.

Die Wicklung 23 der inneren Ebene und die Wicklung 24· der äußeren Ebene sind um den Anker, entsprechend den Wicklungen 21 bzw. 22, Jedoch durch die Schlitze 2 (2-mal), 4 und 5 geführt, wie dies gezeichnet ist. Die Wicklung ist jedoch an entgegengesetzten Enden mit den Kommutator-Segmenten 12 und 12a verbunden, während die Wicklung 24· mit entgegengesetzten Enden an den Kommutator-Segmenten 12a und 13 liegt.

Die übrigen Wicklungen sind um den Anker in der gleichen 15

Weise gelegt und durch die verschiedenen Ankerschlitze gerichtet geführt, wie dies für die Wicklungen 21, 22, 23 und 24- beschrieben wurde, so daß sich, mit diesen Wicklungen eine Wicklungsanordnung ergibt, die in dem Anker radial und umfangsmäßig symmetrisch ist. Die Wicklungen der inneren und äußeren Ebene sind alle in Reihe geschaltet in abwechselnder Folge durch die Kommutator-Segmente (vgl. Fig. 4).

Aus der Art, wie die Wicklungen um den Anker gewunden sind, nämlich reihenmäßig fortschreitend von einem Kommutator zum nächsten, ergibt sich, daß die gleiche Anzahl von Drähten in jeder Ebene jedes Schlitzes vorgesehen ist. In der inneren Ebene des Schlitzes 1 bildet die Wicklung 21 die Hälfte der Drähte der inneren Ebene (+ Richtungsdrähte) und die Wicklungen 25 und 2? bilden die andere Hälfte der Drähte der inneren Ebene (- Richtungsdrähte). In der äußeren Ebene des Schlitzes 1 bildet die Wicklung 22 die Hälfte der Drähte der äußeren Ebene (+ Richtungsdrähte) und die Wicklungen ?β und 28 bilden die andere Hälfte der Drähte der äußeren Ebene (- Richtungsdrähte). Jeder der anderen Schlitze tragt

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+ und - Richtungsdrähte in einer Anordnung ähnlich derjenigen in Schlitz 1.

Wegen der höheren Geschwindigkeit der Drähte in der äusseren Ebene verglichen mit den Drähten der inneren Ebene wird in den Wicklungen der äußeren Ebene eine größere Gegen-EMK erzeugt als in den Wicklungen der inneren Ebene mit der gleichen Anzahl von Windungen. Die Wicklungen erzeugen jedoch keine Netto-Gegen-EMK, die während des Motorlaufs das Drehmoment des Ankers beeinträchtigt. Wie vorstehend beschrieben, sind die Wicklungen alle in Reihe geschaltet, wobei sich die Wicklungen der inneren und äußeren Ebene in der Verbindung abwechseln. Somit wird , _ aufgrund einer derartigen elektrischen Anordnung der

Wicklungen und der symmetrischen räumlichen Anordnung der Drähte in Form der äußeren Wicklungen und der inneren Wicklungen um den Anker die Erzeugung einer Netto-Gegen-EMK vermieden. Die in einer der äußeren Wicklungen zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Motorlaufs erzeugte Gegen-EMK wird in der Reihenschaltung der Wicklungen durch eine gleiche und entgegengesetzte Gegen-EMK ausgeglichen, die in den anderen äußeren Wicklungen induziert wird. In gleicher Weise wird eine in einer der inneren Wicklungen erzeugte Gegen-EMK in der Reihenschaltung ausgeglichen durch eine gleiche und entgegengesetzte Gegen-EMK, die in den anderen inneren Wicklungen induziert wird.

Es ist verständlich, daß neben der beschriebenen Ausführungsform die verschiedensten Ausführungsformen der Erfindung möglich sind und daß das beschriebene Ausführungsbeispiel in keiner Weise eine Beschränkung darstellen soll. Zahlreiche Änderungen und Modifikationen ergeben sich für den Fachmann von selbst und alle derartige Modifikationen, die nicht vom Geist und dem Umfang der Erfindung abweichen, sollen unter den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Ein Motor mit einem einzigen Luftspalt mit einem Anker mit einer Vielzahl von symmetrisch in Längsrichtung verteilten Schlitzen, gekennzeichnet durch einen auf dem Anker (A) angeordneten Kommutator (C) mit gleichbeabstandeten diskreten Segmenten (11, 11a ... 15, 15a), deren Anzahl gleich dem Doppelten der Anzahl der Ankerschlitze (1-5) ist, und durch eine Vielzahl von Wicklungen (21 ... 30), von denen einige um den Anker gewickelt sind, wobei sie sich durch die Ankerschlitze (1-5) in einer Ebene erstrecken, während andere durch die Schlitze in einer anderen Ebene verlaufen, wobei die Wicklungen in der einen Ebene die gleiche Windungszahl haben wie die Wicklungen in der

anderen Ebene und die Windungen um den Anker derart verteilt sind, daß die gleiche Anzahl von Wicklungsdrähten in jeder der verschiedenen Ebenen in den

Schlitzen vorhanden sind und wobei die Wicklungen 5

symmetrisch um den Anker verteilt und über die Kommutator-Segmente mit den Wicklungen der verschiedenen Ebenen in Reihe mit abwechselnder Verbindung zwischen den Segmenten geschaltet sind, um die in der Reihenschaltung induzierte Gegen-EMK auszugleichen und hier-10

durch während des Motorlaufs ein Gegendrehmoment auf den Anker zu verhindern.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die einzigen um den Anker ge-15

wickelten Wicklungen die durch die Schlitze in der einen Ebene verlaufenden Wicklungen und die durch die Schlitze in der unterschiedlichen Ebene verlaufenden Wicklungen sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Ankerschlitz Wicklungsdrähte von zumindest sechs Wicklungen führt.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Ankerschlitz Wicklungsdrähte in der einen Ebene von drei Wicklungen führt, von denen eine die Hälfte der Drähte in einer Ebene darstellt und daß jeder Ankerschlitz Wicklungs-3Q drahte in der anderen Ebene von drei Wicklungen führt, von denen eine die Hälfte der Drähte in der anderen Ebene darstellt.

5- Motor mit einem einzigen Luftspalt mit einem Anker 3g mit einer Vielzahl symmetrisch verteilter Schlitze mit LängserStreckung, gekennzeichnet durch einen Kommutator auf dem Anker mit gleichbeab-

standeten diskreten Segmenten, wobei die Anzahl der Segmente doppelt so groß ist wie die Anzahl der Ankerschlitze und durch eine Vielzahl von Wicklungen, deren

Anzahl gleich der Anzahl von Kommutator-Segmente ist, 5

wobei die Hälfte der Wicklungen auf dem Anker derart gewickelt ist, daß sie sich durch die inneren Ebenen der Schlitze erstrecken, während die andere Hälfte derart gewickelt ist, daß sie sich durch die äußeren Ebenen der Schlitze erstrecken, wobei die Wicklungen der inneren und äußeren Ebene die gleiche Windungszahl besitzen und die Windungen um den Anker derart verteilt sind, daß die gleiche Anzahl von Wicklungsdrähten in {feder der inneren und äußeren Ebene der Schlitze vorhanden ist, wobei die Wicklungen symmetrisch um den Anker verteilt und über die Kommutator-Segmente in Reihe geschaltet sind, wobei sich Wicklungen der inneren und äußeren Ebene in der Verbindung zwischen den Segmenten abwechseln, um eine in der Reihenschaltung induzierte Gegen-EMK auszugleichen und damit während des Motorlaufs ein Gegendrehmoment auf den Anker verhindern .

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß sich jede Wicklung der inneren Ebene, die sich durch die Schlitze des Ankers erstreckt, in den Schlitzen, durch die sie läuft, einer ähnlich gewickelten Wicklung der äußeren Ebene zugeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede Wicklung der inneren und äußeren Ebene durch mehr als zwei Schlitze erstreckt.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 "bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß sich jede Wicklung der inneren und äußeren Ebene durch vier Schlitze erstreckt und zweimal durch den gleichen Schlitz lauft.