DE452027C

DE452027C - Arrangement of the compensation coils in commutator machines with pronounced poles

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Publication number: DE452027C
Application number: DET27670D
Authority: DE
Original assignee: LUDWIG TORDA DR
Current assignee: LUDWIG TORDA DR
Priority date: 1923-04-24
Filing date: 1923-04-24
Publication date: 1927-11-05

Description

Anordnung der Kompensationsspulen bei Kommutatormaschinen mit ausgeprägten Polen. Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Kompensationsspulen an Kom;mutatormaschinen mit ausgeprägten Polen zwecks Erzielung möglichst geringer radialer Abmessungen.Arrangement of the compensation coils in commutator machines with pronounced Poland. The invention relates to an arrangement for the compensation coils on commutator machines with pronounced poles in order to achieve the smallest possible radial dimensions.

Es ist nämlich insbesondere bei Bahn- und Kranmotoren zwecks Unterbringung einer möglichst großen Leistung innerhalb eines begrenzten Raumes wichtig, .die radialen Abmessungen der Motoren möglichst weitgehend zu vermindern. Bei Maschinen mit ausgeprägten Polen ist es .demnach wünschenswert, die Polschenkel bzw. die Feldmagnetspulen soweit als möglich zu verkürzen, was durch weitgehendste Verminderung des Luftspaltes ermöglicht wird, da damit der zu überwindende magnetische Widerstand wesentlich herabgesetzt wird. ,Aus mechanischen Gründen würde sich die Verminderung des Luftspaltes durch. Benutzung von Kugel- oder Rollagern weitgehend verwirklichen lassen, doch steckt einer solchen Verminderung die durch die Ankerrückwirkung erzeugte Feldverzerrung eine Grenze.It is in particular in the case of railway and crane engines for the purpose of accommodation the greatest possible performance within a limited space to reduce the radial dimensions of the motors as much as possible. With machines With pronounced poles, it is then desirable to have the pole legs or the field magnet coils to shorten as much as possible, which is achieved by reducing the air gap as much as possible is made possible, since the magnetic resistance to be overcome is thus essential is reduced. For mechanical reasons, the reduction in the air gap would by. Realize the use of ball or roller bearings to a large extent, but Such a reduction contains the field distortion generated by the armature feedback a border.

Um diese Feldverzerrung aufzuheben, müßte man eine Kompensationswicklung anbringen. Hierdurch werden aber einerseits die Anschaffungskosten der Motoren wesentlich erhöht, andererseits entstehen, namentlich bei Bahnmotoren, die verhältnismäßig häufigen Ausbesserungen unterworfen sind, Schwierigkeiten, weil die Kompensationswicklung auf den Polflächen mehr oder weniger gleichmäßig verteilt ängeordnet wurde und deshalb in die Nuten eingewickelt werden mußte.In order to cancel this field distortion, a compensation winding would have to be used attach. On the one hand, this increases the cost of the motors increased, on the other hand, especially in the case of rail engines, the proportionally are subject to frequent repairs, difficulties because of the compensation winding was arranged more or less evenly distributed on the pole faces and therefore had to be wrapped in the grooves.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es zweckmäßiger ist, die Kompensationswicklung derart zu konzentrieren, daß die Zwischenräume j e zweier benachbarter Pole in an sich bekannter Weise durch j e eine einzige Kompensationsspule überbrückt und die zur Aufnahme der Kompensationsspulen dienenden Nuten der Polschuhe derart angeordnet sind, daß sie die Polfläche in wesentlich gleiche Teile unterteilen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die auf einen Pol entfallende Ampereleiterzahl der Kompensationswicklung kleiner als die unter einem Polschuh liegende Ampereleiterzahl des Ankers, aber größer als ein Viertel derselben ist.The invention is based on the knowledge that it is more expedient to concentrate the compensation winding so that the spaces j e two adjacent poles in a manner known per se by means of a single compensation coil bridged and the grooves of the pole shoes used to accommodate the compensation coils are arranged such that they divide the pole face into substantially equal parts. It must be taken into account that the number of ampere conductors allocated to one pole of the compensation winding is smaller than the number of ampere conductors under a pole piece of the anchor, but larger than a quarter of the same.

Bei einer derart konzentrierten Anordnung der Kompensationswicklung können auf Schablonen fertiggewickelte Spulen benutzt werden, die das leichte Einsetzen und Entfernen sowohl der Kompensationsspulen als der Feldmagnetäpulen gestatten, so daß etwaige Ausbesserungen leicht durchgeführt werden können.With such a concentrated arrangement of the compensation winding ready-wound coils can be used on templates, which are easy to insert and allow removal of both the compensation coils and the field magnet coils, so that any repairs can be carried out easily.

Die durch die Erfindung geschaffenen Verhältnisse sind in Abb. i für denjenigen Fall dargestellt, daß nur jedes zweite Polpaar, und in. Abb. a für denjenigen Fall, daß sämtliche Pole paarweise verbunden sind.The relationships created by the invention are shown in Fig. I for the case that only every second pole pair, and in. Fig. A for the case that all poles are connected in pairs.

Abb.3 zeigt eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer vierpoligen Maschine mit einer der Abb. i entsprechenden Anordnung der Kompensationsspulen, während Abb.4 die Ausführung der Feldmagnetpole für die in Abb. 2 veranschaulichte Anordnung der Kompensationsspulen darstellt.Fig.3 shows a partially sectioned front view of a quadrupole Machine with an arrangement of the compensation coils corresponding to Fig. I, while Fig.4 the design of the field magnetic poles for the in Fig. Figure 2 depicts the illustrated arrangement of the compensation coils.

Wie aus Abb. i und 3 hervorgeht, besitzt ein jedes Polpaar N-S j e eine gemeinsame Kompensationsspule A, deren j e eine Seite a in der Mittelebene je eines Polschuhes liegt, s o daß die betreffende Seite a der Kompensationsspule die Polfläche in zwei gleiche Teile teilt.As can be seen from Fig. I and 3, each pair of poles NS has a common compensation coil A, each of which has one side a in the center plane of each pole piece, so that the side a of the compensation coil in question divides the pole face into two equal parts.

Wie aus Abb. r hervorgeht, sind die hierdurch geschaffenen magnetischen Verhältnisse die folgenden: Die volle Linie I veranschaulicht den Verlauf des Ankerfeldes im Bereiche der einzelnen Polflächen. Das Ankerfeld besitzt seine größten Werte an den beiden Rändern der Polflächen, während es in der Mitte der Polfläche Null ist. Dementsprechend ist die Richtung des Ankerfeldes an den beiden Rändern der Polfläche einander entgegengesetzt.As can be seen from Fig. R, the created thereby are magnetic The relationships are as follows: The full line I illustrates the course of the anchor field in the area of the individual pole faces. The anchor field has its greatest values at the two edges of the pole faces, while it is zero in the center of the pole face is. Accordingly, the direction of the anchor field at the two edges is the Pole faces opposite each other.

Die volle Linie II veranschaulicht die Stärke des durch die Kompensationsspule A erzeugten Feldes im Bereiche der Polfläche. Dieses Feld besitzt an der ganzen Polfläche eine gleichmäßige Stärke, doch ändert sich die Richtung desselben in der Mitte einer jeden Polfläche. Der Verlauf des aus dem Ankerfeld und Kompensationsfeld resultierenden Feldes längs der Polflächen ist durch die starken strichpunktierten Linien III bezeichnet.The full line II illustrates the strength of the compensation coil A generated field in the area of the pole face. This field owns all over Pole face has a uniform thickness, but the direction of the same changes in the Center of each pole face. The course of the anchor field and compensation field resulting field along the pole faces is indicated by the strong dash-dotted lines Lines III denoted.

In Abb. r ist angenommen, daß die auf eine Polfläche entfallende Ampereleiterzahl des Kompensationsfeldes die Hälfte der auf die Polfläche entfallenden Ampereleiterzahl des Ankerfeldes beträgt. Unter diesen Verhältnissen erreicht der Höchstwert des resultierenden Feldes an dem einen Rand der Polfläche bloß die Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes, und dieser Wert nimmt bis zum ersten Viertel des Feldbogens allmählich bis auf Null ab, um in entgegengesetztem Sinne bis zur Mitte des Polbogens auf die Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes anzuwachsen. Bei Überschreitung der Mitte des Polbogens ändert sich die Richtung des resultierenden Feldes und beträgt die Stärke desselben gleichfalls bloß die Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes. Diese Feldstärke nimmt bis zum dritten Viertel des Polbogens «nieder allmählich bis auf Null ab, um bis zum anderen Polende mit geändertem Sinne bis auf ihren Höchstwert anzuwachsen, der jedoch wieder bloß die Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes erreicht.In Fig. R it is assumed that the number of ampere conductors allotted to one pole face of the compensation field half of the number of ampere conductors allotted to the pole face of the anchor field is. Under these conditions, the maximum value of the resulting field at one edge of the pole face is only half of the maximum value of the anchor field, and this value gradually increases up to the first quarter of the field arc down to zero to in the opposite sense up to the center of the pole arc on the Half of the maximum value of the anchor field. When crossing the middle of the pole arc changes the direction of the resulting field and amounts to Its strength is also only half of the maximum value of the anchor field. These Field strength gradually decreases up to the third quarter of the polar arc Zero down to the other end of the pole with a different meaning up to its maximum value to grow, but again only half of the maximum value of the anchor field achieved.

Es ist also ersichtlich, daß die durch das Ankerfeld erzeugte Feldstufe bei der beschriebenen Anordnung in zwei Stufen. von der halben Größe unterteilt wird. Dieses günstigste Ergebnis tritt dann ein, wenn die auf die Polfläche entfallende Arnperewindungszahl des Kompensationsfeldes die Hälfte der auf die Polfläche entfallenden Amperewindungszahl des Ankers beträgt. Bei Abweichung von diesem Verhältnis gestaltet sich das Ergebnis ungünstiger, und zwar wächst bei Verringerung der Amperewindungszahl des Kompensationsfeldes idie Feldstärke an den Rändern der Polfläche gegenüber dem durch die starke strichpunktierte Linie angedeuteten Wert an, was mit Rücksicht auf die Kommutierungsverhältnisse verwerflich ist. Wird aber die Amperewindungszahl des Kompensationsfeldes gegenüber dem angegebenen Wert erhöht, so steigt zwar die Feldstärke in der Mitte des Feldbogens über den durch die strichpunktierte Linie III angedeuteten Wert, was die Kommutation nicht beeinträchtigt, dagegen kann die Stärke des resultierenden Feldes durch Steigerung der Amperewindungszahl des Kompensationsfeldes bis auf die Amperewindungszahl des Ankers (auf die Polfläche bezogen) an den Polrändern auf Null herabgedrückt werden, wie dies die schwache strichpunktierte Linie III, andeutet. Dieser Vorteil wird jedoch durch Vergrößerung der Kompensationswicklung erkauft. Bei der in Abb. 2 dargestellten Anordnung ist ein jedes Polpaar durch je eine Kompensationsspule A bzw. B verbunden, so daß in einer jeden Polfläche zwei Spulenseiten a bzw. b zu liegen kommen. Die beiden Spulenseiten a und b sind derart angeordnet, daß sie den Polbogen in drei gleiche Teile unterteilen.It can therefore be seen that the field level generated by the anchor field in the described arrangement is in two stages. divided by half the size. This most favorable result occurs when the number of ampere turns of the compensation field allotted to the pole face is half of the number of ampere turns of the armature allotted to the pole face. If the ratio deviates from this, the result is more unfavorable, and when the number of ampere-turns of the compensation field i decreases, the field strength at the edges of the pole face increases compared to the value indicated by the heavy dash-dotted line, which is reprehensible with regard to the commutation ratios. However, if the number of ampere-turns of the compensation field is increased compared to the specified value, the field strength in the middle of the field arc increases above the value indicated by the dash-dotted line III, which does not affect the commutation, but the strength of the resulting field can be increased by increasing the number of ampere-turns of the Compensation field down to the number of ampere turns of the armature (based on the pole face) at the pole edges to zero, as indicated by the weak dash-dotted line III. However, this advantage is paid for by enlarging the compensation winding. In the arrangement shown in Fig. 2, each pair of poles is connected by a compensation coil A or B , so that two coil sides a and b come to lie in each pole face. The two coil sides a and b are arranged in such a way that they divide the pole arc into three equal parts.

Bei den durch die Schaulinien der Abb. 2 gewählten Verhältnissen ist die Ampereleiterzahl in den beiden Nuten der Polfläche gleich angenommen, so daß in dem mittleren Abschnitt des Polbogenstückes sich kein Kompensationsfeld ausbildet, sondern sich dieses auf die beiden äußeren Polbogenstücke beschränkt. An den Rändern des mittleren Bogenstückes beträgt daher der Höchstwert des Ankerfeldes nur ein Drittel von jenem an den beiden äußersten Endpunkten des Polbogens. Für die beiden äußeren Polbogenstücke wird bei einer bestimmten Kompensations-Ampereleiterzahl pro Pol für den Höchstwert des resultierenden Feldes ein Minimum erzielt, und zwar im Falle, wenn das Kompensationsfeld zwei Drittel des Höchstwertes des Ankerfeldes beträgt, wie dies in Abb. 2 durch die Linie II angedeutet ist. Das unter diesen Umständen .resultierende Feld ist durch die strichpunktierten Linien III angedeutet. Von diesem günstigsten Verhältnis kann man mehr oder weniger abweichen, doch soll die Ampereleiterzahl des Kompensationsfeldes nicht weniger als ein Viertel der unter dem Polschuhbogen liegenden Anker .Smpereleiterzahl betragen und diese nicht überschreiten.With the relationships selected by the sight lines in Fig. 2, the number of ampere conductors in the two slots of the pole face is assumed to be the same, so that no compensation field is formed in the middle section of the pole arc piece, but this is limited to the two outer polar arc pieces. At the edges of the middle bow section, the maximum value of the anchor field is therefore only one Third of that at the two extreme endpoints of the polar arc. For both outer pole arc pieces is at a certain compensation ampere conductor number achieved a minimum per pole for the maximum value of the resulting field, namely in the case when the compensation field is two thirds of the maximum value of the anchor field is, as indicated in Fig. 2 by the line II. That among these Circumstances. Resulting field is indicated by the dash-dotted lines III. One can deviate more or less from this favorable ratio, but it should the number of ampere conductors of the Compensation field not less than one Quarter of the armature lying under the pole shoe arc do not exceed this.

Dadurch, daß die Kompensationsspulen pro Polfläche in einer oder höchstens in zwei \'uten konzentriert sind, kann man die Schenkel der Magnetpole derart ausführen, daß die fertigen Kompensationsspulen in beinahe gänzlich geschlossene Nuten eingelegt werden können. Zu dem Ende werden die Magnetpole in der Längsrichtung der Schenkel, welche die zur Aufnahme der Kompensationswicklung bestimmte Nut einschließen, unterteilt.The fact that the compensation coils per pole face in one or at most are concentrated in two \ 'utes, the legs of the magnetic poles can be designed in such a way that that the finished compensation coils are inserted into almost completely closed grooves can be. At the end the magnetic poles are in the longitudinal direction of the legs, which include the groove intended to accommodate the compensation winding, divided.

Gemäß- Abb. 3 sind z. B. die Pole in der Mittelebene an der Stoßfläche d unterteilt. Die hierbei entstehenden Schenkel c werden miteinander durch quer verlaufende Schrauben verbunden.According to Fig. 3 z. B. the poles in the median plane at the impact surface d divided. The resulting legs c are crossed with each other running screws connected.

Der Zusammenbau der Maschine erfolgt in der Weise, daß die beiden Hälften c, c je zweier benachbarten Magnetpole um die beiden Seiten a der Kompensationsspule-A gelegt und zusammengeschraubt werden. -Hierauf werden die Feldspulen e auf die Magnetschenkel aufgeschoben und das durch die Kompensationsspule A miteinander vereinigte, mit den aufgeschobenen Feldspulen e ausgerüstete Magnetschenkelpaar durch die Schrauben f an das Gestell g angeschraubt.The assembly of the machine is done in such a way that the two Halves c, c of two adjacent magnetic poles around the two sides a of the compensation coil-A placed and screwed together. -The field coils e are then placed on the magnet legs postponed and united by the compensation coil A, with the attached field coils e equipped magnet leg pair through the screws f screwed to the frame g.

Bei der in Abb. q. dargestellten Ausführung ist der Magnetpol nach schräg zu seiner Achse verlaufenden Ebenen d unterteilt, zu denen Außenflächen Ja der Magnetschenkel parallel laufen. Infolgedessen läßt sich der Zusammenbau in folgender Weise ausführen: Es wird zunächst der mittlere Teil c, des Magnetpols mittels der Schraube f1 an das Gestell g festgeschraubt und die Feldspule e in ihrer Stellung am Gestell festgelegt. Hierauf werden die KompensationsspulenA und B in die halben Nuten des mittleren Stückes cl der Pole eingesetzt. Es können nun die beiden Seitenteile c, c der Magnetschenkel in die zwischen dem Mittelteil cl und der schiefen Innenfläche der Feldspulen e freigebliebenen schiefen Kanäle eingeschoben und durch Schrauben f befestigt werden.In the case of the in Fig. Q. The illustrated embodiment, the magnetic pole is divided according to planes d running obliquely to its axis, to which outer surfaces Ja of the magnet legs run parallel. As a result, the assembly can be carried out in the following way: First the middle part c of the magnetic pole is screwed to the frame g by means of the screw f1 and the field coil e is fixed in its position on the frame. The compensation coils A and B are then inserted into the half-grooves in the middle piece cl of the poles. The two side parts c, c of the magnet legs can now be pushed into the inclined channels that have remained free between the central part cl and the inclined inner surface of the field coils e and can be fastened by screws f.

Durch die angegebene Anordnung wird die Maschine nicht nur mit Rücksicht auf die geringeren radialen Abmessungen in der Raumausnutzung sparsamer, sondern es vermindern sich auch infolge Verringerung des Feldkupfers die Herstellungskosten. Der Wirkungsgrad wird infolge der geringeren Erregungsverluste günstiger.Due to the specified arrangement, the machine is not only made with consideration on the smaller radial dimensions in the use of space more economical, rather the manufacturing costs are also reduced as a result of the reduction in field copper. The efficiency is more favorable due to the lower excitation losses.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei Verwendung von Wendepolen und Wendewicklungen daraus, daß die Abmessungen derselben geringer ausfallen, da ein Teil der magnetmotorischen Kraft des Ankers bereits kompensiert ist.Another advantage arises when using reversing poles and Turning windings from the fact that the dimensions of the same turn out to be smaller, as one Part of the magnetomotive force of the armature is already compensated.

Die angegebene Anordnung läßt sich sowohl bei Gleichstrom- als auch bei Wechselstrom-Kommutatormaschinen anwenden.The specified arrangement can be used for both direct current and apply to AC commutator machines.

Claims

PATENT CLAIM: i. Arrangement of the compensation coils in commutator machines with pronounced poles, characterized in that each or every second space two adjacent poles in a known manner by a single compensation coil, whose sides in the pole face in substantially equal parts dividing pole shoe grooves lie, bridged and that the number of ampere conductors allotted to one pole Kompeusatonswicklung is smaller than the number of ampere conductors under a pole piece of the anchor, but larger than a quarter of the same. z. Embodiment according to claim r, characterized in that the poles removable from the magnetic yoke in the longitudinal direction the legs, which enclose the groove used to accommodate the compensation winding, are subdivided, so that finished compensation coils when assembling the individual pole parts can be accommodated in almost completely closed grooves. 3rd embodiment according to claim 2, characterized in that two for receiving in each field magnetic pole the finished compensation coils serving grooves through two outer pole legs and a center piece can be formed, the abutting surfaces of the pole legs and the middle piece as well as the outer ones. Limitations of the former a pointy one Make an angle with the polar axis.