Ankerwicklung von Kollektormaschinen mit in zwei Lagen angeordneten, stabförmigen Leitern. In den Ankernuten der elektrischen Maschi nen erzeugen die Leiter ein Nutenquerfeld von wechselnder Richtung. Durch die dabei in den Leitern induzierten EMKe entstehen Wirbelströme, die erhöhte Stromwärmeverluste zur Folge haben. Diese Zusatzverluste sind proportional dem Quadrat der Lagenzahl und der dritten Potenz der radialen Stabhöhe. Bei gleicher Ausbildung der obern und der untern Lage betragen die Zusatzverluste in der obern Lage das 7fache der Zusatzver luste der untern Lage.
Es sind verschiedene Anordnungen zur Verminderung der Zusatzverluste bekannt. Bei Synchronmaschinen werden in der Regel alle Stäbe flach in die Nut eingelegt, wodurch die Verluste auf ein Mindestmass herabgesetzt werden. Diese Anordnung ist auf einfache Art und Weise ausführbar, weil kein Kollek tor vorhanden ist.
Bei Kollektormaschinen werden zur Verminderung der Zusatzverluste die Leiter in radialer Richtung in einzelne Teilleiter unterteilt und voneinander isoliert. Diese Anordnung ist teuer und besonders für Maschinen mit niedrigem Strom unvorteilhaft, weil die zusätzliche Isolation wertvollen Wick lungsraum beansprucht. Es ist auch für Kol lektormaschinen eine Anordnung bekannt geworden, bei welcher alle Stäbe flach in die Nut eingelegt werden. Für den Anschluss an den Kollektor werden beide Pakete ausserhalb der Nut um 90 verdrillt, sodass die Enden der Stäbe radial in die Kollektorfahnen ein gelegt werden können.
Diese Anordnung hat den Nachteil, dass die Baulänge der Maschine um den zur Verdrillung notwendigen Betrag vergrössert werden muss, und dass die Ver- drillung in der unzugänglichen untern Lage konstruktiv und betrieblich ungünstig ist.
Erfindungsgemäss können diese Nachteile weitgehend vermieden werden, wenn alle Leiter der untern Lage wie bei einer gewöhn lichen zweilagigen Wicklung nebeneinander in einer Reihe und alle Leiter der obern Lage übereinander in die Nut eingelegt wer den. Die Zusatzverluste sind dann nur un wesentlich grösser als bei einer Wicklung, bei der die Stäbe beider Lagen flach einge legt sind.
Ähnliche Wicklungsanordnungen sind be kannt. Bei diesen sind aber die Stäbe der untern Lage flach übereinander und die Stäbe der obern Lage nebeneinander in die Nut eingelegt. Es handelt sich dabei um eine Massnahme zur guten Ausnützung des Wick lungsraumes bei kleinen Maschinen, wodurch die Zusatzverluste nicht wesentlich beeinflusst werden.
In der Zeichnung sind vier Nutenquer schnitte dargestellt. Fig. 1 zeigt eine bekannte Wicklung mit drei nebeneinanderliegenden Stäben, pro Lage. Fig. 2 zeigt eine bekannte Wicklung, bei der alle sechs Stäbe überein ander in der Nut liegen. Fig. 3 betrifft eine beispielsweise Ausführungsform des Erfin dungsgegenstandes, und zwar mit offener Nut. Die untere Lage ist wie bei einer normalen Wicklung eingelegt, wogegen die Stäbe der obern Lage übereinander liegen.
Die neue Wicklung kann ebenso vorteil haft angewendet werden für --Maschinen mit halbgeschlossenen und abgesetzten Nuten, wie sie in hochbeanspruchten Wechselstrom-Kol lektormaschinen, insbesondere Einphasen- Bahnmotoren üblich sind. Eine solche Wick lungsanordnung ist in Fig. 4 beispielsweise dargestellt.
Nimmt man die Zusatzverluste der -Wick lung Fig. 1 beispielsweise zu 50 0/o der reinen Gleichstromverluste an, so sind die Gesamt verluste 150 0/o. Bei der Wicklung Fig. 2 ergeben sich 117 0/o und bei der Wicklung Fig. 3 1210/o. Die Wicklung Fig. 3 hat also nur wenig mehr Verluste als die Wicklung Fig. 2. Die radiale Wicklungshöhe ist bei diesem Vergleich für alle drei Wicklungen gleich angenommen. Diese Zahlen beziehen sich nur auf Wicklungen mit sechs Leitern pro Nut.
Bei der Wicklung Fig. 4 sind die Verluste noch etwas kleiner als bei der Wicklung Fig. 3. Die Vorteile der Wicklungen Fig. 3 und 4 gegenüber der Wicklung Fig. 1 sind folgende: Bedeutend niedrigere Gesamtver luste, daher' Möglichkeit die Maschine besser auszunützen, kleinere mechanische Beanspru chung des Nutenkeils und der Isolation der obern Lage. Gegenüber der Wicklung Fig. 2 bestehen folgende Vorteile: Keine Verdrillung in der untern Lage, daher grössere Sicher heit; kleinere Wicklungsausladung und billi gere Herstellung.
Die Wicklung Fig. 3 und 4 haben gegen über den Wicklungen Fig. 1 und 2 noch die Eigenschaft, dass die Induktivität der ver schiedenen Windungen ungleich ist. Um das Wendefeld den verschiedenen Induktivitäten anzupassen, kann der Wendepolluftspalt in bekannter Weise in der Umfangsrichtung keil förmig ausgebildet sein.
Armature winding of collector machines with rod-shaped conductors arranged in two layers. In the anchor slots of the electrical machines, the conductors generate a slot transverse field in alternating directions. The EMFs induced in the conductors result in eddy currents which result in increased current heat losses. These additional losses are proportional to the square of the number of layers and the third power of the radial rod height. With the same design of the upper and lower layers, the additional losses in the upper layer are 7 times the additional losses in the lower layer.
Various arrangements for reducing the additional losses are known. In the case of synchronous machines, all bars are usually placed flat in the groove, which reduces losses to a minimum. This arrangement can be carried out in a simple manner because there is no collector.
In collector machines, the conductors are subdivided into individual sub-conductors in the radial direction and isolated from one another to reduce additional losses. This arrangement is expensive and particularly disadvantageous for low-current machines because the additional insulation takes up valuable winding space. An arrangement has also become known for col lector machines in which all rods are placed flat in the groove. For the connection to the collector, both packages are twisted by 90 outside the groove so that the ends of the rods can be placed radially into the collector lugs.
This arrangement has the disadvantage that the overall length of the machine must be increased by the amount necessary for twisting, and that the twisting in the inaccessible lower position is structurally and operationally unfavorable.
According to the invention, these disadvantages can be largely avoided if all the conductors of the lower layer are placed next to each other in a row as in a common two-layer winding and all the conductors of the upper layer are placed one above the other in the groove. The additional losses are then only ins much greater than with a winding in which the bars of both layers are laid flat.
Similar winding arrangements are known. In these, however, the bars of the lower layer are placed flat on top of one another and the bars of the upper layer are inserted next to one another into the groove. This is a measure to make good use of the winding space in small machines, so that the additional losses are not significantly affected.
In the drawing, four groove cross-sections are shown. Fig. 1 shows a known winding with three adjacent bars, per layer. Fig. 2 shows a known winding in which all six bars are one above the other in the groove. Fig. 3 relates to an example embodiment of the inven tion subject of the invention, with an open groove. The lower layer is inserted like a normal winding, whereas the bars of the upper layer are on top of each other.
The new winding can also be used advantageously for machines with semi-closed and stepped slots, as are common in highly stressed alternating current collector machines, in particular single-phase railway motors. Such a winding arrangement is shown in Fig. 4, for example.
If one assumes the additional losses of the -Wick development Fig. 1 to be 50% of the pure direct current losses, for example, the total losses are 150%. The winding in FIG. 2 results in 117 0 / o and in the winding in FIG. 3 1210 / o. The winding in FIG. 3 therefore has only slightly more losses than the winding in FIG. 2. In this comparison, the radial winding height is assumed to be the same for all three windings. These numbers only apply to windings with six conductors per slot.
In the winding Fig. 4, the losses are slightly smaller than in the winding Fig. 3. The advantages of the windings Fig. 3 and 4 over the winding Fig. 1 are as follows: Significantly lower total losses, therefore 'possibility of better use of the machine , minor mechanical stress on the slot wedge and the insulation of the upper layer. Compared to the winding Fig. 2, there are the following advantages: No twisting in the lower position, therefore greater security; smaller winding throat and cheaper production.
The winding Fig. 3 and 4 compared to the windings Fig. 1 and 2 still have the property that the inductance of the different turns is unequal. In order to adapt the turning field to the different inductivities, the turning air gap can be wedge-shaped in the circumferential direction in a known manner.