DE3420995A1 - Gleichstrom-kommutatormaschine mit mechanischem kommutator, scheibenfoermigem laeufer und axialem erregerfeld - Google Patents

Description

• Gleichstrom-Kommutatormaschine mit mechanischem Kommutator,
• scheibenförmigem Läufer und axialem Erregerfeld Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstrom-Kommutatormaschine mit mechanischem Kommutator und scheibenförmigem Läufer sowie mit Erregung durch Permanentmagneten mit achsparallel wirkendem Magnetfeld, bei dem die Läuferwicklung, die im Bereich des Luftspaltes zwischen den Permanentmagneten im wesentlichen radial verlaufende Wicklungsabschnitte aufweist, von einer Halterung aus einem Isolierstoff getragen und mit Kunstharz vergossen ist.
• Bei bekannten Maschinen der genannten Art ist die auf einer Scheibe als Halterung angeordnete Wicklung mit der tragenden Scheibe in einer Nabe gehaltert, mit der der Kommutator verbunden oder auch vergossen ist. Der Kommutator liegt dabei auf einer Seite der Läuferscheibe. Es müssen damit die Wicklungsdrähte von der dem Kommutator gegenüberliegenden Seite der Läuferscheibe durch die Nabe hindurch an die Kommutatorlamellen geführt werden.
• Dies führt zu einem erheblichen Montageaufwand.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleichstrom-Kommutatormaschine der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die einfacher in der Montage ist.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Kommutator eine sich in Achsrichtung über die Läuferscheibe hinaus erstreckende Verlängerung aufweist, und daß die Wicklungsdrähte jeweils mit ihren Enden auf gegenüberliegenden Seiten der Läuferscheibe mit den Lamellen des Kommutators verbunden sind.
• Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.
• Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch den scheibenförmigen Läufer einer Gleichstrom-Kommutatormaschine mit mechanischem Kommutator und Erregung durch Permanentmagnete.
• Fig. 2 zeigt im Axialschnitt den scheibenförmigen Läufer in einer abgewandelten Ausführungsform.
• Fig. 3 zeigt vergrößert ein Detail aus dem Schnitt nach Fig. 2.
• Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3.
• Der in der Zeichnung dargestellte scheibenförmige Läufer 2 eines Elektromotors mit Permanenterregung mit axial gerichtetem Magnetfeld weist eine massive Stahlnabe 4 mit einer Bohrung 6 auf, mit der der Läufer auf eine Motorwelle aufsteckbar ist. Die Nabe kann dabei mit einer Keilnut 8 versehen sein.
• Außen auf der Nabe 4 ist über eine übliche Verbindung 10 mit einer isolierenden Zwischenschicht ein Kommutator 12 angeordnet, der hier als Radialkommutator ausgebildet ist und auf dessen Lauffläche 14 Bürsten 16 aufliegen.
• Der Kommutator 12 ist mit einer sich in Achsrichtung erstreckenden Verlängerung 18 versehen, mit der zusammen sich der Kollektor 12 über die gesamte axiale Länge der Nabe 4 erstreckt. Die Verlängerung 18 hat einen Außendurchmesser D1, der größer ist als der Außendurchmesser D2 der Lauffläche 14 des Kollektors.
• Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Kommutator 12 im Bereich der Verlängerung mit einem Absatz 20 versehen, durch den eine Schulter 22 gebildet wird, die in Längserstreckung der Verlängerung 18 etwa mittig liegt. Auf den Absatz 20 ist eine die Läuferwicklung 28 halternde Scheibe 24 aufgesteckt, die gegen die Schulter 22 anliegt und in Achsrichtung beidseitig durch einen Ring 26 gehalten ist, der aus einem Isolierstoff besteht und mit der Kollektoroberfläche verklebt sein kann.
• Die Scheibe 24 besteht aus einem Isolierstoff, vorzugsweise einem faserverstärkten Kunstharz.
• Die Läuferwicklung 28 ist einadrig und besteht aus einem Kupferdraht mit einem rechteckigen Querschnitt, wobei das Seitenverhältnis des Querschnittes vorzugsweise etwa 1 : 2,5 betragen kann. Die Läuferwicklung 28 wird zur Erzielung einer kleinen Breite d der Läuferscheibe im Bereich des Luftspaltes und einer kleinen Breite des Luftspaltes selbst vorzugsweise so aufgebracht, daß die Drähte 28 mit ihrer breiten Seite in der Ebene der Läuferscheibe 25 also gegen die Scheibe 24 anliegen. Auf diese Weise wird eine geringe axiale Erstreckung b der Läuferscheibe 25 im Bereich des Luftspaltes erzielt, wodurch es wiederum möglich ist, die in der Zeichnung schematisch angedeuteten Permanentmagneten 5 mit ihrem achsparallelen Magnetfeld in einem sehr geringen Abstand anzuordnen und damit die Verluste klein zu halten. Die Permanentmagnete 5 sind in üblicher Weise ausgebildet und über Joche 30 in dem in der Zeichnung nicht dargestellten Gehäuse der Maschine befestigt. Die Wicklung 28 ist in üblicher Weise so angeordnet, daß die Wicklungsdrähte im Bereich des Luftspaltes zwischen den Permanentmagneten 5 radial verlaufen. Im Bereich der Wicklungsköpfe 27 im Bereich des äußeren Umfangs der Läuferscheibe 25 sind die Wicklungsdrähte vorzugsweise so tordiert, daß sie radial auswärts des Luftspaltes mit ihren Schmalseiten auf der Halterung 24 aufliegen. Damit ist im Bereich der Wicklungsköpfe bei einem Breitenverhältnis von 1 : 2,5 eine um den Faktor 2,5 dichtere Führung der Drähte möglich, so daß eine relativ geringe radiale Erstreckung der Wicklungsköpfe 27 möglich wird.
• Auch im Bereich der inneren Wicklungsenden sind die Wicklungsdrähte um 900 tordiert. Von den Stirnseiten der Verlängerung 18 des Kollektors 12 ausgehend sind in den Kollektorlamellen Nuten 32, 34 vorgesehen, deren Breite in Umfangsrichtung entsprechend der Schmalseite der Wicklungsdrähte ausgeführt ist. Die Enden der Wicklungsdrähte werden in die Nuten 32 eingeführt und dort verschweißt oder verlötet. Dadurch, daß jede Lamelle zwei Anschlußnuten aufweist, die jeweils auf gegenüberliegend<n Seiten der Scheibe 24 liegen, braucht in jede Anschlußnut nur ein Drahtende eingeführt zu werden.
• Die Wicklungsdrähte können in einer Vorrichtung vorgeformt und anschließend auf der Scheibe 24 montiert werden. Die Drahtenden 29 lassen sich dabei leicht radial in die Anschlußnuten 32,34 einführen. Es ist nicht notwendig, bei der Montage die Drähte zu verbiegen. Nach der Verbindung der Drähte mit den Kollektorlamellen wird die Läuferscheiben 25 in üblicher Weise mit Kunstharz umspritzt oder umgossen, so daß eine außen glatte Scheibe entsteht. Beim Spritzen können zusätzlich Armierungen, insbesondere im Bereich der Wicklungsköpfe, eingeformt werden. Das Kunstharz ist in üblicher Weise mit einem Mineralpulver, insbesondere Quarzpulver, gefüllt.
• Durch die symmetrische Anordnung der Wicklungen erhält die Läuferscheibe eine große Formsteifigkeit, die es gleichfalls ermöglicht, den Luftspalt zwischen der Läuferscheibe und den Permanentmagneten sehr klein auszubilden.
• Im vorstehenden ist der Läufer mit Eindrahtwieklungen aus Drähten mit rechteckförmigem Querschnitt beschrieben. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Wicklungen mit mehreren parallelen Drähten, beispielsweise auch Runddrähten auszuführen, wobei dann jeweils alle Enden der Einzeldrähte eines Wicklungsstranges in die Anschlußnuten einzuführen und dort leitend zu befestigen sind.
• Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die bei der Ausführungsform nach Fig. 1 als Halterung für die Wicklung vorgesehene Tragscheibe entfallen. Es ist lediglich noch eine Halterung im Bereich der Wicklungsköpfe 27 vorgesehen, und zwar in Form eines profilierten Ringes aus einem faserverstärkten Kunstharz. Dieser Haltering 23 wird während der Montage der Dichtung über eine Hilfsvorrichtung gehaltert. Die einzelnen Wicklungsdrähte sind bei dieser Ausführungsform nicht mehr tordiert, sondern liegen huber ihre gesamte Länge mit ihren Breitseiten in Achsrichtung. Im Bereich des Luftspaltes zwischen den Permanentmagneten 5 sind die hier radial verlaufenden Wicklungsabschnitte 36, 38 ineinandergeschachtelt in der gleichen axialen Mittelebene der Läuferscheibe angeordnet, wie dies insbesondere in Fig. 4 ersichtlich ist. Die Wicklungsabschnitte 36 sind hierbei jeweils diejenigen Wicklungsabschnitte, die über den Abschnitt 29' zu der Anschlußnut 34 des Kollektors geführt sind, während die Wicklungsabschnitte 38 diejenigen sind, die über den Abschnitt 29" in die Anschlußnut 32 geführt sind. Die Wicklungsabschnitte 36 und 38 sind im Bereich des Luftspaltes beidseitig durch eine Fasermatte 21 abgedeckt. Die Zwischenräume sind mit einer gleichzeitig die Fasern tränkenden Kunstharzfüllung 40 versehen. In gleicher Weise ist im Bereich des Wicklungskopfes 27 ein Verguß 42 und im Bereich radial einwärts des Luftspaltes ein Verguß 44 vorgesehen, so daß die Läuferscheibe insgesamt in sich starr ist und eine glatte Außenfläche aufweist.
• Der Verguß ist vorzugsweise in drei Abschnitte unterteilt. Der Verguß 42 im Bereich des Wicklungskopfes 27 besteht aus einem in üblicher Weise gefüllten Kunstharz. Der Verguß 40 im Bereich des Luftspaltes ist mit Eisenpulver gefüllt. Auf diese Weise wird der Magnetfluß über den Luftspalte bei gegebenen Permanentmagneten 5 verstärkt. Im Bereich des Wicklungsfußes radial einwärts des Luftspaltes besteht der Verguß 44 wiederum aus einem in üblicher Weise beispielsweise mit Gesteinsmehl gefülltem Kunstharz.
• Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 läßt sich im wesentlichen die gleiche Breite B der Läuferscheibe einhalten wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, bei der die radialen Wicklungsabschnitte mit ihren Breitseiten gegen die Tragscheibe anliegen. Es wird hier jedoch neben einer Erleichterung der Montage, für die die Tordierung der Wicklungsdrähte entfällt, durch die Füllung mit Eisenpulver der Erregerbedarf reduziert. Weiter werden die Wirbelstromverluste verkleinert. Schließlich wird eine hohe Stabilität und Verzugsfreiheit der Läuferscheibe erreicht.

Claims (9)

1. Ansprüche (i) Gleichstrom-Kommutatormaschine mit mechanischem Kommutator und scheibenförmigem Läufer sowie mit Erregung durch Permanentmagneten mit achsparallel wirkendem Magnetfeld, bei dem die Läuferwicklung, die im Bereich des Luftspaltes zwischen den Permanentmagneten im wesentlichen radial verlaufende Wicklungsabschnitte aufweist, von einer Halterung aus einem Isolierstoff getragen und mit Kunstharz vergossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator (12) eine sich in Achsrichtung über die Läuferscheibe (25) hinaus erstreckende Verlängerung aufweist, und daß die Wicklungsdrähte (28) jeweils mit ihren Enden auf gegenüberliegenden Seiten der Läuferscheibe (25) mit den Lamellen des Kommutators (12) verbunden sind.
2. 2. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung aus Drähten (28) mit rechteckigem Querschnitt besteht, die an ihren Enden mit den Langseiten in Achsrichtung in Schlitzen (32,34) in den Lamellen des Kommutators (12) befestigt sind.
3. 3. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte ein Breitenverhältnis von etwa 1 : 2,5 haben.
4. 4. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator mit einer Anschlagschulter (22) für eine axial in der Mitte der Läuferscheibe (25) angeordnete Tragscheibe (24) als Halterung für die Läuferwicklung (28) versehen ist.
5. 5. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halterung für die Läuferwicklung (28) im Bereich der Wicklungsköpfe ein Ring (23) vorgesehen ist.
6. 6. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (23) aus einem faserverstärkten Kunstharz besteht.
7. 7. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Magnetfeldes die Läuferscheibe (25) mit einem mit Eisenpulver gefüllten Kunstharz vergossen ist.
8. 8. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwicklung (28) im Bereich des Magnetfeldes beidseitig mit einer Fasermatte (21) abgedeckt ist.
9. 9. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Wicklungsabschnitte (36,38) im Bereich des Luftspaltes in gleicher axialer Ebene liegen.