DIRECT CURRENT MACHINE WITH A COMPLETELY LAMINATED MAGNETIC CIRCUIT AND AN ENLARGED AIR-GAP IN THE COMMUTATING-POLE ZONE

Abstract: 1. A d.c. generator, having a laminated magnetic circuit, a slotted stator, a main field exciting winding (5) and a commutating winding (4), the teeth (6a) between the slots in the region of the commutating winding (4) being shortened as compared with those (7) in the region of the main field exciting winding (5), characterized in that the slots (2) are uniformly distributed on the periphery, all slots are of the same size, the teeth (7a) between the main field exciting winding (5) and the commutating winding (4) are likewise shortened, and the end faces - towards the rotor - of the shortened teeth (6a, 7a) which form a group in each case lie in a common plane at right angles to the axis of symmetry of the said group (Fig.3).

Description: Gleichstrommaschine mit vollgeblechtem magnetischen Kreis und vergrbssertem Luftspalt im Wendepolbereich Die Erfindung betrifft eine Gleichstrommaschine mit einem vollgeblechten nagnetischen Kreis gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. oine unverzögerte Änderung des Wendefeldflusses bei schnellen Stromänderungen zu erreichen, ist es notwendig, den gesam- ten magnetischen Kreis der Gleichstromxaschine geblecht auf zum bauen. Schnelle Stromänderungen treten bevorzugt bei modernen thyristorgesteuerten Gleichatromantrieben auf. Während man bei der ueblichen Ausführung der Gleichstrommaschine einzelne ausgeprägte Haupt- und Wendepole verwendet, ist es naheliegend, bei Gleichstrommaschinen mit vollgeblechtem magnetischen Kreis ein gleichmässig genutetes Ständerblechpaket einzusetzen und die Ständerwicklungen in mehreren Nuten verteilt anzuordnen, ähnlich wie man es bei Synchronmaschinen in Voll polausfuhrung kennt. Eine solche Maschine ist insbesondere bei Verwendung einer Kompensationswicklung vorteilhaft. Die Verteilung der Wicklungen in den einzelnen Nuten muss hierbei so erfolgen, dass es zu keiner Störung zwischen dem Hauptund Wendefeld kommt. Insbesondere bei Maschinen mittlerer und grösserer Leistung, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Wen defeld- und Hauptfeldspule in durch einen Zahn getrennten Nuten unterzubringen. Hierdurch entsteht eine Hauptfeldlücke, die grösser ist als die Wendepolbreite, welche je nach den Erfordernissen durch einen oder mehrere Ständerzähne gebildet wird. Ein gleichmässig genutetes Blechpaket bietet einerseits die Möglichkeit, die Wicklungen mit Einziehvorrichtungen in äusserst rationeller Weise einzubringen. Andererseits ergibt die Verteilung der Ständerwicklung in vielen Nuten einen wesentlich verbesserten Wärme#bergang von der Wicklung zum Stan#dereisen, so dass die Ausnutzung dieser Maschinen gesteigert werden kann. Dieser Vorteil kommt insbesondere bei geschlossenen, oberflä chengekuhlten Naschinen zur Geltung, bei denen die Verlustabfuhr im wesentlichen durch Wärmeleitung zum Gehäuse stattfindet. Die Ausführung des Ständerblechpaketes mit gleichen Nuten am gesamten Umfang ergibt einen gleich grossen Luftspalt für den Hauptpol und Wendepolbereich Im Gegensatz dazu ist es bei der herkilichen Ausführung mit Einzelpolen üblich, den Haupt polluftepalt kleiner und den Wendepolluftspalt grösser auszuftih- ren. Der Hauptpolluftspalt wird so klein gewählt, wie er mit Rücksicht auf die mechanischen Verhältnisse, die Feldverzerrung und die Oberwelleneinflusse gewählt werden kann, damit bei mög- lichst geringer Erregerleistung eine möglichst hohe Induktion und damit hohe Ausnutzung der Maschine erreicht wird. Der Wendefeldluftspalt hingegen wird grösser gewählt, um eine gute Linearität zwischen Ankerstr@m und Wendefeldfluss zu erreichen, die Einstellgenauigkeit für den Wendefeldfluss zu vergrössern und die Luftspaltstreuung im Wendefeldbereich zu vermindern. Ein Luftspalt gleicher Grösse für Haupt- und Wendefeld muss daher ein Kompromiss zwischen den obengenannten Anforderungen erfüllen und führt daher nicht zu einer optimalen Auslegung der Maschine. Es ist ferner vorteilhaft, den Luftspalt ueber der Wendepolbreite nicht konstant auszuftihren, sondern zu den Polkanten hin zu erweitern. Damit ergibt sich eine Wendefeldinduktionskurve, die ein Maximum in der Polmitte zeigt und zu den Polkanten hin abfällt. Durch diesen Induktionsverlauf wird eine lineare Stromanderung in der kommutierenden Spule begünstigt. Die Summenkurve der Induktivität der an der Stromwendung beteiligten Spulen, welche die Höhe der Stromwendespannung bestimmt, zeigt nämlich über der Wendezonenbreite für eine Ankernut immer höhere Werte in der Mitte der Wendezone gegenüber Anfang und Ende. Eine Anpassung der Wendefeldinduktion an die Induktionskurve ist daher bei konstantem Luftspalt über dem Ankerumfang nicht möglich. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gleichstronaschine der eingangs geschilderten Art mit dem Ziel zu entwickeln, den Luftspalt im Bereich der Wendepole zu vergrössern und damit die Form des Wendefeldes zu beeinflussen, um eine Anpassung an die Induktivitätskurve der Ankernut zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Hauptanspruch angegebenen konstruktiven Massnahmen gelöst. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass die Luftspalte der Haupt- und Wendepole eine optimale Auslegung erreichen, womit nicht nur die Leistung erhöht, sondern auch die Kommutierung verbessert wird. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Gegenstandes nach dem Hauptanspruch sind den Unteransprüchen zu entnehmen. So erscheint es zweckmässig, den Wendefeldluftspalt so zu vergrössern, dass der gesamte Bereich der Hauptpollücke mit erfasst wird (Anspruch 2). Dies führt zu einer Verkleinerung der Streueinflüsse im Bereich zwischen den Haupt- und Wendepolen. - Der einfachste Weg, dieses Ziel zu erreichen, führt über einen geradlinigen Schnitt durch den Polschuh eines Wendepols, wobei der Schnitt in bezug auf den Mittelpunkt der Maschine tangen tial verläuft (Anspruch 3). Zwar ist durch den geradlinigen Schnitt der Luftspalt nicht silber der gesamten Wendepolbreite konstant, da er sich zu den äusseren Kanten des Wendepolsohuh. vergrössert, doch fällt dies bei grösseren Maschinen weniger ins Gewicht. - Wenn nun die Hauptpollücke grösser als die Wendepolbreite ist, ist es vorteilhaft, wenn die Nutschlitze verlängert werden (Anspruch 4). Damit soll verhindert werden, dass durch den Schnitt eine zu grosse Öffnung der Nuten eintritt und dadurch die Befestigung der Wicklung in denselben unsicher wird. Bei Maschinen mit Kompensationswioklung führt diese Verlänge- rung der Nutschlitze zu einem weiteren Vorteil durch VergröBerung der Nutstreuung für die Kompensationswicklung und damit der Ankerkreisinduktivität der Maschinen. Da die Ankerkreisin duktilität kompensierter Maschinen wegen der Aufhebung des Ankerquerfeldes durch die Kompensationswicklung an sich niedrig ist, wirkt sich die Induktivitätsvergrösserung bei diesen Maschinen besonders günstig aus. Die Welligkeit des Ankerstromes wird nämlich bei Thyristorspeisung durch die grössere Induktivität vermindert, was zu einer thermischen Entlastung der Maschine und zu einer Verminderung der Kommutierungsbeanspruchun- gen führt. - Die Yerhältnisse lassen sich im Wendefeld optimal gestalten, wenn der Wendepol mit einem nicht geradlinigen Schnitt in der Weise verkürzt wird, dass die Mitte des Wendepol- schuhes eine Wölbung in den Luftapalt aufweist, wobei die dem Wendepol unmittelbar benachbarten, in der Hauptpollücke liegenden Ständerzähne beispielsweise mit einem tangential zur Ma- schiz#iii##B verlaufenden Schnitt verkürzt werden (Anspruch 5). - Sofern der Wendepol durch mehr als einen Ständerzahn gebildet wird, können die Nuten, die innerhalb der Wendepole liegen, und nicht mit Wicklungen belegt werden, fortfallen (Anspruch 6). Dies ist stanztechnisch ohne Schwierigkeiten möglich. Dadurch werden #utungsoberwellen im Wendefeld völlig vermieden. - Die Verkürzung der Wende- und Hauptpole erfolgt vorteilhafterweise durch Nachstanzen (Anspruch 7). Dies ist ein verhältnismässig einfacher Arbeitsgang. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Ständerblechsohnitt einer Gleichstrommaschine mit einem gleichmässigen Luftspalt Fig. la den hierzu gehörenden Verlauf der Luftspaltinduktion Fig. 2 einen Ständerblechsohnitt einer Gleichstrommaschine mit einem geradlinig verlaufenden Schnitt an den den Wendepol bildenden Ständerzähnen Fig. 2a den hierzu gehörenden Verlauf der Luftspaltinduktion Fig. 3 einen Ständerblechschnitt einer Gleichstrommaschine mit einem über den Wende pol hinaus auf die gesamte Hauptpollücke ausgedehnten Schnitt Fig. 4 einen Stinderblechschnitt einer Gleichstrommaschine wie Fig. 3, jedoch mit verlängerten Nutschlitzen Fig. 5 einen Ständerblechschnitt einer Gleichstrommaschine mit einem nicht geradlinigen Schnitt der Wendepole Fig. 5a den zugehörigen Verlauf der Luftspaltinduktion Fig. 6 einen Ständerblechsehnitt einer Gleichstrommaschine wie Fig. 5, jedoch ohne freie Nut in der Mitte des Wendepoles. In Fig. 1 ist das Ständerblech mit 1 bezeichnet, welches gleichmässig am Unfang verteilte Nuten 2 gleicher Grösse enthält. Diese Nuten weisen zum Luftspalt hin jeweils einen Nutschlitz 2a auf. In den Nuten sind die am Umfang verteilten Wicklungen erkennbar. Hierzu gehören die Hauptfelderregerwicklung 3, die hier jeweils in zwei Nuten auf jeder Hauptpolseite verteilt ist, ferner die Wendefeldwicklung 4, die den aus zwei StknderzZhnen gebildeten Wendepol umschlingt und schliesslich eine Kompensa tionawidclung 5, die in den über den Bereich des Hauptpolbogens verteilten Buten angeordnet ist. Hierbei befindet sich die Kompensationswicklung 5 einmal allein in einer Nut 2 und zum anderen gemeinsam mit der Hauptfelderregerwicklung in einer Nut. Die einzelnen Ständerzähne sind hierbei als Wendepole 6 bzw. Hauptpole 7 ausgebildet. Die zwischen Hauptfelderregerwicklung und Wendefeldwicklung liegenden Ständerzähne 7a bilden eine PollUcke. Der Wendepol 6 besteht aus zwei benachbarten Ständer- zähnen, wobei die dazwischen liegende Nut 2 nicht benutzt ist. Das im Inneren des Ständerblechs 1 angeordnete Ankerblech ist in seinem äusseren Umfang mit 8 angedeutet. Die Ständerzähne bilden mit den unteren Begrenzungsflächen der Polachuhe den Innendurchmesser 9 des Ständers. Zwischen dem äusseren Umfang des Ankerblechs 8 und dem lnnendurchmesser 9 des Ständerblechs bildet sich ein gleichmässiger Luftspalt 10. Der Abstand zwischen den Innenseiten der Nutsohlitze 2a für die Wendefeldwicklung 4 ist die Wendepolbreite bp. Die Fig. la zeigt den Verlauf der Buftspaltinduktionskurve, bevorzugt im Bereich des Wendepols mit einem konstanten Wert tiber der Wendepolbreite bp, bedingt durch den konstanten Luftspalt. Die Fig. 2 zeigt die gleiche Anordnung wie Fig. 1, jedoch mit einem vergrösserten Wendefeldluftepalt 11 gegenüber dem gleichmässigen Luftspalt 10. Dieser Wendefeldluftspalt 11 ist ein geradliniger Schnitt mit einem tangentialen Verlauf gegenüber dem MittelPunkt der Maschine. Bedingt durch den geradlinigen Verlauf ist der Luftspalt über der Wendepolbreite bp nicht konstant, sondern vergrössert sich zu den Kanten des Wendepols hin. Fig. 2a zeigt die zu der Anordnung nach Fig. 2 gehörende Kurve der Luftspaltinduktion, die im Bereich des Wendepols einen zu den Polkanten hin abnehmenden Verlauf zeigt und damit den Anforderungen für lineare Stromwendung entgegenkommt. In Fig. 3 ist der Schnitt entsprechend Fig. 2 auf den gesamten Bereich der Hauptpollücke erweitert. Damit sind auch die den Wendepolen 6a banChbarten Ständerzähne 7a verkürzt und es ent steht ein erweiterter Luftspalt 12. Mit dieser Massnahme werden die Streueinflüsse im Bereich zwischen Haupt- und Wende pol verkleinert. Fig. 4 zeigt eine Anordnung, wie in Fig. 3, jedoch sind nunmehr die Ständernuten 2 mit verlängerten Nutsohlitzen 2b versehen, die verhindern, dass durch den Schnitt eine zu grosse Öffnung der Nuten eintritt, und dadurch die Befestigung der Wicklung in derselben unsicher wird. Mit den verlängerten Nutschlitzen 2b entstehen Ständerzähne 7b mit Polschuhen, die gegenUber der AusfUhrung gemäss Fig. 1 bis 3 vergrössert sind. Nach Fig. 5 kann die Ständerbleohanordnung auch mit einer nicht geradlinig verlaufenden Wendepolkante zum Luftspalt hin ausgeführt sein. Hierbei ist der Wendepol 6b so ausgefUhrt, dass die Polechuhe zur Mitte hin einen kleineren Abstand zum Ankerblech aufweisen als die äusseren Kanten. Die den Wendepolen 6b benachbarten Ständerzähne 7c sind als Ausführungsbei- spiel durch einen geradlinig verlaufenden Schnitt verkürzt, der tangential in bezug zum Maschinenmittelpunkt verläuft. Dadurch entsteht ein Luftspalt 13. Fig. 5a zeigt den zugehUrigen Verlauf der Luftspaltinduktion. Durch die Formgebung der Haupt- und Wendepole wird eine optimale Anpassung des Induktionsverlaufs im Wendefeldluftspalt an den Verlauf der Induktivitätskurve der Ankernut erreicht. Nach Fig. 6 kann das Ständerblech entsprechend Fig. 5 auch so ausgeführt sein, dass die Wendepole jeweils aus zwei oder mehreren benachbarten Ständerzähnen bestehen, wobei der Zwischen raum zwischen den Zähnen massiv ausgeführt ist, so dass inagesamt ein massiver Wendepol 6c entsteht.

Claims: AnsprUche: 1. Gleichstrommaschine mit einem vollgeblechten magnetischen Kreis, damit einem aus Blechen geschichteten und mit Wende polen versehenen Ständer, der zur Läuferseite mit Nuten gleicher Grösse in gleichmässiger Teilung versehen ist, in denen die Ständerwicklungen über mehrere Nuten verteilt angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Standerblechpaket (1) im Bereich des Wende feldes mit gegenüber den übrigen Polen (7) radial verkürz- ten Wendepolen (6a, b, c) ausgeführt ist, deren Blnge durch einen Schnitt im Polschuhbereich begrenzt ist, wobei jeder Wendepol aus einem Ständerzahn oder mehreren benachbarten Ständerzähnen besteht. 2. Gleichatrosaschine nach Anspruch 1, bei dem die Wicklungs- aziordnung so erfolgt, dass der Abstand zwischen den Haupt polen grösser ist als die Breite des Wendepols, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die den Wendepolen (6a, b) benachbarten Ständerzähne (7a) ebenfalls verkürzt sind. 3. Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Wende pole (6a) und die den Wendepolen benachbarten Ständerzähne (7a) durch einen geraden Schnitt, der tangential zum Mittel punkt der Maschine verkauft, verkürzt sind. 4. Gleichstrommaschine nach einem der AnsprUche 1 bis 3, insbesondere bei Maschinen, deren Hauptpollücke grösser als die Wendepolbreite ist, d a d u r c h g e k e n n z e ich n e t, dass die Nuten (2) des Ständers mit ver längeren Nutsohlitzen (2a) versehen sind, und dass die Wendepole (6a) und gegebenenfalls die den Wendepolen be nachbarten Ständerzähne (7a) durch einen geraden Schnitt verktirzt sind. 5. Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Pol schuhe der Wendepole (6b) zum Luftspalt hin verkürzt und derart gestaltet sind, dass der Luftspalt in der Mitte des Wendepols kleiner ist als an seinen Kanten. 6. Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Wendepolbreite mehr als einer Nutteilung entspricht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Wen depole (6c) jeweils aus zwei oder mehreren benachbarten Ständerzähnen bestehen, wobei der Zwischenraum zwischen den Zähnen massiv ausgeführt ist. 7. Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schnitte der Wendepole (6a, b, c) und der benachbarten Ständerzähne (7a, b, c) durch Nachstanzen erfolgt sind.

Inventors: GRASS, HELMUT, ING. GRAD., SEILER, WOLFRAM DR.-ING.
Applicants: FELTEN & GUILLEAUME ENERGIETECHNIK GMBH
Application year: 1981
Main classification: H02K23
IPC codes: H02K23