DE866368C

DE866368C - Winding for electrical machines, especially bar winding

Info

Publication number: DE866368C
Application number: DEM3310A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Ing Mehlhardt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-05-13
Filing date: 1950-05-13
Publication date: 1953-02-09

Description

Wicklung für elektrische Maschinen, insbesondere Stabwicklung Die Erfindung bezieht sich auf eine neuartige Wicklung für elektrische Maschinen, insbesondere auf Stabwicklungen.Windings for electrical machines, especially bar windings The invention relates to a novel winding for electrical machines, in particular on rod windings.

Die Erfindung bedeutet eine grundsätzliche neue Stufe im Elektromaschinenbau. Der Erfindungsgedanke ist darin zu erblicken, daß offene Spulen beliebiger Windungszahl ohne Anwendung besonderer Verbindungsmittel aus: der Fläche durch Stanzen und Umbiegen zur Erzielung durchgehend homogenen Leitermetalls in der Weise hergestellt sind, daß die Verbindung von einem Leiter zum Leiter der nächsten! Windung durch die entsprechenden Faltstellen gebildet wird, wobei die einzelnen Spulenseiten bei der fertigen Wicklung in der normalen Zählfolge nebeneinanderliegen und in jedem Abschnitt der Stirnverbindung je eine Aussparung vorgesehen ist, die derart angeordnet ist, daß die Stirnverbindung der zugehörigen Spulen:seiten, in mehreren Schichten insgesamt nicht mehr Raum in radialer Richtung beansprucht, als die Höh® der Spulenseite in der Nut beträgt. Durch besondere Formgebung des bandförmigen Leiters infolge Aussparungen ist es also erfindun sgemäß möglich, den von der Stirnverbindung beanspruchten Raum in radialer Richtung auf die Höhe der Spulen.seite auch bei Stirnverbindungen, die in mehreren Schichten verlaufen, zu beschränken. Dies, ist besonders bedeutungsvoll für Stabwicklungen mit Stäben, die nur in einer einzigen Schicht in der Spulenseite nebeneinander angeordnet sind.The invention represents a fundamentally new stage in electrical engineering. The idea of the invention can be seen in the fact that open coils of any number of turns without using special fasteners: the surface by punching and bending are manufactured in such a way to achieve homogeneous conductor metal throughout, that the connection from one conductor to the conductor of the next! Winding through the appropriate Folds are formed, with the individual coil sides in the finished winding are side by side in the normal counting order and in each section of the end joint a recess is provided, which is arranged such that the end connection of the associated coils: sides, in several layers no more space in total claimed in the radial direction than the Höh® of the coil side in the groove. Due to the special shape of the ribbon-shaped conductor as a result of recesses, it is Thus, according to the invention, the space occupied by the end connection is possible in radial direction to the level of the Spulen.seite even with end connections that run in several layers to restrict. This is particularly significant for bar windings with bars that are only in a single layer in the coil side are arranged side by side.

Die wichtigsten Vorteile, die mit der erfindungsgemäßen Wicklung und ihrer Herstellung erzielt werden, sind die folgenden: i. Die lästigen Verbindungsmittel, wie Löten, Schweißen, Schrauben und Niete, kommen. grundsätzlich in Wegfall. -Die Gewinnung der. mehrschichtigem Stirnverbindung zwischen den zu einer Spule gehörigen Spulen:seiten erfolgt durch einmaliges Umbiegen des, flächenhaften Leitermaterials. Dies bedientet eine wesentliche Vereinfachung desi Herstellungs- und Montageverfahrens.The main advantages with the winding according to the invention and their manufacture are as follows: i. The annoying lanyards such as soldering, welding, screwing and riveting, come. basically in Omission. -The extraction of the. multilayer forehead connection between the to one Coils belonging to the coils: the sides are made by bending the flat Conductor material. This serves a significant simplification of the manufacturing and assembly process.

e.. Hierzu kommt der elektrische Vorteil, daß die mit der erfindungsgemäßen, Wicklung ausgerüstete Maschine wegen des Entfallens vieler Lötstellen inthermischer Hinsicht bis zur Grenze der zulässigen thermischen Beanspruchung des Leitmetalls bzw. des Isolationsmaterialsi belastet werden kann, auch bei Kommutatormaschinen, weil ein dem Kommutatorsteg entsprechendes Profil am Anfang und Ende der aus, einer oder mehreren Windungen. bestehenden; offenen Spule aus dem gleichen Material gestanzt werden kann. _ 3. Daß man aus der Fläche heraus nicht nur geschlossene Spulen mit einer einzigen Windung, sondern offene Spulen mit mehreren Windungen aus flächenhaftem homogenem Werkstoff mit flächenhaften Leitern herstellen kann.e .. Added to this is the electrical advantage that with the inventive, Winding equipped machine because of the elimination of many soldering points in thermal With regard to the limit of the permissible thermal stress on the conductive metal or the insulation material can be loaded, even with commutator machines, because a profile corresponding to the commutator bar at the beginning and end of the, one or several turns. existing; open coil punched from the same material can be. _ 3. That one cannot only use closed coils from the surface a single turn, but open coils with several turns of planar can produce homogeneous material with flat conductors.

4. Dies bedeutet im besonderen die-Herstellung von Wicklungen aus. der Fläche nicht nur für Asynchronmaschinen; sondern auch für Gleichstrommaschinen und Synchronmaschinen. Bei Maschinen höherer Leistung mit entsprechend größeren Stabquerschnitten wird- erfindungsgemäß der Stabqüerschnitt radial und parallel zur Zahnflanke unterteilt und der einzelne Stab aus mehreren nebeneinanderliegenden Blechen von beispielsweise i mm Stärke zusammengesetzt.4. This means in particular the production of windings. the area not only for asynchronous machines; but also for DC machines and synchronous machines. For machines with higher performance with correspondingly larger ones According to the invention, the rod cross-section becomes the rod cross-section radially and parallel divided to the tooth flank and the individual rod from several adjacent Sheets composed of, for example, i mm thick.

5. Die universale Bedeutung der Erfindung ergibt sich auch aus der Überlegung, daß erfindungsgemäß Wicklungen, die bisher alst Zweischichtwicklungen ausgeführt werden mußten, weil ihre Stirnverbindungen in zwei Schichten nur erfolgen konnte, jetzt auch als Einschichtwicklungen ausgeführt werden können, also unter Ausnutzung der vollen Nuthöhe für den Stab, wobei ihre Stirnverbindung trotzdem in zwei Schichten erfolgen kann und dabei nur die Höhe des Stabes, also der Nut, beansprucht.5. The universal meaning of the invention also results from the Consideration that, according to the invention, windings that have hitherto been considered two-layer windings had to be carried out because their end connections are only made in two layers could, can now also be carried out as single-layer windings, i.e. under Utilization of the full height of the groove for the rod, with its end connection anyway can be done in two layers and only the height of the rod, i.e. the groove, claimed.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden durch die bislang bekanntgewordenen Wicklungen aus bandförmigem Leitermaterial nicht berührt,, bei denen durch Umbiegen um- Faltkanten von ,etwa 4'5'° die Abkröp.fung der Spulenköpfe zwecks Schichtung der Stirnverbindungen in verschiedenen Ebenen erfolgte. Bei dieser Art der Stirnverbindungen wird für den Spulenkop:f mindestens die doppelte Höhe der Spulenseite an Raum radial beansprucht; außerdem ist die Herstellung dieser Art umständlich. Bei rotierenden Ankern steht ohnehin wenig Raum in radialer Richtung für Spulenköpfe zur Verfügung.The invention and its advantages are made known by the heretofore Windings made of strip-shaped conductor material not touched, where by bending over around folding edges of about 4'5 '° the bend of the coil heads for the purpose of layering the end connections were made in different planes. With this type of end connection for the coil end: f at least twice the height of the coil side in terms of radial space claimed; in addition, the production of this type is cumbersome. With rotating Anchoring there is little space available in the radial direction for coil heads anyway.

Wie demgegenüber eine offene Spule beliebiger Windungszahl ohne Anwendung besonderer Verbindungsmittel vollständ-ig ausi der Fläche heraus im Sinn der Erfindung entwickelt werden kamt, wird nunmehr an Hand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher ,erläutert.As opposed to an open coil of any number of turns without application special connecting means completely out of the surface in the sense of the invention came to be developed, will now be based on the drawing in an embodiment in more detail, explained.

Fig. i zeigt perspektivisch die Abwicklung einer aus drei Windungen bestehenden Spule, die gleichzeitig die Stanzform für die Herstellung aus flächenhaftem Werkstoff darstellt; Fig. 2 zeigt die aus der Abwicklung von Fig. i durch Falten hergestellte Spule mit drei Windun. gen und offenen Enden; Fig. 3 ist das zugehörige Schaltbild.Fig. I shows in perspective the development of one of three turns existing coil, which is also the cutting die for the production of two-dimensional Represents material; Fig. 2 shows that from the development of Fig. I by folding manufactured coil with three windings. gen and open ends; Fig. 3 is the associated one Circuit diagram.

Während für die Anordnung von Fig. i@ bis 3 wesentlich ist, daß die einzelnen Spulenseiten i, 2, 33 4, 5 und 6 ihrer Länge nach. flächenhaft nebeneinander angeordnet sind und die Faltung parallel zur Stabkante um die Linien 7, 8, 9, io und i i erfolgt, ist in Fig. 4 eine weitere Möglichkeit angedeutet, wonach die gleichen Spulenseiten i, 2, 3, 4, und 6 ihrer Länge nach bandförmig hintereinander angeordnet sind und die Faltung quer zur Stabkante nach dem Linien 7-7, 8-8, 9-9, io-io und i i-i i erfolgt. -Aus Fig. i ergibt sich in Verbindung mit Fig. 2, daß am Anfang und am Ende der Wicklung aus dem gleichen Ausgangswerkstoff, z. B. Kupferblech, die Kommutatorstege 12, io mit heraus-, gestanzt sind.While for the arrangement of Fig. I @ to 3 is essential that the individual coil sides i, 2, 33 4, 5 and 6 according to their length. two-dimensionally next to each other are arranged and the folding parallel to the bar edge around the lines 7, 8, 9, io and i i occurs, a further possibility is indicated in FIG. 4, after which the same Coil sides i, 2, 3, 4, and 6 are arranged one behind the other in the form of a band along their length and the folding across the edge of the bar according to lines 7-7, 8-8, 9-9, io-io and i i-i i takes place. From Fig. I in connection with Fig. 2 it follows that at the beginning and at the end of the winding made of the same starting material, e.g. B. copper sheet, the commutator webs 12, io with, are punched out.

Es ist -'ohne- :weiteres: einzusehen, daß an. den Enden des in Fig. 4 nur bruchstückweise angegebenen Bandes; gleichfalls entsprechende Flächen für die Komrnutatorstege mit ausgestanzt werden können. Die Form der Kommutatorstege im einzelnen richtet sieh nach der Konstruktion des zugehörigen Kommutators.It is -'without-: further: to see that an. the ends of the in Fig. 4 only fragmentarily indicated volume; also corresponding areas for the Komrnutatorstege can be punched out with. The shape of the commutator bars in detail, see the construction of the associated commutator.

Damit entsprechend Fig. 3 die Stirnverbindungen i3', 13" der zur ersten Windung gehörenden Spulenseiten i, 2 nicht den Raum für die Stirnverbindungen der übrigen Spulenseiten versperrt, müssen, die Stirnnverbindungen i3', 13" bzw. i4, i4" bzw. i 5', i 5" in zwei Etagen angeordnet sein, damit sie sich ohne Berührung überkreuzen können, erhalten also selbst nur etwa die. halbe effektive Nuthöhe, wobei 13' in der oberen und ig" in der unteren Etage zu liegen kommt. Die in Fig. 3 für die. eine (obere) Ankerseite bezeichnete und geschilderte Anordnung der Stirnverbindungen: in zwei Etagen gilt auch für die andere (untere) Ankerseite.So that, as shown in FIG. 3, the end connections i3 ', 13 "of the coil sides i, 2 belonging to the first turn do not block the space for the end connections of the remaining coil sides, the end connections i3', 13" or i4, i4 "or i 5 ', i 5 "be arranged in two floors so that they can cross each other without touching, so only get about the themselves. half the effective groove height, with 13 'in the upper and ig "in the lower level. The arrangement of the end connections designated and described in Fig. 3 for one (upper) anchor side: in two levels also applies to the other ( lower) anchor side.

Während bei Fig. i die Ausstanzungen 16, 17, 18 und i9 in der Abwicklung mit Rücksicht auf die Längsrichtung der Faltkanten 7; 8 usw. auf dieselbe Seite zu liegen kommen, ist für die Anrordnun:g von Fig. 4 eigentümlich, daß mit Rücksicht auf die Ouerlage der Faltlinien 8-8 usw. die vor und nach ihr liegenden Ausstanzungen i9 bzw. 2o auf verschiedene Seiten des Bandes zu liegen kommen, um die. Stirnverbindungen in zwei Etagen zu erzielen.While in Fig. I the punchings 16, 17, 18 and i9 in the development with regard to the longitudinal direction of the fold edges 7; 8 etc. on the same page come to rest is peculiar to the arrangement: g of Fig. 4 that with consideration on the Ouerlage of the fold lines 8-8 etc. the punched-out areas before and after it i9 or 2o come to lie on different sides of the tape in order to End connections to be achieved in two floors.

Besondere Bedeutung für geschlossene Wicklungen hat die erfindungsgemäße Wicklung aus Spulen mit mehreren Windungen dann für Induktionsmaschinen, wenn in verhältnismäßig schmalen und tiefen Nuten Stäbe mit dem Seitenkant,enverhältnis i : io und darüber in der ganzen Nuthöhe angeordnet werden. Bei solcher Wicklung tritt der bisher nur in Käfig- oder Kurzschlußwicklungen verwendbare Effekt der Stromverdrängung auf, während erfindungsgemäß erstmalig die: Stromverdrängung in Spulen mit ii:--hreren Windungen zur Widerstandserhöhung bei gleichzeitiger Verminderung der Streuinduktivität zwecks Hochfahrens der Maschine mit herabgesetzten Strömen bei erhöhtem Moment ausgenutzt wird'. Während es also bisher nicht möglich war, Induktionsmotoren, welche im Anker Spulenwicklungen besaßen, ohne besondere Anlaßwiderstände hochzufahren, kann nunmehr ein Hochfahren genau wie bei dem nach demselben Prinzip -gebauten Käfiganker erfolgen. Dies hat besondere Bedeutung für Induktionsmaschinen kleiner und größerer Leistung bzw. solchen Induktionsmaschinen, die besonderen Betriebsbedingungen unterworfen sind (besonders erhöhte Anzugsmomente), da die erfindungsgemäße Wicklung mit Spulen; mehrerer Windungen zu höheren Rotorspannungen und damit kleineren Rotorströmen; führt, was bessere konstruktive Bedingungen für den Bau der Ratorwicklung ergibt.The invention is of particular importance for closed windings Winding from coils with several turns then for induction machines, if in relatively narrow and deep grooved rods with the side edge ratio i: io and above can be arranged over the entire height of the groove. With such a winding occurs the effect that was previously only used in squirrel cage or short-circuit windings Current displacement on, while according to the invention for the first time the: current displacement in Coils with ii: - more turns to increase resistance while at the same time reducing it the leakage inductance for the purpose of starting up the machine with reduced currents is used at increased torque '. So while it was not previously possible Induction motors, which had coil windings in the armature, without special starting resistors starting up can now start up exactly as with that according to the same principle -built cage anchor. This is of particular importance for induction machines smaller and larger power or such induction machines, the special operating conditions are subject to (particularly increased tightening torques), since the winding according to the invention with coils; multiple windings lead to higher rotor voltages and thus lower rotor currents; leads, which results in better structural conditions for the construction of the rator winding.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Windings for electrical machines, in particular Bar winding, characterized in that open coils with any number of turns without the use of special fasteners (soldering, welding, screws, rivets) from, the surface are produced by punching and bending in such a way that the Connection from one conductor to the conductor of the next turn through the appropriate Folds (8, io) is formed, in each section of the end connections a recess (i6 to 27) is provided, which is arranged such that the Front connection of the associated sput sides in several layers not altogether takes up more space in the radial direction than the height of the coil side or the Bar height in the groove.

2. winding according to claim i, characterized. marked, that the length of the individual coil sides next to each other in the starting material are arranged and the folding takes place parallel to the bar edge (Fig. i to 3).

3. Winding according to claim i, characterized in that,. that the individual sink sides are arranged one after the other in the form of a band along their length and the folding transversely to the edge of the bar (Fig. 4).

4. winding according to claim i to. 3, characterized in that that at the beginning and at the end of the coils are made of the same: the starting material is the commutator bar with is punched out.

5. Use of the rod winding of claim i. to 3 for Rotor windings from induction machines with conductors of the side edge ratio. i: io and above.

6. Winding according to claim i or 2, characterized in that the folded edges parallel to the axis of symmetry (SS), which basically over the length of the groove (i to 6) are simultaneously punched joints, with respect to the end connections only alternately on one side of the folded edge (7, 9, 1i or 8, io) and in the same way with corresponding affiliation alternately on one side of the separating line (28, 29, 30 or 31, 32) are (Fig. I).

7. winding according to claim 6, characterized in that the recesses (i6 to. 27) are always the same with respect to the bar edges (Fig. I). B. winding according to claim 3, characterized in that the recesses are punched out in front of and behind each folding edge on the two opposite edges of the tape (Fig. 4). Cited publications: German Patent Specifications No. 555837, 423: 239, 316359 254349