DE7609083U1

DE7609083U1 - Rotor fuer eine elektromechanische vorrichtung

Info

Publication number: DE7609083U1
Application number: DE19767609083
Authority: DE
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1975-06-25
Filing date: 1976-03-24
Publication date: 1976-10-28
Also published as: IT1062089B; BR7603461A; ES447730A1; FR2315789A2; JPS5915263B2; FR2315789B2; JPS524002A; GB1494598A

Description

PATENTANWÄLTE

DR. E. WIEGAND DIPL-ING, W, NIEMANN DR. M. KOHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MDNCHEN HAMOURG

2000 Hamburg so, 22. März 1976

KDN IGSTRASSE 28 TELEFON : 381233 TELEGRAMME: KARPATENT TELEX: 212979 KARP D

W. 26962/76 20/Bt

The Singer Company Elizabeth, New Jersey (V.St.A.)

Rotor für eine elektromechanische Vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotor für eine elektromechanische Vorrichtung.

Die neuen Magnete aus Edelerdmetallen bzw. aus seltenen Erden, wie sie in elektrischen Ausrüstungen verwendet werden, zeigen eine solche Stabilität und Festigkeit, dass in den Wicklungen des Rotos mehr Kupfer verwendet werden kann, wodurch wiederum eine wirksamere und kraftvollere elektromechanische Vorrichtung geschaffen wird. Ein insbesondere bei Rotoren kleinen Durchmessers angetroffenes Problem liegt in der Unmöglichkeit, die Rotorschlitze vollständig mit Draht zu füllen oder grössere Rotornuten zu verwenden, weil zuviel Draht in den Endwicklungsteilen, die sich von einem Schlitz bzw. einer Nut zu einem anderen Schlitz bzw. einer anderen Nut erstrecken, über die dazwischenliegenden Schlitze vor-

BANK: DEUTSCHE BANK AG, HAMBURG (BLZ 20070000), KONTO NR. 65/18 823 · POSTSCHECK: HAMBURG 142846-205

7609083 28.10.76

ragen und diese teilweise verschliessen würde, was beim Wickeln der dazwischenliegenden Schlitze eine Auswölbung über dem Profildurchmesser des Rotors hervorrufen würde. Das Ergebnis ist eine Beschränkung bei der Optimierung der Gestaltung, und diese Beschränkung erfordert die Verwendung von weniger Draht oder eine Vergrösserung des Rotors oder einen nicht normalen Spielraum zwischen dem Rotor und dem Stator.

Bei der vorangehend geschilderten Betrachtung wird davon ausgegangen, dass die Verwendung eines Rotorkerns oder eines festen Körpers notwendig ist, welcher in Längsrichtung angebrachte Schlitze oder Nuten aufweist, in welche die V/icklungen in der üblichen Art und Weise eingelegt sind. Jedoch beschränkt die Anwendung eines derartigen Rotorkerns von Hause aus die Menge an Kupfer, welche verwendet werden kann, und darüberhinaus stellt ein derartiger Rotor einen Kostenfaktor für den Rotorauf bau dar.

Ein Zv.^T"ck der Frfin^'in⁰' hpctpht da fin. die* Machteile bekannter Ausführungsformen zu beheben oder in ihrem Ausmass zu verringern.

Gemäss der Erfindung ist ein Rotor für eine elektromechanisch^ Vorrichtung geschaffen, welcher eine Stützoder Tragwelle auf v/eist, eine erste und eine zweite im wesentlichen kreisförmige Wicklungsführungsscheibe aufweist, die durch die Welle gehaltert ist, wobei jede Scheibe mit einer Mehrzahl von Radialöffnungen versehen ist. Weiterhin weist der Rotor gemäss der Erfindung eine Abstandshalteeinrichtung für den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Scheibe auf der Welle auf, wobei ein elektrisch leitender Draht von einer Öffnung in der ersten Scheibe zu einer Öffnung in der zweiten Scheibe

7609083 28.10.76

geführt ist und den Abstand zwischen den Scheiben überspannt und von einer radialen öffnung zur nächsten radialen Öffnung in der Scheibe zv;ecks Bildung von Wicklungsendteilen | fortschreitet j wobei zusätzliche Scheiben vorgesehen sein f

i können, wenn sich dies als erforderlich herausstellt, wobei j diese Scheiben von der ersten und von der zweiten Scheibe _{ getrennt sind, um ein axiales Auseinanderziehen bzw. ver- „j

setzen der Wicklungsendteile zu ermöglichen. J

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine schaubildliche Ansicht eines fertiggestellten Rotors, der so gewickelt ist, dass die Rotorschlitze vollständig mit Draht gefüllt werden können.

Fig. 2 ist eine auseinandergezogene schaubildliche Ansicht einiger Bauteile des Rotors gemäss Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht der Endwicklungen nach Linie 3~3 der Fig. 1.

Fig. k ist eine yuerschnittsansiciiL nach Lini*= h-h der Fig. 3, wobei jedoch nur ein Teil der V/icklungen zwischen drei Schlitzen dargestellt ist, für welche die Endwicklungen die dazwischen liegenden Rotorschlitze nicht versperren.

Fig. 5 ist eine der Fig. 3 ähnliche Querschnittsansieht des gleichen Rotors, wie er aussehen würde, wenn er unter Anwendung bekannter Techniken gewickelt würde.

Fig. 6 ist eine schaubildliche Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Rotors gemäss der Erfindung, wobei der Rotor keinen Rotorkern aufweist und in dem Zustand vor dem Tränken

7609083 28.10.76

der Wicklung dargestellt ist.

Fig. 7 ist eine auseinandergezogene schaubildliche Ansicht einiger Bauteile des Rotors gemäss der Fig. 6, wobei die Windungen weggelassen sind.

Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht eines Teiles des in Fig. 6 gezeigten Rotors, wobei die Wicklungen.nach dem Tränkvorgang gezeigt sind.

Fig. 9 ist eine Vorderansicht einer beim Rotor gemäss den Figuren 6 bis 8 verwendeten Führungsscheibe.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Rotors 10 dargestellt, der vollständig gemäss der Erfindung, wie es nachstehend beschrieben wird, gewickelt ist. Der Rotor 10 umfasst eine Welle 11, die einen nicht eisenhaltigen und vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Rotorkern 12, zwei nicht eisenhaltige und vorzugsweise aus Kunststoff bestehende w'ieklungsführungsscheiben 13 ₅ einen Kommutator 14 und Draht 15 trägt. Dti* Drdit I^ ict in Schlitzen 17 bis 23 in dem Rotorkern 12 (siehe Fig. 2 und h) getragen und er verläuft in Endwicklungen 25 über das Ende des Rotorkernes 12 und Wicklungsführungsscheiben 13 von einem Schlitz zu einem anderen.

Die Wicklungsfiihrunp.sscheibe 13 besteht aus einem Scheibenteil 27, der im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie der Rotorkern 12 hat. Eine einheitliche oder einstückige Hülse 28 auf einer Seite der Wicklungsführungsscheibe 13 dient dazu, den Scheibenteil 27 in einem Abstand von dem Rotorkern 12 zu halten, der ausreichen ist, um Durchgang eines Teiles der Endwicklungen 25 zu ermöglichen, und um

7609083 28.10.76

_||Β| V"\ _mm

weiterhin Doppelisolierung des Drahtes gegenüber der Welle 11 zu schaffen. Eine identische Hülse 29 auf der der Hülse 28 gegenüberliegenden Seite des Scheibenteiles 27 schafft Doppelisolierung für den übrigen Teil der End;/icklungen 25. Wie oben erwähnt, hat der Scheibenteil 27 im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie der Rotorkern 12, und er hat daher Öffnungen 37 bis kj> entsprechend den Schlitzen 17 bis 23 in dein Rotorkern 12, Wie es nachstehend erläutert wird, geht nur ein Teil der Endwicklungen durch die Öffnungen in den Wicklungsführungsscheiben 13 hindurch, und daher brauchen die Öffnungen 37 bis 43 "den Schlitzen nicht identisch zu sein, sondern sie können flacher gemacht werden, obwohl sie in der Gestalt identisch hergestellt sein können, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.

Eine typische Endwicklungsanordnung für den Rotor 10 gemäß der Darstellung würde wie folgt sein (siehe Fig. k): 1 Wicklungsbündel verlaufend von Schlitz 17 zu Schlitz 20

17 "

18 "

19 "

19 ""

20 "

21 "

22 "

23 " 23 "

Fig. h zeigt aus Zwecken der Einfachheit einen teilweise gewickelten Rotorquerschnitt, wobei der Rotorkern 12 und die Hülse 28 der Wicklungsführungsscheibe 13, jedoch ohne den i. Scheibenteil 27, dargestellt sind. Gemäß der Darstellung

gehen die von dem Schlitz 17 zu den Schlitzen 20 und 21

Il	1!
K	It
M	π
II	π
η	11
ti	π
π	Il
ti	11
π	η
η	n
η	11
π	11
π	11

11	n	H
11	π	η
η	π	Il
Il	π	It
π	π	π
π	M	It
It	n	π
π	π	It
π	π	It
η	Il	π
π	π	ti
π	π	η
π	Il	π

11	21
π	21
π	22
η	22
It	23
η	23
κ	17
η	17
π	18
π	18
π	19
Il	19
11	20

7609083 28.10.76

verlaufenden Drahtbündel um "beide Seiten der Hülse 28 auf dem kürzest möglichen Weg zwischen den Schlitzen. Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß die den Schlitz 17 - oder irgendeinen anderen Schlitz - füllenden Drähte in vier getrennten Bündeln gleicher Größe vorgesehen sind. Es ist zu bemerken, daß zwei Drahtbündel von dein Schlitz 17 zu den Schlitzen 20 und 21 verlaufen, und daß ein Bündel von dem Schlitz 20 zu dem Schlitz 17, und ein Bündel von dem Schlitz 21 zum Schlitz 17 verläuft. Es kann gezeigt werden, daß für die Schlitzkonfiguration gemäß Fig. k zwischen der minimalen radialen Abmessung jedes Schlitzes und dem Außendurchmesser der Hülse 28, d.h. für die radiale Abmessung a in Pig. k, vier Drahtbündel bzw·, die gesamte Kapazität eines der Schlitze hindurchgehen müssen bzw. muß ohne Eintreten in den Schlitzbereich. Beispielsweise ist aus der Tabelle zu entnehmen, daß der Schlitz 18 von Wicklungsbündeln umgangen wird, die vom Schlitz 17 zum Schlitz 20,

vom Schlitz 20 zum Schlitz 17,

vom Schlitz 23 zum Schlitz 19, und

vom Schlitz 19 zum Schlitz 23 laufen, d.h., daß insgesamt vier Wicklungsbündel bzw. eine Drahtmenge den Schlitz 18 umgehen bzw. umgeht, die ausreichend ist, einen gesamten Schlitz zu füllen. Zusätzlich hat der Schlitz 18 vier Drahtbündel, die zwischen ihm und den Schlitzen 21 und 22 verlaufen. Unter Verwendung bekannter Techniken, bei denen die verwendete Drahtmenge maximiert ist und der Rotordurchmesser im Vergleich zu der zur Aufnahme des Drahtes notwendigen Schlitzgröße unzureichend ist, ergibt sich eine Ausführung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, bei welcher der Schlitz teilweise durch diejenigen Drähte versperrt ist, die den Schlitz umgehen, woraus sich eine Auswölbung über den Außendurchmesser des Rotors durch diejenigen Drähte ergibt, die von dem Schlitz über die den Schlitz umgehenden Drähte verlaufen.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht der Rotorendwicklungen 25, wenn eine Wicklungsführungsscheibe 13 verwendet wird. Beim

Wickeln des Ankers wird nur diejenige Drahtmenge, die von I einem Schlitz zu einem anderen läuft und die den Abstand a (siehe Fig. k) der dazwischenliegendes Schlitze füllt, dem \ Rotorkern 12 benachbart gewickelt, und der übrige Teil des Drahtes wird dann über die Wicklungsführungsscheibe 13 gewickelt. Auf diese Weise wird teilweises Verschließen der dazwischenliegenden Schlitze verhindert durch Schaffung zusätzlichen Raumes für das Aufeinanderliegen von Endwicklungen. .In dem Fall, in welchem mehr Raum erforderlich ist, | kann eine zweite Wicklungsführungsscheibe verwendet werden, § und diese zweite Scheibe braucht keine Hülse 28, da sie sich J gegen die Hülse 29 an der ersten Wicklungsführungsscheibe 13 | legen kann. Wicklungsführungsscheiben dieser Art können in | einer Anzahl hinzugefügt werden, die erforderlich ist, um f den für die Endwicklungen erforderlichen Raum zu schaffen. §

Es ist zu bemerken, daß die Hülsen 28 und 29 der Wick- § lungsführungsscheiben 13 für die Erfindung nicht unbedingt i erforderlich sind. Die Hülsen 28 und 29 dienen einem doppel- | ten Zweck, nämlich zum einen den Scheibenteil 27 im Abstand f von dem Rotorkern 12 zu halten, und zum anderen zusätzliche f Isolierung oder Doppelisolierung für die Wicklungen gegen- | über der Stahlwelle 11 zu schaffen. Die Hülsen 28 und 29 I können fortgelassen werden, und der Scheibenteil 27 kann j durch andere Mittel, beispielsweise durch Klebstoff oder I mittels einer Schulter, an der Welle 11 angebracht werden. f

Der Rotorkern 12 schafft, wenn er aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, geringe Trägheit sowie Doppeliso- ; lierung. Es ist ersichtlich, daß der Rotor aus irgendeinem = gewünschten Material hergestellt werden kann, ohne daß die | Nützlichkeit der Wicklungsführungsscheiben 13 beeinträchtigt \ wird. Es ist weiter ersichtlich, daß, obwohl ein besonderes ; Wicklungsschema zur Verwendung in sieben Rotorschlitzen dar— gestellt ist, ein ähnliches Problem bestehen und die Erfin- |

I dung nützliche Anwendung finden würde bei anderen Rotoren beim Versuch, maximale Anzahl von Wicklungen zu verwenden,

7609083 28.10.76

insbesondere bei kleinerem Rotordurchmesser. Bei einem Rotor mit sieben Schlitzen, d. h. bei einem Rotor mit annähernd der in der Zeichnung wiedergegebenen Gestalt, wurde die Drahtmenge, die durch jeden Schlitz hindurchging, durch Verwendung der Wicklungsführungsscheiben von 240 bis 300 V/indungen erhöht, wodurch die Festigkeit und die Wirksamkeit eines Motors kleinen Durchmessers beträchtlich erhöht werden, bei welchem in dem Stator Magnete aus Edelerde oder seltenen Erden verwendet sind.

Ein bevorzugter Rotoraufbau 49 ist in den Figuren 6 bis 8 gezeigt, welcher ohne einen Rotorkern 12 auskommt, und eine Art von Wickiungsführungsscheiben 55 und 65 einsetzt, die in erster Linie'durch grosse Öffnungen 57 bis 63 bzw. 67 bis 73 gekennzeichnet sind. Die Scheiben 55 und 65 können voneinander unterschiedliche Form haben, jedoch können sie um das Herstellverfahren zu vereinfachen identisch ausgeführt sein.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 ist zu erkennen, dass die Scheiben 55 und 65 auf einer Welle 75 befestigt sind, welche mit einer Stufe 76 an beiden Enden ausgebildet sein kann, um die inneren Scheiben 55 in einem zweckmässiger- Abstand voneinander anzuordnen,um die erforderliche Wicklung 78 des zusammengebauten Rotors 49 bilden zu können. Die J

Wicklungen 78 sind mit einem Kommutator 50 eines Rotoraufbaus 49 in der üblichen Art und Weise verbunden. Es ist offensichtlich, dass eine nicht gezeigte zweite Stufe an beiden Enden der Welle 75 vorgesehen sein kann, um zu ermöglichen, dass die Scheiben 65 in einem zwe^cmässigen Abstand von den inneren Scheiben 55 angeordnet werden können. Ein bevorzugtes Verfahren ist jedoch, die Schulter 76 durch eine isolierende Buchse oder Hülse 77 zu erzeugen, um die inneren Scheiben 55 im Abstand zueinander anzuordnen.

7609083 28.10.76

Dabei sind die Scheiben 55 und 65 identisch zueinander und in einem Stück mit isolierenden Buchsen 66 ausgebildet, welche dazu dienen, dass die Scheiben 55 und 65 untereinander einen zweckmässigen Abstand aufweisen, wobei darüberhinaus eine doppelte Isolierung für den Draht der Wicklung 78 von der Welle 75 im Vergleich zu dem Rotoraufbau gemäss den Figuren 1 bis 5 erzeugt wird.

Aus Fig. 8 ist ersichtlich, dass die Scheiben 55 an beiden Enden der isolierenden Hülse 77 den Motorkern 12 für die Führung der Wicklung 78- ersetzen. Die für die Ausführungsform des Rotors gemäss Fig. 1 verwendete Viicklungstabelle kann auf den Rotor gemäss Fig. 6 angewendet werden, wobei die Bezugzahlen 57 bis 63 die Bezugszahlen 17 bis 23 ersetzen. Im Fall des abgewandelten Rotoraufbaus Ί9 jedoch ist kein minimaler Radialabstand "a" wie in Fig. 4 gezeigt vorhanden. Entsprechend gehen, wie in Fig. 8 zu sehen, nachdem die erste Wicklung von 57 nach 60 und 57 nach 6l vervollständigt ist, die Wicklungen von 58 nach 61 und von 58 nach 62 über Drahtbündel hinüber, welche teilweise die Öffnungen 57 bis 60 und 6l überdecken. Die teilweise Überdeckung der zv/ischenliegenden Öffnungen wird mehr als kompensiert durch die grosse Grosse der Öffnungen 57 bis 63 und 67 bis 73-

Unter Bezugnahme auf die Fig. 9 ist zu sehen, dass die Öffnungen 57 bis 63 (und 67 bis 73) in der Scheibe 55 (bzw. 65) durch radiale Arme 80 ausgebildet sind. Die Arme 80 sind oben durch Kappen 8l abgeschlossen, welche einen um die Arme 80 angeordneten Zylinder bilden, welcher Schlitze 82 aufweist, durch welche die Windungen hindurchgehen können bzw. eingelegt werden können. Die Scheibe 55 ist mit einem

7609083 28.10.76

Durchgang 83 zur Aufnahme der Welle 75 ausgebildet.

I Es ist offensichtlich, dass die gekreuzten Wicklungs-

endteile 85 an den Scheiben 155 und 65, welche in
Fig. 8 sichtbar sind, auf den isolierenden Buchsen
66 in der Nähe desjenigen Teiles der öffnungen 57
bis 63 angeordnet sind, wo sie den geringsten Verdeckungseffekt für die Öffnungen bedingen. Aus Fig.
9 ist ausserdem offensichtlich, dass der Bereich
der Öffnungen 57 bis 63 im Vergleich zum Bereich der
Öffnungen 17 bis 23 des Roto-rs gemäss der Fig. 1 so
gross ist, dass es insgesamt möglich ist, einen J

grösseren Bereich in den Öffnungen 57 bis 63 als in f den öffnungen 17 bis 23 sogar nachdem die Öffnungen 1 57 bis 63 teilweise verdeckt sind, zur Verfügung zu ϊ haben. Dies kann durch sinnvolle Auswahl der Zahl %

der Bündel von der Windungsführungstabelle erreicht f werden, welche Endvficklungsteile um die Scheibe 55 ·■

bilden, und weiterhin durch Auswahl der Zahl, um I

wfichp die Wicklung zu entsprechenden Öffnungen 57 1

bis 63 in der Scheibe 65 fortschreitet. Falls bei- I

spielsweise 14 die Zahl der Leiter in der V/icklungs- | tabelle ist, können 6 Leiter um die Scheibe 55 und J

8 weiter um die Scheibe 65 herumgeführt werden. \

Um der Wicklung 78 auf dem Rotor ^9 einen Halt 1 zu verleihen, kann der gesamte Rotoraufbau einge- |

gössen werden, indem nach irgendeinem bekannten Vet:- . ; fahren, die fertiggestellte Wicklung in ein Bad aus \ durchsichtigem Kunststoffharz 90 oder einem anderen
entsprechenden Material eingetaucht wird. Abgesehen
von der Halterung für die Wicklung 78 gegen Zentrifugalkräfte kann durch dieses Verfahren ausserdem eine
unabhängige Bewegung der unterschiedlichen Teile des
Rotors verhindert werden.

7609083 28.10.76

Claims

Schutzansprüche

1. Rotor für eine elektromechanische Vorrichtung, mit einer Stützwelle und mit elektrischen Leitern bzw. Wicklungen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Windungsführungsscheiben (55) im Abstand zueinander vermittels eines Abstandshalter (77) auf der Stützwelle (75) angeordnet sind, jede Scheibe (55) mit einer Mehrzahl von J radialen Öffnungen (57-63) zur Aufnahme der elektrischen den Abstand zwischen den Scheiben überbrückenden Leiter ausgebildet ist und dass von einer Öffnung zu einer weiteren durch zwischenliegende Öffnungen getrennten Öffnung einer Scheibe verlaufende Endwickelteile (85) zu beiden Seiten des Rotors ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (77) für die Scheiben (55) als Bereich der Stützivelle (75) mit vergrössertem Durchmesser ausgebildet ist.

3. Vorricntung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (77) als längliche Buchse oder Hülse (77) ausgebildet ist, die zwischen den Scheiben (55) auf der Stützwelle (75) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Wicklungsführungsscheiben (65) vorgesehen sind, die von den ersten Führungsscheiben (55) in einem ausreichenden Abstand angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Ansoruch ^l\_} dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (78) bzw. die Wicklungen in Kunstharz (QO) eingegossen angeordnet sind.

7609083 28.10.76