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Elektrische Maschine.
Die vorliegende Erfindung behandelt eine kollektorlose elektrische Maschine, bei welcher (im
Generatorfalle) in den Ankerwindungen unsymmetrische Wechselströme induziert werden. Die Summe dieser unsymmetrischen Wechselströme ergibt einen Maschinenstrom, dessen Frequenz-bei stetiger Feldverteilung im Anker-von der Ankerwindungszahl beeinflusst wird.
Fig. 1 zeigt die Ansicht der Maschine, Fig. 2 zeigt die Maschine im Schnitt (Schnittebene A.-B in Fig. 1). Die Maschine besteht aus dem ringförmigen Statorkörper 1 (welcher auch geschlitzt sein kann), der mit einer geschlossenen Wicklung 4 bewickelt ist, und einem Magnetsystem, bestehend aus den Teilen 2 und 3. In der Figur ist einer dieser Magnetteile, Teil 2, mit der Wicklung 5 bewickelt. Es ändert sich nichts am Prinzipe, wenn auch beide Magnetteile bewickelt werden ; es wird dies bei praktischen Ausführungen sogar von Vorteil sein. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Magnetteil 2 auf der Maschinenwelle 6 aufgekeilt, während Magnetteil 3 auf der Welle 6 drehbar aufgesteckt und durch das Wendegetriebe, bestehend aus den Zahnrädern 7, 8 und 9, mit dem Magnetteil 2 zwangsweise gegenläufig verbunden ist.
Zahnrad 9 ist mit Teil 3 fest verbunden, Zahnrad 8 auf der Welle aufgekeilt und Zahnrad 7 fix gelagert. Zur Erregung wird an die Schleifringe 10 und 11 die Spannung für das Magnetsystem gelegt.
Fliesst durch die Magnetwicklung 5 Strom, so entsteht ein magnetisches Feld 15, welches folgenden Weg nimmt (Fig. 2) : Magnetteil 3-Luftspalt 12 (bzw. Welle 6) -Magnetteil 2-LuftspaIt 13-Stator- ring l-Luftspalt 14-Magnetteil 3. Wird nun die Welle 6 im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers gedreht (Fig. 1), so werden sich die Magnetteile 2 und 3 gegeneinander bewegen, wie dies die Pfeile 16 und 17 andeuten. Hiebei werden in der Statorwicklung 4 Spannungen bzw. Ströme induziert.
Auch bei Wechselstrombetrieb würde die Maschine arbeiten. Es müsste natürlich der Rotor von Wechselstrom durchflossen werden. (Für die Momentanwerte des Wechselstromes gelten dieselben Beziehungen wie bei Gleichstromerregung.)
Nun ist es wichtig, den Verlauf der magnetischen Kraftlinien bei einer Wellenumdrehung von 3600 festzustellen. Hiezu dienen Fig. 3,4 und 5. Angenommen ist Gleichstrombetrieb. (Die Statorwicklung 4 ist in dieser Figur nicht gezeichnet.) BeiDrehungsbeginn sei angenommen, dass die Magnetteile 2 und 3 die gleiche radiale Stellung dem Stator 1 gegenüber einnehmen (sie "decken" sich). Bei einer Wellendrehung von 180 kommen die Magnete von der oberen in die untere Poldeckung.
Bei dieser Polbewegung wird das magnetische Feld im oberen Statorteile abnehmen und im unteren Statorteile zunehmen (Fig. 3, 4,5). Da eine magnetische Kraftlinie in jedem Zeitdifferential geschlossen sein muss, kann dieses Abwandern des Feldes nur so vor sich gehen, dass die magnetischen Kraftlinien den vom Stator gebildeten Luftraum in irgendeiner Weise durchsetzen. Betrachtet man die hiebei auftretenden Induktionen nur in einer Statorwindung, so sieht man, dass bei einer Magnetdrehung'von Poldecknng zu Poldeckung in dieser Windung zwei Induktionen auftreten werden. Eine Induktion dadurch hervorgerufen, dass der Magnetpol die Windung induzierend bestreicht, und eine zweite Induktion, hervorgerufen durch das Durchschlagen des Feldes. Die zweite Induktion entspricht einer Gegeninduktion. Induktion und Gegeninduktion sind entgegengesetzt gerichtet.
Die Dauer dieser beiden Induktionen ist aber verschieden.
Die erste Induktion dauert nur so lange, als der rotierende Pol die Windung induzierend bestreicht. Die Dauer der Gegeninduktion hängt von der Zeit ab, welche das Feld zum Durchschlagen benötigt. Addiert man nun die Induktion und die Gegeninduktion in jedem Zeitdifferential, so erhält man eine unsymmetrische Wechselspannung.
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Sind mehrere Ankerwindungen vorhanden, so entstehen in jeder Windung solche unsymmetrische Wechselspannungen, welche aber entsprechend der räumlichen Versetzung der Windungen phasenverschoben sind. Die Summe dieser unsymmetrischen Wechselspannungen ergibt eine Spannung, deren Frequenz von der Feldverteilung im Anker, von der Ankerwindungszahl bzw. vom Windungsabstand am Ankerumfange gemessen, und naturgemäss auch von der Tourenzahl der Maschine beeinflusst wird.
Wird die Ankerwicklung von einem Strom durchflossen, welcher auf solche unsymmetrische Wechselspannungen zurückgeführt werden kann (wenn z. B. zwei derartige Maschinen in Serie geschaltet sind, und eine als Generator angetrieben wird), dann wird die Maschine als Synchronmotor arbeiten.
Es sei noch erwähnt, dass die Unsymmetrie der Wechselspannungen durch die kleine Polbedeckung zustande kommt. Je kleiner die Polbedec1. ì1ng ist, desto unsymmetrischer werden die induzierten Wechselspannungen sein.
Denkt man sich nun in Fig. 1 und 2 einen Magnetteil, beispielsweise Teil 3, feststehend, eventuell mit dem Statorring 1 verbunden (in welchem Falle Luftspalt 14 und das Wendegetriebe entfällt), so
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hältnisse auftreten wie im Falle der gegenläufigen Bewegung beider Magnetteile.
Bei Rotation eines Magnetteiles erscheint die Statorwicklung schlechter ausgenutzt als bei Rotation beider Magnetteile ; hingegen entfällt das Wendegetriebe. Magnetteil 2 kann auch aus mehreren Teilmagneten bestehen, deren Fluss sich über Teil 3, der wieder aus mehreren Teilen bestehen kann, schliesst.
Dieselbe Betrachtung bezüglich der Unterteilung der Magnete gilt naturgemäss auch im Falle der gegenläufigen Bewegung beider Teile.
Es sei noch bemerkt, dass in Fig. 1 und 2 ein Magnetteil, z. B. Teil 2, und der Stator 1 durch geeignete Einrichtungen gegenläufig rotieren können, während Magnetteil 3 feststeht oder im Falle der Rotation nur eines Magnetteiles dieser Magnetteil nun feststeht, während der (frühere) Stator rotiert. Der Effekt bleibt selbstverständlich derselbe, da es doch prinzipiell nur auf die relativen Bewegungen ankommt, welche die Maschinenteile gegenseitig ausführen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Maschine, bei welcher der die Statorwicklung induzierende Rotor aus zwei Teilen besteht, die gegenüber dem Stator verschiedene, vorzugsweise gegenläufige relative Bewegungen ausführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorteile eine verhältnismässig kleine Polbedeckung besitzen, zum Zwecke, in jeder Windung der Statorwicklung eine stark unsymmetrische Wechselspannung zu induzieren.