DE3712652A1 - Ankerwicklung fuer mehrpaarpolige stromwendermotoren und generatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ankerwicklung für mehrpaar­ polige Stromwendermotoren und Generatoren, wobei die Anker­ wicklung eine in sich geschlossene Schleifenwicklung dar­ stellt und als mehrschichtige Wicklung in Ankernuten ange­ ordnet wird, wo hierbei der Ankerwicklung ein Stromwender und entsprechende Bürsten zugeordnet sind.

Für mehrpaarpolige Stromwendermotoren, bei denen der Anker mit einer Schleifenwicklung versehen ist, sind bisher so viele Bürsten erforderlich, wie Pole vorhanden sind, da bei einer eingängigen Schleifenwicklung die Anzahl der Anker­ zweige die der Pole und Bürsten entsprechen. Solche Anord­ nungen sind für Motoren mit einer kleinen Baugröße und hoher Spannung nicht geeignet. Daher werden überwiegend solche Motoren zweipolig ausgelegt.

Eine zweipolige Auslegung hat aber, insbesondere bei Gleich­ strom-Nebenschluß- und Permanentmagnet-Motoren den erheb­ lichen Nachteil, daß solche Motoren bei einer Nenndrehzahl von über 3000/min. nicht direkt eingeschaltet werden dürfen und Permanentmagnet-Motoren erfordern bei Umgebungstempera­ turen unter 15°C einen Anlasser, um eine bleibende Entmagne­ tisierung und damit einen Ausfall des Motors zu vermeiden.

Im Gegensatz zu einer Schleifenwicklung hat eine eingängige Wellenwicklung stets nur zwei parallele Ankerzweige, unab­ hängig von der Polzahl des Motors und somit sind auch immer nur zwei Bürsten erforderlich, wobei die Wellenwicklung sich insbesondere für Motoren mit hoher Spannung und geringer Stromstärke eignet.

Eine Wellenwicklung hat aber den erheblichen Nachteil, daß für kleine Baugrößen, eine vollautomatische Ankerfertigung mit einer Wellenwicklung aus Kostengründen praktisch nicht in Frage kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ankerwicklung als Schleifenwicklung für mehrpaarpolige Stromwendermotoren und Generatoren zu schaffen, bei der, unabhängig von der Polpaarzahl bei einer eingängigen Ankerwicklung, stets nur zwei parallele Ankerzweige gebildet werden, womit auch immer nur zwei Bürsten erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Ankerwicklung für mehrpaarpolige Strom­ wendermotoren und Generatoren mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß unter Verwendung einer Schleifenwicklung, die eine besonders vorteilhafte Ankerfertigung gestattet, die gleichen Betriebs­ bedingungen erreicht werden wie bei einer Wellenwick­ lung.

Ein weiterer erheblicher Vorteil ist der, daß bei einem mehr­ paarpolig ausgelegten Permanentmagnet-Motor, selbst bei hoher Nenndrehzahl durch direktes Einschalten des Motors, die Per­ manentmagnete nicht entmagnetisiert werden. Unter anderem eignet sich eine solche Ankerwicklung besonders gut als Per­ manentmagnet erregter Generator, da bei kleiner Baugröße eine sehr hohe Leistungsabgabe zu erzielen ist, wobei die Stromabnahme über die Bürsten besonders günstig in Erschei­ nung tritt.

Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug ge­ nommen, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung darge­ stellt sind.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Ersatzschaltplan, einer zweipaarpoligen Anker­ wicklung für Stromwendermotoren.

Fig. 2 eine Abwicklung, einer zweipaarpoligen Ankerwicklung für Stromwendermotoren als Vierschichtwicklung.

Fig. 2a eine Abwicklung, einer zweipaarpoligen Ankerwicklung für Stromwendermotoren als Zweischichtwicklung.

Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Spuleneinheit in einer Reihenschaltung der Spulen.

Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Spuleneinheit in einer Teilparallelschaltung der Spulen.

Fig. 5 in schematischer Darstellung eine Spuleneinheit in einer Parallelschaltung der Spulen.

Fig. 6 in schematischer Darstellung eine dreipaarpolige Ankerwicklung mit der Anordnung der Verbindungen am Stromwender.

Fig. 7 in schematischer Darstellung eine vierpaarpolige Ankerwicklung mit der Anordnung der Verbindungen am Stromwender.

In Fig. 1 ist das Wickelschema für eine zweipaarpolige, eine in sich geschlossene Vierschichtankerwicklung in einem Ersatzschaltplan dargestellt und für ein zwölfnutiges Anker­ blechpaket vorgesehen.

Die Ankerwicklung besteht hier aus sechs Spuleneinheiten und am Stromwender sind zwölf Stromwenderstege angeordnet.

In Fig. 3 ist die erste Spuleneinheit schematisch darge­ stellt. Die Ankerwicklung beginnt mit dem Anfang A der Spuleneinheit, wobei der Anfang A an dem Stromwendersteg I und durch eine Brücke an dem Stromwendersteg VII angeschlos­ sen ist. Bei einer zweipaarpoligen Vierschichtankerwicklung bestehen die Spuleneinheiten jeweils aus vier Spulen 11, 12, 13 und 14, die in den Fig. 1, 2 u. 3 hintereinander in Reihe geschaltet und zu gleichen Anteilen auf dem Ankerumfang ange­ ordnet sind. Diese Spulen bilden nebeneinander ungleichna­ mige Pole, wobei die nebeneinanderliegenden Spulenseiten sich jeweils in der gleichen Ankernut befinden.

Das Ende B der ersten Spuleneinheit und der Anfang C der zweiten Spuleneinheit ist an dem Stromwendersteg II und durch eine Brücke an dem Stromwendersteg IIX angeschlossen und die zweite Spuleneinheit beginnt in der gleichen Rich­ tung wie beim Stromwender, eine Nut weiter als die erste Spuleneinheit. Alle weiteren Spuleneinheiten sind in der gleichen Reihenfolge angeordnet Fig. 1 und 2. Die Ankerwick­ lung endet mit dem Ende D der sechsten Spuleneinheit und dieses Ende D ist an den gleichen Stromwenderstegen I und VII angeschlossen, wie der Anfang A von der ersten Spulen­ einheit Fig. 1, somit ist die Ankerwicklung, in sich, ge­ schlossen. Die Spuleneinheiten 1 u. 4, 2 u. 5 sowie 3 u. 6 sind jeweils in den gleichen Ankernuten angeordnet, wobei die Wickelrichtung gegensinnig verläuft.

Bei einer zweipaarpoligen Ankerwicklung befinden sich die Bürsten genau im rechten Winkel zum Stromwender. Befindet sich die eine Bürste auf dem Stromwendersteg I, so befindet sich die andere Bürste auf dem Stromwendersteg IV, somit erfolgt die gleiche Fließrichtung der Ströme in den Spuleneinheiten 1 u. 4, 2 u. 5, 3 und 6.

Durch eine solche Anordnung werden, bei einer eingängigen Ankerwicklung, stets nur zwei parallele Ankerzweige ge­ bildet, wobei die zwei parallelen Ankerzweige unabhängig sind von der Polzahl des Motors, womit ermöglicht wird, daß stets nur zwei Bürsten erforderlich sind, ganz gleich welche Polpaarzahl die Ankerwicklung aufweist, wobei auch die Spannung zwischen den Bürsten beziehungsweise der ohmsche Widerstand, bei gleicher elektrischer Auslegung, stets gleich ist.

Die Spulen der Spuleneinheiten können auch parallel geschal­ tet sein. In Fig. 4 ist die erste Spuleneinheit nach Fig. 3, in einer Teilparallelschaltung der Spulen 11, 12, 13 u. 14 schematisch dargestellt.

In Fig. 5 ist die erste Spuleneinheit nach Fig. 3, in einer Parallelschaltung der Spulen 11, 12, 13 und 14 schematisch dargestellt. Die Anordnung der sechs Spuleneinheiten am Stromwender erfolgt, wie sie in den Fig. 1, 2 und 3 be­ schrieben ist.

Die Parallelschaltung der Spulen von den Spuleneinheiten ist besonders geeignet für eine niedrige Spannung. Für eine Spannung ab 110 V sollte bei einer zweipaarpoligen Ankerwicklung der Stromwender 24 Stück Stromwenderstege aufweisen, um das Bürstenfeuer klein zu halten, wobei das Ankerblechpaket zwölfnutig ausgelegt sein kann.

Bei einer vierundzwanzignutigen Auslegung des Ankerblech­ pakets besteht die Ankerwicklung aus zwölf Spuleneinheiten mit je vier Spulen. Die Anordnung der Spuleneinheiten und der Bürsten am Stromwender, der 24 Stück oder 48 Stück Stromwenderstege aufweisen kann, erfolgt sinngemäß nach den Fig. von 1 bis 5.

Das in den Fig. von 1 bis 5 beschriebene Wickelschema für eine zweipaarpolige Ankerwicklung, kommt für alle Polpaar­ zahlanordnungen einer Ankerwicklung, wo zwei Bürsten am Stromwender angeordnet sind, sinngemäß zur Anwendung.

In Fig. 6 ist eine dreipaarpolige und in Fig. 7 ist eine vierpaarpolige Ankerwicklung, mit der Anordnung der Ver­ bindungen der sechs Spuleneinheiten an dem Stromwender nach den Fig. 1, 2 und 3 schematisch dargestellt.

Die Ankerwicklung ist durch die Spuleneinheiten stets so aufgebaut, daß jede Spuleneinheit so viele Spulen besitzt, wie Pole bei einer Vierschichtankerwicklung vorgesehen sind und bei allen Polpaarzahl-Anordnungen sind mindestens vier Spuleneinheiten erforderlich. Vorzugsweise sollten aber mindestens sechs Spuleneinheiten vorgesehen werden Fig. 1 u. 2.

Je höher die Anzahl der Spuleneinheiten und die Anzahl der Stromwenderstege ist, um so geringer ist das Bürsten­ feuer, womit ein entsprechend höherer Wirkungsgrad erreicht wird.

Die Polbildung bei der Ankerwicklung in den Fig. 6 und 7 ist symbolisch durch N, S dargestellt. Die Eingänge und Ausgänge der sechs Spuleneinheiten sind mit der Numerierung der Spuleneinheiten bezeichnet und auch in dieser Reihen­ folge mit den Stromwenderstegen 15 verbunden, sowie durch Brückenschaltungen in der Wiederholung dieser Reihenfolge mit weiteren Stromwenderstegen verbunden. Die Anzahl der Anordnungen der Spuleneinheiten am Stromwender, entspricht der Polpaarzahl der Ankerwicklung, das heißt, bei einer dreipaarpoligen Ankerwicklung sind die Spuleneinheiten dreimal in der Reihenfolge am Stromwender angeordnet und bei einer vierpaarpoligen Ankerwicklung viermal Fig. 6 und 7 zeigt diese Anordnung.

Die Anzahl der Nuten am Ankerblechpaket bei allen Polpaar­ zahl-Anordnungen, bei einer eingängigen Schleifenwicklung, wird bestimmt durch die Anzahl der Spuleneinheiten, die vorgesehen sind, multipliziert mit der Polpaarzahl der Ankerwicklung, wobei die Anzahl der Spuleneinheiten durch zwei teilbar sein muß. Hierbei ergibt sich, daß in jeder Ankernut bei einer Vierschichtwicklung vier Spulenseiten und jeweils zwei Spulen in den gleichen Ankernuten ange­ ordnet sind.

Der Abstand von der einen Bürste 16 zur anderen Bürste 17 am Stromwender, richtet sich bei allen Polpaarzahl-Anord­ nungen nach der Anzahl der Spuleneinheiten und der Anzahl der Stromwenderstege zu den Spuleneinheiten, hierbei ent­ spricht die Entfernung der einen Bürste zur anderen Bürste so vielen Stromwenderstegen, wie die halbe Anzahl der Spulen­ einheiten, multipliziert mit dem Teilungsfaktor von den Ankernuten zu den Stromwenderstegen. Ist eine Ankerwicklung aus sechs Spuleneinheiten aufgebaut, und besitzt der Anker zwölf Nuten und der Stromwender zwölf Stromwenderstege, so ist die eine Bürste 16 zur anderen Bürste 17 drei Strom­ wenderstege weiter am Stromwender angeordnet Fig. 2, sind bei dieser Anordnung aber vierundzwanzig Stromwenderstege vorgesehen, so ist die eine Bürste zur anderen Bürste sechs Stromwenderstege weiter angeordnet. Bei einer Wiederholung der Spuleneinheiten in der Brückenschaltung am Stromwender wird die eine Bürste vorteilhaft in diese angeordnet.

Bei einer dreipaarpoligen Ankerwicklung stehen sich dann die Bürsten genau gegenüber Fig. 6. Um ein geringes Bürstenfeuer zu erzielen und die höchste Leistungsabgabe zu erreichen, müssen die Bürsten entsprechend in der elektrisch neutralen Zone stehen. Die günstigste Bürstenstellung wird dadurch erreicht, wenn der Stromwendermotor im Leerlauf läuft und die Bürsten in der Stellung gedreht werden, wo die geringste Stromaufnahme erfolgt. Vorteilhaft ist es, wenn die Bürsten entgegen der Ankerdrehrichtung soweit gedreht werden, bis die Bürsten in der elektrisch neutralen Zone stehen, bei vorge­ gebener Nenndrehzahl.

Eine Vierschichtankerwicklung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß sie sich, selbst bei hoher Belastung, nur entsprechend gering erwärmt.

Die beschriebene und dargestellte Vierschichtankerwicklung kann auch als eine Zweischichtankerwicklung angeordnet werden, wobei die Anordnungen der Brückenschaltungen am Stromwender sinngemäß die einer Vierschichtankerwicklung entspricht Fig. 2 und 2a.

Eine Zweischichtankerwicklung hat den Vorteil, daß bei einer vollautomatischen Ankerfertigung die Wickelköpfe nur halb so oft abgebremst werden müssen, als wie bei einer Vierschichtankerwicklung, wobei eine solche Zwei­ schichtankerwicklung etwa in der gleichen Art sowie Zeit­ aufwand gewickelt werden kann, als wie bei den bisher be­ kannten Ankerwicklungen.

Die Brückenschaltungen am Stromwender können vorteilhaft bei der Vierschichtwicklung, als auch bei der Zweischicht­ wicklung, als wirksame Schlaufen in den Nuten angeordnet werden. In Fig. 2 a ist eine entsprechende Schlaufe 18, gestrichelt dargestellt.

Die erfindungsgemäße mehrpaarpolige Ankerwicklung ist auch besonders gut geeignet für einen Permanentmagnet erregten Generator und findet dort gute Anwendung, wo bei kleiner Baugröße und hoher Leistung, Gleichstrom benötigt wird.

Eine mehrpaarpolige Ankerwicklung mit zwei Bürsten am Stromwender kann auch als eine offene Ankerwicklung, sinngemäß der Anordnung am Stromwender nach den Figuren von 1 bis 7 ausgelegt sein.

Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten, oder in der Zeichnung darge­ stellt ist, einschließlich dessen, was in Abweichung von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.

Claims (5)

1. Ankerwicklung für mehrpaarpolige Stromwendermotoren und Generatoren, wobei die Ankerwicklung eine in sich geschlossene Schleifenwicklung darstellt und als mehr­ schichtige Wicklung in Ankernuten angeordnet wird, wo hierbei der Ankerwicklung ein Stromwender und ent­ sprechende Bürsten zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung aus einer entsprechenden Anzahl von Spuleneinheiten (1-6) besteht und jede Spuleneinheit besitzt, bei einer Vier­ schichtwicklung, so viele Spulen (11-14, Fig. 3), wie Pole bei der Ankerwicklung vorgesehen sind (Fig. 1), und die Spulen (11-14) sind in einer Reihenschaltung gehalten, hierbei sind die Spulen (11-14) von jeder Spuleneinheit zu gleichen Anteilen auf dem Ankerum­ fang angeordnet, sie bilden nebeneinander ungleich­ namige Pole und die nebeneinander liegenden Spulen­ seiten der Spulen (11-14) befinden sich jeweils in den gleichen Ankernuten, hierbei wird die Anzahl der Nuten am Anker, bei allen Polpaarzahl-Anordnungen, bestimmt durch die vorgesehene Anzahl der Spulenein­ heiten (1-6) multipliziert mit der Polpaarzahl der Ankerwicklung, wobei in jeder Ankernut vier Spulen­ seiten und jeweils zwei Spulen in den gleichen Ankernuten mit gegensinniger Wickelrichtung ange­ ordnet sind (Fig. 2), und daß die Spuleneinheiten (1-6) in der Reihenfolge in den Ankernuten angeordnet und auch in dieser Reihenfolge mit den Stromwender­ stegen verbunden sind, und die Spuleneinheiten (1-6) sind durch Brückenschaltungen in der Wiederholung der Reihenfolge am Stromwender mit weiteren Strom­ wenderstegen verbunden, hierbei entspricht die Anzahl der Anordnungen der Spuleneinheiten (1-6) am Strom­ wender, die Polpaarzahl der Ankerwicklung, womit bei einer eingängigen Ankerwicklung bei allen Polpaarzahl­ anordnungen stets nur zwei Ankerzweige vorhanden sind und die Entfernung der einen Bürste zur anderen Bürste am Stromwender entspricht so vielen Stromwenderstegen wie die halbe Anzahl der Spuleneinheiten (1-6) multi­ pliziert mit dem Teilungsfaktor von den Ankernuten zu den Stromwenderstegen.

2. Ankerwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung, als eine Zweischichtwicklung ausgelegt ist (Fig. 2a), hierbei entspricht die Anzahl der Spulen je Spulen­ einheit, die der Polpaarzahl der Ankerwicklung.

3. Ankerwicklung nach Anspruch 1 u. 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltungen als wirksame Schlaufen (18, Fig. 2a), in den Ankernuten angeordnet sind.

4. Ankerwicklung nach Anspruch 1 u. 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (11-14) der Spuleneinheiten (1-6) parallel geschaltet sind.

5. Ankerwicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Bürste bei einer Wiederholung der Brückenschaltungen am Stromwender, in der Wiederholung angeordnet ist.