DE3420995C2

DE3420995C2 - Gleichstrom-Kommutatormaschine mit achsparallel wirkenden Permanentmagneten und scheibenförmigem Läufer

Info

Publication number: DE3420995C2
Application number: DE19843420995
Authority: DE
Inventors: Wolf-Rüdiger Dr.-Ing. Canders; Joachim Dr.-Ing. Heldt; Herbert von Dipl.-Ing. König (FH); Peter 3360 Osterode Smidt
Original assignee: Anton Piller & Co Kg 3360 Osterode De GmbH
Current assignee: Anton Piller & Co Kg 3360 Osterode De GmbH
Priority date: 1983-06-10
Filing date: 1984-06-06
Publication date: 1985-08-08
Also published as: DE3420995A1

Abstract

Gleichstrom-Kommutatormaschine mit mechanischem Kommutator und scheibenförmigem Läufer. Zur Erregung sind Dauermagnete mit achsparallel wirkendem Magnetfeld im feststehenden Gehäuse angeordnet. Die Läuferscheibe ist auf dem Kommutator angeordnet, der zu diesem Zweck mit einer sich in Achsrichtung erstreckenden Verlängerung versehen ist. Die Wicklungsdrähte sind jeweils mit ihren Enden auf gegenüberliegenden Seiten der Ebene der Läuferscheibe mit den Kommutatorlamellen verbunden. Als Wicklung ist eine Eindrahtwicklung mit Drähten mit rechteckigem Querschnitt mit einem Breitenverhältnis von etwa 1 : 2,5 vorgesehen, die bei einer Ausführung in ihren radialen Abschnitten mit ihren Breitseiten auf einer die Wicklung halternden Tragscheibe anliegen und an ihren Enden um 90° tordiert und mit der Langseite in Achsrichtung in Schlitzen in den Kommutatorlamellen leitend befestigt sind. Die Drähte sind hierbei weiter am Eingang in den Wicklungskopf um 90° tordiert. Bei einer weiteren Ausführung ist als Halterung für die Läuferwicklung im Bereich der Wicklungsköpfe ein Ring aus CFK vorgesehen. Die radialen Abschnitte der Wicklungsdrähte sind im Bereich des Luftspaltes in gleicher axialer Ebene angeordnet, wobei die Drähte mit ihren Langseiten in Achsrichtung liegen. Im Bereich des Luftspaltes ist ein mit Eisenpulver gefüllter Verguß vorgesehen.

Description

Die Erfinduni; bezieht sich auf eine Gleichstrom-Kommutatormaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer bekannten Gleichstrom-Kommutatormaschine der genai nten Art ist der Kommutator mit einem Außenflansch mit achsparallelen Bohrungen versehen, in die die Wicklungsenden auf der einen Seite des Scheibenläufermotors mit einem gekrümmten Abschnitt eingeführt werden. An den Enden der Lamellen sind dabei Einschnitte vorgesehen, in die die radia! verlaufenden Wicklungsenden auf der anderen Läuferseite eingeführt werden. Die Wicklupgen bestehen dabei aus Runddrähten (JP-PS 54-1 15 709). Eine derartige Maschine ist nur für eine begrenzte Leistung auslegbar. Die Wicklungen bestehen dabei jeweils aus einer Mehrzahl von Windun gea

Es sind weiter Gleichstrom-Kommutatormaschinen mit achsparallel wirkenden Permanentmagneten und scheibenförmigem Läufer bekannt (DE-OS 2531 434). Es ist hieraus weiter bekannt den Läufer mit Ankerspu len aufzubauen, die durch mehrlagiges Wickeln eines Bandes oder Streifens gebildet sind, wobei das Band bzw. der Streifen aus einer elektrisch leitenden Folie und einer auf dieser aufkaschierten Isolierfolie bestehen. Als Anschlüsse sind hier jeweils gesonderte Rund- drähte vorgesehea

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleichstrom-Kommutatormaschine der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die für höhere Leistungen auslegbar, mit geringer axialer Dicke im Bereich der Magnetfelder ausführbar und leicht montierbar ist

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 herausgestellten Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind

Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und irr nachstehenden anhand der Zeichnung beschrieben. F ι g. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch den scheiben förmigen Läufer einer Gleichstrom-Kommutatorma schine mit mechanischem Kommutator und Erregung durch Permanentmagnete.

Fig.2 zeigt im Axialschnitt den scheibenförmigen Läufer in einer abgewandelten Ausführungsform.

F ι g. 3 zeigt vergrößert ein Detail aus dem Schnitt nach F i g. 2.

F ig.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 A, der größer ist als der Au ßendurchmesser Di der Lauffläche 14 des Kollektors.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 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 mit tig liegt. Auf den Absatz 20 ist eine die Läufer wicklung 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 :25 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, da<$ die Drähte 28 nut 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 üblicier 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 Luftspahes zwischen den Permanentmagneten 5 radial verlaufen, 'm B-.reich der Wicklungsköpfe 27 im Bereich des HuSeren 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 claß eine relativ geringe radiale Erstreckung der Wicklungsköpfe 27 möglich wird.

Auch im Bereich der inneren Wicklungsenden sind die Wickluflgsdrähte um 90° 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 gegenüberliegenden Seiten der Scheibe 24 liegen, braucht in jede Anschlußnut nur ein Drahtende eingeführt zu werden.

Die Wickiungsdrähte 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 Läuferscheibe 25 in üblicher Weise mit Kunstharz umspritzt oder umgössen, 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 eier Wicklungen erhält die Läuferscheibe eine große Formsteifigkeit, die es gleichfalls ermöglicht, den Luftspalt zwischen der Läuferscheibe und den Permanentmagneten sehr k'ein auszubilden.

Bei der Ausführungsform nach Fig.2 ist die bei der Ausführungsform nach F i g. 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 Wicklung über eine Hilfsvorrichtung gehaltert Die einzelnen Wicklungsdrähte sind bei dieser Ausführungsform nicht mehr tordiert, sondern liegen über ihre gesamte Länge mit ihren Breitseiten in Achsrichtung. Im Bereich des Luftspaltes zwischen den Permanentmagneten 5 sind die hier radial verlaufenden Wicklungsabschnitte 36,38

r> ineinandergeschachtelt in der gleichen axialen Mittelebens 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 Luttspaltes 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 ßder Läuferscheibe einhalten wie bei der Ausführungsform nach F i g. 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 Tcrdierung der Wickiungsdrähte entfällt, durch die Füllung mit Eisenpulver der Erregerbedarf reduziert. Weiter werden die Wirbelstromverluste verkleinert. Schließlich wird eine hohe Stabilität und Verzugsfreiheit der Läuferscheibe erreicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gleichstrom-Kommutatormaschine mit achsparallel wirkenden Permanentmagneten und scheibenförmigem Läufer, dessen Wicklung, die im Luftspalt zwischen den Permanentmagneten im wesentlichen radial verlaufende Leitet aufweist und mit Kunstharz vergossen ist und dessen Kommutator je Lamelle zwei Verbindungsstellen mit den Wicklungsleitern aufweist, von denan die eine von des einen Läuferseite her, die andere von der anderen Läuferseite her zugänglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung aus Drähten (28) mit rechteckigem Querschnitt besteht, und daß die Kommutator-Verbindungsstellen die Form von Schlitzen (32,34) haben, deren Breite der Breite der Schmalseite der Wicklungsdrähte entspricht

2. Glsichstrom- Kommutatormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Läufer (25) eine zentrale Scheibe (24) aus Isolierstoff aufweist, welche an einer Anschlagschuiter (22) im mittleren Bereich des Kommutators anliegt und welche beidseitig die Wicklungsdrähte trägt derart daß die Breitseiten der Wicklungsdrähte zur Scheibenflä^he bzw. Läuferebene parallel sind.

3. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Läuferwicklung derart aufgebaut ist daß die Wicklungsdrähte zwischen den Magneten nur eine einzige Schicht bilden, wobei die Schmalseiten der Wicklungsdrähte parallel zur Läuferebene angeordnet sind.

4. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Halterung für die Läuferwicklung (28) im Bereich der radial äußeren Wickelköpfe ein Ring (23) vorgesehen ist

5. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet c*.aß der Ring (23) aus einem faserverstärkten Kunstharz besteht

6. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß im Bereich des Magnetfeldes die Läuferscheibe (25) mit einem mit Eisenpulver gefüllten Kunstharz vergossen ist.

7. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwicklung (28) im Bereich des Magnetfeldes beidseitig mit. einer kunstharzgetränkten Fasermatte (21) abgedeckt ist.

8. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte ein Breitenverhäitnis von etwa 1 :2,5 haben.

9. Gleichstrom-Kommutatormaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwicklung achssymmetrisch ausgebildet ist.