DE645503C - Verbundwicklung fuer Anlassmotoren - Google Patents

Description

Verbundwicklungen von Dynamomaschinen werden im allgemeinen unmittelbar über oder unter den Nebenschlußerregerspulen angeordnet, weil dort die beste Befestigungsmöglichkeit vorhanden ist. Bei Anlaßmotoren von Brennkraftmaschinen ist man bestrebt, die mittlere Windungslänge derVerbundwicklung möglichst klein zu halten, damit ein geringer Widerstand des Anlaßsrnomkreises entsteht und zur Hervorrufung des notwendigen Anlaufstromes keine hohe äußere Spannung notwendig ist. Deshalb wird bei Anlaßmotoren die Verbundwicklung gewöhnlich unmittelbar auf den Polkernen angebracht, wie in Abb. 1 dargestellt. In ihr bedeuten A den Anker des Anlaßmotors, B die Pole und C das Gehäuse. Die mit D bezeichnete Verbundwicklung ist, wie bereits erwähnt, unmittelbar auf die Polkerne B aufgewickelt. Darüber ist die Nebenschlußerregerwicklung E angeordnet.

Die Verbundwicklung muß eine gewisse Mindestwindungszahl aufweisen. Da der Anfangswert des Anlaßstromes im allgemeinen sehr groß ist, so tritt im ersten Augenblick an den Polkernen eine außerordentlich große Amperewindungszahl in Wirkung, die die Ankerzähne vollständig sättigt. Infolge der dadurch entstehendenVergrößerung des magnetischen Anker wider Standes wird der Widerstand des Polstreuflusses mit dem Ankerwiderstand vergleichbar, und die Folge davon ist, daß zwischen den Polen unter sich und zwischen den Pol Seiten und dem Gehäuse ein ziemlich starkes magnetisches Streufeld zustande kommt, das in Abb. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet ist.

An sich ist es bereits bekannt, bei Querfeldmaschinen eine Hauptschlußwicklung auf den Polschuhen anzuordnen. Hierbei handelt es sich jedoch um eine andere Aufgabe und eine andere Wirkung. Bei der bekannten Anordnung wird mit gesättigten Polschuhen gearbeitet, während beim Erfindungsgegenstand der Zweck der neuen Anordnung gerade darin besteht, eine Sättigung (Verstopfung) des magnetischen Pfades im Gehäuse und in den Polen zu vermeiden.

Nun übt dieses Streufeld die sehr unerwünschte Wirkung aus, daß es einen Teil der magnetischen Leitfähigkeit der Polkerne und des Gehäuses für sich in Beschlag nimmt, den Durchlaß für die in den Anker eintretenden nutzbaren Kraftlinien also zum Teil verstopft. Dann kann das ganz erhebliche magnetische Feld, das die außerordentlich große Amperewindungszahl der Verbundwicklung in der Zone der Ankernuten und der gesättigten Zähne — dem in den Zähnen induzierten Feld übergelagert — erzeugen könnte, nur zu einem Bruchteil zustande kommen, weil die

*) Von dem Patentsweher ist

der Erfinder angegeben worden: Dipl.-Ing. Hugo Grob in Berlin.

Schließung dieses Feldes durch die stark gesättigten Polkerne und Gehäusequerschnitte einen großen Teil der verfügbaren magnetomotorischen Kraft für sich beansprucht. Um dieses zusätzliche, wertvolle Feld, dessen Größe von der Größe der Zahnquerschnitte ganz unabhängig ist, zustande kommen zu lassen, müßten bei der bisherigen Anordnung der Verbundwicklung die Querschnitte der to Pole und des Gehäuses besonders groß gemacht werden. Dies würde aber den Wicklungsraum der Erregerspulen stark beschränken und gleichzeitig das Maschinengewicht in unerwünschter Weise erhöhen, könnte also nur teilweise zum Ziel führen.

Die vorliegende Erfindung hat eine Anordnung für die Verbundwicklung von Anlaßmotoren zum Gegenstand, bei der das bei ihrer Wirksamkeit entstehende Polstreufeld sehr viel kleiner ist als bei der bisher gebräuchlich gewesenen, in Abb. 1 dargestellten Anordnung. Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. F stellt den Anker des Anlaßmotors dar, G die Maschinenpole und / das Gehäuse. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die Verbundwicklung K, entgegen dem vorhandenen Bestreben, deren mittlere Windungslänge möglichst klein zu halten, statt um den Polkern um die Polschuhe L herumzulegen. Das schädliche Streufeld kann nur an den Teilen der seitlichen Polschuhoberflächen austreten, die zwischen den Drähten der Verbundwicklung und dem Anker gelegen sind. Ein Blick auf Abb. 2 zeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung diese schädlichen Oberflächenteile außerordentlich viel kleiner sind als bei der bisher gebräuchlich gewesenen Anordnung nach Abb. 1.

Dank dieser Anordnung wird sozusagen der ganze durch die Polkerne und den Gehäusering fließende magnetische Kraftfluß für die Drehmomenterzeugung nutzbar, und vor allem wird das Entstehen eines starken Nutzfeldes nicht mehr durch eine verstopfende Wirkung eines Streufeldes gehemmt.

Die beschriebene Anordnung bringt noch den weiteren Vorteil, daß infolge der räumlichen Ausdehnung der Verbundwicklung K längs der Ankeroberfläche auch noch zwischen den Polen ein durch die Verbundwicklung erzeugtes Feld in den Anker eintritt, als Folge der wirksamen, außerordentlich hohen Amperewindungszahl der Verbundwicklung. Demzufolge nehmen noch mehr Ankerzähne an der Drehmomenterzeugung teil, als unmittelbar unter den Pol schuhflächen vorhanden sind.

An der Verbundwicklung greifen sehr

starke elektromagnetische Kräfte an, die eine besonders gute mechanische \^rersteifung der Spulen in allen Richtungen notwendig machen.

Besonders schwierig ist die räumliche Fixierung der in nur geringem Abstand dem Anker axial parallel laufenden Spulenseiten. Gemäß der Erfindung¹ geschieht die Stützung dadurch, daß die Spulenseiten K an einigen Stellen 6$ durch ein Metallband M umfaßt werden, das seinerseits an einem Stützkörper N befestigt ist, der durch Stützbolzen 0 in einem einstellbaren Abstand vom Maschinengehäuse / gehalten wird. Da der dem Anker F zugekehrte Teil P des Metallbandes dem wechselnden ■ magnetischen Kraftfluß ausgesetzt ist, der zur Ankeroberfläche bei den Zähnen und bei den Nutenöffnungen austritt, so wird das Band gemäß der Erfindung zweckmäßigerweise aus einer Legierung mit hohem spez. Widerstand ausgeführt. Dadurch werden die in dem Band entstehenden Wirbelströme auf ein unschädliches Maß heruntergedrückt. ,Die Legierung darf nicht magnetisierbar sein. Ferner wird zwischen dem dem Anker zugekehrten Bandstück P und dem Spulenkupfer K ein kreissegmentförmiges Isolationsstück Q eingesetzt, um ohne zu große Bandbeanspruchung auch die in der Mitte der Spulenseiten gelegenen S5 Leiter in der Richtung nach dem Anker abzustützen.

Um den an den bogenförmigen Spulenseiten angreifenden elektromagnetischen Kräften zu begegnen, werden zwischen je zwei benachbarte Spulen keilförmige Stücke R eingeschoben, die durch Schraubenbolzen 5 nach dem Gehäuse hin abgestützt sind. Infolge dieser Maßnahme bilden die um den Anker herum angeordneten gebogenen Spulenseiten ein zusammenhängendes Gewölbe, das auch großen, radial nach innen gerichteten Kraftwirkungen gewachsen ist.

Gegenüber von den keilförmigen Stücken R liegen die Spulenseiten mit ihrer Innenfläche an den Polen G an, wobei deren Begrenzungsfläche parallel zu den Flächen der Keilstücke R liegt. Hierbei kann diese Begrenzungsfläche unmittelbar durch den eisernen Polkörper selbst gebildet werden, wie in Abb. 2 an dem »05 rechten der beiden Pole angedeutet, sofern die Verringerung des magnetischen Widerstandes für das Ankerreaktionsfeld, die mit dieser Polform verbunden ist, die Stromwendung noch nicht zu sehr stört. Wenn dies der Fall »to ist, kann man das Poleisen in üblicher Weise von den Polspitzen an zurückspringen lassen und zur Wiederherstellung einer zu den Keilstücken R parallelen Begrenzungsfläche ein Füllstück T aus nicht magnetischem Material ansetzen, wie beim linken Pol von Abb. 2 angedeutet. Wesentlich ist indessen hierbei, daß der eiserne Pol an keiner Stelle, insbesondere nicht an der unteren Auflageecke der Nebenschlußspule, einen verhältnismäßig kleineren lao Querschnitt besitzt als die übrigen Stellen des magnetischen Pfades. Infolge der axialenVer-

kürzung der Nebenschluß spule U, die durch den Platzbedarf der gebogenen Seite V der Verbundwicklungsspule entsteht, wird diese Bedingung erfüllt.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Verbundwicklung gestattet die Anwendung einer höheren Verbundwindungszahl als bei den bisherigen Ausführungsarten gemäß Abb. τ. Je größer indessen die Windungszahl der Verbundwicklung ist, um so weniger hoch hinauf vermag sich die Drehzahl der als Motor wirkenden Maschine nach dem erfolgten Anlauf zu erheben. Eine gewisse Mindestdrehzahl ist indessen zur Herbeiführung eines sicheren Anspringens der Brennkraftmaschine notwendig. Um trotz der hohen Verbundwindungszahl eine genügend große Drehzahlsteigerung herbeiführen zu können, sieht die Erfindung einen Schalter vor, mit dessen Hilfe parallel zur Verbundwicklung ein Nebenschlußstromkreis geschaltet werden kann, wenn die Drehzahlsteigerung nicht ausreicht. Dieser Nebenschlußstromkreis vermindert die durch die Verbundwicklung hervorgerufene Maschinenerregung und steigert somit die Motordrehzahl. Nach erfolgtem Anspringen wird der Nebenschlußstromkreis wieder unterbrochen. Der erwähnte Schalter kann als Handschalter oder als elektromagnetischer Schalter ausgebildet werden, letzterer auch mit Druckknopfsteuerung oder mit selbsttätiger Ein- und Ausschaltung.

In manchen Fällen haben die Anlaßmotoren nach erfolgtem Anspringen- der Brennkraftmaschine weiter als Generator zu arbeiten, z. B. in Dieseltriebwagen zur Lieferung des Lichtstromes. Wie ersichtlich, ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Einbau von Wendepolen nicht möglich. Da andererseits die Betriebsdrehzahl dieser Generatoren ziemlich hoch gewählt werden muß (um durch Anwendung einer möglichst großen Geschwindigkeitsübersetzung mit einem möglichst geringen Anlaßdrehmoment am Anlaßmotor auszukommen), so werden an die kommutierenden Eigenschaften des Generatorankers hohe Anforderungen gestellt.

Bekanntlich wird die Stromwendung einer Gleichstrommaschine durch die Feldfluktuationennachteiligbeeinflußt, die durch den Vorbeigang der teilweise offenen Nuten an den Polspitzen verursacht werden. Diese Fluktuationen können erfahrungsgemäß dadurch vermindert werden, daß um die Maschinenpole

55" herum dämpfende kurzgeschlossene Windungen gelegt werden.

Ein Teil der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Verbundwicklung, die nur für den Anlaßvorgang benötigt wird, beim nachherigen Betrieb als Generator selbsttätig kurzgeschlossen zu halten. Die jeweilige Kurz schließung nach erfolgtem Anspringen kann zweckmäßigerweise durch denselben Schalter erfolgen, mit dem-zur Einleitung des Anlaßvorganges die Verbundwicklung an die Starterbatterie angeschlossen wird. Dieser Schalter hat dann in seiner Ruhestellung die Verbundwicklung statt mit der Starterbatterie mit dem Punkt zu verbinden, an dem die Verbundwicklung von der Generatorleitung abzweigt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verbundwicklung für Anlaßmotoren für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundwicklungsteile (K) in möglichst geringem Abstand vom Motoranker (F) um die Polschuhe (L) der Motorpole (G) herumgelegt sind und die Polschuhe vollständig bedecken.

2. Verbundwickiung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch besondere Stützen (0) gegen das Motorgehäuse (J) abgestützt wird.

3. Verbundwicklung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stützen (0) Metallbänder (M) aus Widerstandsmaterial befestigt sind, welche das Leiterbündel (K) der Spulen go umfassen.

4. Verbundwickiung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbänder (M) an ihrem dem Anker (F) zugekehrten Teil (P) etwas gebogen sind, und daß der durch die Wölbung entstehende kreissegmentförmige Zwischenraum zwischen dem Band und der Spule durch einen Füllkörper (Q) ausgefüllt wird, der vorteilhafterweise aus _JOo Isolationsstoff besteht.

5. Verbundwickiung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangsrichtung des Motors zwischen je zwei benachbarten Verbundwicklungsspulen (K) passend geformte Füllstücke (R) angeordnet sind, an welchen die Spulen (K) anliegen, die gegen das Motorgehäuse (7) durch besondere Teile (S) abgestützt sind. no

6. Verbundwickiung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Polschuhen (L) des Motors Stücke (T) aus magnetisch nicht leitendem Material angesetzt werden, durch die eine Anlagefläche für die Verbundwickiung (K) geschaffen wird.

7. Verbundwickiung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine so hohe Verbundwindungszahl gewählt wird, daß der Platz zwischen den Polschuhen nahezu durch die Verbundwick-

lung ausgefüllt ist und daß parallel zur Verbundwicklung ein Nebenschluß zur Steigerung der Drehzahl während des AnI aß Vorganges vorübergehend einschaltbar ist.

8. Verbundwicklung nach Anspruch ι bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie kurzgeschlossen wird, wenn der Anlaßmotor nach erfolgtem Anspringen der Brennkraftmaschine als Generator dient.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen