DE553643C - Vielpolige Dynamomaschine mit auf demselben Ankerkern liegender Schleifen- und Wellenwicklung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Dynamomaschinen und deren Ankerwicklungen.

Beim Entwurf von Dynamomaschinen, besonders bei vielpoligen, ist man stets bestrebt, die durch die einzelnen Pole erzeugten Kraftfiüsse auf der gleichen Höhe zu halten, damit die induzierten Spannungen und die Stromstärken in den verschiedenen Ankerstromzweigen gleich groß werden. Trotzdem können sich leicht aus verschiedenen Gründen Unterschiede in den Kraftflüssen ergeben. Hierdurch und wahrscheinlich auch durch etwaige Verschiedenheiten in den Stromzweigwiderständen werden Ungleichheiten der Ströme in den Ankerstromzweigen hervorgerufen. Das hat aber eine unerwünschte Erhitzung der Ankerspulen und mithin eine Verschlechterung des Wirkungsgrades zur Folge. Außerdem stellt sich dadurch leicht das höchst unerwünschte Funken und Sprühen am Kommutator ein.

Bei Maschinen mit großer Leistung spielen überdies die Grenzwerte der verschiedenen Konstruktionsfaktoren eine wichtige Rolle und setzen der Größe und Leistungsfähigkeit der Maschine eine Grenze.

Bei Maschinen mit einfach geschlossener Schleifenwicklung hat man einen mehr oder weniger befriedigenden Stromausgleich in den verschiedenen Ankerstromzweigen durch sogenannte Querverbindungen erzielt. Diese Querverbindungen werden von unmittelbar an die Schleifenwicklung selbst angelegten Elementen gebildet, die vorzugsweise zwischen solchen Punkten der Wicklung verlegt sind, die theoretisch das gleiche Potential haben. Wenn sich dann im Betriebe an den so verbundenen Punkten ein Potentialunterschied einstellen will, so fließen Ausgleichströme in den Querverbindungen.

Bei vielfach geschlossenen Schleifenwicklungen stellt sich indessen dadurch eine weitere Schwierigkeit ein, daß es nicht genügt, die Ströme in den verschiedenen Stromzweigen irgendeiner Einzelschleifenwicklung auszugleichen, sondern daß diese Ströme auch mit den Strömen in" den entsprechenden Stromzweigen der anderen unabhängigen Einzelschleifenwicklungen ausgeglichen werden müssen. Wenn also>m-Wicklungen vornanden sind, dann sollte die Spannung zwischen benachbarten Kommutator Stegen nicht größer werden als etwa ein w^tel der von einem einzigen Wicklungselement oder Spule erzeugten Spannung, wenn die Maschine gut laufen soll.

Zur Erzielung eines ganz vollkommenen Strom- und Spannungsausgleichs muß bei den bekannten Ankerwicklungen jeder Kommutatorsteg durch Querverbindungen an jeden Steg mit theoretisch demselben Potential angeschlossen werden. Der Anbau von Querverbindungen erhöht natürlich die Kosten sowohl durch den zusätzlichen Kupferaufwand als auch durch die zusätzliche Arbeit. Zuweilen werden deshalb nicht alle Kommutatorstege an Querverbindungen angeschlossen,

aber trotzdem wird die Maschine erheblich verteuert, und der Ausgleich ist nicht so vollkommen, als wenn alle Stege quer verbunden wären.

Die Erfindung betrifft nun eine Ankerwicklung, bei der die Ströme in den verschiedenen Ankerstromzweigen ohne Querverbindungen ausgeglichen werden, und zwar so, daß der Potentialanstieg von einer Bürste zur anderen, von Kommutatorsteg zu Kommutatorsteg gemessen, nach einer glatten Kurve verläuft. Weiterhin ermöglicht die Erfindung bei vielfach geschlossener Wicklung den Stromausgleich in den verschiedenen Ankerstromzweigen, und zwar so, daß die Spannung zwischen benachbarten Kommutatorstegen nicht größer wird als ein w^tel der durch ein einzelnes Wicklungselement oder Spule erzeugten Spannung, bei m-Wicklungen von bestimmter Wicklungsart, und zwar ohne Verwendung von Querverbindungen.

Sodann ist der Ausgleich auch vollständiger als durch die bekannten Querverbindungen.

Schließlich hat die Ankerwicklung nach der Erfindung einen guten Wirkungsgrad bei geringen Kosten.

In den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, zeigen

Abb. ι das Wicklungsschema einer Dynamomaschine nach der Erfindung mit einfach geschlossener Schleifenwicklung, Abb. 2 das Schema eines Teiles der Wicklung nach Abb. 1,

Abb. 3 das Wicklungsschema einer Dynamomaschine mit dreifach geschlossener S chleif en wicklung,

Abb. 4 das Schema eines Teiles der Wicklung nach Abb. 3,

Abb. 5 das Wicklungsschema einer Dynamomaschine mit zweifach geschlossener S chleif en wicklung.

Die in Abb. 1 dargestellte Maschine hat 8 Pole A bis H. Der Anker in diesem Ausführungsbeispiel, ein genuteter Anker, hat 32 Nuten und ebensoviel Kommutatorstege. Jede Nut enthält 4 Leiter, und, da jeder Leiter eine Spulenseite darstellt, sind im ganzen 64 Spulen vorhanden, die alle an denselben Kommutator angeschlossen sind. 32 der 64 Spulen bilden eine einfach geschlossene Schleifenwicklung, während die übrigen 32 Spulen als Wellenwicklungen gewickelt sind. Die Erfindung ist natürlich nicht auf eine bestimmte Pol-, Nuten-, Spulen- oder Kommutatorstegzahl beschränkt.

Wie Abb. 1 zeigt, liegt beispielsweise die

Schleifenspule 45 mit ihrer einen Seite 46 in einer Nut a. Von den Lagen der vier in einer Nut befindlichen Leiter soll die Lage des äußersten mit 1, die nächste mit 2 usw. bis 4 bezeichnet werden. Die Spulenseite 46 liegt daher in der Lage 2, die andere Spulenseite 47 der Spule 45 in der Lage 3 in einer Nut b, die in diesem Falle um 4 Nuten von der Nut α entfernt ist. Da im ganzen 32 Nuten und 8 Pole, also 4 Nuten pro Pol, vorhanden sind, handelt es sich hier um eine Durchmesserwicklung. Alle Schleifenspulen sind in den Nuten ähnlich der Spule 45 angeordnet. Sie nehmen also die Lagen 2 und 3 ein. Das ist aber nicht wesentlich, sie könnten auch die Lagen 1 und 4 einnehmen. Ferner ist es für die Erfindung bedeutungslos, daß die Wicklung eine Durchmesserwicklung ist.

Die Spule 48 der Wellenwicklung liegt mit ihrer Seite 49 in der Lage 1 einer Nut α und mit der anderen Spulenseite 50 in der Lage 4 der Nut b. Der Nutenwicklungsschritt dieser Spule ist also beispielsweise gleich 4. Die Schleifenspule 45 und die Wellenspule 48 nehmen so in der Nut α die Lagen 1 und 2 und in der Nut b die Lagen 3 und 4 ein. Sie können daher, wie ersichtlich, zusammen angezapft und als Einheit in die Nuten ebenso eingebracht werden, wie es bei einer gewöhnlichen Schleifenwicklung der Fall ist. Dann laufen die an die Kommutatorstege 1 und 2 angeschlossenen vorderseitigen Endverbindüngen der Schleifenspule 45 aufeinander zu, während die an die Kommutatorstege 30 und 5 angeschlossenen vorderseitigen Endverbindungen der Wellenspule 48 auseinanderlaufen. Mit der Betrachtung der Schleifenspule 45 und der Wellenspule 48 sind gleichzeitig alle anderen Spulen der Wicklung berücksichtigt, weil sie in ähnlicher Weise zu Paaren von Schleifen- und Wellenspulen in aufeinanderfolgenden Nuten liegen.

Zur besseren Übersichtlichkeit des Verhältnisses zwischen Schleifen- und Wellenspulen und ihres Zusammenwirkens ist im Wicklungsschema der Abb. 2 ein Teil der Spulen herausgezeichnet. Es sei angenommen, daß sich der Kommutatorsteg 1 unter einer positiven Bürste befindet. Verfolgt man nun den Wicklungsverlauf vom Steg 1 über den Leiter 46 durch die Schleifenspule 45 bis zum Segment 2 und weiterhin durch die Schleifenspulen 55, 56 und 57, gelangt man zum Steg 5, der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel unter einer negativen Bürste liegen würde, wenn sich der Steg 1 unter einer posi-.' tiven befindet. Beginnt man wiederum am Steg ι und verfolgt die Wellenwicklung 52, kommt man zum Steg 26, von dort über die Spule 58 zum Steg 19, weiterhin durch Spule zum Steg 12 und von dort durch Spule zum Steg 5. Daraus geht hervor, daß bei diesem Beispiel eine Gruppe von 4 Schleifenspulen mit den Enden an die Stege 1 und 5

angeschlossen ist. An die gleichen Stege sind aber die entsprechenden Enden einer Gruppe von 4 Wellenspulen angeschlossen. Hierbei ist zu beachten, daß bei der dargestellten Ankerstellung die Wellenspule 52 den Polen G, H und A gegenüber annähernd dieselbe Stellung einnimmt wie die Schleifenspule 45 gegenüber den Polen H, A und B. Ebenso nimmt die Wellenspule 58 gegenüber den Polen F und G dieselbe Stellung wie die Schleifenspule 55 gegenüber den Polen A und B ein. Die Wellenspule 59 nimmt gegenüber den Polen D und E dieselbe Stellung ein wie die Schleifenspule 56 gegenüber den Polen A und B. Die Wellenspule 60 nimmt gegenüber den Polen B und C dieselbe Stellung ein wie die Schleifenspule 57 gegenüber den Polen A und B. Daraus geht hervor, daß bei jeder Ankerstellung gegenüber den Polen eine Gruppe aus 4 Schleifenspulen, z. B. 45' 55< 5° ^und 57' ^ei^ne Spannung erzeugt, die von dem Kraftfluß abhängt, der im großen und ganzen von zwei benachbarten Polen hervorgerufen wird, während die 4 Wellenspulen 52, 58, 59 und 60 eine Spannung erzeugen, welche von dem mittleren Kraftfluß aller Polpaare abhängt. In Anbetracht der ähnlichen Stellung der betreffenden Schleifen- und Wellenspulen gegenüber den Polen gleicht die Spannung jeder Gruppe von aufeinanderfolgenden Wellenspulen mehr oder weniger genau derjenigen Spannung einer zugeordneten Gruppe von Schleifenspulen, die mit ihren Enden an dieselben Kommutatorstege angeschlossen ist. Daher kann ein Spannungsunterschied, der sich ergeben könnte, vernachlässigt werden. Beginnt man wieder beim Kommutatorsteg 1, um den Verlauf der Schleifenspulen 61, 62, 63 und 51 zu verfolgen, kommt man zum Kommutatorsteg 29, der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel unter einer negativen Bürste liegt. Die WeI-lenspulengruppe, die der eben verfolgten Schleifenspulengruppe zugeordnet ist, besteht aus den Spulen 64, 65, 66 und 67, deren Enden entsprechend an die Stege 1 und 29 angeschlossen sind. Die in der Wellenspulengruppe erzeugte Spannung ist dieselbe wie in der Schleifenspule. Daraus geht hervor, daß zwischen den Kommutatorstegen 1 und 5 2 Ankerstromwege verlaufen, der eine durch eine Schleifenwicklung und der andere durch eine Wellenwicklung. Dasselbe gilt für die Kommutatorstege 1 und 29. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind im ganzen 8 Stromzweige in der Schleifenwicklung und 8 Zweige in der Wellenwicklung vorhanden.

Zerlegt man die Wicklung nach Abb. 1 und 2 noch weiter, so sieht man, daß an dem Steg ι sowohl eine Schleifenspule 61 als auch eine Wellenspule 64 angeschlossen sind, die beide nahezu dieselbe Spannung erzeugen. Ferner ist an den Steg 1 eine Schleifenspule 45 angeschlossen, die annähernd dieselbe Spannung wie die Wellenspule 52 erzeugt. Wie Abb. 1 zeigt, sind an jeden Kommutatorsteg zwei Spulenpaare angeschlossen, in deren jedem nahezu dieselbe Spannung erzeugt wird.

Eine Gruppe von 4 Schleifenspulen und eine Gruppe von 4 Wellenspulen sind also mit den Enden in entsprechender Weise an die Kommutatorstege ι und 5 angeschlossen. Ebenso sind eine andere Gruppe aus 4 Schleifenspulen sowie eine andere Gruppe aus 4 Wellenspulen mit den Enden an die Kommutatorstege 2 und 6 angeschlossen. Dasselbe trifft für alle Kommutatorstege rings um den Kommutator herum zu. Die Wicklung ist daher so geschaltet, daß der Spannungsanstieg von einer Bürste zur anderen, von Steg zu Steg gemessen, nach einer glatten Kurve verläuft.

Die Stege 1, 9, 17 und 25 sind beispielsweise Äquipotentialpunkte. Faßt man z. B. einen einzelnen Stromweg zwischen den Stegen ι und 9- (Abb. 1) ins Auge und beginnt beim Steg 1, so kommt man über die Spule 45 zum Segment 2, das außerdem mit dem einen Ende der Wellenspule 54 verbunden ist, deren anderes Ende zum Steg 9 verläuft. Die Schleifenspule 45 und die Wellenspule 54 nehmen gegenüber den Spulen eine solche Lage ein, daß sie dieselbe Spannung erzeugen, und zwar hinsichtlich der Segmete 1 und 9 in zueinander entgegengesetztem Sinne. Daraus geht hervor, daß die verschiedenen, zusammen die ganze Wicklung bildenden Spulen durch und durch gegeneinander derart abgeglichen sind, daß Spannungsunterschiede wirksam ausgeglichen werden. Denn sollte etwa das Potential des Steges 1 nicht genau so groß sein wie das des Steges 9, würde ein Ausgleichstrom zwischen beiden Stegen durch die Spulen 45 und 54 einsetzen. Abb. 1 zeigt, daß jeder einzelne Kommutatorsteg in der oben beschriebenen Weise mit jedem anderen um 360 elektrische Grade versetzten Steg, mit dem er ein gemeinsames Potential haben soll, verbunden ist.

Wie oben erwähnt, ist die Wicklung nach Abb. ι und 2 eine Durchmesserwicklung, bei der der Nutenwicklungsschritt der Wellenwicklung derselbe wie derjenige der Schleifenwicklung ist. Das ist aber nebensächlich. Die Wicklung könnte z. B. mit 28 Schleifenspulen und 28 Wellenspulen auf einen Anker mit 28 Nuten und 28 Kommutatorstegen gewickelt werden. Dann würde der Nutenwicklungsschritt der Schleifenspulen 3 und derjenige der Wellenspulen 4 betragen. Der Ab-

stand zwischen der linken Seite einer Wellenspule (entsprechend der Wellenspule 5 z. B.) von der rechten Seite der Schleifenspule (entsprechend der Spule 45) würde dann 7 betragen, so daß also der Gesamtwicklungsschritt der Wellen durch Schleifenspulen gleich der Zahl der Nuten pro Polpaar werden würde. Diese Spulen würden dann, gerade so wie in der Wicklung nach Abb. 1, dieselbe Spannung erzeugen. Der Ausgleich der Spannungen und Ströme würde ebenso erreicht werden, wie im Zusammenhang mit Abb. ι erläutert. Bei dieser besonderen Wicklung würde der als Wellenwicklung ausgeführte Bestandteil zweifach geschlossen sein. Wenn man also die eine Hälfte der zur Wellenwicklung gehörigen Leiter verfolgen würde, würde man wieder zum Ausgangssteg zurückkommen. Die übrigen Leiter würden dann eine unabhängige Wellenwicklung bilden. Die Schleifen- und Wellenwicklungen dienen so als wechselseitige Ausgleichsverbindungen.

In Abb. 3 ist eine sechspolige Maschine ->5 mit den Polen A-F dargestellt, deren Anker 42 Nuten und 42 Kommutatorstege aufweist. In jeder Nut sind 4 Leiter angeordnet, und die in den Stellungen 2 und 3 sind so geschaltet, daß sie eine dreifach geschlossene Schleifenwicklung bilden. Die bei Steg 1 beginnende Schleifenwicklung 68 ist strichpunktiert gezeichnet. Verfolgt man sie, so kommt man nur über ein Drittel der in den Lagen 2 und 3 befindlichen Spulen. Die beim Steg 2 beginnende Schleifenwicklung jy ist dünn ausgezogen. Verfolgt man diese, so kommt man über ein anderes Drittel der in den Lagen 2 und 3 befindlichen Spulen. Die bei dem Steg 3 beginnende Schleifenwicklung 78 ist gestrichelt gezeichnet und enthält das übrige Drittel der Schleifenspulen. Die drei Schleifenwicklungen sind also voneinander unabhängig. Außerdem ist in die Spulen eine Wellenwicklung eingelegt, wie Abb. 3 zeigt, und zwar wird diese von allen übrigen in den Nuten liegenden Leitern gebildet. Verfolgt man deren durch eine dick ausgezogene Linie 79 gekennzeichneten Verlauf, kommt man zu den Leitern, die in den Nuten die Lagen 1 und 4 einnehmen.

Verfolgt man den Verlauf der dreifach geschlossenen Schleifenwicklung, beim Steg 1 beginnend über die Spule 68 und über die ganze Einzelschleifenwicklung, der die Spule 68 angehört, in Richtung des Uhrzeigers über 5 Spulen hinweg, erreicht man die an die Stege 13 und 16 angeschlossene Spule. Diese nimmt nun dem Pol C gegenüber nicht dieselbe Stellung ein wie Spule 68 gegenüber dem Pol A. Sie kommt vielmehr um zwei Nutenteilungen vor die symmetrische Stellung zu liegen (soweit es sich um die Schleifenspulen handelt). Die symmetrische Stellung hingegen wird von der Spule 71 der gestrichelten Schleifenwicklung eingenommen. Hieraus folgt, daß Spule 71 dieselbe Spannung wie Spule 68 erzeugt, vorausgesetzt, daß die Feldstärken unter den Polen A und C gleich sind. Ebenso nimmt die Schleifenspule 74 der dünn ausgezogenen Wicklung dieselbe Stellung gegenüber dem Pol E ein wie die Spulen 68 und 71 gegenüber den Polen A und C. Betrachtet man die Art und Weise, in der die einzelnen einfach geschlossenen Wicklungen um den Ankerumfang verteilt sind, ergibt sich, daß die sogenannte Feldverschiebung zwischen zwei benachbarten Spulen so bemessen ist, daß die Summe der Feldverschiebungen zwischen gleichnamigen Polen, entweder kleiner oder größer, jedenfalls nicht gleich 360 elektrischen Graden ist. Hieraus ergibt sich, daß eine Spule irgendeiner der einfach geschlossenen Wicklungen gegenüber ihrem Pol in jedem Augenblick dieselbe Lage einnimmt wie eine Spule einer anderen einfach geschlossenen Wicklung, die unter einem um 360 ° entfernten Pol liegt. Trotz dieser Ungleichheit muß die ganze Summe der Feldverschiebung einer bestimmten einfach geschlossenen Wicklung go gleich dem" Produkt der Polpaare mal 360 elektrischen Graden sein oder das Doppelte oder sogar das Mehrfache dieses Betrages, wenn die Wicklung selbst mehrfach wieder eintretend sein soll. Um es ganz allgemein auszudrücken: Die einzelnen Schleifenwicklungen sind so ineinandergeschachtelt, daß die wirksamen Leiter einer Wicklung die Stellung unter einem bestimmten Pol durchlaufen, während wirksame Leiter einer anderen Wicklung gerade eine ähnliche Polstellung durchlaufen.

Die obigen Angaben ergeben sich bei genauer Innehaltung der maßgeblichen Faktoren bei der Auswahl der Zahl der Pole, Spulen und Einzelwickluugen usw. Diese maßgeblichen Faktoren ergeben sich aus dem folgenden:

Bezeichnet man die Gesamtspulenzahl mit c, die Polpaarzahl mit p und die Wick- no lungszahl mit m, lassen sich folgende Beziehungen aus Abb. 3 ableiten. Die auf ein Polpaar kommende Spulenzahl in den Schleifenwicklungen ist — und entsprechend die Zahl der Spulen einer einfach geschlossenen Wicklung—, eine Zahl, die am besten ganz-

c
zahlig ist. p_ braucht dagegen nicht ganz-

in
zahlig zu sein. Die Zahl der Spulen pro Pol-

paar ist eine ganze Zahl, die die Zahl der Wicklungen nicht als Teiler enthält. Dieser Bruch lautet folgendermaßen:

Unter Bezugnahme auf Abb. 3 läßt sich feststellen, daß die ganze Zahl b in der obigen Formel die Zahl der Spulenstellungen darstellt, um die die fünfte Schleifenspule, vom Steg ι aus die strichpunktierte Wicklung entlang gezählt, vor die Spule 71 zu liegen kommt. Die ganze Zahl b kann nun um irgendeine Zahl kleiner als m sein. Bei dem Beispiel der Abb. 3 insbesondere

^C ^

^m — 3

In diesem Falle ist b = 2, was mit Abb. 3 übereinstimmt.
Die Bedingung

—- m

paßt gleichermaßen auf Fälle, in denen die Zahl der Schleifenwicklungen m nicht 3 ist wie in Abb. 3, sondern 2, 5 oder irgendeine andere ganze Zahl.

Für die Spulenzahl, die auf eine in sich einfach geschlossene Teilwicklung der mehrfach geschlossenen Wicklung kommt, läßt sich ein allgemeiner Ausdruck ableiten, unabhängig von der Zahl der Pole:

Eine ganze Zahl

p = md =

ni

dieser Quotient darf keine ganze Zahl sein. c ist hier die Zahl der auf eine einfach geschlossene Teilwicklung kommenden Spulen, und d ist irgendeine ganze Zahl. Daß ρ = md ist, folgt aus der Tatsache, daß die Gesamtpolzahl 2p = 2nid sein muß, insofern als mindestens 2m = 4 Pole für eine zweifach geschlossene Wicklung und 2m = 6 Pole für eine dreifach geschlossene Wicklung usw.

vorhanden sein müssen.

Bei genuteten Ankern ist die Nutenzahl ähnlich zu bemessen wie die Spulenzahl c z. B. Die Nutenzahl pro Polpaar muß also eine ganze Zahl sein, die nicht durch die Zahl der Schleifenwicklungen teilbar ist. Eine weitere Bedingung ist dadurch gegeben, daß, wenn die Zahl der Spulen pro Nut größer als 1 ist, sie als Prime zur Zahl der Wicklungen gewählt werden muß. Für eine zweifach geschlossene Wicklung muß die Zahl der Spulen pro Nut i, 3, 5, 7 usw., für eine dreifach geschlossene Wicklung 1, 2, 4, 5, 7 usw. sein.

Im folgenden soll in großen Linien auf die Wellenwicklung eingegangen werden, die in bestimmter Art mit der dreifach geschlossenen Wicklung der Abb. 3 zusammengeschaltet ist. Verfolgt man diese Wicklung von einem bestimmten Kommutatorsteg ausgehend, so gelangt man zu allen zu dieser Wicklung gehörigen Leitern, bevor man wieder an den Ausgangspunkt zurückkommt. Hierbei kommt man aber neunmal um den Anker herum. Es liegt hier also eine neunfach wieder eintretende Wicklung vor, die deshalb 18 Stromzweige aufweist. Da die dreifach geschlossene Wicklung dreimal soviel Stromzweige als Pole hat, hat die Wellenwicklung ebensoviel Stromzweige wie die dreifach geschlossene Wicklung. Die genaue Zahl der Stromzweige für die Wellenwicklung erhält man durch die richtige Bemessung der vorderseitigen und rückseitigen Wicklungsteilschritte und des Kommutatorwicklungsschrittes der Wellenspulen. Von einem anderen Gesichtspunkt aus gesehen ergibt sich, daß zum Erreichen der besten Ergebnisse der Nutenwicklungsteilschritt der Wellenspulen gleich der Differenz zwischen 360 elektrischen Graden und dem Nutenteilschritt einer Schleifenspule ist. Ist dieser gleich 180 elektrischen Graden, dann ist natürlich auch der Nutenwicklungsteilschritt der Wellenwicklung ebenso groß, wie es bei Abb. 3 der Fall ist.

Um zu zeigen, wie die Schleifen- und Wellenwicklungen einander wechselseitig ausgleichen und insbesondere wie die Wellenwicklung die einzelnen Komponenten der dreifach geschlossenen Schleifenwicklung iod ausgleicht, ist ein Teil der Wicklung nach Abb. 3 in Abb. 4 herausgezeichnet, und zwar 3 Spulen 68, 69 und 70 der strichpunktierten Schleifenwicklung, 3 Spulen 71, 72 und 73 der gestrichelten Schleifenwicklung und 3 Spulen 74, 75 und 76 der dünn ausgezogenen Schleifenwicklung. Aus den oben angegebenen Gründen liegen diese Spulengruppen gegenüber den Polen in symmetrischen Stellungen. Jedem Kommutatorsteg, tio der an die Schleifenspulengruppe 68, 69 und 70 angeschlossen ist, entspricht ein Steg in jeder der anderen Schleifenspulengruppen, der dasselbe Potential besitzt, vorausgesetzt natürlich, daß die Feldstärken der Pole gleich sind. Ferner ist eine Wellenspulengruppe 80, 81 und 82 dargestellt, die am Steg 1 beginnt und am Steg 10 endigt. Jeder Wellenspule in dieser Gruppe entspricht eine Schleifensjrmle in der Gruppe 68, 69, 70, die genau dieselbe Lage gegenüber den Polen einnimmt. Die in der Wellenspulengruppe 80, 81 und 82

erzeugte Spannung ist deshalb gewöhnlich gleich, aber entgegengesetzt der durch die Schleifenspulengruppe 68, 69, 70 erzeugten Spannung. Beide Gruppen sind mit ihren Enden an die Stege 1 und 10 angeschlossen. Wie in ähnlicher Weise im Zusammenhang mit Abb. 3 ausgeführt wurde, hängt die in den Spulen 68, 69 und 70 erzeugte Spannung vom magnetischen Kraftfluß eines Polpaares

ίο A₁B ab, während die durch die Spulen 80, 81, 82 erzeugte Spannung durch den Mittelwert des Kraftflusses aller Polpaare bestimmt wird. Die Wahrscheinlichkeit dafür, daß sich etwa Ausgleichsströme einstellen, ist daher äußerst gering. Was für diese Spulengruppen zutrifft, ist auch bei jeder anderen Gruppe von drei aufeinanderfolgenden Schleifenspulen der Fall. Aber die Wellenspulengruppe 8o, 81 und 82 ist nicht nur an die Schleifenspulengruppe 68, 69, 70 angeschlossen, sondern außerdem an die Stege 32 und 21, deren erster mit der Spule 74 der schwach ausgezogenen Schleifenwicklung verbunden ist und deren zweiter mit der Spule 73 der

»5 gestrichelten Schleifenwicklung verbunden ist. Die Komponenten der dreifach geschlossenen Schleifenwicklung sind deshalb durch Wellenspulen untereinander verbunden. Betrachtet man einen der Verbindungsstromwege, so ist zu beachten, daß nicht die Stege ι und 32, an welche die Spule 80 angeschlossen ist, Äquipotentialstege sind, sondern die Stege 1 und 29. Vom Steg 1 verläuft der Stromweg durch Spule 80 zum Steg 32 und dann durch die Schleifenspule 74 zum Steg29- Beide Spulen sind gewöhnliche spannungserzeugende strombelastete Spulen, aber" die in ihnen erzeugten Spannungen sind gewöhnlich einander gleich und entgegengesetzt, so daß kein Ausgleichsstrom zwischen den Stegen 1 und 29 fließt. Sollten indessen aus irgendwelchen Gründen diese Spannungen verschieden werden, so stellt sich sofort ein Ausgleichsstrom ein, der aber, wie zu beachten ist, ganz gesondert und verschieden von den gewöhnlichen Belastunguströmen in den fraglichen Spulen verläuft. Die vorstehend beschriebenen Ausgleichsstromwege und ins Gleichgewicht gebrachten Spulengruppen lassen genügend erkennen, wie solch eine Schleifenwicklung durch und durch ausgeglichen und ins Gleichgewicht gebracht ist. Was die Spannungsteilung zwischen benachbarten Kommutatorstegen anbetrifft, so ist festzustellen,- daß, wie durch Rechnung und Versuche erwiesen, bei einer dreifach geschlossenen Wicklung die Spannung zwischen benachbarten Stegen nicht über ein Drittel der in einem einzigen Wicklungselement er-

•w zeugten Höchstspannung steigt. Wird die Spannung von einer Bürste zur anderen von Steg zu Steg gemessen, erhält man eine glatte Spannungskurve, aus der ersichtlich wird, wie gleichmäßig die Gesamtspannung durch die Kommutatorstege geteilt wird.

Um übersichtlich zu zeigen, wie die Wicklung als ganzes hinsichtlich der Spannungen und.Ströme ausgeglichen und wie die Spannung zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten etwa gleich einem Drittel (bei dreifach geschlossener Wicklung nach Abb. 3) der durch ein einzelnes Wicklungselement erzeugten Spannung gemacht ist, wird auf Abb. 4 bezug genommen, in der ein Teil der Wicklung nach Abb. 3 herausgezeichnet ist. Verfolgt man, beim Steg 1 anfangend, den Wicklungsverlauf über eine Schleifenspule 68, so kommt man zum Steg 4 und weiter über Schleifenspule 69 zum Steg 7 und Schleifenspul/e 70 zum Steg 10. Beginnt man wiederum am Steg 1 und verfolgt man die Wellenspule 80, so kommt man zum Steg 32 weiter über eine Wellenspule 81 zum Steg 21 und über eine Wellenspule 82 zum Steg 10. Wie ersichtlich, sind die 3 Schleifenspulen 68, 69 und 70 mit den 3 Wellenspulen 80, 81 und 82 ins Gleichgewicht gebracht; wie im Zusammenhang mit Abb. I und 2 erläutert, entspricht jeder Schleifenspule eine gegenüber dem Pol entsprechend gelegene Wellenspule. Das trifft auch zu für die dreifach geschlossene Schleifen- und Wellenwicklung nach Abb. 3 und 4. Was für die Schleifenspulen 68, 69 und 70 gilt, trifft auch für jede andere Gruppe dreier aufeinanderfolgender Schleifenspulen in irgendeiner der drei unabhängigen Schleif en wicklungen zu.

Auch hier sind Spulen unabhängiger Schleifenwicklungen so angeordnet, daß, während sich eine Spule einer der Wicklungen in einer bestimmten Lage gegenüber einem Pol befindet, gleichzeitig zwei andere Spulen (bei dreifach geschlossener Wicklung) sich in genau derselben Lage gegenüber zwei anderen gleichnamigen Polen befinden. Im vorliegenden Beispiel befinden sich die Gruppe der 3 Schleifenspulen 71, 72, 73 in der gestrichelten Schleifenwicklung und die Gruppe von 3 Schleifenspulen 74, 75 und 76 in der dünn ausgezogenen Schleifenwicklung den Polen C₁ D, B und F gegenüber in genau derselben Stellung wie die Gruppe der 3 Spulen 68, 69 und 70 gegenüber den Polen A und B. Es ist ohne weiteres klar, daß die Wellenwicklung, während sie zum Spannungsausgleich der Schleifenspulen, Gruppe für Gruppe, dient, gleichzeitig die Spulen unabhängiger Schleifenwicklungen untereinander verbindet. Die Stege 1 und 29 sind beispielsweise Äquipotentialpunkte, zwischen denen die Wellenspule 80 vom Steg 1 zum Steg 32 und die Schleifenspule 74 vom Steg 32 zum

Steg 29 verläuft. Die Schleifenspule 74 und die Wellenspule 80 sind so gelegen, daß sie die gleiche Spannung erzeugen. Sie dienen also als Ausgleichsstromweg für den Fall, daß sich eine kleine Potentialdifferenz zwischen den Äquipotentialpunkten 1 und 29 einstellen will. Die Wellenspulen 81 und 82 dienen außerdem als Ausgleichsstromwege zwischen den Spulen der dünn ausgezogenen Schleifenwicklung und der gestrichelten Schleifenwicklung sowie zwischen dieser und der strichpunktierten Schleifenwicklung. Die verschiedenen voneinander unabhängigen Schleifenwicklungen sind also auf diese Art untereinander verbunden. Auch die Stege 2 und 30 sind Äquipotentialpunkte. Aus Abb. 3 ersieht man, daß zwischen diesen Punkten die Wellenspule 83 und die Schleifenspule 84 verlaufen. Dasselbe gilt für jeden einzelnen Kommutatorsteg. Anders ausgedrückt, zwischen zwei um 360 elektrische Grade gegeneinander versetzten Äquipotentialstegen verlaufen hintereinandergeschaltet eine Schleifenspule und eine Wellenspule, die gleiche und entgegengesetzte Spannungen erzeugen und so den Stromweg für etwaige Ausgleichsströme zwischen Leiter zweier verschiedener Schleifenwicklungen bilden. Daher ist die Wicklung als Ganzes durch und durch ausgeglichen und mit Zwischenverbindungen versehen.

Gemäß Abb. 4 sind die in denselben Nuten liegenden und an dieselben Kommutatorsegmente angeschlossenen Leiter der Schleifen- und der Wellenwicklung zu einem einzigen Leiter miteinander verschmolzen, so daß ein lediglich eine Schleifenwicklung enthaltender Anker entsteht, bei welcher von jeder Seite einer Spule eine Leistungsstrom führende Ausgleichsverbindung zur nächstgelegenen Seite der nächsten, gegenüber den Polpaaren ebenso gelegenen Spule verläuft. Die linke Seite der Spule 80 ist mit 8o^a und die rechte Seite mit 8o^& bezeichnet; die mit der Seite 8o^a in derselben Nut liegende Seite der Schleifenspule 74 ist mit 74^a bezeichnet. Entsprechend ist die 8o⁶ benachbart liegende linke Seite der Spule 68 mit 68⁶ bezeichnet. Die Spule 80 bildet nun, wie bereits ausgeführt, einen Teil der Ausgleichsverbindungen zwischen den Äquipotentialstegen 1 und 29. Da die beiden Leiter eines Paares, wie 74°, 8o^B oder 8o⁶, 68^ft, in derselben Nut liegen und mit ihrer Vorderseite verbunden sind, haben sie in benachharten Punkten das gleiche Potential, so daß sie gegeneinander nicht isoliert zu werden brauchen, sondern gewissermaßen zu einem einzigen Leiter verschmelzen können. Dann verschmelzen auch die beiden Anschläge der Leiter So" und 74" an dem Steg 32 zu einem einzigen Draht. Von einer Wellenwicklung und einer Schleifenwicklung kann dann, genau genommen, nicht mehr die Rede sein, sondern es liegt eine Schleifenwicklung vor, bei der von jeder Seite einer Schleifenspule eine Leistungsstrom führende Ausgleichsverbindung zur nächstgelegenen Seite der nächsten, gegenüber den Polpaaren ebenso gelegenen Spule verläuft.

Die rückwärtige, bisher nur mit 80 bezeichnete Verbindung der beiden Leiter 8o^a, 84« und So⁶, 68* bildet nunmehr noch eine Abzweigung der gewissermaßen aufgespaltenen Spule 74. Die Abzweigungen benachbarter, gegenüber den Polen gleichgelegener Schleifenwicklungen sind miteinander verbunden und bilden so die Leistungsstrom führenden Ausgleichsverbindungen.

Abb. 5 zeigt schematisch eine achtpolige Maschine, deren Anker 44 Nuten und 44 Kommutatorstege aufweist. 4 Leiter kommen auf jede Nut. Die eine Hälfte von diesen im vorliegenden Beispiel in den Lagen 2 und 3 sind so geschaltet, daß sie eine zweifach geschlossene Schleifenwicklung bilden. Eine dieser Schlei fenwicklungen, 85, ist dünn und die andere, 86, dünn strichpunktiert ausgezogen. Die Zahl der Pole, Nuten, Spulen usw. ist hier ebenfalls so bemessen, daß die oben festgelegten Bedingungen erfüllt werden. Die übrigen Leiter, in den Stellungen 1 und 4, sind so geschaltet, daß sie die dick ausgezogene Wellenwicklung 87 bilden. Die Schleifenspule 85 ist z. B. an die Stege 1 und 3 und die Wellenspule 87 an die Stege 1 und 36 angeschlossen. Da die Stege 3 und 36 Äquipotentialpunkte sind, bilden, wie ersichtlich, die Spulen 85 und 87 zwischen diesen einen etwaigen Ausgleichsstromweg. Der Steg 3 ist an Spulen der dünn ausgezogenen Schleifenwicklung angeschlossen, während der Steg 36 an Spulen der strichpunktierten Schleifenwicklung angeschlossen ist. Obgleich der Nutenwicklungsteilschritt der Spule 85 fünf beträgt und derjenige der Spule 87 sechs ist, erzeugen die Spulen die gleiche Spannung. Die Summe beider Wicklungsteilschritte 11 ist gleich der Zahl der Nuten pro Polpaar. Daraus sieht man, daß die Breite der einzelnen Spulen nicht gleich der Polteilung (Durchmesserwicklung) zu sein braucht, und daß die einzelnen Wellenspulen überall Punkte der verschiedenen Schleifenwicklungen miteinander verbinden. Die Zwischenverbindung zwischen den Schleifen- und Wellenwicklungen ist natürlich wechselseitig.

Die durch Gruppen aufeinanderfolgender Schleifenspulen erzeugten Spannungen befinden sich im Gleichgewicht mit den Spannungen, die durch solche Gruppen aufeinander- no folgender Wellenspulen erzeugt werden, deren Enden an dieselben Kommutatorstege ange-

schlossen sind, in entsprechender Weise, wie es oben in Verbindung mit Abb. ι und 4 beschrieben worden ist. So sind z. B. die Schleifenspulen &5, 88, 89 und 90 der dünn ausgezogenen Schleifenwicklung, die nacheinander an die Stege 1, 3, 5, 7 und 9 angeschlossen sind, hinsichtlich der Spannungen ins Gleichgewicht gebracht mit den Wellenspulengruppen 87, 91, 92 und 93, deren Enden ebento falls an die Stege 1 und 9 angeschlossen sind. Das Wicklungsschema zeigt, daß dasselbe für alle anderen Gruppen aufeinanderfolgender Schleifenspulen in jeder Schleifenwicklung gilt. Auch hier ist ebenfalls die Zahl der Ankerstroinzweige in der zweifach geschlossenen Schleifenwicklung ebenso wie in der Wellenwicklung, nämlich 16.

Für die beschriebenen Ausführungsbeispiele, überhaupt für die Erfindung, ist es unwesentlich, ob die Schleifenwicklung oder ob die Wellenwicklung vorherrscht. Die Stromaufnahmefähigkeit dieser Wicklung kann also gleich oder größer, auch kleiner als die der Schleifenwicklung sein. Wird der Querschnitt der Schleifenspulenleiter ebenso groß wie der der Wellenspulenleiter bemessen, nehmen beide Wicklungen den gleichen Leistungsstrom auf. Auf alle Fälle wirkt aber jede Wicklung sowohl als Ausgleichsverbindung für die andere Wicklung als- auch als Leistungswicklung, die ihren Anteil an der Gesamtleistung der Maschine trägt. Der Betrag an Leistungskupfer braucht, wie ersichtlich, nicht größer als bei einer gewöhnlichen Wicklung zu sein, bei der man aber außerdem die üblichen Querverbindungen hinzufügen, also zusätzliche Arbeit bei der Herstellung aufwenden müßte.

Die Erfindung kann natürlich auch auf Wicklungen Anwendung finden, deren Schleifenwicklungsbestandteil vierfach geschlossen oder sonstwie mehrfach geschlossen ist.

Bei den Ausführungsbeispielen war angenommen worden, daß der schleifenförmige Teil der Wicklung fortschreitend gewickelt ist, in welchem Falle der wellenförmig gewickelte Teil rückwärts schreitend gewickelt ist. Ist dagegen die Schleifenwicklung rückwärts schreitend, so wird die Wellenwicklung vorwärts schreitend ausgeführt.

Claims (15)

1. Patentansprüche:

   i. Vielpolige Dynamomaschine mit auf demselben Ankerkern liegender Schleifen- und Wellenwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung einer bestimmten Anzahl von Schleifenwicklungen (z. B. 3 in Abb. 3) und einer bestimmten Anzahl von wellenförmig geschalteten Wicklungselementen, die in einer bestimmten Anzahl von Wellenwicklungen enthalten sind, sowohl die Zahl der Wellenwicklungen (= 1) als auch die Zahl der einzelnen Wiedereintritte derselben (= 9) so bemessen ist, daß die Summe der Stromzweige (18) ebenso groß in den Wellenwicklungen ist wie in den Schleifenwicklungen.
2. 2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von mehr als nur einer Schleifenwicklung einebestimmteAnzahl Leistungsstrom führender, wellenförmig geschalteter Wicklungselemente, etwa eine einfach geschlossene Wellenwicklung, angeordnet ist, die die einzelnen Schleifenwicklungen, welche sonst voneinander unabhängig wären, miteinander verbindet.
3. 3. Ausführungsform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhält- So nis der Nutenzahl (z. B. 42, Abb. 3, 4) zur Zahl der Polpaare (z. B. 3) eine ganze Zahl ist, die sich nicht durch die Zahl der Schleifenwicklungen (z. B. 3) teilen läßt.
4. 4. Ausführungsform nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Anzahl von Schleifenspulen oder -wicklungselementen (gleich 42 in Abb. 3) zur Zahl der Polpaare (14) eine ganze Zahl ist, die sich nicht durch die Zahl der Schleifenwicklungen (3) teilen läßt.
5. 5. Ausführungsform nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anzahl der Schleifenwicklungen nicht durch die Zahl der Paare von Schleifenspulenseiten (mit anderen Worten die Zahl der Schleifenspulen) pro Nut teilen läßt, wenn diese größer als 1 ist.
6. 6. Ausführungsform nach Anspruch 1 bis 5; dadurch gekennzeichnet, daß bei unganzzahliger Anzahl der Nuten pro Pol die Spulen oder Wicklungselemente der einen Wicklungsart mit kurzem und die Spulen der anderen Wicklungsart mit langem Wicklungsschritt gewickelt sind, während bei ganzzahliger Nutenzahl pro Pol beide Wicklungsschritte 180 elektrische Grade (Durchmesserwicklung) betragen.
7. 7. Ausführungsform nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatorteilung der wellenförmig geschalteten Wicklungselemente bei fortschreitend gewickelter Schleifenwicklung ebenso groß ist wie die Differenz aus der Zahl der Kommutatorsegmente pro Polpaar abzüglich der Zahl der Schleifenteilwicklungen, während sich bei rückwärts schreitender Schleifenwicklung die Kommutatorteilung aus der Summe der beiden Zahlen ergibt.
8. S. Ausführungsform nach Anspruch ι bis /, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gruppe aus einer bestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Schleifenspulen (z. B. 68, 6g, 70, Abb. 4) sowie eine Gruppe aus ebensoviel aufeinanderfolgenden Wellenspulen (z. B. 80, 81, 82, Abb. 4) mit ihren Enden an dieselben Kommutatorstege (1, ι oj angeschlossen sind, und daß beide Gruppen so angeordnet sind, daß sie annähernd die gleiche EMK erzeugen.
9. 9. Ausführungsform nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe aus aufeinanderfolgenden Wellenspulen unter dem Induktionseinfluß aller Polpaare steht.
10. 10. Ausführungsform nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderseitigen Nutenwicklungsschritte bei der Schleifenwicklung ebenso groß sind wie bei der Wellenwicklung.
11. 11. Ausführungsform nach Anspruch 1 mit vielfach geschlossener Ankerwicklung, die aus m in sich geschlossenen Wicklungen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine oder mehrere Leistungsstrom führende Wicklungselemente die Potentialdifferenz zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten genau auf — der durch ein

    Wicklungselement oder Spule erzeugten Höchstspannung vermindert wird.
12. 12. Ausführungsform nach Anspruch 1

    bis ti, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kommutatorsegment (z. B. 10, Abb. 4) mit zwei anderen Segmenten (7 und 21) durch 2 Ankerspulen (70 und 82) verbunden ist, die die gleiche Spannung erzeugen und mit je einer Seite in einer gemeinsamen Nut liegen.
13. 13. Wicklung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment (z. B. 1) durch die Wicklungen an 2 Segmentpaaren (32, 29 und 12, 15) angeschlossen ist.
14. 14. Wicklung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Spulenpaare (z. B. 80, 74), die mit den Enden von demselben Kommutatorsegment (32) ausgehen, mit ihren anderen Enden an Äquipotentialsegmente (29, 1) angeschlossen sind.
15. 15. Ausführungsform nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die in denselben Nuten liegenden und an dieselben Kommutatorsegmente angeschlossenen Leiter der Schleifen- und der Wellenwicklung zu einem einzigen Leiter miteinander verschmolzen sind, so daß ein lediglich eine Schleifenwicklung enthaltender Anker entsteht, bei welcher von jeder Seite einer Spule eine Leistungsstrom führende Ausgleichs verbindung zur nächstgelegenen Seite der nächsten, gegenüber den Polpaaren ebenso gelegenen Spule verläuft.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen