Sτromwendermotor

- Technisches Gebiet -

Die Erfindung bezieht sich auf Stromwendermotoren mit einem aus mehreren Polteilen aufweisenden Polaufbau und mit einer beziehungsweise mehrteiligen Feldwicklung an einem magne¬ tischem Rucks hlußteil gebildeten Ständer, in dem innerhalb 5 ein Anker rotiert.

- Stand der Technik -

Der übliche Stromwendermotor, so wie er als Universalmotor ausgelegt ist, hat jeweils einteilige Polfelder. o Wird für solche Universalmotoren ein hoher Wirkungsgrad gefordert, so ist die Aufnahmeleistung als auch eine gute Kommutierung, in Bezug auf die Baugröße, hierdurch be¬ grenzt. Zur Erreichung einer verbesserten Kommutierung, sowie einer Drehzahlbeeinflussung, wurden schon unter- 5 schiedliche Lösungen für die Teilung der Polfelder und der Feldwicklung vorgeschlagen.

In der DE-PS 235 o89 wird eine Anordnung zur Regelung und Funkenverhütung bei elektrischen Maschinen mit ausgeprägten o zwei oder mehrteiligen Polen beschrieben.

Bei der vorliegenden Maschine werden die MagnetWicklungen übereinander so angeordnet, daß ihre Achsen nicht zusammen¬ fallen. Eine derartige Einrichtung wird sicher bei Motoren großer 5 Bauart, in Bezug auf eine verbesserte Kommutierung, bei der gleichzeitig die Drehzahl vom Motor über die Feldwicklung geregelt werden kann, vorteilhaft sein.

Bei Stromwendermotoren kleiner Bauart mit hoher Leistungs¬ aufnahme und mit einer hohen Drehzahl, die für einen um- o schaltbaren Rechts-Linkslauf bestimmt sind, kommt eine Einrichtung, nach der DE-PS 23 o39, nicht vorteilhaft zur Anwendung, da die Anordnung der Polteile von den Pol- felαern mit der dazu gehörenden Feldwicklung, eine gute Kommutierung, für diese hohen Anforderungen, nicht zulassen.

In der DE-PS 164 617 wird eine Anordnung zur Beschleuni¬ gung der Erregung elektrischer Maschinen beschrieben, bei der die Zeitkonstante der Erregerwicklung verringert wird, durch die Teilung eines jeden Poles in mehrere Gleichpole, 5 deren jeder die gleiche Windungszahl wie der ursprüngliche Pol hat.

Sine derartige Anordnung hat aber den erheblichen Nachteil, daß der Wirkungsgrad beachtlich niedriger ist, als wie bei einem ungeteilten Pol, da das höchste Drehmoment in der o Polmitte vom Erregerfeld erreicht wird.

Die DE-PS 164 617 weist aber, in der Mitte von der gesamten Polbreite, einen polfreien Raum auf.

- Darstellung der Erfindung - 5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Polaufbau zur Felderregung bei Stromwendermotoren zu schaffen, womit einerseits einen höheren Wirkungsgrad bei gleicher Leis ungsaufnahme und andererseits eine höhere Leistungsaufnahme bei gleich hohem Wirkungsgrad erzielt o wird, im Vergleich zu den üblichen Stromwendermotoren ( Universalmotoren) bei gleicher Baugröße. Gleichzeitig liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, daß die aufge¬ führten Anforderungen, nur für eine Drehrichtung, als auch für eine umschaltbare Drehrichtung, so wie für eine hohe 5 Drehzahl-Spreizung, die über die Feldwicklung geschaltet wird, zur Anwendung kommen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche o gelöst.

Die erfinaungsgemäßen Lösungen für Stromwendermetoren mit den kennzeichnenden Merkmalen der Pate tansprüche haben demgegenüber die Vorteile, daß unter Verwendung der spezi- 5 eilen Polpakete einen Stromwendermotor gefunden worden ist, welche eine besondere vorteilhafte Abstimmung vom Anκ_er- querfeld und Ξrregεrfeld gestattet und zu einer günstigen Vclumenausnutzunε" des Motors ührt.

Das heißt, daß bei unverändertem Volumen eine höhere Lei¬ stungsaufnahme mit dem gleichen Wirkungsgrad, oder eine gleiche Leistungsaufnahme bei einem höherem Wirkungsgrad, erzielt wird, im Vergleich zu einem üblichen Stro wender- 5 motor (Universalmotor), hierdurch wird eine maximale

Optimierung der Leistungsabgabe, in Bezug auf das Volumen beziehungsweise auf das Gewicht vom Motor, erreicht.

- Kurze Beschreibung der Zeichnung - o Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug ge¬ nommen, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung darge¬ stellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht vom Polpaket für einen Stromwendermotor 5 ( Universalmotor) in der üblichen Auslegung.

Fig. 2, 2 a und 2 b eine Ansicht vom Polpaket mit einem zweiteiligen Polaufbau und einer einteiligen Feldwicklung, für den erfindungsgemäßen Stromwender¬ motor. o Fig. 3 eine Ansicht vom Polpaket mit einem dreiteiligen

Polaufbau und einer dreiteiligen Feldwicklung, für den er indungsgemäßen Stromwendermotor. Fig. 4 einen Schaltplan der Feldwicklung bei einem drei¬ teiligen Polaufbau im Rechts-Linkslauf, nach der 5 Fig. 3-

Fig. 5 eine Ansicht vom Polpaket mit einem zweiteiligen

Polaufbau und einer mehrteiligen Feldwicklung, für den erfindungsgemäßen Stromwendermotor. Fig. 6 einen Schaltplan von einer mehrteiligen Feldwick- o lung für einen zweiteiligen Polaufbau mit einer hohen Leistungsaufnah e-Spreizung, nach der Fig. 5»

- Wege zur Ausführung der Erfindung - In der Fig. 1 ist eine Ansicht vom Polpaκ:et 1 mit den Pol- 5 kernen 2 der Feldwicklung 3» so wie es üblicherweise bei Reihenschlußmo oren und insbesondere bei Universalmotoren ohne Wendepole und Kompensationswicklung verwendet wird, dargestellt .

Der Kreis 4 symbolisiert in den Figuren den Anker und die Drehrichtung ist durch einen Pfeil gekennzeichnet. Um eine gute Kommutierung bei hoher Leistungsaufnahme und sehr hohen Drehzahlen zu gewährleisten, werden die Bürsten 5 aus der geometrisch Neutralen Zone 5 _> zur ablaufenden Kante hin, gedreht, womit die Leistungsaufnahme und somit auch die Drehzahl erhöht wird.

Diese Maßnahme ist aber nur bis zu einem bestimmten Punkt durchführbar, da sonst der Rückschluß vom Ankerquerfeld o über die Polkerne, nicht mehr gewährleistet ist, und der Wirkungsgrad hierdurch stark abfällt.

Eine beliebige Verbreiterung der Polkerne, zur geometrisch Neutralen Zone 5 hin, ist auch nicht möglich, da hierdurch die Induktionsspannung in der Ankerwicklung erhöht wird 5 und dies einerseits zu einer niedrigen Leistungsaufnahme und andererseits zu einer Verschlechterung der Kommutierung führt.

Um diese negativen Beeinflussungen aufzuheben, ist jeder der Polkerne, die bisher aus einem einzigen Stück bestehen, o nun in Bezug auf die Polbreite zum Anker, geteilt.

In der Fig. 2 ist hierfür eine Lösung zur gestellten Auf¬ gabe dargestellt.

Die .geometrisch Neutrale Zone 5 befindet sich in der Mitte zwischen den Polen zur ablaufenden und auflaufenden Kante. 5 Der Polaufbau weist zwei Polteile auf, wobei der eine Pol¬ teil β, der durch die Feldwicklung 3 erregt wird und zur ablaufenden Kante hin angeordnet ist, mindestens eine Pol¬ breite von 1/4 des Ankerumfangs aufweist, vorzugsweise aber mehr wie 1/4 des Anke umfangs, so daß die Polfeldmitte 7 o und die neutrale Zone 3 vom Anker etwa auf die Mitte der Polhörner vom Polteil 6 weisen.

Der andere Polteil 9 ist zur auflaufenden Kante hin ange¬ ordnet. Dieser Polteil 9 ist durch einen Luftspalt 1o der mindestens die doppelte Breite aufweist, wie der Lufτspalt 5 zum An_ter, vo Polteil 6 getrennt. -

Um den Streufluß vom Polteil 6 zum Polteil 9 sehr gering zu halten, kann es vorteilhaft sein, die Polkante vom

Polteil 9 zum Polteil 6 etwa gleich zu gestalten, wie die Polkante vom Polteil 6, wodurch ein entsprechender Zwischen¬ raum 11 entsteht.

Der Abstand vom Polteil 6 an der ablaufenden Kante zur auf- 5 laufenden Kante vom Polteil 9, in der geometrisch Neutralen Zone, beträgt mindestens den Anteil vom Anker der durch die Bürstenbreite erfaßt wird. Besitzt zum Beispiel der Anker zweiundzwanzig Nuten und der Kollektor zweiundzwanzig Stege und die Bürstenbreite beträgt zwei Kollektorstege, so soll o mindestens der Abstand vom Polteil 6 zum Polteil 9 _» in der geometrisch Neutralen Zone 5» zwei Ankerzähne einschlie߬ lich Nutenschlitze betragen.

Vorzugsweise sollten die Bürsten, bei dieser Anordnung, aber etwa die Breite aufweisen, die eineinhalb Kollektor- 5 stege entspricht, wodurch eine einwandfreie Kommutierung erreicht wird.

Der Polteil 9 Fig. 2 kann auch derart ausgebildet sein, daß die Polfläche beim Luftspalt 1o, den geringsten Ab¬ stand zum Anker besitzt und schräg zu der geometrisch Neu- o tralen Zone 5 zum Rückschlußrücken ausläuft. In der Fig. 2a ist eine solche Ausführungsform dargestellt, der Polteil ist hier mit 9 a bezeichnet.

Der Polteil 9 , Fig. 2, kann auch so gestaltet sein, daß die Polfläche beim Luftspalt 1o den geringsten Abstand 5 zum Anker besitzt und schräg als Polhorn zur geometrisch Neutralen Zone 5 zum Rückschlußrücken ausläuft, wobei das Polhorn durch den Zwischenraum 11 a vom Rückschlußrücken getrennt ist. Die Fig. 2 b zeigt eine derartige Ausfüh¬ rungsform, der Polteil ist hier mit 9 b bezeichnet. o Mit den Ausführungsformen nach der Fig. 2 a und 2 b Kann einerseits eine bessere Kommutierung und andererseits ein größeres Drehmoment erzielt werden.

Die höchste Leistungsaufnahme, bei dem höchstmöglich zu erzielendem Wirkungsgrad, wird erreicht, wenn die Bürsten 5 eine derartige Stellung einnehmen, daß die Mittelachse 12 von der Polfeldmitte 7 zu der neutralen Zone 3, vom Anker, genau auf die Polκernmitte 13 vom Polteil 6 weist, Fig. 2.

Hierbei ist die Feldwicklung vom Polteil 6 derart zum Anker abzustimmen, daß eine einwandfreie Kommutierung gewähr¬ leistet ist. Die Praxis hat gezeigt, daß die Windungszahl der Feldwicklung etwa 1/3 niedriger anzusetzen ist, als 5 wie bei einem üblichen Universalmotor.

Der Rückschluß vom Anker uerfeld erfolgt überwiegend über den Polteil 9, wodurch der Polteil 9 durch das Ankerquer¬ feld erregt wird, so daß der Polteil 9 die gleiche Polari¬ tät aufweist, als wie bei dem Polteil 6 durch die Feldwick- o lung 3 vorgegeben ist. Daher dürfte der Streufluß vom Pol¬ teil 6 über den Polteil 9 sehr gering sein, der sicherlich in der Betrachtung vernachlässigt werden kann. In der prak¬ tischen Anwendung konnte er als Nachteil nicht nachgewiesen werden. 5 Um den Nachweis zu erbringen, daß durch einen derartigen Polaufbau eine wesentliche höhere Leistungsaufnahme zu erzielen ist, wurde ein Universalmotor entsprechend umge¬ rüstet und mit einem Polpaket nach der Fig. 2 versehen. Der Anker, die Ankerwicklung, der Kollektor und die Bürsten o wurden nicht verändert.

Nach entsprechender Abstimmung der Feldwicklung vom Polteil 6 auf den Anker, wurde eine Leistungsaufnahmesteigerung von 4o ermittelt, bei gleichbleibendem Wirkungsgrad und gleichguter Kommutierung., 5 Wird bei einem Stromwendermotor nach der Fig. 2 keine höhere Leistungsaufnahme, im Vergleich zu einem üblichen Universalmotor, erwogen, so wird die Windungszahl beim Anker entsprechend erhöht, womit eine höhere Amperewin¬ dungszahl erreicht wird, und hierdurch ein beachtlich o höherer Wirkungsgrad zu erzielen ist.

Die in der Fig. 2 beschriebene Ausführung eignet sich nur für eine Drehrichtung.

In der Fig. 3 _» ist sinngemäß nach der Fig. 2, ein Ausfüh¬ rungsbeispiel für beide Drehrichtungen dargestellt. 5 Der Polaufbau in der Fig. 3 weist drei Pclteile auf, wobei dem zentralen Polteil 14 von jeαer Seite ein weiterer Pclteil 15 und 16 zugeordnet ist, die zusammen mit dem

zentralen Polteil die Gesamtpolbreite bilden, hierbei weist der zentrale Polteil 14 eine Polbreite von 1/4 des Aniceru - fangε auf. Die Feldwicklung ist für einen umschaltbaren Rechts-Limslauf mehrteilig ausgelegt, wobei der FeidwicK- 5 lungsteil 17 aus zwei Wicklungsteilen besteht, in dem der eine Wicklungsteil den zentralen Polteil 14 und den an der einen Seite vom zentralen Polteil 14 angeordneten Polteil 15 umschlingt, der andere Wicklungsteil umschlingt den zentralen Polteil 14, und den an der anderen Seite vom o zentralen Polteil 14 angeordneten Polteil 16,

Die Wicklungsteile des Feidwicklungsteils 17 sind unver¬ änderlich miteinander und mit dem Anker in Reihe geschaltet, und sie besitzen zur geometrischen Zone 5a die gleiche Pola¬ rität, wie das Ankerquerfeld. In der Fig. 4 ist die Polari- 5 tat mit N und S bezeichnet.

Das Hauptfeld wird durch die Wicklungsteile 18 u. 19 erregt. Der Wicklungsteil 13 umschlingt den zentralen Polteil 14 und den Polteil 15 und der Wicklungsteil 19 umschlingt den zentralen Polteil 14 und den Polteil 16. Die Wicklungsteile o 13 und 19 liegen am Netz und werden getrennt voneinander geschaltet, wobei sie in Reihe mit dem Wicklungsteil 17 und dem Anker liegen, Fig. 4. Bei der vorgegebenen einen Dreh¬ richtung ist der Schalter für den Wicklungsteil 13 ge¬ schlossen und für den Wicklungsteil 19 geöffnet, und in der 5 anderen Drehrichtung ist der Schalter für den Wicklungsteil 13 geöffnet und für den Wicklungsteil 19 geschlossen. Ist der Motor für den Rechts-Linkslauf bestimmt, so stehen die Bürsten in der geometrischen Zone 5a und der Abstand der Polhörner von den Polteilen 15 und 16 zueinander, in o der geometrischen Zone 5a, kann entsprechend groß oder gering ausgelegt sein, je nachdem, für welche Leistung der Motor ausgelegt ist.

Wird der Motor nur für die eine oder die andere Drehrich- 5 tung ausgelegt, so besteht die Feldwicklung jeweils aus einem Wicklungsteil, in dem bei der vorgegebenen einen Drehrichtung die Feldwicklung 18 den zentralen Polteil 14 und den Polteil 15 umschlingt, wobei die Bürsten eine

- 3 - derartige Stellung einnehmen, daß die Mittelachse 12, von der Polfeldmitte 7 zu der neutralen Zone 3 vom A er, auf die Polkernmitte von der Polfeldbreite, die aus dem zen¬ tralen Polteil 14 und den Polteil 15 gebildet wird, ge- 5 richtet ist, so daß der Rückschluß vom Ankerquerfeld überwiegend über den Polteil 16 erfolgt, wodurch der Pol¬ teil 16 durch das Ankerquerfeld erregt wird, bei der ent¬ gegengesetzten Drehrichtung vertauschen die Polteile 1 und 16 ihre Rolle, in dem, anstatt die Feldwicklung 13, o die Feldwicklung 19 angeordnet ist und den zentralen Pol¬ teil 14 und den Polteil 16 umschlingt, hierbei nehmen die Bürsten die gleiche Stellung zum zentralen Polteil 14 und den Polteil 16 ein, als wie zum zentralen Polteil 14 und dem Polteil 15» 5

Werden vom Sτromwen ermotor hohe Drehzahlen gefordert, ist es vorteilhaft, daß an der auflaufenden Kante der eine Wicklungsteil, von dem Wicklungsteil 17, angeordnet ist und die gleiche Polarität besitzt wie die Feldwicklung an o der ablaufenden. Kante, in dem dieser Wicklungsteil den zentralen Polteil 14 und den Polteil an der auflaufenden Kante umschlingt, hierbei stehen die Bürsten und somit die Polfeldmitte 7 vom Anker in der geometrischen Zone 5 a. Durch diese Anordnung wird eine verbesserte Kommutierung 5 erreicht.

Wird eine hohe Drehzahl-Spreizung von einem Motor gefor¬ dert, bei dem die Drehzahl-Spreizung über die Feldwicklung gesteuert werden soll, so kommt die Auslegung des Polpakets nach der Fig. 5 gut zur Anwendung. o Der Polaufbau weist zwei Polteile auf, wobei der größere Polteil 2o zur ablaufenden Kante angeordnet ist , und mindestens eine Polbreite von 1/4 des Ankerumfangs auf¬ weist. Die Bürsten nehmen die gleiche Stellung zum Polteil 2o ein, als wie in der Fig. 2, zum Polteil 6, so daß die 5 Mittelachse 12 von der Pclfeldmitτe 7 zu der neutralen Zone 3 vom Anker genau auf die Polkεrnmitte vom Polteil 2o, Fig. 5, weist.

Die Feldwicklung ist mehrteilig ausgelegt, wobei der Feld¬ wicklungsteil 21 den Polteil 2o umschlingt und in der höchsten Schaltstufe liegt der Wicklungsteil 21 am Netz, Fig. 6. Der Rückschluß vom Ankerquerfeld erfolgt über- 5 wiegend über den Polteil 22, wodurch der Polteil 22 durch das Ankerquerfeld erregt wird und in der höchsten Schalt¬ stufe die gleiche Funktion einnimmt, wie der Polteil 9 in der Fig. 2.

Bei der nächst niedrigen Schaltstufe werden die Wicklungs- o teile 23 und 24 ans Netz gelegt, wobei der Wicklungsteil 23 den Polteil 2o und der Wicklungsteil 24 den Polteil 22 umschlingt. In der niedrigsten Schaltstufe wird der Wic - lungsteil 25 ans Netz gelegt und der Wicklungsteil 25 um¬ schlingt den Polteil 22. Alle Wicklungsteile sind mitein- 5 ander und mit dem Anker in Reihe geschaltet, Fig. 6.

Mit einer derartigen Aufteilung der Feldwicklung auf zwei Polteile, die zusammen eine Polbreite bilden, wird einer¬ seits eine hohe Drehzahl-Spreizung erreicht. Andererseits kann eine gute Kommutierung in allen Drehzahlbereichen o dadurch erreicht werden, in dem die Windungszahl der einzelnen Wicklungsteile, von der gesamten Feldwicklung, entsprechend auf die Polteile 2o und 22 verteilt werden, da die Beeinflussung durch den Polteil 2o, auf die Kommu¬ tierung und Drehzahlbεεinflussung, eine ganz andere ist, 5 als durch den Polteil 22.