DE472205C

DE472205C - Arrangement of the stator windings of multi-phase collector machines

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Publication number: DE472205C
Application number: DEH99567D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1924-05-12
Filing date: 1924-12-04
Publication date: 1929-03-05

Description

Anordnung der Ständerwicklungen von Mehrphasen-Kollektormaschinen Die Erfindung besteht in einer besonderen Anordnung der Ständerwicklungen von Mehrphasen-Kollektormaschinen und bezweckt eine vollkommene Kommutierung des Stromes und einen hohen Leistungsfaktor.Arrangement of the stator windings of multi-phase collector machines The invention consists in a special arrangement of the stator windings of multi-phase collector machines and aims at a perfect commutation of the current and a high power factor.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Abb. i bis i i.Figs. I to i i serve to explain the invention.

Die Abb. i und 2 zeigen die Verteilung der Stromwindungen in bekannter Anordnung. Die Abb. 3 zeigt vor allem den wesentlichen Unterschied der Verteilung der Stromwindungen zwischen der bekannten und der neuen Anordnung.Figs. I and 2 show the distribution of the current windings in known Arrangement. Above all, Fig. 3 shows the main difference in distribution of the current windings between the known and the new arrangement.

Die Abb. q. bis i i zeigen einige neue Ausführungsformen.Fig.q. to i i show some new embodiments.

In allen Abbildungen handelt es sich um zweipolige Motoren. In den Abb. i bis 3 ist die Ständerwicklung zunächst als einfache geschlossen verkettete Ringwicklung angenommen. Die Übertragung auf offene Verkettung oder mehrpolige Ständer erfolgt sinngemäß.All of the figures are two-pole motors. In the Fig. I to 3 shows the stator winding initially as a simple closed chain Ring winding accepted. The transfer to open chaining or multi-pole stator takes place accordingly.

Abgesehen von; Abb. 9 und i o, erläutern alle Abbildungen außerdem den einfachsten Fall der neuen Anordnung bei einem Dreiphasenmotor in dreiachsiger Schaltung und zunächst die Stromverteilung in einer Ringwicklung des Ständers und Läufers, welcher im Ständer Dreiphasenstrom an drei unter 120' versetzten Stellen zugeführt wird. Dieser Ständerwicklung entspricht in praktischer Ausführung eine Trommelwicklung mit Sehnenschritt im Läufer von ungefähr z13 Polteilung, in welcher sich die Ströme zudem gleichen Strombilde überlagern. Die Übertragung auf andere Schaltungen geschieht gleichfalls sinngemäß. Der Phasenunterschied der resultierenden Ströme in zwei benachbarten, zu beiden Seiten einer Phasenachse angeordneten Wicklungsteilen zweier verschiedener Phasen ist bei der üblichen Schaltung immer gleich dem mittleren Abstande dieser, d. h. gleich dem Phasenwinkel, also in der hier gezeichneten dreiachsigen Schaltung 3°0/3 - i20°, im Zweiphasenmotor mit vierachsiger Schaltung 3ß0/4-90°, und im Dreiphasenmotor mit sechsachsiger Schaltung 3c10)e - 6o°.Apart from; Fig. 9 and i o also explain all figures the simplest case of the new arrangement with a three-phase motor in three-axis Circuit and first the power distribution in a ring winding of the stator and Rotor, which in the stator has three-phase current at three points offset by 120 ' is fed. In practical terms, this stator winding corresponds to a Drum winding with a chord pitch in the rotor of about z13 pole pitch, in which the currents also superimpose the same current patterns. The transference to others Switching is also done analogously. The phase difference of the resulting Currents in two adjacent winding parts arranged on both sides of a phase axis two different phases is always equal to the middle one in the usual circuit Spacing these, d. H. equal to the phase angle, i.e. in the three-axis drawn here Switching 3 ° 0/3 - i20 °, in a two-phase motor with four-axis switching 3ß0 / 4-90 °, and in the three-phase motor with six-axis circuit 3c10) e - 6o °.

Die Abb. 9 und Io behandeln den Fall eines Dreiphasenmotors in sechsachsiger Schaltung, d. h. entsprechend einer Ringwicklung, welcher Dreiphasenstrom. an..sechs unter 6o° versetzten Stellen zugeführt wird, oder in praktischer Ausführung einer Trommelwicklung mit normalem Durchmesserschritt im Läufer.Fig. 9 and Io deal with the case of a three-phase motor in six-axis Circuit, d. H. corresponding to a ring winding, which three-phase current. an .. six is fed to places offset by 60 °, or in a practical version of a Drum winding with normal diameter increments in the rotor.

Bei allen üblichen Anordnungen dieser Motoren ist die Wicklung des Ständers immer so angeordnet, daß sie ein den Bürstenkreisen des Läufers entsprechendes ähnliches Strombild erzeugt. Die Bürsten werden dabei in der Betriebsstellung so eingestellt, daß die Phasen der resultierenden Stromwindungen des Läufers denen des Ständers annähernd entgegengesetzt gerichtet sind.In all common arrangements of these motors, the winding of the Stand always arranged in such a way that it fits in with the brush circles of the Runner corresponding similar current pattern is generated. The brushes are in the operating position adjusted so that the phases of the resulting current windings of the rotor are those of the stand are directed approximately in the opposite direction.

In Abb. i bezeichnet der äußere Kreis S die Ständerwicklung, zunächst als einfache Ringwicklung angenommen, mit drei Zuleitungen i, 2, 3; der innere Kreis R den Läufer oder den Kollektor des Läufers mit drei hier innen eingezeichneten Bürsten, d. h. je einer Bürste pro Phase, und zunächst offenen Bürstenkreisen.In Fig. I, the outer circle S denotes the stator winding, initially assumed as a simple ring winding, with three leads i, 2, 3; the inner circle R the runner or the collector of the runner with three drawn in here Brushes, d. H. One brush per phase, and initially open brush circles.

Abb. i und 2 zeigen die gleiche normale dreiachsige Schaltung. Abb. 2 unterscheidet sich gegenüber Abb. i nur durch die Bürstenkreise und zeigt die gleichfalls bekannte Anordnung eines Bürstenpaares pro Phase, dessen beide Bürsten feststehen können. Es kann aber auch nur eine Bürste, und zwar die in der Drehrichtung des Läufers zum Beispiel in einer Phasenachse befindliche feststehen, während die andere verstellbar ist. Schließlich können auch beide Bürsten verstellbar sein. Die drei Phasen der Ständerwicklung sind zur Klarheit durch drei stärker gezeichnete Kreisausschnitte a, b, c bezeichnet.Fig. I and 2 show the same normal three-axis circuit. Fig. 2 differs from Fig. I only in the brush circles and shows the also known arrangement of a pair of brushes per phase, the two brushes of which can be fixed. However, only one brush can be used, namely the one in the direction of rotation of the rotor, for example, are located in a phase axis, while the other is adjustable. Finally, both brushes can also be adjustable. For clarity, the three phases of the stator winding are shown by three more strongly drawn Circular sections a, b, c denoted.

Bei zunächst geöffneten Bürstenkreisen erzeugen die Stromwindungen des Ständers allein in den Phasenachsen Felder, deren Amplitüde und Phase durch die Pfeile N, N, N dargestellt ist, und dazwischen Felder, deren Amplitüde und Phase n; n, n den Komponenten der beiderseitigen N, N entspricht. D. h. die augenblicklichen Werte der sich ergebenden Felder und Stromwindungen an den verschiedenen Stellen des Umfanges entsprechen den Projektionen dieser Vektoren auf eine Gerade, welche mit der Frequenz des Stromes rotiert.When the brush circles are initially open, the current windings of the stator generate fields in the phase axes alone, the amplitude and phase of which is shown by the arrows N, N, N , and fields in between, the amplitude and phase of which are n; n, n corresponds to the components of the mutual N, N. I. E. the instantaneous values of the resulting fields and current windings at the various points on the circumference correspond to the projections of these vectors onto a straight line which rotates with the frequency of the current.

Das Verhältnis n/N ist ungefähr bei; der gewählten dreiachsigen Schaltung ih, bei vierachsiger Schaltung und bei sechsachsiger Schaltung Die von den Bürstenstromkreisen allein erzeugten Stromwindungen des Läufers geben, der Bürstenstellung entsprechend, ein genau gleiches Bild mit drei Maxima in den₧Bürstenachsen, den Feldern N, N, N und den dazwischenliegenden Feldkomponenten n, n, n entsprechend, die jedoch denen des Ständers ungefähr entgegengesetzt gerichtet sind. In der Kurzschlußstellung der Bürsten werden demnach die Stromwindungen des Ständers, von ihrem Unterschiede und Streufeldern abgesehen, durch die Stromwindungen des Läufers aufgehoben. In der in den Abbildungen gezeichneten, etwas verschobenen Stellung erzeugen die Komponenten beider Felder im allgemeinen das nutzbare Arbeitsfeld.The ratio n / N is approximately at; the selected three-axis circuit ih, with four-axis circuit and with six-axis switching The current windings of the rotor generated by the brush circuits alone give, according to the brush position, exactly the same picture with three maxima in the ₧ brush axes, the fields N, N, N and the field components n, n, n in between, but corresponding to those of the stator are roughly opposite in direction. In the short-circuit position of the brushes, the current windings of the stator, apart from their differences and stray fields, are canceled out by the current windings of the rotor. In the slightly shifted position shown in the figures, the components of both fields generally generate the usable working field.

Die Phasenverschiebung des Stromes wird dann mehr oder minder durch die betreffende Komponente der magnetisierenden Stromwindungen des Arbeitsfeldes beeinflußt.The phase shift of the current is then more or less through the relevant component of the magnetizing current windings of the working field influenced.

Das bekannte Mittel zum Beispiel, in normalen Mehrphasen-Reihenschlußmotoren im Betriebe hohe Leistungsfaktoren, d. h. geringe Phasennacheilung oder Voreilung des Stromes zu erzielen, besteht deshalb darin, die Stromwindungen des Läufers etwas größer zu machen als die des Ständers; man erreicht dies bekanntlich .durch die Reihenschaltung des Ständers und des Läufers und eine geeignete Wahl der Windungszahlen oder der Übersetzung eines Zwischentransformators. Das genannte Mittel hat jedoch verschiedene Nachteile und bewirkt unter anderem bei den üblichen Motoren dieser Art auch eine unvollkommene Kommutierung des Stromes.The known means, for example, in normal polyphase series motors high performance factors in the company, d. H. low phase lag or lead To achieve the current, therefore, consists in the current windings of the rotor somewhat to make larger than that of the stand; as is well known, this is achieved through the Series connection of the stator and the rotor and a suitable choice of the number of turns or the translation of an intermediate transformer. However, the said remedy has various disadvantages and causes, among other things, this in the usual engines Art also an imperfect commutation of the current.

Die Erfindung verwendet nun eine besondere Anordnung der Ständerwicklung, bei welcher die Stromwindungen des Läufers zwischen den Bürstenachsen zusätzliche Feldkomponenten erzeugen. Hierdurch wird bei derartigen Motoren zunächst eine Erhöhung des Leistungsfaktors erzielt, indem diese zusätzlichen Feldkomponenten bei Drehung des Läufers entsprechende EMKK der Rotation in den Bürstenkreisen induzieren.The invention now uses a special arrangement of the stator winding, in which the current turns of the rotor between the brush axes are additional Generate field components. This initially results in an increase in engines of this type of the power factor achieved by removing these additional field components when rotating induce the rotor's corresponding EMF of the rotation in the brush circles.

Beim Reihenschlußmotor setzen sich diese der Phase der Stromwindungen des Läufers entsprechenden Spannungen dann so mit den im Ständer induzierten zusammen, daß sie eine Verringerung der Phasennacheilung oder Voreilung des Stromes zur Spannung bewirken.In the case of a series motor, these are related to the phase of the current windings the corresponding voltages of the rotor are then combined with those induced in the stator, that they reduce the phase lag or lead of the current to the voltage cause.

Beim Nebenschlußmotor erzeugen sie eine Zunahme des phasenverschobenen Stromes im Läufer, so daß die Wirkung eine ähnliche wird. Bei einem Motor mit über Stromkreise niederer Spannung oder in sich kurzgeschlossenen Bürstenkreisen erzeugen sie ebenfalls eine ähnliche Wirkung. Hierbei bewirkt insbesondere die hier hervorgerufene Zunahme des Stromes eine weitere Verstärkung der betreffenden Feldkomponente und eine gewisse Selbsterregung des Läufers, so daß bereits bei verhältnismäßig niederen Geschwindigkeiten hohe Leistungsfaktoren erzielt werden. -Die vollkommene Kommutierung des Stromes wird durch die besondere Anordnung der Ständerwicklungen und die hieraus sich ergebende Verteilung des Stromes im Ständer bewirkt, wie weiter unten gezeigt werden soll.In the shunted motor, they produce an increase in the out-of-phase Current in the rotor, so that the effect is similar. For an engine with over Create low-voltage circuits or short-circuited brush circuits they also have a similar effect. Here, in particular, the one called up here has an effect Increase in the current further amplification of the relevant field component and a certain self-excitement of the runner, so that even with relatively low Speeds high performance factors can be achieved. -The perfect commutation of the current is determined by the special arrangement of the stator windings and the resulting resulting distribution of the current in the stator, as shown below shall be.

Bei üblichen Wicklungen und Schaltungen gemäß Abb. i und 2 könnten die Stromwindungen des Läufers zusätzliche Feldkomponenten, wie die obengenannten, nicht erzeugen, weil sie von den überall entgegengesetzt gerichteten Stromwindungen des Ständers aufgehoben werden.With conventional windings and circuits according to Fig. I and 2 could the current windings of the rotor additional field components, such as those mentioned above, do not generate, because they are everywhere oppositely directed current windings of the stand.

In allen Ausführungen nach der Erfindung hingegen handelt es sich darum, die Ständerwicklung so auszuführen, daß an Stellen zwischen den Bürstenzonen die Stromwindungen verhältnismäßig kleiner werden, also in dein behandelten Falle zum Beispiel nicht - wie die resultierenden Werten, n, n in Abb. i und 2 - den Komponenten der Stromwindungen in den beiderseitigen Phasenachsen entsprechen, sondern kleiner werden als diese.In all embodiments according to the invention, however, it is about the stator winding to be carried out in such a way that in places between The current windings become relatively smaller in the brush zones, i.e. in your treated case, for example - like the resulting values, n, n in Fig. i and 2 - the components of the current windings in the mutual phase axes correspond, but become smaller than this.

Abb. 3 zeigt den grundsätzlichen Unterschied der Verteilung der Stromwindungen des Ständers im Vergleiche zu der normalen Verteilung nach Abb. i und 2. Er besteht hier darin, die verschiedenen Phasen so über den Umfang zu verteilen, daß an Stellen zwischen den Maxima der sich ergebenden Stromwindungen N, N, N die dazwischen auftretenden Minima kleiner werden als die bei der üblichen Verteilung resultierenden Minimau, n, n. in Abb. i und 2.Fig. 3 shows the fundamental difference in the distribution of the current windings of the stator compared to the normal distribution according to Figs Current windings N, N, N the minima occurring in between become smaller than the minimau, n, n. In Fig. I and 2 resulting from the usual distribution.

In Abb. 3 ist beispielsweise bei der gewählten dreiachsigen Schaltung und Bleichbleibendernormaler Läuferschaltung wie in Abb.2 die zunächst als einfache Ringwicklung angenommene Ständerwicklung pro Phase in je zwei Teile a 'und ä', b' und b", c' und c' geteilt, und je zwei einander benachbarte, beiderseits einer Phasenachse angeordnete Teile a' und c", b' und a", c' und b" sind in Reihe gegeneinander geschaltet. Hierdurch wird der Phasenunterschied der resultierenden Ströme hier in je zwei beiderseits einer Phasenachse liegenden Teilen größer und I8o°, d. h. 6o° größer als der übliche I2o°. An den dazwischenliegenden Stellen hingegen wird er negativ, und zwar -6o°, d. h. 6o° kleiner als der übliche Phasenunterschied von o°. Die Folge ist, daß den durch die Ständerstromwindungen N, N in den beiderseitigen Phasenachsen gebildeten Komponenten n, n, n an diesen Stellen entgegengesetzt gerichtete Läuferstromwindungen n', n', n' überlagert werden, so daß die totalen Stromwindungen hier kleiner werden und gleich der Differenz In praktischer Ausführung hat diese Anordnung den weiteren Vorteil, daß sie eine besonders einfache Spulenwicklung darstellt, indem die entgegengesetzt geschalteten Teile pro Windung unmittelbar hintereinander gewickelt werden können.In Fig. 3 rotor circuit is as divided in Fig.2, the stator winding adopted initially as a simple ring winding per phase in two parts a 'and the like', b 'and b ", c' and c ', for example, at the selected three-axis circuit and bleaching Lingering Normal , and two adjacent parts a 'and c ", b' and a", c 'and b ", arranged on either side of a phase axis, are connected in series with one another. As a result, the phase difference of the resulting currents in two parts on either side of a phase axis is greater and I80 °, ie 60 ° greater than the usual I20 °. At the points in between, however, it becomes negative, namely -60 °, ie 60 ° smaller than the usual phase difference of 0 °. The result is that the components n, n, n formed by the stator current windings N, N in the two-sided phase axes are superimposed on oppositely directed rotor current windings n ', n', n 'so that the total current windings are smaller and equal here the difference In practical implementation, this arrangement has the further advantage that it represents a particularly simple coil winding, in that the oppositely connected parts per turn can be wound directly one behind the other.

Abb. d. zeigt dieses. S ist wieder der Ständer mit z. B. 18 durch radiale Teilstriche angedeuteten Nuten, in welchen die entgegengeschalteten Wicklungsteile zu drei Spulen vereinigt sind.Fig. D. shows this. S is again the stand with z. B. 18 through radial tick marks indicated grooves in which the opposing winding parts are combined into three coils.

Die durch die punktierten Pfeile fit , n', n' angedeuteten Stromwindungen wirken im Sinne überlagerter, teilweiser Folgepole zu den Spulen, hervorgerufen durch die zeitliche Verschiebung der Stromphasen in benachbarten Spulen.The current windings indicated by the dotted arrows fit , n ', n' act in the sense of superimposed, partial following poles to the coils, caused by the temporal shift of the current phases in adjacent coils.

In der üblichen Anordnung einer dreiachsigen Wicklung wäre der dem mittleren Abstande der Windungshälften pro Phase entsprechende Wicklungsschritt im Ständer wie im Läufer gleich =/, der Polteilung, also bei 18 Nuten pro Polpaar, entsprechend einer Trommelwicklung mit einem Wicklungsschritt im Ständer von sechs Nutenteilungen.In the usual arrangement of a three-axis winding, this would be dem average spacing of the winding halves per phase corresponding winding step in the stator as in the rotor the same = /, the pole pitch, i.e. with 18 slots per pole pair, corresponding to a drum winding with a winding pitch of six in the stator Groove pitches.

In Abb. d. wird der mittlere Wicklungsschritt im Ständer, pro Phase das. Mittel aus 1, 3. 5, gleich drei Nutenteilungen, also gleich 0,5 des normalen Wicklungsschrittes oder 6o° statt i 2o0.In Fig. D. becomes the middle winding step in the stator, per phase the mean of 1, 3. 5, equal to three groove pitches, so equal to 0.5 of the normal Winding step or 6o ° instead of i 2o0.

Unter Umständen erzielt die hier zunächst beschriebene Ausführung eine zu starke Wirkung. In diesen Fällen kann man dann auch die Stromwindungen des Ständers zwischen den Phasenachsen um einen kleineren Betrag verringern. Am einfachsten geschieht das in der Weise, daß man die Windungszahl der Wicklung finit den im entgegengesetzten Sinne wirkenden überlagernden Stromwindungen vermindert bzw. die inneren oder die äußeren oder einzelne Windungen pro Spule anders wickelt oder schaltet.Under certain circumstances, the execution described here first achieves too strong an effect. In these cases, the current windings of the Reduce the stator between the phase axes by a smaller amount. The easiest this is done in such a way that the number of turns of the winding is finite than in the opposite The superimposed current windings acting on the meaning are reduced or the inner or the winds or switches outer or individual turns per coil differently.

Abb. 5 zeigt zum Beispiel das gleiche Bild wie Abb.4, jedoch sind die innersten Windungen pro Spule durch zwischen zwei Wicklungsachsen bzw. durch einer Wicklungsachse gegenüberliegende Windungen ersetzt, die finit den Windungen der anderen Wicklungslage in verschiedenem Sinne zusammengeschaltet sind.For example, Fig. 5 shows the same picture as Fig. 4, but are the innermost turns per coil through between two winding axes or through a winding axis opposite turns replaces the finite turns the other winding layer are interconnected in different ways.

In Abb.5 wird der mittlere Wicklungsschritt im Ständer, pro Phase das Mittel aus 3, 5, 5, bleich 4.,33 Nutenteilungen, also gleich 0,72 des normalen Wicklungsschrittes.Figure 5 shows the middle winding step in the stator, per phase the mean of 3, 5, 5, pale 4th, 33 groove pitches, i.e. equal to 0.72 of the normal Winding step.

Auch Abb. 6 zeigt dasselbe Bild wie Abb. 4.; die äußeren Windungen übergreifen hier die benachbarten Spulen. Diese Windungen können, wie gezeichnet, in nebeneinanderliegenden Nuten liegen oder in gleichen Nuten, so daß die Ströme beider Phasen sich an diesen Stellen zu resultierenden Strömen mittlerer Phase zusammensetzen.Fig. 6 also shows the same picture as Fig. 4 .; the outer turns overlap the neighboring coils here. These turns can, as shown, lie in adjacent grooves or in the same grooves so that the currents Both phases combine at these points to form the resulting medium-phase currents.

In Abb.6 wird der mittlere Wicklungsschritt ini Ständer, pro Phase das Mittel aus 1, 3, 7, gleich 5,66 Nutenteilungen, also gleich o,6i des normalen Wicklungsschrittes.In fig.6 the middle winding step ini stator, per phase the mean of 1, 3, 7, equal to 5.66 slot pitches, i.e. equal to 0.66 of the normal Winding step.

Abb.7 zeigt ein ähnliches Schaltbild wie Abb. 6 mit einem Ständer mit 24. durch Teilstriche angedeuteten Nuten, wobei die Verhältnisse so gewählt sind, daß pro Spule und Phase die Windungen je zweier Nuten nicht übergreifend und je zweier Nuten übergreifend gewicleelt sind.Fig.7 shows a circuit diagram similar to Fig. 6 with a stand with 24th grooves indicated by graduation marks, the proportions being chosen are that for each coil and phase the turns of two slots do not overlap and each two grooves are wound across.

In der- normalen Anordnung einer dreiachsigen Wicklung wäre der Wicklungsschritt ini Ständer wie im Läufer '/3 der Polteilung, also bei 24 Nuten pro Polpaar, entsprechend einer Trommelwicklung mit einem Wicklungsschritte von acht Nutenteilungen im Ständer. In Abb. 7 wird der mittlere Wicklungsschritt im Ständer, pro Phase das Mittel von r, 3, 9, II, gleich sechs Nutenteilungen, also gleich 0,75 des normalen Wicklungsschrittes.In the normal arrangement of a three-axis winding, the winding pitch in the stator would be 1/3 of the pole pitch as in the rotor, i.e. with 24 slots per pole pair, corresponding to a drum winding with a winding pitch of eight slot pitches in the stator. In Fig. 7, the mean winding step in the stator, the mean of r, 3, 9, II per phase, equals six slot pitches, i.e. 0.75 of the normal winding step.

Um hierbei die äußeren besonders langen Stirnwindungen zu vermeiden, kann man auch so wickeln, daß die einzelnen Hälften der kurzen und langen Windungen vertauscht sind. Das resultierende Strombild bleibt hierbei das gleiche.In order to avoid the particularly long outer windings, you can also wind it so that the individual halves of the short and long turns are swapped. The resulting current pattern remains the same.

Abb.8 zeigt dieses. Die Wicklung entspricht dem Schaltbild einer normalen vierpoligen Durchmesserwicklung, ist aber nur zweipolig und dreiachsig geschaltet. Bei der hier gewählten dreiachsigen Schaltung sind immer je zwei aufeinanderfolgende Spulen im gleichen Sinne pro Phase hintereinander zu schalten, wie für eine Phase durch die zwei eingezeichneten Pfeile angedeutet ist, wobei das Strombild dasselbe wird wie in Abb. 7.Figure 8 shows this. The winding corresponds to the circuit diagram of a normal one four-pole diameter winding, but is only switched on two poles and three axes. In the three-axis circuit selected here, there are always two consecutive ones To connect coils in series for each phase in the same way as for a phase is indicated by the two arrows drawn in, the current pattern being the same becomes as in Fig. 7.

In Abb.8 wird der mittlere Wicklungsschritt im Ständer, pro Phase das Mittel aus 5, 7, 5, 7, gleich sechs Nutenteilungen, also wieder gleich 0,75 des normalen Wicklungsschrittes.In Fig. 8, the mean winding step in the stator, the mean of 5, 7, 5, 7 per phase, equals six slot pitches, i.e. again equal to 0.75 of the normal winding step.

Abb. 9 zeigt gleichzeitig auch eine Anordnung des Prinzips für einen Motor in sechsachsiger Schaltung, wobei im zweipoligen Schaltbild der Wicklungsschritt im Ständer wieder dem einer normalen vierpoligen Durchmesserwicklung entspricht, welche in bekannter Weise wie bei Motoren mit Polumschaltung, zweipolig und sechsachsig so geschaltet ist, daß je zwei diametral gegenüberliegende Spulen im zweipoligen Sinne zu einer Phase vereinigt werden, wie für eine Phase durch die zwei eingezeichneten Pfeile in Abb. 9 angedeutet ist, während die Wicklung des Läufers in diesem Falle eine normale zweipolige Durchmesserwicklung ist.Fig. 9 also shows an arrangement of the principle for one at the same time Motor in six-axis circuit, with the winding step in the two-pole circuit diagram in the stator again corresponds to that of a normal four-pole diameter winding, which in a known way as with motors with pole changing, two-pole and six-axis is switched so that two diametrically opposed coils in the two-pole Senses are united into one phase, as for a phase by the two drawn in Arrows in Fig. 9 is indicated, while the winding of the rotor in this case is a normal two-pole diameter winding.

In der normalen Anordnung einer sechsachsigen Wicklung wäre der Wicklungsschritt im Ständer wie im Läufer gleich der Polteilung, also bei 24 Nuten pro Polpaar, entsprechend einer Trommelwicklung mit einem Wicklungsschritt im Ständer von 12 Nutenteilungen.In the normal arrangement of a six axis winding would be the winding pitch in the stator and in the rotor equal to the pole pitch, i.e. with 24 slots per pole pair, accordingly a drum winding with a winding pitch in the stator of 12 slot pitches.

In Abb.9 wird der mittlere Wicklungsschritt im Ständer, pro Phase das Mittel aus 5, 7, 5, 7, gleich sechs. Nutenteilungen, also gleich o,5 des normalen Wicklungsschrittes.Figure 9 shows the middle winding step in the stator, per phase the mean of 5, 7, 5, 7, equals six. Groove pitches, i.e. equal to 0.5 of the normal Winding step.

Die Bürsten; an welchen eine vollkommene Kommutierung des Stromes erzielt werden soll, liegen immer an solchen Stellen auf, wo beiderseits zu den Bürstenzonen der Phasenunterschied der Ströme im Ständer größer ist als im Läufer. In Abb. 9 ist dieses, wie dort gezeichnet ist, an den Kreuzungsstellen zweier Ständerphasen der Fall. Der Phasenunterschied der Ströme ist hier I2o°, im Läufer hingegen ist er beiderseits zu den Bürstentonen der normale 6o°. Das heißt, er ist im Ständer 6o° größer als im Läufer.The brushes; at which a perfect commutation of the current is to be achieved, always lie in such places where on both sides to the Brush zones the phase difference of the currents in the stator is greater than in the rotor. In Fig. 9 this is, as shown there, at the intersection of two stand phases the case. The phase difference between the currents is here I2o °, whereas in the rotor it is he on both sides to the brush tones the normal 60 °. That means he's in the stand 60 ° larger than in the runner.

Die erfindungsgemäße Anordnung der unterteilten Phasenwicklungen führt in allen praktischen. Ausführungen dahin, daß der wirksame mittlere Wicklungsschritt im Ständer kleiner wird als im Läufer und als der normale Wicklungsschritt im Ständer.The inventive arrangement of the subdivided phase windings leads in all practical. Comments that the effective mean winding pitch becomes smaller in the stator than in the rotor and than the normal winding pitch in the stator.

Erzielen läßt sich das überall dadurch, daß die Phasen des Ständers so geschaltet sind, daß sie nicht wie bei normalen Drehfeldmotoren ein den Bürstenkreisen des Läufers ähnliches, sondern ein von diesen wesentlich verschiedenes Strombild erzeugen. Bei normalen Induktionsmotoren z. B. würde man dies als Streuwirkung bezeichnen. Bei den Kollektormotoren hingegen wird hierdurch die beschriebene nützliche Wirkung erzielt.This can be achieved everywhere by the phases of the stand are switched in such a way that they do not enter the brush circuits as in normal rotary field motors of the runner, but rather a current pattern that is essentially different from them produce. In normal induction motors z. B. one would call this a scattering effect. In the case of the collector motors, on the other hand, this has the useful effect described achieved.

Unter Umständen kann es sich empfehlen, zur Erzielung verstärkter Wirkung, diese der Streuwirkung ähnliche Wirkung zwischen Ständer und Läufer noch zu vergrößern, indem man beispielsweise die einzelnen Phasen in einzelnen Nuten wickelt, wie Abb. Io für sechsachsige und Abb. r z für dreiachsige Schaltung zeigen. In den zwischen den einzelnen Phasen liegenden Zähnen tritt dann die durch punktierte Pfeile angedeutete Streuwirkung in noch verstärktem Maße auf.Under certain circumstances it may be advisable to achieve enhanced Effect, this effect between the stand and the runner, which is similar to the scattering effect to enlarge, for example, by placing the individual phases in individual grooves winds, as shown in Fig. Io for six-axis and Fig. r z for three-axis circuit. The punctured tooth then occurs in the teeth lying between the individual phases Arrows indicated scattering effect to an even greater extent.

Die Erfindung beruht im wesentlichen auf der Erkenntnis der nützlichen Wirkung dieser zunächst als gewöhnliche Streuwirkung aufzufassenden zusätzlichen Feldkomponenten, sowohl auf die Verbesserung der Leistungsfaktoren als auch insbesondere auf die der Kommutierung.The invention is based essentially on the knowledge of the useful Effect of this additional effect, initially to be understood as a normal scattering effect Field components, both on the improvement of the performance factors and in particular to that of commutation.

Die vollkommene Kommutierung wird dadurch erzielt, daß die zusätzliche Feldkomponente in den Bürstenzonen ein Feld von ähnlicher Phase und Richtung wie das Kommutierungsfeld erregt.The perfect commutation is achieved in that the additional Field component in the brush zones a field of similar phase and direction as the commutation field is excited.

Die Bürsten stehen im Betrieb im allgemeinen an Stellen, wo die in der Drehrichtung folgenden Stromwindungen des Ständers eine verhältnismäßig größere Nacheilung der Phase haben als bei normalen Schaltungen der verschiedenen Phasen des Ständers. Diese induzieren unter den Bürsten Ströme von annähernd entgegengesetzter und damit gleichfalls zu den Strömen im Läufer verhältnismäßig stärker nacheilender Phase, die sich den Bürstenströmen überlagern. Die Folge ist, daß die resultierenden totalen Bürstenströme im wesentlichen nach den auflaufenden Bürstenkanten hin verschoben werden, an den ablaufenden Bürstenkanten hingegen, wo die Stromunterbrechungen auftreten, geschwächt werden.The brushes are in operation in general in places where the in the direction of rotation following current windings of the stator a relatively larger one Phase lag than with normal circuits of the various phases of the stand. These induce currents of approximately opposite directions under the brushes and thus also relatively more lagging behind the currents in the rotor Phase that are superimposed on the brush currents. The consequence is that the resulting total brush currents shifted essentially towards the brush edges are, however, at the trailing brush edges, where the power interruptions occur, be weakened.

Hiernach ist es, ähnlich wie bei Gleichstrommaschinen, möglich, den Läufer mit höherer Spulenzahl zwischen den Lamellen zu wickeln und die Abmessungen der Kollektoren in entsprechendem Maße kleiner zu halten.According to this, similar to DC machines, it is possible to use the Rotor with a higher number of coils between the lamellas closes wrap and to keep the dimensions of the collectors smaller accordingly.

Die bei anderen Maschinen mit festen ausgeprägten Polen wie Gleichstrommaschinen zur Erzielung guter Kommutierung bekannten Anordnungen, Kompensationswicklungen und Kommutierungspole auf dem Ständer hauen zunächst bei Motoren mit Drehfeld keine praktische Anwendung gefunden.The same with other machines with fixed, pronounced poles such as DC machines arrangements known to achieve good commutation, compensation windings and commutation poles on the stator initially do not cut into motors with a rotating field found practical application.

Bekannte Kompensationswicklungen, welche mit dem Läufer gleichachsig in Reihe geschaltet werden, sind so geschaltet, daß sie im Ständer ein dem Läufer genau gleiches Strombild entgegengesetzter Phase erzeugen. Dabei wird das Übersetzungsverhältnis zwecks Erzielung guter Kommutierung so bemessen, daß die Stromwindungszahl im Ständer um einen gewissen Betrag größer wird als die des Läufers. Sie würden damit zum Beispiel auf die Leistungsfaktoren von Motoren gerade die entgegengesetzte Wirkung ausüben als die vorliegenden Schaltungen, sogar sehr niedrige Leistungsfaktoren hervorrufen, so daß sie für diese Motoren mit Drehfeld unzweckmäßig wären.Known compensation windings, which are coaxial with the rotor are connected in series, are connected so that they are in the stator in the rotor generate exactly the same current pattern of opposite phase. The gear ratio is in order to achieve good commutation, dimensioned so that the number of current turns in the stator becomes larger than that of the runner by a certain amount. You would with it for example have exactly the opposite effect on the performance factors of engines than the present circuits, even produce very low power factors, so that they would be inexpedient for these rotating field motors.

Kommutierungspole, sogenannte Wendepole, welche gleichfalls mit dem Läufer gleichachsig und entgegengesetzt in Reihe geschaltet werden müssen und bei Maschinen mit festen Polen mit ihrer Wicklung den freien Platz zwischen den Polen ausfüllen, haben bei Motoren mit Drehfeld ebenso keine praktische Anwendung gefunden, weil die Polteilung zu ihrer Unterbringung nicht ausreicht. Um Platz zu gewinnen, hat man vorgeschlagen, am Umfange des Hauptfeldes nur die halbe Anzahl der Kommutierungszönen mit Kommutierungspolen zu versehen und die andere Hälfte fortzulassen. Bereits die gleichmäßige Hauptwicklung bietet jedoch Schwierigkeiten, sie unterzubringen.Commutation poles, so-called reversing poles, which are also connected to the Rotors must be connected in series on the same axis and in opposite directions and with Machines with fixed poles with their winding the free space between the poles fill in, have also not found any practical application in motors with a rotating field, because the pole pitch is not enough to accommodate them. To gain space it has been suggested that only half the number of commutation zones be added to the circumference of the main field to provide commutation poles and leave out the other half. Already the however, uniform main winding presents difficulties in accommodating them.

Die neuen Schaltungen gemäß der Erfindung haben in ihrer Wirkung auf die Kommutierung eine gewisse Ähnlichkeit mit der Wirkung der bekannten Kommutierungspole. Sie vermeiden jedoch deren Nachteile, indem die besonders angeordneten Ständerwicklungen selbst dein gesamten Hauptfelde eine Feldkomponente mehrpoliger Form bei zweipoliger Schaltung überlagern, d. h. von der Form eines harmonischen Oberfeldes, dessen Phase an Stellen zwischen den Phasenachsen und in den Achsen der Bürsten die vorstehend erläuterte Wirkung auf die Leistungsfaktoren der Motoren ausübt, und dessen Phase in den Bürstenzonen ungefähr der Phase -eines Kommutierungsfeldes entspricht.The new circuits according to the invention have in their effect on the commutation has a certain similarity with the effect of the known commutation poles. However, you avoid their disadvantages by the specially arranged stator windings even your entire main field is a field component of multipolar form in the case of two-pole Overlay circuit, d. H. of the form of a harmonious upper field, its phase at points between the phase axes and in the axes of the brushes the protruding explained effect on the performance factors of the motors, and its phase corresponds roughly to the phase of a commutation field in the brush zones.

Dieses wird besonders klar in den Ausführungen, wo, anstatt den Wicklungsschritt aller Spulen kleiner zu machen als der normale `'Wicklungsschritt der Schaltung ist, der mittlere Schritt kleiner gemacht ist, durch Benutzung getrennt liegender längerer und kürzerer Spulen pro Phase, wie z. B. in Abb. 7.This becomes particularly clear in the explanations where, instead of the winding step of all coils smaller than the normal '' winding pitch of the circuit is, the middle step is made smaller, by using more lying longer and shorter coils per phase, such as B. in Fig. 7.

In Abb.7 mit dreiachsiger Schaltung und 24. Nuten im Ständer ist der normale Sehnenschritt gleich acht Nuten. Die Wicklungsschritte der vier Spulen pro Phase sind hier i, 3, 9, Ii, also ihr mittlerer Wicklungsschritt wird 6, das sind 0,75 des normalen Sehnenschrittes.In Fig.7 with three-axis switching and 24th grooves in the stator, the normal chord step is eight grooves. The winding steps of the four coils per phase are here i, 3, 9, Ii, so their mean winding step is 6, that is 0.75 of the normal chord step.

Das Strombild ist dasselbe wie in Abb. 8, mit überall gleichmäßigen .Spulen. Die zu einer Phase gehörenden, gleichfalls durch Pfeile bezeichneten Spulen haben hier die Wicklungsschritte 5, 7, 5, 7, also gleichfalls den mittleren Schritt 6.The current pattern is the same as in Fig. 8, with uniformity everywhere .Wash. The coils belonging to a phase, also indicated by arrows have the winding steps 5, 7, 5, 7, so also the middle step 6th

In Abb. 7 wirken die inneren Zähne mit kurzen Spulen auf die unter ihnen stehenden Bürsten, ähnlich wie Kommutierungspole. Würde man die Nutenzahl auf die Hälfte verringern, so daß die zwei kurzen Spulen pro Phase zu einer einzigen kurzen Spule zusammenfallen, so würde die Ähnlichkeit noch mehr hervortreten. Das gleiche gilt für Abb.8, indem zwei benachbarte Spulengruppen pro Phase sich dort zu dem gleichen Strombild zusammensetzen.In Fig. 7 the inner teeth act with short coils on the lower ones them standing brushes, similar to commutation poles. Would you get the number of grooves reduce it by half so that the two short coils per phase become a single one coincide with a short coil, the similarity would become even more apparent. That the same applies to Fig.8, in that two adjacent coil groups per phase are located there combine to form the same current image.

Es sei erwähnt, daß in diesen Anordnungen, die mit Bürstenpaaren pro Phase gezeichnet sind, lediglich die ablaufenden Bürsten eine empfindliche Kommutierung haben und im besten Kommutierungsfelde eingestellt sind, während die auflaufenden Bürsten pro Bürstenpaar auch ohne Kommutierungsfeld besser kommutieren.It should be noted that in these arrangements, those with pairs of brushes per Phase are drawn, only the running brushes a sensitive commutation and are set in the best commutation field, while the accruing Brushes per pair of brushes commutate better even without a commutation field.

Bei einer Bürste pro Phase wirkt das Kommutierungsfeld auf alle Bürsten, wie z. B. Abb. 9 zeigt.With one brush per phase, the commutation field acts on all brushes, such as B. Fig. 9 shows.

In Abb. 9 mit sechsachsiger Schaltung und 2q. Nuten im Ständer ist der normale Durchmesserschritt gleich i2 Nuten. Die Wicklungsschritte sind hier 5, 7, 5, 7, also der mittlere Wicklungsschritt wird 6, das sind o,5 des normalen Durchmesserschrittes.In Fig. 9 with six-axis circuit and 2q. Grooves in the stand is the normal diameter step equals i2 slots. The winding steps are here 5, 7, 5, 7, so the middle winding step is 6, that is 0.5 of the normal Diameter step.

Würde man diese Wicklung in getrennten längeren und kürzeren Spulen wickeln, so erhielte man pro Phase an zwei diametralen Stellen kurze Spulen und konzentrisch hierzu lange Spulen. Man erhielte z. B. dasselbe Strombild mit pro Phase 8 Spulen pro 1-/Z Nut, deren Wicklungsschritte i, 3, 9, 11, 11, 9, 3, i wären, also mittlerer Schritt wieder 6, oder mit pro Phase vier Spulen pro eine Nut mit den Wicklungsschritten i, i i, i i, i, mittlerer Schritt 6.One would do this winding in separate longer and shorter coils winding, one would get short coils and at two diametrical points per phase concentrically to this long coils. One would get z. B. the same current picture with pro Phase 8 coils per 1- / Z slot, the winding steps of which would be i, 3, 9, 11, 11, 9, 3, i, So middle step again 6, or with four coils per one slot per phase the winding steps i, i i, i i, i, middle step 6.

In diesem Falle würden die kurzen Spulen, mit dem Schritte i, einen einzigen Zahn umfassen. In allen drei Phasen lägen sie an den sechs Stellen, wo in Abb. 9 die Bürsten stehen, die äußere Ähnlichkeit mit Kommutierungspolen würde hier eine sehr große. - Ein Unterschied in der Wirkungsweise äußert sich bereits darin, daß Kommutierungspole mit den Bürsten in Reihe geschaltet sein müssen, während hier die oben erläuterten Wirkungen am stärksten werden, wenn die Bürsten in sich kurzgeschlossen sind, Sie werden gleichfalls sehr stark bei Schaltung des Läufers im Nebenschluß zum Ständer; wobei ebenfalls die Stromkreise des Ständers und des Läufers unabhängig voneinander sind.In this case, the short coils would, with step i, one encompass a single tooth. In all three phases they would be in the six places where in Fig. 9 the brushes stand, the external similarity would be with commutation poles here a very big one. - Expresses a difference in the mode of action is already in the fact that commutation poles are connected in series with the brushes must, while here the effects explained above become strongest when the Brushes are short-circuited in themselves, they also become very strong when switching of the rotor shunted to the stator; where likewise the circuits of the stator and the runner are independent of each other.

Man kann auch zur Erzielung besonderer Wirkungen die Spulen des Ständers in Reihe zum Läufer schalten, was selbst naturgemäß der Fall ist, wenn man den Motor als Reihenschlußmotor geschaltet benutzt. Bei Reihenschaltung bilden dann aber, gleichfalls bei Benutzung von längeren und kürzeren Spulen, die letzteren einen wirksamen Teil der .gesamten Ständerhauptwicklung selbst, was sich einerseits schon darin äußert, daß sie, wie in Abb. 6 z. B. 21, oder wie in Abb. 7 z. B. ½, jedenfalls aber nicht weniger als nahe der Hälfte, also im Minimum etwa 1/3 des Umfanges bedecken müssen, um noch eine brauchbare Wirkung zu erzielen. Derart kürzere Spulen liegen in diesem Falle außerdem nicht wie die Spulen von Kommutierungspolen unter einem gewissen Winkel zu den Phasenachsen der übrigen Ständerhauptwicklung, sondern konzentrisch zu den übrigen Spulen ihrer Phase.The coils of the stator can also be used to achieve special effects connect in series with the rotor, which is naturally the case when you turn on the motor used as a series motor connected. When connected in series, however, also when using longer and shorter coils, the latter one effective part of the entire stator main winding itself, which on the one hand is already expresses that, as shown in Fig. 6 z. B. 21, or as in Fig. 7 z. B. ½, anyway but not less than close to half, i.e. at least about 1/3 of the circumference must in order to achieve a useful effect. Such shorter coils lie in this case also not like the coils of commutation poles under one certain angle to the phase axes of the rest of the stator main winding, but concentric to the other coils of their phase.

Obgleich in der Beschreibung nur von Motoren die Rede ist, so sind auch alle sonstigen Kollektormaschinen mit Hauptwicklung im Ständer wie im Läufer, wie Generatoren, einbegriffen.Although the description only refers to motors, so are also all other collector machines with main winding in the stator and in the rotor, like generators included.

Claims

PATENT CLAIM: Arrangement of the stator winding of multi-phase collector machines with the main winding in the stator and in the rotor, in which the winding sections are divided into several winding parts between two phase axes and each phase of the stator main winding consists of concentric to the phase axes, connected in series against one another and effective in their phase axes Winding parts forming current turns, characterized in that the mean distance of these winding parts from their phase axes is smaller than in the otherwise usual current phase distribution in the stator and the normal current phase distribution present in the rotor, so that the corresponding effective mean stator winding step is smaller than the otherwise usual - approximately = / g of the pole pitch in a three-axis circuit and equal to the pole pitch in a six-axis circuit - stator winding step and than the normal winding step present in the rotor, and that - with a suitable one Brush position - the phase difference between the stator currents on both sides of each brush zone is greater than the usual one - approximately I2o ° electrical with three-axis switching and 60 ° electrical with six-axis switching - the phase difference between the stator currents and the normal phase difference between the currents in the rotor, while the corresponding ratio the minima to the maxima of the stator current windings is smaller than the usual -approximately '/, with three-axis circuit and gende - the ratio of the minima to the in the case of six-axis switching, the maxima of the stator current windings and the normal ratio of the minima to the maxima of the current windings present in the rotor.