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Elektrische Maschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit ebenem axialem Luftspalt, insbesondere Gleichstrommaschine, bei welcher der Induktor aus zwei koaxialen, rotierenden oder feststehenden Ringkörpern gebildet ist, die um ihre gemeinsame Achse gegeneinander einstellbar verdreht werden können und aus einem ferromagnetischen Material von geeigneter Zusammensetzung mit starkem koerzitivel11 Feld bestehen und in der Querrichtung magnetisiert einen Ring aufeinanderfolgender ungleicher Pole aufweisen, und der Anker als dünne Scheibe ausgebildet ist, auf welcher eine flache, gleichmässig verteilte, gedruckte Wicklung aufgebracht ist.
Aus der franz. Patentschrift Nr. 1. 160. 490 ist es bekannt, bei elektrischen Maschinen mit axialem Luftspalt dunne scheibenförmige Anker mit flachen aufgedruckten Wicklungen anzuordnen, wobei die Anker aus magnetischem Material bestehen.
In der deutschen Patentschrift Nr. 949415 sind elektrische Maschinen mit axialem Luftspalt beschrieben, deren Anker eine beachtliche, nicht vernachlässigbare Stärke aufweisen und keine aufgedruckten, sondern übliche Wicklungen tragen, wobei der Induktor aus ferromagnetischem Material mit starkem koerzitivem Feld, insbesondere Ferrit, besteht und die Magnetpole die Form von Kreissektoren haben.
Die Erfindung zielt darauf ab, bei elektrischenMaschinen der eingangs angeführten Art einen einfachen und sowohl hinsichtlich seiner Herstellung als auch seiner Anwendung billigen magnetischen Kreis zu erzeugen, der überdies eine leichte Regelung des nutzbaren magnetischen Flusses gestattet, der auf die Wicklungen des Ankers einwirkt.
Die Erfindung besteht im Wesen darin, dass jeder der beiden Ringkörper des Induktors aus einem Stück ferromagnetischen Materials mit voneinander distanzierten Polen besteht, deren Form und Anzahl durch die gewunschte Leistung und Polarität bestimmt sind, und die Ringkörper verschiedene Durchmesser aufweisen und an der gleichen Seite des Ankers vorgesehen sind, wobei der Anker aus unmagnetischemMaterial besteht und die erzeugtenmagnetfliisse sich hinter demAnkerschlie- ssen. Diese Ausbildung hat gegenüber bekannten Maschinen mit Rotoren von beachtlicher Stärke oder bei denen die beiden gleichachsigen Magnetständer gleichen Durchmesser haben und zu beiden Seiten des Ankers angeordnet sind, wie nach der USA-Patentschrift Nr. 2, 573, 283 oder der österr. Patentschrift Nr.
123314, den Vorteil einer gedrungenen Bauweise und geringeren Breite der Maschine. Weiters gestattet die Ausführung des Ankers aus unmagnetischem Material die Herstellung eines tatsächlich vollkommen ebenen Luftspaltes. Das ferromagnetische Material, aus dem der Induktor gebildet wird, kann aus Metallegierungen, insbesondere Ferriten oder isotropen oder anisotropen Agglomeraten, bestehen, in welchen man durch eine geeignete Magnetisierungsmethode Magnetpole von gewunschter Form und mit entgegengesetztem Vorzeichen nebeneinander anbringt. Auf diese Weise stellt man Magnete mit einfacher oder mehrfacher Polarität her, die ausgezeichnete magnetische Eigenschaften besitzen und keine mechanische oder magnetische Diskontinuität entlang des Luftspaltes aufweisen.
Die Pole der beiden ringförmigen Magnete, die den Induktor bilden, sind auf jedem Magnet entsprechend der Form der Ankerwicklungen so abgegrenzt, dass man durch relative Drehung der beiden Magnete erreichen kann, dass die beiden Magnete der gleichen Ankerwicklung entweder mit gleichnamigen Polen gegenüberstehen, in welchem Falle der diese Wicklung durchsetzende Fluss das Maximum aufweist, oder mit ungleichnamigen Polen gegenüberstehen, in welchem Falle der Fluss ein Minimum aufweist, ja sogar Null sein kann, oder irgendeine beliebige relative Zwischenstellung einnehmen.
Die Erfindung ist von grossem Nutzen auf dem Gebiet der Herstellung genormter Erzeugnisse mit zahl-
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reichen Varianten. Man kann in der Tat, ausgehend von torusförmigen Körpern oder Ringen bestimmter geometrischer Form, eine grosse Anzahl magnetischer Kreise herstellen, da man nicht nur die Freiheit hat, die Zahl der zu erzeugenden Pole zu wählen, sondern auchfur jeden induzierten Kreis die magnetisierte Torfläche so anpassen kann, dass man damit eine optimale Leistung erhält, d. h. den maximalen Nutzeffekt mit dem Minimum an Verlusten. Mit andern Worten kann man, ausgehend von einer verhältnismässig einfachen geometrischen Form, jede gewünschte funktionelle Anpassung erreichen.
Anderseits wird die praktische Verwendung von rotierenden Maschinen (Generatoren oder Motoren), die mitHilfe dieser magnetischenKreise mit zwei Magneten im Sinne der Erfindung ausgeführt sind, dank der Möglichkeit der Regelung der Klemmenspannung und der Geschwindigkeit bzw. des Momentes, aus- gehend vone4terVariation des Induktionsflusses durch die Regelung der relativen Winkelstellung der beiden Magnete, viel einfacher.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine elektrische Maschine, Fig. 2 eine Halbansicht dieser Maschine im Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, aber entgegengesetzt zu den in Fig. 1 eingezeichneten Pfeilen betrachtet ; sie stellt eine Ausführung dar, bei der die Ankerscheibe flache Wicklungen aufweist, von denen einige Windungen dargestellt sind. Fig. 4 zeigt einen axialen Schnitt durch eine elektrische Maschine, bei der sich der magnetische Fluss aber ein feststehendes Ruckführungsjoch aus Eisen schliesst, und Fig. 5 einen ähnlichen Axialschnitt, wobei sich jedoch der magnetische Fluss durch einen rotierenden weichen Ferrit hindurch schliesst.
NachdenFig. lund2weistdieMaschineeinenInduktorauf. der durch zweIMagnete la und Ib gebildet ist. vondenenjederdie Form eines torusformigenKorpersbesitzt, der durch die Rotation eines Quadrats oder einesRechtecks abcd bzw. efghumdieAchse x-x erzeugt ist. Diese torusförmigenKörperoderRinge mit verschiedenem Radius sind koaxial angeordnet. Sie arbeiten mit einem Anker 2 zusammen, der lamellenförmig oder in Form einer dunnen Scheibe ausgefuhrt, auf der Welle 3 mit Hilfe eines Teils 4 befestigt ist, der bei 5 auf dieser Welle verkeilt ist. Die Welle 3 läuft in einer selbstschmierenden Hülse 6, die in einem Ring 7 gefasst ist.
Dieser Ring 7 ist auf einer eisernen Platte 8 des Stators befestigt, auf welcher die Magnete la und 1b durch geeignete Mittel (die später beschrieben sind) befestigt sind, die es gestatten, die relative Winkelstellung dieser Magnete um ihre gemeinsame Achse x - x zu verändern. Der axiale Luftspalt zwischen der dünnen, rotierenden Scheibe 2 und den Magneten la und 1b ist durch die Länge der Hülse 6 und durch die Festlegung der Welle 3 durch eine Ringscheibe 9 bestimmt, die durch eine auf das mit Gewinde versehene Ende der Welle 3 aufgeschraubte Mutter 10 festgehalten wird. Bei lia befinden sich die Bürsten, deren Abstützungen 11 auf der Platte 8 befestigt sind.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, schleifen diese Bürsten auf leitenden Teilen 20, die im Mittelteil der magnetisch glatten Scheibe 2 angeordnet sind und die Enden der auf derscheibe angedrdnetenwicklungen darstellen. Diese Wicklungen, von denen in Fig. 3 nur einige Windungen dargestellt sind, umfassen die aktiven Leiter 19, die leitenden Teile 20 und die Wicklungsköpfe 21. Diese Wicklungen sind flach auf der Scheibe 2 angeordnet und werden vorzugsweise nach einer an sich bekannten Methode durch Einpressen auf dieser Scheibe hergestellt. Ihre radial im Mittelteil der Scheibe 2 angeordneten Enden 20 kommen direkt in Kontakt mit den BUrsten lia, wodurch die Anordnung von Kcllektorlamellen entbehrlich wird.
Die Bürsten könnten ebenso auf einem Teil der aktiven Leiter 19 schleifen.
In Fig. 2 sind die dem Anker zugewendeten Oberflächen der induzierenden Magnete la, lb mit bei- spielsweise acht Magnetpolen dargestellt. Die Form dieser Magnetpole mit abwechselndem Vorzeichen
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die auf den gleichen Radien liegen können, so dass sie in einem Winkel zum Zentrum liegen, der demjenigen einer Wicklung entspricht (s. Fig. 3). Jedenfalls könnte man, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, fur die Pole auch andersartige Formen wählen.
Beim Studium der Fig. 3 erkennt man, dass, wenn die relativen Winkelstellungen der Magnete la und 1b so ausgewählt sind, dass zwei gleichnamige Pole der beiden Magnete in den gleichen Winkel zum Zentrum kommen, wie dies in Fig. 3 der Fall ist, der jede Ankerwicklung durchsetzende magnetische Fluss ein Maximum ist, während dieser Fluss im Gegensatz dazu ein Minimum oder-sogar Null ist, wenn man es durch relative Drehung der Magnete la und 1b so einrichtet, dass ungleichnamige Pole der beiden
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beiden Magnete kontinuierlich zwischen seinem Maximum und Minimum ändert.
Der Benutzer der Maschine, die ein Generator oder ein Motor sein kann, hat somit die Möglichkeit, den Induktionsfluss den jeweiligen Bedingungen anzupassen.
Die Vorrichtung, die es gestattet, die relativen Winkelstellungen der beiden Magnete zueinander zu
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verändern, kann verschiedenartig ausgeführt werden.
Die in den Fig. 1 und 2 beispielsweise dargestellte Ausführungsform ist folgendermassen zusammengesetzt :
Die Scheibe 8 besteht aus nichtmagnetischem Material, und die Magnete la und Ib sind mit Hilfe von ringförmigen ferromagnetischen Teilen - 25 fest und 27 beweglich - damit verbunden, die beide ein Joch für den entsprechenden Magnet bilden. Weiters dient ein unmagnetischer Ring 26 als gemeinsame Zentrierung der beiden Magnete. Auf dem äusseren Umfang der Scheibe 25 ist ein Zahnkranz 28 angebracht, der durch eine Schnecke 29 mitgenommen werden kann. Die Welle 30 dieser Schnecke ist in einem auf der Platte 8 befestigten Aufsatz 31 gelagert und mit einem geriffelten Knopf 32 versehen.
MitHilfe dieses Knopfes kann man die Schnecke und den Zahnkranz 28 verdrehen, wodurch der Magnet la bezüglich des Magnets Ib verschoben wird.
Die AusfUhrungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich von der vorhergehenden durch das Vorhandensein eines Gehäuses 12 mit magnetisch weichen Eigenschaften, wobei sich in einem Teil desselben der aktive magnetische Fluss schliesst, d. h. derjenige, der den dünnen Anker 2 durchsetzt, der im Zwischenraum zwischen den Magneten la, 1b und dem Gehäuse 12 angeordnet ist. Dieser ist auf der Platte 8 befestigt.
Um den Schluss des magnetischen Kreises zu verbessern und den Luftspalt zu verringern, kann man auch hinter dem Anker 2 einen weichen Ferrit anbringen.
Man kann auch, um den magnetischen Fluss zu schliessen, wie es Fig. 5 zeigt, auf der rotierenden Scheibe 2 und dahinter einen Kranz le anordnen, der durch ein zu einer kompakten Spirale zusammengerolltes Blechband gebildet wird, wobei der so gebildete magnetische Block dazu dienen kann, die induzierte Wicklung zu tragen. Ringe 17 und 18, die zwischen der Scheibe 2 und einem mit dem Teil 4 fest verbundenen Kranz 14 befestigt sind, dienen dazu, den Spiralblock 16 in seiner Lage zu halten. In diesem Beispiel ist uberdies ein Kugellager 15 vorgesehen, um die Wirkung der Magnete auf den Anker aufzunehmen.
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Elektrische Maschine mit ebenem axialem Luftspalt, insbesondere Gleichstrommaschine, bei welcher der Induktor aus zwei koaxialen, rotierenden oder feststehenden Ringkörpern gebildet ist, die um ihre gemeinsame Achse gegeneinander einstellbar verdreht werden können und aus einem ferromagnetischen Material von geeigneter Zusammensetzung mit starkem koerzitiven Feld bestehen und in der Querrichtung magnetisiert einenRing aufeinanderfolgender ungleicher Pole aufweisen, und der Anker als dünne Scheibe ausgebildet ist, auf welcher eine flache, gleichmässig verteilte, gedruckte Wicklung aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Ringkörper des Induktors aus einem Stuck ferromagnetischen Materials mit voneinander distanzierten Polen besteht, deren Form und Anzahl durch die gewünschte Leistung und Polarität bestimmt sind,
und die Ringkörper verschiedene Durchmesser aufweisen und an der gleichen Seite des Ankers vorgesehen sind, wobei der Anker aus unmagnetischem Material besteht und die erzeugten MagnetflUsse sich hinter dem Anker schliessen.