Die Erfindung betrifft einen Drehanker für eine dynamoelektrische Maschine. insbesondere für einen Elektromotor, mit einer Welle, einem an dieser befestigten Ankerkern, sowie einem ebenfalls an der Welle befestigten mechanischen Kollektor, wobei der Ankerkern mit Nuten zur Aufnahme der Spulen derAnkerwicklung versehen ist und benachbarte Nuten nach aussen gerichtete Zähne abgrenzen.
Elektromotoren mit mechanischer Kommutation und einer Leistung von weniger als 1 PS haben sich für viele Verwendungszwecke allgemein durchgesetzt, z. B. als Motoren für Staubsauger, bestimmte Arten von Ventilatoren und für tragbare Werkzeuge, um nur wenige Beispiele zu nennen.
Den mechanischen und elektromagnetischen Aufbau derartiger Motoren und Bauteile hat man sehr sorgfältig durchentwickelt, um eine hohe Leistung, lange Lebensdauer, wirtschaftliche Herstellung und andere Eigenschaften zu erzielen. Motoren mit mechanischer Kommutation wurden auch als Serienmotoren hergestellt, bei denen hinsichtlich der gewünschten Eigenschaften optimale Kompromisse gemacht wurden, um bestimmten, an die Serie gestellten Anforderungen, zu genügen.
Betrachtet man einen Bereich des Standes der Technik auf dem Gebiet von zweipoligen Reihen-Universalmotoren, die beispielsweise für die Gebläse von Staubsaugern verwendet werden, so findet man, dass die über einen beträchtlichen Zeitraum hinweg allgemein verwendeten Drehanker ein Wicklungsschema von jeweils zwei Spulen je Nut aufwiesen und demzufolge auch zweimal so viele Kollektorlamellen wie Nuten, z. B. 14 Nuten und 28 Lamellen. Schliesslich wurde ein solcher Aufbau aber durch ein Wicklungsschema mit einer Spule je Nut ersetzt, wobei die Anzahl der Kollektorlamellen und Nuten gleich war, z. B. 22 Nuten - 22 Lamellen oder 21 Nuten - 21 Lamellen. Hierdurch erhöhte sich die Leistung.
Einen wesentlichen Teil der Kosten für derartige Motoren verursacht der Drehanker. Beim Drehanker wiederum entstehen merkliche Kosten durch den Kollektor. Eine zweckmässige Ausführungsform eines Kollektors, der z. B.
bei Gebläsemotoren für Staubsauger mit bestimmter Leistung und Drehzahl Verwendung findet, nämlich der in der Herstellung billige, gefingerte hohle Kollektor, der mit nach innen abgebogenen, in einem Kunststoffkörper eingeformten Stegen versehen ist, lässt sich für den weit verbreiteten 22-Nuten-Anker nicht verwenden, weil dem mechanischen Aufbau Grenzen gesetzt sind. Es besteht daher Bedarf an einem allgemein verwendbaren Drehanker, welcher die Verwendung eines einfacheren und kleineren Kollektors gestattet, der sich billig herstellen lässt.
Wenn bisher vielleicht auf Kosten anderer Eigenschaften, Bedarf an einem wirtschaftlicheren billigeren Drehanker bestand, so wurden nach der bisherigen Praxis die Anzahl der Nuten und der Spulen nach dem Wicklungsschema eine Spule je Nut verringert, d. h. es wurde beispielsweise ein Drehanker mit 12 Nuten und 12 Kollektorlamellen oder 11 Nuten und 11 Kollektorlamellen verwendet. Die Anzahl der für den Kollektor erforderlichen Lamellen konnte somit verringert werden, d. h. es konnte ein in der Herstellung billigerer Kollektor Verwendung finden.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten und in der Herstellung billigen Drehankers der eingangs genannten Art, wobei sich der Drehanker, der verhältnismässig viele, mit Windungen ausgefüllte Schlitze aufweist, zur Er.
zielung der gewünschten Leistung und Drehzahl zusammen mit einem relativ billigen Kollektor verwenden lässt und wobei sich Spulenanordnung und Ankeraufbau so ausbilden lassen, dass weniger Endwindungen übereinander zu liegen kommen, so dass der Drehanker besser gekühlt wird.
Der erfindungsgemässe Drehanker ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor eine Anzahl von N Lamellen und der Ankerkern eine Anzahl von 2 N Nuten aufweist, in denen sich N ganze Spulen befinden, die mit den Lamellen des Kollektors verbunden sind, und dass jede ganze Spule aus zwei in jeweils verschiedenen Nuten aufgenommenen Teilspulen besteht, wobei in jeder Nut mindestens ein Teil einer ganzen Spule untergebracht ist.
Der Begriff ganze Spule bezieht sich hier auf zwei zugeordnete Teilspulen, die in Reihe geschaltet sind und die ganze Spule bilden, deren Enden an je eine von zwei benachbarten Kollektorlamellen angeschlossen sind. Alle ganzen Spulen eines Drehankers bilden dessen Gesamtwicklung.
Neben anderen Vorteilen hat der Kollektor demzufolge im Verhältnis zur Anzahl der Nuten halbsoviel Lamellen als bisher, so dass sich ein wirtschaftlich günstigerer Kollektor ergibt.
Besonders vorteilhaft ist ein Drehanker mit 22 Nuten, d. h. mit 11 Kollektorlamellen. Es lässt sich nämlich ein zu einem annehmbaren Preis herstellbarer Kollektor zusammen mit einem Ankerkern verwenden, der aus mit 22 Nuten versehenen Blechen aufgebaut ist. Um derartige Ankerkerne herzustellen, sind ausgezeichnete Werkzeugmaschinen bereits verfügbar.
Bei der Verwendung des Ankerkernes mit 22 Nuten zusammen mit einem 1 1-Lamellen-Kollektor ist es vorteilhaft, wenn man die Windungen vorzugsweise gleichmässig verteilt, und jeweils eine halbe Spule in einer Nut unterbringt.
Es lassen sich auch höhere Motordrehzahlen erzielen als früher mit einem in der Herstellung billigeren Drehanker.
Hinsichtlich der Herstellung hat der Drehanker im Gegensatz zu einem bekannten Drehanker mit ungerader Nutanzahl beispielsweise den Vorteil, dass mit Hilfe einer Doppel
Flyer-Maschine zwei Teilspulen, die parallel zueinander liegen, gleichzeitig hergestellt werden können, woraus sich wiederum wirtschaftliche Einsparungen und Vorteile ergeben.
Ausser dem preiswerten Drehanker besteht beispielsweise der Vorteil, dass die grössere Anzahl von Nuten mehr
Freiheiten beim sehnenweise durchgeführten Bewickeln bie tet. Auch kann der Drehanker bei gegebenem Motorfeld auf eine optimale Kommutation ausgelegt werden, was sich wiederum in erhöhter Motorleistung widerspiegelt.
Im Gegensatz zu einem Drehanker mit der gleichen Anzahl Lamellen und Nuten, bei dem das Problem eines magnetischen Geräusches in bekannter Weise z. B. dadurch beseitigt wird, dass man in jedem Zahn des Drehankers Schlitze anordnet, die keine Spule enthalten, kann hier ein derartiges Magnetgeräusch ohne Verwendung von Schlitzen unterdrückt werden, die vom Standpunkt der Bewicklung aus betrachtet keine Funktion haben.
Beim Aufbau des Drehankers als solcher werden die Spulen beispielsweise so verteilt, dass in Axialrichtung weniger Endwindungen übereinander zu liegen kommen. Hierdurch ergibt sich bei einer gegebenen Anzahl Windungen eines bestimmten Drahtes eine geringere Ankerlänge: umgekehrt können bei gegebener Ankerlänge stärkere Drähte verwendet oder aber mehr Windungen einer bestimmten Drahtsorte untergebracht werden.
Da jede ganze Spule beispielsweise in zwei in Reihe geschaltete und in verschiedenen Nuten aufgenommene Teilspulen aufgeteilt ist, erhält man auch eine bessere Verteilung der von jeder Spule ausgehenden Wärme. Dies führt, zusammen mit einer Vergrösserung, d. h. einer Verdopplung der An zahl der Ankerzähne dazu, dass sowohl im von jeder Spule erwärmten Bereich mehr Kerneisen freiliegt, als auch eine bemerkenswerte, motoreigene Gebläsewirkung vorhanden ist, insgesamt also zu einer besseren Belüftung und Kühlung des Rotors als solchem.
Man kann den Sachverhalt auch so ausdrücken, dass die Anzahl der Kollektorlamellen auf die Hälfte der Anzahl der Lamellen reduziert ist, die bei herkömmlichen Ausführungsformen für eine vorgegebene Anzahl Ankernuten vorhanden sind, und dass der Kollektor im Verhältnis zur Anzahl der im Ankerkern vorgesehenen Nuten eine geringere Grösse aufweist, wobei die Anzahl der zwischen den Nuten vorhandenen Zähne im Verhältnis zur Anzahl von ganzen Spulen des Drehankers erhöht ist, so dass der Drehanker stärker gekühlt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Obgleich die Erfindung im Zusammenhang mit einem Drehanker mit 22 Nuten für einen zweipoligen Reihen-Universalmotor beispielsweise für einen Staubsauger beschrieben ist, ist das Anwendungsgebiet insgesamt natürlich grösser. Es zeigen in schematischer Darstellung ausschnittsweise:
Fig. 1 einen nicht erfindungsgemässen Ankerkern in Ansicht auf die Stirnfläche;
Fig. 2 einen Ankerkern gemäss der Erfindung mit 22 Nuten für einen Kollektor mit 11 Kollektorlamellen in ähnlicher Darstellungsweise;
Fig. 3 in grösserem Massstab ein Wicklungsschema des Ankerkerns der Fig. 2; und
Fig. 4 den Ankerkern gemäss Fig. 2, wobei zur Erläuterung von zwei weiteren Wicklungsschemata unterbrochene Linien hinzugefügt worden sind.
Der in Fig. 1 wiedergegebene Ankerkern A' findet in zweipoligen Reihen-Universalmotoren Verwendung. Der Ankerkern A' besitzt elf Nuten, die mit den Zahlen 1 bis 11' bezeichnet sind. Die Nuten werden nach dem Prinzip einer ganzen Spule je Nut mit Drahtwindungen ausgefüllt. Es sind demnach elf Spulen vorhanden, die in den Nutenpaaren 1'-5', 2'-6, 3'-7, 4'-8', 5-9', 6-10', 7'-11, 8'-1, 9-2, 10-3', 11 -4 aufgenommen sind. Das Wicklungsschema wird durch die Linien zwischen den Nuten 1' und 5' bzw. 7' und 11' angedeutet. Jede ganze Spule ist mit ihrer an erster Stelle stehenden Seite an eine der elf, nicht dargestellten, ebenfalls fortlaufend numerierten Lamellen des Kollektors gelegt. Die an zweiter Stelle stehende Seite ist mit der jeweils benachbarten Lamelle verbunden.
Ein derartiger Ankerkern unterliegt einem magnetischen Geräusch, dessen Entstehung in der US-PS 2 698 910 beschrieben ist. Das Kommutationsverhalten des Ankerkerns ist verhältnismässig schlecht; ausserdem kann er infolge seiner Geometrie nicht maschinell mit parallelen und symmetrisch zur Welle X angeordneten Spulen versehen werden. Die Herstellung der Spulen schliesst daher die Verwendung einer Doppel-Flyer-Maschine aus, welche zwei Spulen gleichzeitig herstellt. Letzteres ist jedoch bei dem Drehanker mit dem Ankerkern der Fig. 2 bis 4 der Fall.
Mit demselben 1 1-Lamellen-Kollektor lässt sich der Ankerkern der Fig. 2 bis 4 herstellen, der jedoch im Gegensatz zu bekannten Drehankern doppelt so viel Nuten (im vorliegenden Fall 1 bis 22) aufweist wie der Kollektor C Lamellen hat. Ein zugeordnetes Wicklungsschema zeigt die Fig. 3, der man entnehmen kann, dass jede Nut nur eine Teilspule aufnimmt, wobei vorzugsweise in jeder Nut die Hälfte einer gan- zen Spule untergebracht ist und dass die beiden zugeordneten Spulenhälften in Reihe geschaltet sind. Die einander zugeordneten Spulenhälften, z. B. 1, 9 und 2, 10 sind in Reihe ge schaltet und bilden eine ganze Spule S, deren Enden mit je einer der beiden benachbarten Kollektorlamellen, z. B. 11, 1 des Kollektors C elektrisch verbunden sind. Mit denselben Lamellen 11, 1 sind die ganzen Spulen 21, 7 und 22, 8 bzw.
12, 4 und 11, 3 mit den jeweils zuletzt genannten Enden verbunden.
Bei den bekannten billigen Ankerkernen A' mit ungerader Nutenanzahl gestattet es die Geometrie des Kernes nicht, dass die Spulenpaare parallel zueinander und symmetrisch zur Welle X maschinell angebracht werden (s. in Fig.
1 die Linien 1'-5' und 11'-7'). Bei einem Ankerkern mit einer Nutenanzahl von 2 N (N = Spulenanzahl) ist dies jedoch möglich (s. in Fig. 2 die Linien 1-9 und 12-20). Auf diese Weise ist es möglich, zwei symmetrisch zueinander angeordnete und parallel zur Welle X verlaufende Teilspulen mit Hilfe einer Doppel-Flyer-Maschine gleichzeitig herzustellen.
Es ist zu beachten, dass die von der letztgenannten Maschine gleichzeitig hergestellten Teilspulen in der Regel zwei verschiedenen ganzen Spulen zugeordnet sind (s. Fig. 3).
Fig. 4 zeigt, dass mittels derselben Maschine auch andere Wicklungsschemata realisierbar sind, was in einigen Fällen erwünscht sein kann. Die strichpunktierten Linien deuten an, dass der Winkelabstand beim aufeinanderfolgenden Aufbringen der Teilspulen um einen Winkelschritt (= Ik2 des Umfangs) vergrössert werden kann, d. h. zuerst werden rechts von der Welle X die Teilspule 1-9 und gleichzeitig links von der Welle X die Teilspule 12-20 und im nächsten Arbeitsgang rechts von der Welle X die Teilspule 1-10 und gleichzeitig links von der Welle X die Teilspule 12-21 aufgebracht. Die punktierten Linien deuten die Vergrösserung um jeweils zwei Winkelschritte (= 1111 des Umfangs) an. Das hat eine grössere Flexibilität bei der Drehanker-Herstellung und bei der Konstruktion von dynamoelektrischen Maschinen zur Folge.
Der Bereich jeder Teilspule und somit auch der jeder ganzen Spule lässt sich demzufolge mit kleineren Abstufungen vergrössern oder verringern, was sich beim bekannten Ankerkern (Fig. 1) nicht erzielen lässt. Durch die Verteilung der Windungen einer ganzen Spule auf zwei Teilspulen, die gleich gross sind oder auch nicht, kann auch der wirksame Bereich einer ganzen Spule, vom Standpunkt der magnetisierenden Wirkung aus betrachtet, gewissermassen in feinerer Abstufung ausgewählt werden. Es lässt sich somit nicht nur das allgemeine elektromagnetische Verhalten oder der Zustand des Ankerkerns besser auswählen, sondern insbesondere kann auch das Verhalten der dynamoelektrischen Maschine hinsichtlich der Kommutation genauer gesteuert werden.
Dank der Verteilung der Windungen einer zwischen aufeinanderfolgenden Lamellen liegenden Spule in zwei voneinander getrennte Teilspulen haben die etwas nach aussen gebogenen Endwindungen jeder Spule offensichtlich eine Dicke, die geringer ist als bei bekannten Ausführungen. Ausserdem steht infolge des Winkelabstandes der Nuten, in denen die einander zugeordneten Teilspulen in gleicher Weise aufgenommen sind, ein grösseres Stück des Umfanges der Kernstirnfläche für das Volumen der Endwindungen zur Verfügung, so dass sich das Drahtvolumen auf einem Drehanker kleinerer Axialabmessung unterbringen lässt. Infolge des Winkelabstandes zwischen zwei einander zugeordneten Teilspulen liegen auch die Zentren (d. h.
die höchsten Punkte der sich kreuzenden Gruppen von Endwindungen in jedem zusammengehörenden und eine ganze Spule bildenden Paar) nicht an den Kreuzungspunkten. Die axiale Länge des bewickelten Ankerkerns lässt sich bei dem Ankerkern der Fig. 2 bis 4 daher kleiner bemessen als bei bekannten Ankerkernen (Fig. 1). Umgekehrt kann bei gleichen Abmessungen bei dem Bewickeln des Ankerkerns nach Fig. 2 bis 4 mehr Material zur Verwendung kommen, sei es dass mehr Windungen oder dickerer Draht verwendet werden.
Wichtig ist ferner, dass bei dem billigen Drehanker mit 2 N Nuten und N Lamellen mit jeweils einer halben Spule je Nut gegenüber dem bekannten Typ mit N Nuten und N Lamellen eine verbesserte Kühlung des Drehankers erzielt wird. Es besteht daher die Möglichkeit, mit höherer Leistung oder höherer Drehzahl zu arbeiten, und dies bei oder inner halb von annehmbaren Temperaturen bzw. Temperaturberei chen. Bei einem Vergleich des Drehankers mit 22 Nuten und 11 Lamellen mit der Fig. 1, sieht man sofort, dass gemäss Fig. 2 bis 4 die Anzahl der Ankerzähne verdoppelt ist, wodurch sich die Eigenventilation bzw. die Ventilatorwirkung des Drehankers erhöht.
Natürlich führt die grössere Anzahl Zähne bei gegebener Grösse des Dreh ankers zu einer Vergrösserung derjenigen Fläche des Kerneisens, die der kühlenden Luft ausgesetzt ist und eine Wärmeaustauschfläche bildet, wodurch sich der Wärmeaustausch verbessert. Ausserdem wird infolge der Verteilung einer ganzen Spule auf zwei Teilspulen, die in entsprechenden Nutenpaare aufgenommen sind, die Ableitung der Wärme von der Wicklung als solcher unterstützt. Da letztere in Teilspulen mit kleinerer Windungszahl aufgeteilt und die Windungen für jede ganze Spule in vier anstatt in zwei Nuten aufgenommen sind, haben erstens mehr Windungen Kontakt mit dem Eisen der Nutenwandungen, das als Kühlblech für die Wärmeabfuhr nach aussen dient, und zweitens sind auch mehr Windungen der Luft ausgesetzt.
Schliesslich sind drittens (in den beiden ersten Punkten mit enthalten) auch weniger Windungen durch die übrigen Windungen abgedeckt, wo sie keinen Kontakt mit der Kühlluft bzw. dem Wärme absorbierenden Eisen haben.
Der Drehanker mit 2 N Nuten und N Lamellen und einer halben Spule pro Nut gestattet nicht nur die Verwendung von Kollektoren mit preislich günstigem Aufbau, sondern führt auch zu entscheidenden Vorteilen hinsichtlich des Verfahrens und der Art des Wickelns bzw. der zweckmässigerweise zur Verwendung kommenden Wickelvorrichtung, wozu noch die Vorteile der verbesserten Eigenschaften kommen, die mit dem Drehanker und dem ihn aufnehmenden Motor erzielbar sind.
The invention relates to a rotating armature for a dynamo-electric machine. in particular for an electric motor, with a shaft, an armature core attached to this, and a mechanical commutator likewise attached to the shaft, the armature core being provided with grooves for receiving the coils of the armature winding and adjacent grooves delimiting outwardly directed teeth.
Electric motors with mechanical commutation and an output of less than 1 hp have become generally accepted for many purposes, e.g. B. as motors for vacuum cleaners, certain types of fans and for portable tools, to name just a few examples.
The mechanical and electromagnetic structure of such motors and components has been developed very carefully in order to achieve high performance, long service life, economical production and other properties. Motors with mechanical commutation were also manufactured as series motors, in which optimum compromises were made with regard to the desired properties in order to meet certain requirements placed on the series.
If one considers one area of the prior art in the field of two-pole in-line universal motors, which are used, for example, for the blowers of vacuum cleaners, one finds that the rotating armatures generally used for a considerable period of time had a winding pattern of two coils per slot and consequently twice as many collector lamellas as grooves, e.g. B. 14 grooves and 28 slats. In the end, such a structure was replaced by a winding scheme with one coil per slot, the number of collector lamellas and slots being the same, e.g. B. 22 grooves - 22 lamellas or 21 grooves - 21 lamellas. This increased the performance.
The rotating armature causes a substantial part of the costs for such motors. With the rotating armature, on the other hand, there are significant costs due to the collector. A useful embodiment of a collector that z. B.
in fan motors for vacuum cleaners with a certain power and speed is used, namely the cheap to manufacture, fingered hollow collector, which is provided with inwardly bent webs molded in a plastic body, cannot be used for the widespread 22-groove armature because there are limits to the mechanical structure. There is therefore a need for a general purpose swivel armature which allows the use of a simpler and smaller collector that is inexpensive to manufacture.
If up to now there has been a need for a more economical, cheaper rotating armature, perhaps at the expense of other properties, the previous practice has reduced the number of slots and the number of coils according to the winding scheme of one coil per slot; H. For example, a rotating armature with 12 grooves and 12 collector lamellas or 11 grooves and 11 collector lamellas was used. The number of lamellas required for the collector could thus be reduced; H. a cheaper collector could be used in the manufacture.
The object of the invention is to create an improved rotating armature of the type mentioned at the outset which is inexpensive to manufacture, the rotating armature, which has a relatively large number of slots filled with windings, to be used.
Aiming the desired power and speed can be used together with a relatively cheap collector and whereby the coil arrangement and armature structure can be designed in such a way that fewer end turns come to lie on top of one another, so that the rotary armature is better cooled.
The rotary armature according to the invention is characterized in that the collector has a number of N lamellas and the armature core has a number of 2N grooves in which there are N whole coils that are connected to the lamellas of the collector, and that each whole coil consists of two consists of partial coils accommodated in different slots, with at least part of a whole coil being housed in each slot.
The term whole coil refers here to two associated partial coils which are connected in series and form the whole coil, the ends of which are each connected to one of two adjacent collector segments. All the entire coils of a rotary armature form its overall winding.
In addition to other advantages, the collector has half as many fins as before in relation to the number of grooves, so that an economically more favorable collector results.
A swivel anchor with 22 grooves is particularly advantageous, i. H. with 11 collector lamellas. This is because a collector that can be manufactured at a reasonable price can be used together with an armature core which is made up of metal sheets provided with 22 grooves. Excellent machine tools are already available for making such anchor cores.
When using the armature core with 22 slots together with a 1-lamellar collector, it is advantageous if the windings are preferably evenly distributed and half a coil is placed in each slot.
It is also possible to achieve higher engine speeds than previously with a rotating armature that was cheaper to manufacture.
In terms of production, the rotary anchor, in contrast to a known rotary anchor with an odd number of slots, has the advantage, for example, that with the help of a double
Flyer machine two partial spools that are parallel to each other can be produced at the same time, which in turn results in economic savings and advantages.
In addition to the inexpensive swivel anchor, there is the advantage, for example, that the larger number of grooves increases
Freedom when wrapping tendons is offered. With a given motor field, the rotating armature can also be designed for optimal commutation, which in turn is reflected in increased motor power.
In contrast to a rotating armature with the same number of slats and grooves, in which the problem of magnetic noise in a known manner, for. B. is eliminated by arranging slots that do not contain a coil in each tooth of the armature, such magnetic noise can be suppressed here without using slots that have no function from the point of view of the winding.
When constructing the rotating armature as such, the coils are distributed, for example, in such a way that fewer end turns come to lie one above the other in the axial direction. This results in a shorter armature length for a given number of turns of a specific wire: conversely, with a given armature length, thicker wires can be used or more turns of a specific type of wire can be accommodated.
Since each entire coil is divided, for example, into two partial coils connected in series and received in different grooves, a better distribution of the heat emanating from each coil is obtained. This, together with an enlargement, i. H. A doubling of the number of armature teeth means that more core iron is exposed in the area heated by each coil, and that there is a remarkable, engine-own fan effect, so overall better ventilation and cooling of the rotor as such.
The situation can also be expressed in such a way that the number of collector lamellas is reduced to half the number of lamellae that are present in conventional embodiments for a given number of anchor grooves, and that the collector has a smaller number in relation to the number of grooves provided in the anchor core Has size, the number of teeth present between the grooves being increased in relation to the number of whole coils of the rotating armature, so that the rotating armature is cooled to a greater extent.
An embodiment of the invention is described in more detail with reference to the drawings. Although the invention is described in connection with a rotating armature with 22 grooves for a two-pole in-line universal motor, for example for a vacuum cleaner, the field of application is naturally larger overall. The following are shown in a schematic representation:
1 shows an anchor core not according to the invention in a view of the end face;
2 shows an armature core according to the invention with 22 grooves for a collector with 11 collector lamellas in a similar representation;
3 shows, on a larger scale, a winding diagram of the armature core of FIG. 2; and
4 shows the armature core according to FIG. 2, broken lines having been added to explain two further winding schemes.
The armature core A 'shown in FIG. 1 is used in two-pole in-line universal motors. The anchor core A 'has eleven grooves, which are designated with the numbers 1 to 11'. The grooves are filled with wire windings according to the principle of a whole coil per groove. There are therefore eleven coils, which are in the slot pairs 1'-5 ', 2'-6, 3'-7, 4'-8', 5-9 ', 6-10', 7'-11, 8 ' -1, 9-2, 10-3 ', 11 -4 are included. The winding scheme is indicated by the lines between the slots 1 'and 5' or 7 'and 11'. Each whole coil is placed with its first side on one of the eleven, not shown, also consecutively numbered lamellas of the collector. The second side is connected to the adjacent lamella.
Such an armature core is subject to a magnetic noise, the generation of which is described in US Pat. No. 2,698,910. The commutation behavior of the armature core is relatively bad; In addition, due to its geometry, it cannot be mechanically provided with coils that are parallel and symmetrical to the shaft X. The production of the coils therefore excludes the use of a double flyer machine, which produces two coils at the same time. However, the latter is the case with the rotary armature with the armature core of FIGS.
The armature core of FIGS. 2 to 4 can be produced with the same 11 lamellar collector, which, however, in contrast to known rotating armatures, has twice as many grooves (in the present case 1 to 22) as the collector C has lamellas. An associated winding diagram is shown in FIG. 3, from which it can be seen that each slot only accommodates one partial coil, with half of an entire coil preferably being accommodated in each slot and that the two associated coil halves are connected in series. The associated coil halves, for. B. 1, 9 and 2, 10 are connected in series ge and form a whole coil S, the ends of which with one of the two adjacent collector lamellas, for. B. 11, 1 of the collector C are electrically connected. With the same lamellas 11, 1, all the coils 21, 7 and 22, 8 or
12, 4 and 11, 3 connected to the last-mentioned ends.
In the known cheap armature cores A 'with an odd number of slots, the geometry of the core does not allow the coil pairs to be mechanically attached parallel to one another and symmetrically to the shaft X (see Fig.
1 lines 1'-5 'and 11'-7'). In the case of an armature core with a number of slots of 2 N (N = number of coils), however, this is possible (see lines 1-9 and 12-20 in Fig. 2). In this way, it is possible to simultaneously produce two sub-coils arranged symmetrically to one another and running parallel to shaft X with the aid of a double flyer machine.
It should be noted that the partial coils produced simultaneously by the last-mentioned machine are generally assigned to two different whole coils (see FIG. 3).
4 shows that other winding schemes can also be implemented using the same machine, which may be desirable in some cases. The dash-dotted lines indicate that the angular spacing can be increased by one angular step (= Ik2 of the circumference) when the partial coils are applied one after the other, i.e. H. first the coil parts 1-9 to the right of the shaft X and at the same time the coil parts 12-20 to the left of the shaft X and, in the next step, the coil parts 1-10 to the right of the shaft X and at the same time the coil parts 12-21 to the left of the shaft X. upset. The dotted lines indicate the enlargement by two angular steps (= 1111 of the circumference). This results in greater flexibility in the manufacture of rotating armatures and in the construction of dynamo-electric machines.
The area of each partial coil and thus also that of each entire coil can accordingly be enlarged or reduced with smaller steps, which cannot be achieved with the known armature core (FIG. 1). By distributing the turns of a whole coil over two sub-coils, which are the same size or not, the effective area of a whole coil can also be selected in finer gradations from the standpoint of the magnetizing effect. In this way, not only can the general electromagnetic behavior or the state of the armature core be better selected, but in particular the behavior of the dynamo-electric machine with regard to commutation can also be controlled more precisely.
Thanks to the distribution of the turns of a coil lying between successive lamellas in two separate partial coils, the end turns of each coil, which are bent slightly outward, obviously have a thickness which is less than in known designs. In addition, due to the angular spacing of the grooves in which the associated partial coils are accommodated in the same way, a larger piece of the circumference of the core face is available for the volume of the end turns, so that the wire volume can be accommodated on a rotating armature of smaller axial dimensions. As a result of the angular distance between two associated partial coils, the centers (i.e.
the highest points of the crossing groups of end turns in each pair belonging together and forming a whole coil) not at the crossing points. The axial length of the wound armature core can therefore be made smaller in the armature core of FIGS. 2 to 4 than in the known armature cores (FIG. 1). Conversely, with the same dimensions, more material can be used when winding the armature core according to FIGS. 2 to 4, be it that more turns or thicker wire are used.
It is also important that with the cheap rotating armature with 2 N grooves and N lamellas, each with half a coil per groove, an improved cooling of the rotating armature is achieved compared to the known type with N grooves and N lamellas. It is therefore possible to work with higher power or higher speed, and this at or within acceptable temperatures or temperature ranges. When comparing the rotating armature with 22 grooves and 11 lamellas with FIG. 1, one sees immediately that according to FIGS.
Of course, the larger number of teeth for a given size of the rotary armature leads to an increase in that area of the core iron that is exposed to the cooling air and forms a heat exchange surface, which improves the heat exchange. In addition, as a result of the distribution of an entire coil over two sub-coils, which are accommodated in corresponding pairs of slots, the dissipation of heat from the winding as such is supported. Since the latter is divided into partial coils with a smaller number of turns and the turns for each whole coil are accommodated in four instead of two slots, firstly more turns have contact with the iron of the slot walls, which serves as a cooling plate for the heat dissipation to the outside, and secondly there are more Exposed to windings in the air.
Finally, thirdly (included in the first two points), fewer turns are also covered by the remaining turns, where they have no contact with the cooling air or the heat-absorbing iron.
The rotating armature with 2 N slots and N lamellas and half a coil per slot not only allows the use of collectors with an inexpensive structure, but also leads to decisive advantages with regard to the method and the type of winding or the winding device that is expediently used, plus the advantages of the improved properties that can be achieved with the rotating armature and the motor accommodating it.