DE630697C - Magnetsystem fuer Gleich- oder Wechselstrommaschinen mit konzentrierten Polwicklungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Maschinen, und zwar insbesondere die Ausbildung des Magnetsystems sowie der dazugehörigen Wicklung von Gleichstrom- und Synchronmaschinen. Um bei derartigen Maschinen eine hohe Ausnutzung zu erzielen, ist bereits vorgeschlagen worden, die Pole so auszubilden, daß ihre achsparallelen Längsseiten in radialer Richtung divergieren, so daß der

ίο Polquerschnitt am Polende größer ist als an der Pol wurzel. Bei Maschinen mit derartigen Polen ist es möglich, weitgehend den Raum zwischen den Polen auszunutzen.

Praktisch haben die Maschinen der bezeichneten Art bisher in der Technik keine größere Anwendung gefunden, was darauf zurückzuführen ist, daß die Ausbildung der Wicklungen bei der angegebenen Polform große Schwierigkeiten bereitet. Beispielsweise ist

ao eine Wicklung für Pole der bezeichneten Art bekanntgeworden, die aus einzelnen aus flachkantigem Leitermaterial hergestellten Windungen besteht, welche mit ihren flachen Kanten in Richtung der Polachse übereinanderliegen.

Derartige Spulen weisen den Nachteil auf, daß ihre Herstellung äußerst schwierig ist, weil nämlich die an den Stirnseiten der Pole liegenden Windungsteile infolge der Verbreiterung der Pole nach dem Ende zu eine sehr verschiedene Länge erhalten müssen.

Es ist auch bereits eine andere Wicklungsanordnung für Pole, deren achsparallele Längsseiten divergieren, bekanntgeworden, bei der die Wicklung aus einzelnen ebenen Spulen besteht, die entsprechend der sich ändernden Polbreite verschiedene Abmessungen besitzen und durch Distanzstücke voneinander getrennt sind. Auch diese Wicklungsanordnung ist wenig günstig, weil eine größere Anzahl von Spulen verschiedener Abmessungen erförderlich ist und weil eine gute Ausnutzung des zwischen den Polen vorhandenen Raumes durch die Distanzstücke und durch die gestaffelte Anordnung der einzelnen Spulen möglich gemacht wird.

Nach der Erfindung werden die Nachteile der bekannten Magnetsysteme mit konzentrierten Polwicklungen, bei denen die achsparallelen Längsseiten der Pole in radialer Richtung divergieren, dadurch vermieden, daß die Polwicklungen, aus bandförmigem, folienähnlichem Leitermaterial zusammenhängend, spiralförmig derartig aufgewickelt werden, daß die Windungen der Wicklungen senkrecht zu den Längsseiten der Pole übereinanderliegen.

Die Anordnung gemäß der Erfindung ermöglicht eine sehr gute Ausnutzung des zwischen den Polen liegenden Raumes. Unter Umständen können die einzelnen Spulen so auf die Pole aufgebracht werden, daß die

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Herbert Weißheimer in Nürnberg.

äußeren Längsseiten der Wicklungen benachbarter Pole unmittelbar aneinander angrenzen. ι Im folgenden sei der das Magnetsystem einer Synchronmaschine bildende Läufer (Induktor) als Ausführungsbeispiel näher err läutert.

Fig. ι zeigt einen Querschnitt der Maschine,

Fig. 2 einen Längsschnitt.

ίο I ist die Welle der Maschine, auf der mit Hilfe von Keilen oder Schweißung der Polträger 2 befestigt ist. Auf dem Polträger sind in den Schwalbenschwanznuten 3 mittels der Schwalbenschwänze 4 die Pole S befestigt, die an den Stirnseiten senkrecht zur Welle abgeschnitten sind und deren Querschnitt sich in radialer Richtung derart verbreitert, daß die Pollängsseiten 6 unter einem bestimmten Winkel gegeneinander geneigt sind; 7 sind die Erregerwicklungen der Pole, die aus streifenförmigem Leitermaterial zusammenhängend aufgewickelt sind. Die einzelnen Windungen der Spulen liegen übereinander. Bei 6 liegen die Außenwindungen unmittelbar an den geneigten Längsseiten der Pole an. Die Spulen zweier benachbarter Pole liegen so einander gegenüber,. daß sich. ihre Außenseiten bei 8. berühren. .Bei der beschriebenen Wicklungsanordnung wird somit der gesamte Raum zwischen den Polen von den Erregerwicklungen ausgefüllt. Für die Abkühlung der Spulen stehen die Flächen 10,'welche dem Luftspalt der Maschine gegenüberliegen, sowie die in den axialen Luftschlitzen 12 im Innern der Maschine liegenden Flächen 13 und außerdem noch die weit vorspringenden Stirnköpfe 14 der Wicklung zur Verfügung. Es wird insbesondere auf Fig. 2 der Zeichnung verwiesen. Die Kühlung an den Wickelköpfen ist in wirksamster Weise dadurch verbessert, dall zwischen den Stirnköpfen der Erregerwicklung sowie den Stirnseiten der Pole und der Welle, breitere Luftkanäle 15 gelassen sind, durch die Kühlluft hindurchgesaügt wird. Dazu können in den Kanälen 15 Luftschaufeln vorgesehen werden.

Die Ausbildung der Stirnköpfe der Er- ■ regerspulen kann im übrigen eine beliebige sein und ergibt sich je nach der Herstellung der Erregerspulen. Die Herstellung der dargestellten Spulen kann in verschiedener außerordentlich einfacher Weise erfolgen, z. B. kann sie in folgender Weise "vorgenommen werden:

Die flachen, bandförmigen Spulenleiter, deren Dicke im Verhältnis zur Breite klein ist, werden auf rechteckigen Schablonen mit abgerundeten Ecken zusammenhängend zu einer rechteckigen Spule mit senkrecht zur Wickelebene und zueinander liegenden Spulenseiten aufgewickelt (Fig. 3). Dabei kann gleichzeitig eine geeignete bandförmige Isola-. tion zwischen den Spulenleitern eingebracht ' werden. Darauf werden die Längsseiten der Spüle über die ganze Länge fest eingespannt tind um einen bestimmten Winkel verdreht, der durch die Neigung der Polflanken bestimmt ist, an denen diese Spulenseiten anliegen sollen. Die Stirnseiten der Spule nehmen dabei eine gewölbeähnliche Form an.

Fig. 4 zeigt den Schnitt durch die gemäß Fig- 3 gewickelte Spule bei χ y mit angezogenen Linien vor dem Verformen der Spule mit gestrichelten Linien nach dem Verdrehen der Längsseiten. Um das Verdrehen der Spuleitfängsseiten zu erleichtern, kann zwischen den Stirnseiten der Spulen Spiel vorgesehen sein, das durch Einlegen von später wieder entfernten Papierstreifen o. dgl. erzielt wird.

In vorteilhafter Weise ist es* möglich, eine bestimmte Ausbildung der Stirnseiten der Wicklung mit Hilfe besonderer formgebender Teile zu erzielen, die beim Verdrehen der Längsseiten der Spule gegen die Stirnseiten angepreßt werden.

Es hat sich gezeigt, daß in der angegebenen Weise ohne größere Schwierigkeiten Spulen der fraglichen Art auf das einfachste hergestellt werden können, da die erforderliche Verformung der Leiter leicht durchzuführen ist und wesentlich geringere Schwierigkeiten bereitet als z. B. das hochkantige Aufwikkeln der Flachleiter bei den bisher häufig verwendeten Blankpolwicklungen. Selbstverständlich ist es möglich, den Querschnitt der Erregerspulen auch abzuändern, derart, daß die aneinander anliegenden Wicklungen etwas gegeneinander versetzt sind, so daß der Quer- ioo schnitt durch die Längsseiten kein Rechteck mehr, sondern einen Rhombus bildet.

Eine derartige Erregerspule vor bzw. nach dem Verdrehen der Längsseiten zeigt Fig. 5 im Querschnitt. Die Anwendung dieser Wicklungen bei Synchronmaschinen ist in Fig. 6 angedeutet; dabei werden besonders günstige Kühlverhältnisse erzielt, weil es bei dieser Anordnung möglich ist, die wirksame Kühlfläche der Wicklung noch erheblich zu erhöhen.

Statt die Spulen nach dem Aufwickeln der Wandungen durch nachträgliche Verformung bz\vv Bearbeitung in die gewünschte Endform zu bringen, ist es gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung aber auch möglich, die Spulen zusammenhängend aus bandförmigem Leitermaterial so aufzuwickeln, daß sie die gewünschte Form gleich besitzen.

Die Spulen können z.B. in einer Ebene auf einem schrägseitigen Prisma so aufgewickelt werden, daß die Längsspulenseiten unter

einem Winkel gegeneinander geneigt sind, der der Neigung der Pollängsseiten entspricht.

Fig. 7 zeigt schematisch in Ansicht die Windung einer derartigen Spule. In den beiden folgenden Fig. 8 und 9 sind schematisch Längs- und Querschnitt durch die Spule dargestellt. Die beiden Längsseiten α und die beiden Querseiten b der Spule, welche je für sich gleich sind, bilden Trapeze, die abwechselnd gegeneinander und gegenüber der Spulenebene um weniger als 90⁰ geneigt sind. Die Herstellung dieser Spulen erfolgt in der Weise, daß das Material auf einem wenigstens dreifach unterteilten Kern aufgewickelt wird, der entsprechend der Spulenform ausgebildet ist und dessen Teile nach dem Aufwickeln einzeln aus der fertiggestellten Spule herausgezogen werden, wobei mit dem mittleren Teil begonnen wird. Die Unterteilung des Formkernes bildet nicht mehr den Gegenstand der Erfindung.

Selbstverständlich ist es auch möglich bei dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung, die Stirnköpfe der Wicklung nicht eben, sondern gewölbeähnlich auszubilden. Entweder können in diesem Falle die Stirnseiten der Windungen gebogen sein oder in mehreren gegeneinander geneigten Ebenen liegen (vgl. Fig. 10). Durch eine entsprechende Ausbildung der Schablonen, auf die das Leitermaterial aufgewickelt wird, hat man es in der Hand, den Stirnköpfen die jeweils gewünschte Form zu geben.

Die gemäß der Erfindung ausgebildeten Wicklungen lassen sich um so leichter herstellen, je dünner das Leitermaterial im Verhältnis zur Leiterbreite ist. Als Leitermaterial kommen Kupferbänder oder Aluminiumbänder in Frage. Sie können unmittelbar auf der Oberfläche mit einer Oxydhaut versehen sein, die zur Isolierung dient. Bei Verwendung von reinem Kupfer oder Aluminium werden die Isolierschichten beim Aufwickeln der Leiter zwischen diese eingebracht. Vorzugsweise eignen sich als Isoliermaterial Filmstreifen.

Die Erfindung kann selbstverständlich in gleicher Weise bei Gleichstrom- wie bei Wechselstrommaschinen Anwendung finden, die eine konzentrierte Polwicklung besitzen. Einzelheiten der beschriebenen Spulenanordnung können selbstverständlich abgeändert werden. Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, die Spulen auf den benachbarten Polen so anzuordnen, daß noch Spiel zwischen ihnen vorhanden ist. Dadurch kann noch eine weitere Verbesserung der Abkühlung der Wicklung erzielt werden. In diesem Falle empfiehlt es sich, keilförmige Zwischenstücke zwischen den benachbarten Polen anzuordnen, durch welche die Polspulen noch fester .verkeilt werden, so daß auch bei den höchsten Drehzahlen bzw. Beanspruchungen eine Lockerung der Spule nicht möglich ist.

Weiter kann es in einzelnen Fällen auch vorteilhaft sein, die Erregerspule in Richtung ihrer Höhe bzw. der Polhöhe zu unterteilen.

Fig. 11 zeigt eine entsprechende Anordnung von Erregerspulen auf einem Pol.

Sollten in einzelnen Fällen Schwierigkeiten entstehen, die Stirnköpfe der Wicklung an der Welle vorbeizuführen, so können die Stirnköpfe der Wicklung so ausgebildet werden, daß sie etwas schmäler werden als die übrigen Spulenteile. Am vorteilhaftesten ist es in diesem Falle, die Stirnköpfe durch Bearbeitung, z. B. mit Hilfe eines Fräsers, in die gewünschte Form zu bringen.

Gegebenenfalls können die Spulen auch aus Profildrähteh (Runddrähten) in geeigneten Wickelvorrichtungen aufgewickelt sein.

Zur Sicherung der Stirnköpfe können an diesen auch noch Bandagen oder Stützringe vorgesehen sein.

Claims (9)

1. 85 Patentansprüche:

   ι . Magnetsystem für Gleich- oder Wechselstrommaschinen mit konzentrierten Polwicklungen, bei dem die achsparallelen Längsseiten der Pole in radialer Richtung divergieren und die inneren Längsseiten der Magnetwicklungen an den geneigten Pollängsseiten anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Polwicklungen aus bandförmigem, folienähnlichem Leitermaterial zusammenhängend spiralförmig derart aufgewickelt sind, daß die Windungen der Wicklungen senkrecht zu den Pollängsseiten übereinanderliegen. i°o
2. 2. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Längsseiten der Wicklungen benachbarter Pole unmittelbar aneinander angrenzen.
3. 3. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den vorzugsweise gewölbeförmig ausgebildeten Stirnseiten der Erregerspulen einerseits und den senkrecht zur Welle verlaufenden Stirnseiten der Pole bzw. der Welle andererseits Kanäle für den Durchtritt von Kühlluft liegen.
4. 4. Magnetsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kühlluftkanälen an den Stirnseiten der Pole Luftschaufeln liegen.
5. 5. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Welle oder in dem Polträger Aussparungen vorgesehen sind, durch die an den inneren Schmalseiten der Erregerspulen Kühlluft entlang strömen kann.
6. 6. Verfahren zur Herstellung von Spulen für Magnetsysteme nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das bandförmige Leitermaterial zunächst in einer Ebene um einen rechteckigen Kern, vorzugsweise mit abgerundeten Ecken, unter Beifügung des Isoliermaterials aufgewickelt wird, daß! darauf die Längsseiten der Spule eingespannt und gegenüber ihrer früheren Lage um. einen ■ bestimmten Winkel gegeneinander verdreht werden, der durch die Neigung der Längsseiten des Poles bestimmt ist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufwickeln des Leitermaterials zwischen den Leiterstirnseiten Spiel gelassen wird, wozu besondere Zwischenlagen mit eingewickelt werden, die nachträglich entfernt werden.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verdrehen der Längsspulenseite gleichzeitig auf die Stirnseiten der Spulen durch eine geeignete Vorrichtung eine zur Formgebung dienende Kraft ausgeübt wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitermaterial in einer Ebene so aufgewickelt wird, daß die Spulenseiten Trapeze bilden, die gegenüber der Wickelebene und abwechselnd gegeneinander um einen Winkel geneigt sind, der kleiner als 90⁰ ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen