DE3137838C1

DE3137838C1 - Method for testing the winding of an armature of an electrical machine, and a device for carrying out the method

Info

Publication number: DE3137838C1
Application number: DE19813137838
Authority: DE
Inventors: Robert 8426 Altmannstein Euringer
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1981-09-23
Filing date: 1981-09-23
Publication date: 1983-02-24

Abstract

The invention relates to a method and to a device for testing the electromagnetic properties of the armature (which is provided with a winding) of an electrical machine. For this purpose, the armature winding is supplied with electrical power via the commutator segments which are provided for supplying its electrical power. In the case of a defect within the winding or in the connection of the winding to the segments, the magnetic field which is produced by the armature winding is modified in such a manner that a magnetic field is produced at points at which there would be no magnetic field if the armature winding were not defective. This magnetic field which is produced in the event of a defect is used by a measurement head (which is advantageously arranged in the vicinity of the armature shaft, at a clear distance from the armature winding) to produce a defect signal.

Description

Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach durchführbar, wobei sehr deutliche Signale erzeugt werden. With the features of claim 2 that is according to the invention The method can be carried out particularly easily, with very clear signals being generated.

Der Anspruch 3 kennzeichnet eine Durchführungsform des Verfahrens, mit der bei geringem apparativem Aufwand eine Ankerwicklung weitgehend selbsttätig geprüft werden kann. Claim 3 characterizes a form of implementation of the method, with the armature winding largely automatically with little expenditure on equipment can be checked.

Der Anspruch 4 kennzeichnet den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Claim 4 characterizes the basic structure of a device for carrying out the method according to the invention.

Die Ansprüche 5 bis 9 sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung gerichtet. Claims 5 to 9 relate to advantageous developments of the device directed.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 3 und 6 an sich aus der DE-AS 11 44400 bekannt sind. At this point it should be noted that the characteristic Features of claims 3 and 6 are known per se from DE-AS 11 44400.

Die Erfindung ist zum Prüfen weitgehend aller Anker geeignet, unabhängig davon, ob diese zweipolig oder vierpolig ausgeführt sind, mit einer Spulenwicklung oder Wellenentwicklung versehen usw. The invention is suitable for testing largely all anchors, independently depending on whether these are two-pole or four-pole, with a coil winding or wave development etc.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert. The invention is illustrated below with reference to schematic drawings for example and explained with further details.

Es stellen dar F i g. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Prüfen eines Ankers, F i g. 2 eine Stirnansicht der Vorrichtung gemäß F i 1, gesehen von rechts her gemäß Fig. 1, F i g. 3 eine Ansicht eines abgewickelten Ankers und Fig.4 ein Blockschaltbild einer für die Vorrichtung gemäß F i g. 1 verwendbaren elektrischen Schaltung. It shows F i g. 1 is a side view of a device for Testing an anchor, FIG. 2 is a front view of the device according to FIG from the right according to FIG. 1, F i g. 3 is a view of a developed anchor and 4 shows a block diagram of a device for the device according to FIG. 1 usable electrical circuit.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist ein insgesamt mit 5 bezeichnetes Gestell mit zwei Böcken 7 und 9 versehen, in welchen ein insgesamt mit 11 bezeichneter Anker drehbar gelagert ist Der Bock 7 ist an seinem oberen Ende mit einer Aussparung 13 versehen, welche die aus magnetisierbarem Eisen bestehende Welle 15 des Ankers 11 aufnimmt. According to FIGS. 1 and 2, a frame designated as a whole by 5 is provided with two brackets 7 and 9 provided, in which a total of 11 designated anchor is rotatably mounted. The bracket 7 has a recess 13 at its upper end provided which the shaft 15 of the armature 11, which is made of magnetizable iron records.

Der Bock 9 trägt an seinem oberen Ende zwei Kontaktböcke 17 und 19, welche elektrisch gegeneinander isoliert sind und beispielsweise aus Kupfer bestehen. The block 9 carries two contact blocks 17 and 19 at its upper end, which are electrically isolated from each other and are made of copper, for example.

Jeder der Kontaktböcke 17 und 19 ist mit einem Anschlußdraht 21 und 23 verbunden.Each of the contact blocks 17 and 19 is provided with a connecting wire 21 and 23 connected.

Der Anker 11 ist an sich bekannter Bauart, wie sie beispielsweise in Gleichstromanlassern von Kraftfahrzeugen verwendet wird. Die Welle 15 trägt einen insgesamt zylindrischen Eisenkern 25, welcher aus einem Blechpaket besteht und an seinem Außenumfang in gleichmäßigen Abständen mit axial verlaufenden Nuten 27 versehen ist Weiter trägt die Welle 15 einen Kommutator 29 aus einzelnen, gegeneinander elektrisch isolierten Segmenten 31. Mit jedem Segment 31 sind zwei Drähte verlötet, durch welche insgesamt eine an sich bekannte Schleifenwicklung 33 gebildet ist, die an den Stirnseiten des Kerns 25 und in den Nuten 27 verläuft Zum Drehantreiben des Ankers 11 ist ein Elektromotor 35 vorgesehen, welcher mit der Außenfläche des Kerns 25 über ein Reibrad 37 zusammenwirkt und mittels eines nicht dargestellten Mechanismus an den Kern 25 heranbewegbar ist In geringem Abstand vom freien Ende der Welle 15 befindet sich deutlich außerhalb der Windungsfläche der Schleifenwicklung 33 ein vorteilhafterweise als Hall-Sensor ausgebildeter Meßkopf 40, der bei Auftreten eines Magnetfeldes eine dem Magnetfeld entsprechende Spannung erzeugt. Dieser Meßkopf 40 ist mit einer Meßschaltung 42 verbunden, von der aus auch die Stromversorgung der Kontaktböcke 17 und 19 erfolgt An die Meßschaltung 42 ist eine Anzeigelampe 44 angeschlossen, welche bei Feststellung eines Magnetfeldes durch den Meßkopf 40 aufleuchtet. The armature 11 is of a known type, such as, for example used in motor vehicle DC starters. The shaft 15 carries one a total of cylindrical iron core 25, which consists of a laminated core and on its outer circumference is provided with axially extending grooves 27 at regular intervals Next, the shaft 15 carries a commutator 29 of individual, mutually electrical insulated segments 31. Two wires are soldered to each segment 31 through which a total of a known loop winding 33 is formed on the end faces of the core 25 and runs in the grooves 27 Electric motor 35 is provided, which is connected to the outer surface of the core 25 via a friction wheel 37 cooperates and is attached to the core 25 by means of a mechanism (not shown) can be moved close to the free end of the shaft 15 is located significantly outside the winding surface of the loop winding 33 an advantageously designed as a Hall sensor measuring head 40, which when a magnetic field occurs generated voltage corresponding to the magnetic field. This measuring head 40 is equipped with a measuring circuit 42 connected, from which the power supply of the contact blocks 17 and 19 takes place An indicator lamp 44 is connected to the measuring circuit 42 connected, which upon detection of a magnetic field through the measuring head 40 lights up.

Die Funktion der beschriebenen Anordnung wird anhand Fig. 3 erläutert: Fig.3 zeigt in abgewickelter Darstellung einen zweipoligen Gleichstromanker, dessen Kommutator 82 sechs Segmente a bis faufweist Entsprechend weist der Kern 84 sechs Nuten auf, durch die die Schleifenwicklung 86 geführt ist Zur Beschickung mit Strom sind zwei Bürsten 88 und 90 vorgesehen, die um 1800 versetzt sind bzw. sich gegenüberliegen. (In F i g. 2 sind die Kontaktblöcke 17 und 19 um 90" versetzt, so daß die dort dargestellte Anordnung besonders gut für einen vierpoligen Anker geeignet ist, dessen Strombeschikkung über zwei jeweils um 90" versetzt Kontaktpaare erfolgt). The function of the described arrangement is explained with reference to Fig. 3: 3 shows a developed representation of a two-pole direct current armature, its Commutator 82 has six segments a to f. Correspondingly, core 84 has six Grooves through which the loop winding 86 is passed for charging with electricity two brushes 88 and 90 are provided, which are offset by 1800 or are opposite one another. (In FIG. 2 the contact blocks 17 and 19 are offset by 90 "so that the one shown there Arrangement is particularly well suited for a four-pole armature whose current feed via two pairs of contacts offset by 90 "each).

Wie ersichtlich bildet die Schleifenwicklung 86 zwei Strompfade 92 und 94 zwischen den Bürsten 88 und 90; im durchgehend gezeichneten 92 fließt der Strom 11, im gestrichelt gezeichneten 94 der Strom 12. Beide Ströme sind bei Intaktheit des Ankers gleich groß und rufen in bekannter Weise ein Magnetfeld hervor, welches in Richtung der Achse des Ankers keine wesentliche Komponente aufweist. As can be seen, the loop winding 86 forms two current paths 92 and 94 between brushes 88 and 90; in the continuously drawn 92 flows the Stream 11, in 94 drawn with dashed lines, stream 12. Both streams are intact of the armature of the same size and cause a magnetic field in a known manner, which has no essential component in the direction of the axis of the armature.

Es sei nun angenommen, daß der Strompfad 1 an einer dem Segment b benachbarten Stelle bei 96 gestört ist, beispielsweise dadurch, daß eine Lötung einen hohen Übergangswiderstand aufweist Der durchgehend gezeichnete Strompfad 92 ist dann unterbrochen. Die Symmetrie des Ankerfeldes ist gestört Es tritt ein axial gerichtetes Feld auf, welches mit dem Meßkopf 40 (F i g. 1) gemessen werden kann. An den Verhältnissen ändert sich nichts, wenn der Anker in Richtung des Pfeils 98 weitergedreht wird; bis das Segment b mit der Bürste 90 in Kontakt ist. It is now assumed that the current path 1 at one of the segment b adjacent point at 96 is disturbed, for example by the fact that a soldering has a high contact resistance. The continuously drawn current path 92 is then interrupted. The symmetry of the anchor field is disturbed. It occurs axially directed field, which can be measured with the measuring head 40 (Fig. 1). Nothing changes in the circumstances if the anchor moves in the direction of arrow 98 is rotated further; until segment b is in contact with brush 90.

Wird der Anker nun etwas weitergedreht, so berührt die Bürste 90 die Segmente a und b, wodurch die fehlerhafte Stelle 96 überbrückt wird und ein intakter Anker vorgetäuscht wird, bei dem der Meßkopf 40 kein Feld aufnimmt. If the armature is now turned a little further, the brush 90 touches the segments a and b, whereby the defective point 96 is bridged and a intact anchor is simulated, in which the measuring head 40 does not pick up any field.

Beim Drehen des Ankers nimmt der Meßkopf 40 also normalerweise ein Feld auf. Lediglich an zwei genau definierten Stellen tritt kein Feld auf, nämlich wenn die Bürste 90 bzw. (nach Drehung um 1800) die Bürste 88 den Fehler96 überbrückt. When the armature is rotated, the measuring head 40 normally assumes a position Field on. There is only no field at two precisely defined points, namely when the brush 90 or (after turning 1800) the brush 88 bridges the error 96.

Es sei nun angenommen, die Verbindung beider Drähte mit dem Segment b sei fehlerhaft, beispielsweise dadurch, daß beide Lötungen einen hohen Übergangswiderstand aufweisen: Der Widerstand des Strompfades 92 ist dann größer als der des Strompfades 94; die Symmetrie ist gestört, der Meßkopf 40 nimmt ein Feld auf. Assume now the connection of both wires to the segment b is defective, for example because both solderings have a high contact resistance have: The resistance of the current path 92 is then greater than that of the current path 94; the symmetry is disturbed, the measuring head 40 picks up a field.

Die Unsymmetrie bleibt bestehen, bis das Segment b mit der Bürste 90 Berührung hat. Während der gesamten Dauer der Berührung haben beide Strompfade den gleichen (hohen) Widerstand. Es ist Symmetrie vorhanden. Der Meßkopf mißt kein Feld. The asymmetry persists until segment b with the brush 90 has touch. Both have current paths for the entire duration of the contact the same (high) resistance. There is symmetry. The measuring head does not measure Field.

Wenn die beiden, mit einem Segment verbundenen Drähte untereinander guten Kontakt haben, jedoch zum Segment hin ein hoher Übergangswiderstand vorhanden ist, ändern sich die beiden Verhältnisse: Normalerweise herrscht dann Symmetrie, also kein Feld im Bereich des Meßkopfes 40 vor. Lediglich wenn eine der Bürsten mit zwei benachbarten Segmenten einen eine Fehlerstelle überbrückenden Kontakt hat, tritt eine Unsymmetrie auf, die der Meßkopf 40 feststellt Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß sich mit der beschriebenen Anordnung sowohl Lage als auch Art des vorhandenen Ankerfehlers feststellen läßt F i g. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer für die Vorrichtung gernäß F i g. 1 geeigneten Schaltung: Der Meßkopf 40 ist mit einem gestrichelt angedeuteten Verstärker 146 verbunden, dessen Ausgang über einen Kondensator 148 zur gleichstrommäßigen Trennung mit einem Vergleicher 150 verbunden ist, der ebenfalls gestrichelt eingezeichnet ist. When the two wires connected by a segment to each other have good contact, but there is a high contact resistance towards the segment the two relationships change: Normally there is symmetry, so there is no field in the area of the measuring head 40. Only if one of the brushes has a contact bridging a defect with two adjacent segments, an asymmetry occurs, which the measuring head 40 detects results from the above that with the described arrangement both location and The type of anchor defect present can be determined by F i g. 4 shows a block diagram one for the device according to FIG. 1 suitable circuit: the measuring head 40 is connected to an amplifier 146 indicated by dashed lines, the output of which is via a capacitor 148 for DC separation with a comparator 150 is connected, which is also shown in dashed lines.

Der Vergleicher 150 ist über ein Zeitglied 152 mit einem Schalttransistor 154 verbunden, welcher im leitenden Zustand eine LED-Anzeige 156 aufleuchten läßt. Die Spannungsversorgung der Anordnung erfolgt über eine Klemme 158. The comparator 150 is via a timing element 152 with a switching transistor 154 connected, which lights up an LED display 156 in the conductive state. The arrangement is supplied with power via a terminal 158.

Der Aufbau der einzelnen Bausteine ist an sich bekannt und wird daher nicht im einzelnen beschrieben. The structure of the individual components is known per se and is therefore not described in detail.

Es sei lediglich erwähnt, daß die Spannung, bei der der Vergleicher 150 ein Ausgangssignal zum Zeitglied 152 gibt, mittels eines Widerstandes 158 einstellbar ist.It should only be mentioned that the voltage at which the comparator 150 gives an output signal to the timing element 152, adjustable by means of a resistor 158 is.

Die Funktion der Schaltung ist derart, daß bei Auftreten eines Magnetfeldes am Meßkopf 40 ein Wechselspannungssignal auftritt, wenn die Ankerwicklung, wie noch beschrieben wird, mit Wechselspannung beaufschlagt ist. Dieses Wechselspannungssignal gelangt nach Verstärkung im Verstärker 146 in den Vergleicher 150, wo es bei Überschreiten einer eingestellten Schwellenspannung ein Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird dem Zeitglied 152 zugeführt, welches auch bei kurzzeitig andauerndem Ausgangssignal den Schalttransistor 154 über die an ihm definierte Zeitdauer leitend hält, wodurch die LED-Anzeige 156 aufleuchtet. The function of the circuit is such that when a magnetic field occurs at the measuring head 40 an alternating voltage signal occurs when the armature winding, as yet is described, is applied with alternating voltage. This AC voltage signal After amplification in amplifier 146, it reaches comparator 150, where it is exceeded if one The set threshold voltage generates an output signal. This output signal is fed to the timing element 152, which also occurs when the output signal lasts for a short time keeps the switching transistor 154 conductive for the period defined on it, whereby the LED display 156 illuminates.

Zur Beaufschlagung der Ankerwicklung mit Wechselspannung dient ein vom Netz gespeister Transformator 160, dessen Sekundärseite über die Anschlußdrähte 21 und 23 mit der Wicklung 33 verbunden ist. Die Ausgangsspannung des Transformators 160 wird nach Gleichrichtung in einem Gleichrichter 162 einem insgesamt mit 164 bezeichneten Vergleicher zugeführt, dessen Schaltschwelle so eingestellt ist, daß sie etwas unter der Leerlaufspannung des Transformators 160 liegt. A is used to apply alternating voltage to the armature winding Mains-fed transformer 160, the secondary side of which via the connecting wires 21 and 23 is connected to the winding 33. The output voltage of the transformer After rectification in a rectifier 162, 160 becomes a total of 164 designated comparator supplied, the switching threshold is set so that it is slightly below the open circuit voltage of transformer 160.

Dem Vergleicher 164 sind zwei Schalttransistoren 166 und 168 nachgeschaltet, deren Schaltspannungen über Widerstände in an sich bekannter Weise derart eingestellt sind, daß bei unbelastetem Transformator 160, d. h. defekter Wicklung 33 des Ankers 11 der Schalttransistor 166 leitend wird und dadurch eine rote Anzeigelampe 170 aufleuchtet, wohingegen bei belastetem Transformator 160 und damit abgesunkener Spannung der Schalttransistor 168 leitend wird und dadurch eine grüne Anzeigelampe 1172 aufleuchtet. The comparator 164 is followed by two switching transistors 166 and 168, their switching voltages are set in such a manner via resistors in a manner known per se are that with the transformer 160 unloaded, i. H. defective winding 33 of the armature 11 the switching transistor 166 becomes conductive and thereby a red indicator lamp 170 lights up, whereas with a loaded transformer 160 and thus lower Voltage of the switching transistor 168 becomes conductive and thereby a green indicator lamp 1172 lights up.

Claims

Claims: 1. Method for testing the winding of an armature an electrical machine, in particular one provided with a commutator Armature, with its power supply lines at least two coils of the winding are connected, in which process the winding is supplied with electricity via two power supplies is supplied and the magnetic field generated by the armature is measured, characterized in that that the occurrence of magnetic field components directed parallel to the axis of rotation of the armature an error signal is generated.

2. The method according to claim 1, characterized in that the winding is excited with alternating current.

3. The method according to claim 1 or 2, wherein the armature with a commutator is provided, characterized in that the power supply via stationary contacts takes place and the anchor is rotated so that in the course of one revolution of the anchor voltage is applied to all commutator segments.

4. Apparatus for performing the method according to claim 1 for an armature provided with a commutator, characterized by a frame (5) for rotatable holder of the armature (11) with a first bracket (7) for receiving the one End of an armature shaft (15), a second bracket (9, t7, t9) to accommodate the commutator (29), a device (17, 19, 21, 23) for charging two segments of the commutator with electricity and a measuring device (40, 42, 44) for measuring a magnetic field with a measuring head (40) arranged near the armature shaft outside the winding and one Display unit (indicator lamp 44) which indicates the presence of a magnetic field.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the device (17, 19, 21, 23) for charging two segments (31) of the commutator (29) with electricity has two opposing contact blocks (17, 19) which have a storage for form the commutator.

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the measuring head (40) is formed by a Hall sensor.

7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that that the display unit (156) is preceded by a comparator (150).

8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized by a current measuring device (164, 166, 168, 170, 172) for displaying the through the armature winding (33) flowing current.

9. Device according to one of claims 4 to 8, characterized by a drive (35, 37) for rotating the armature (11).

The invention relates to a method for testing the winding an armature of an electrical machine according to the preamble of claim 1 and further relates to an apparatus for performing the method.

Electrical machines, for example starters or generators of motor vehicles, are often reconditioned and after prolonged use are then used again. For reprocessing as well as for diagnosis In the case of a defective machine, it is important to know whether the armature is in working order Condition is. A common cause of error is that individual turns or turns

Coils of the armature winding are damaged or that the electrical Connection between the armature winding and the power supply lines, for example slip rings or a collector, the armature as a result of defects in the soldered connection or are otherwise faulty.

It is known to visually check the armature winding and its connections or to measure the current that is generated when a given voltage flows. Both are relatively laborious and time-consuming. The current measurement must be very precise in order to lead to reliable statements, what also means a lot of effort. In addition, the current measurement can be carried out by different Contact resistances are falsified.

From DE-AS 11 44400 it is known, commutation currents in one rotating armature electrical machines flow during operation, thereby too measure that on the outer circumference of the armature at a small radial distance from the armature surface a device for measuring the radial magnetic field, for example a total U-shaped core with Hall voltage generator is attached. To measure the functionality an armature winding made up of several coils is the known device not suitable, as a radial magnetic field even if individual windings fail remains, which is only weakened compared to that of an intact anchor. An absolute measurement of the field strength would therefore have to be carried out, which is extraordinary is expensive.

The invention is based on the object of a method for testing the winding of an armature of an electrical machine and a device indicate its implementation, with which, with little effort, reliable test results be achieved.

The part of the inventive task relating to the process is included solved the features of the main claim.

The invention makes use of the fact that armature windings are built in this way are that the magnetic field generated by them is rotationally symmetrical if the armature is intact to the axis of rotation of the armature. d. H. in particular that it is in the axis of rotation of the armature has no components directed parallel to the axis of rotation. Located in the armature winding or a defect in the contacting of the turns or coils of the winding, this disturbs this symmetry and the magnetic field generated by the armature winding contains components that are parallel to the axis in the area of the axis of rotation of the armature. A magnetic field detector that reacts to magnetic fields directed parallel to the axis of rotation of the armature responds, generated in the event of a fault in the armature winding or its contacting an error signal. The method according to the invention is therefore extremely simple feasible and provides reliable measurement results, since only in the case of a defective anchor a signal occurs. When using the method on a commutator Anchors have the additional advantage that the location of the fault can be located can.