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Umlaufende elektrische Maschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine umlaufende elektrische Maschine mit axialem Luftspalt, deren rotierender Anker eine flache Wicklung aus lamellenförmigen Leitern trägt, die auf beiden Seiten eines scheibenförmigen Trägers ausisoliermaterial vorgesehen und durch ein Druckverfahren oder andere gleichartige Verfahren aufgebracht ist. Man kann an solchen Maschinen die üblichen Schleifringe anordnen, um sie als Wechselstrommaschinen (Generatoren oder Motoren) mit umlaufendem Anker zu verwenden oder al$ Umformer oder Einankerumformer, welche mit Gleichstrom über Bürsten oder mit Wechselstrom über Schleifringe je nach der vorgesehenen Funktion gespeist werden.
Aus der deutschen Patentschrift Nr. 883170 ist es zum Beispiel bekannt, bei einem Axialmotor, dessen Stator und Rotor in gegenläufiger Anordnung drehbar auf einer Tragachse gelagert sind, den die Feldwicklung tragenden Statorkörper mit zwei Kontaktringe zu versehen und durch Schleifkontakte an die Stromzufuhr anzuschliessen. In unterschiedlicher Weise zur elektrischen Maschine nach der Erfindung bestehen jedoch die Wicklungen aus isolierten Leitern, die in Nuten eines magnetischen, aus Blechen aufgebauten Ankers eingelegt sind.
Die Erfindung ermöglicht eine besondere Ausführung von Maschinen mit axialem Luftspalt durch eine Einrichtung, die viel einfacher ist als die bekannten Anordnungen mit Schleifringen neben dem Anker.
Sie besteht im Wesen darin, dass die Ankerscheibe auf wenigstens einer ihrer Stirnflächen mit einer oder mehreren flachen und kreisförmigen, elektrisch leitenden Bahnen versehen ist, wobei diese an geeigneten Stellen mit der Ankerwicklung verbunden sind und als Gleitbahnen für die Z1 : I- und Ableitung von Wechselstrom dienen.
Diese flachen Bahnen, die in gleicher Weise und zur gleichen Zeit wie die flachen Leiter der Wick-
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es notwendig ist, auf beiden Teilen und die Bahnen an jeder Stirnseite der Scheibe angeordnet sein.
Durch die Erfindung kommen gewisse Teile, welche bei umlaufenden elektrischen Maschinen für Wechselstrom normalerweise notwendig sind, in Wegfall ; sie vereinfacht ferner die Automatisierung der Herstellung durch die Möglichkeit gewisse Arbeitsvorgänge zu vereinen und bietet daher wesentliche wirtschaftliche Vorteile.
Die folgende Beschreibung erläutert an Hand der angeschlossenen Zeichnungen die Ausführungsbeispiele, welche die verschiedenen Merkmale der Erfindung enthalten.
Fig. 1 zeigt einen teilweisen schematischen Aufriss eines Ankers mit einer flachen Wicklung, welcher gemäss der Erfindung zwei flache, leitende Bahnen für Wechselstrom aufweist, Fig. 2a und 2b bzw. u und 3b zeigen schematisch die Stirnseiten : eines Ankers gemäss der Erfindung, versehen mit ebenen Bahnen für zweiphasigen Wechselstrom bzw. für Drehstrom.
Der teilweise dargestellte Anker in Fig. 1 hat die Form einer dünnen Isolierscheibe 1, welche auf ihren beiden Selten mit einer flachen Wicklung versehen ist, die aus z. B. durch Druck, Lichtdruck, elektrolytischen Niederschlag od. dgl. hergestellten, lamellenförmigen Leitern besteht.
Jede der Windungen der Wicklung, welche z. B. eine vollkommen symmetrische Wellenform aufweist und in sich geschlossen ist, ist in zwei Hälften symmetrisch in bezug auf eine radiale Ebene geteilt, und die eine der Hälften befindet sich auf der einen Scheibenseite und die andere auf der gegenüberliegenden
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von Windungen schematisch, unmassstäblich und auch unproportional dargestellt. Tatsächlich sind die Windungen viel zahlreicher und können fast gänzlich die Stirnseiten der Scheibe bedecken. Die beiden Hälften jeder Windung auf beiden Seiten der Scheibe sind gegen den Umfang und das Zentrum der Scheibe durch Verbindungen 2,3 miteinander vereint. welche quer durch die Scheibe gehen.
Der so gebildete Anker wirkt mit einem nicht dargestellten Induktor zusammen, auf dessen zum Anker parallelen Fläche sich eine Anzahl Pole, abwechselnd Nord und Süd, befindet, welche eine den Ankerwindungen entsprechende Form aufweisen, wobei der Luftspalt also axial ist und die magnetischen Feldlinien senkrecht zur Fläche des Ankers zur Zeichenebene der Fig. 1 verlaufen.
Die Verbindungen der Windungen der Ankerwicklung durch quer durch die Scheibe gehende Verbindungen ermöglicht Teile an der Peripherie und im Zentrum der Scheibe freizuhalten, die nicht von der Wicklung bedeckt sind. Gemäss einem Merkmal der Erfindung sind in diesen Teilen der Ankerscheibe flache, kreisförmige und leitende Bahnen angeordnet, die nach einem ähnlichen Verfahren hergestellt werden wie die Wicklung. Diese mit den Windungen der Wicklung verbundenen Bahnen ermöglichen je nachdem, ob die Maschine als Generator oder Motor verwendet wird die Ab- oder Zuführung von Wechselstrom durch senkrecht zur Ankerfläche und durch Federn gegen die Bahnen gehaltene Bürsten.
In Fig. 1 ist eine einphasige Maschine dargestellt. Die eine der Scheibenseitenist mit einer peripheren Bahn 4 und einer zentralen Bahn 5 versehen. Durch flache Zungen 4a, 5a sind diese Bahnen mit der Wicklung an Stellen verbunden, die den Abstand von einem Polschritt, d. h. von oder allgemeiner (2k plus 1) T aufweisen, wobei k eine beliebige ganze Zahl ist.
Daher ist im Fall nach Fig. l, der Polschritt des Induktors angenommen wie der zwischen den radialen Leitern a, b der einen mit der Bahn 4 verbundenen Windungen bzw. zwischen den radialen Leitern a', b' der andern, mit der Bahn 5 verbundenen Windungen bestehende Winkel T.
Die Maschine ist einfach so einzurichten, dass sie Gleichstrom aufnehmen oder abgeben kann und auch z. B. als Einankerumformer oder Umformer verwendbar ist. Tatsächlich können die flachen und blanken, die Windungen des Ankers bildenden Leiter in einem passenden Teil ihrer Länge die Rolle von Kollektorlamellen übernehmen, auf welchen Bürsten aufliegen können, um Gleichstrom zuzuführen oder abzunehmen. Die zwei gestrichelten Kreise 11 in Fig. 1 grenzen den Ankerteil ab, auf welchem die angeordneten Bürsten schleifen.
Bei einer zweiphasigen Maschine müssen die mit den Bahnen verbundenen Stellen der Wicklung um
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ze Zahl ist.
In Fig. 2a und 2b sind die zwei zur Vereinfachung der Herstellung gleichgestalteten Seiten einer zweiphasigen Wicklung dargestellt, welche auf der Isolierscheibe 1 mit dem Zentrum 10 aufgebracht ist.
Da der nicht dargestellte Induktor mit einer ungeraden Anzahl von Polpaaren versehen ist, sind die Bahnen 6a, 7 zur Stromentnahme einer der Phasen mit zwei Leitern 8a, 9a verbunden, die in einer Linie liegen und daher in Gegenphase sind.
Ebenso sind für die zweite Phase auf der andern Stirnfläche der Scheibe Bahnen 6b, 7b vorgesehen, welche mit zwei Windungen verbunden sind, deren radiale Leiter 8b, 9b gleichfalls in einer Linie liegen. Die Lagen der Verbindungen sind in der Weise zur Sicherung der gewünschten Phasenverschiebung mit zwischen zwei Phasen mit etwa 2k bestimmt.
Mit 11 ist der durch zwei strichliert dargestellte Kreise begrenzte Weg bezeichnet, welchen die Bür- sten für Gleichstrom, wenn die Maschine als Umformer wirken soll, auf der rotierenden Scheibe durchlaufen.
Bei dreiphasigen Maschinen mit Dreieck-Schaltung, ermöglicht durch die geschlossene Ankerwicklung, muss jede der mit einer Bahn verbundenen Ableitungen, bezogen auf die benachbarten Ableitungen, um zwei Drittel des Polschrittes, das ist um 2/3'IT. verschoben sein. Allgemeiner, bei Berücksichtigung der Eigenschaften der wellenförmigen Wicklung können die Verschiebungen der Ableitungen, be-
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ze Zahlen sind.
In den Fig. 3a und 3b sind die zwei zur Erleichterung der Herstellung gleichgestalteten Seiten einer dreiphasigen Wicklung dargestellt, die auf einer Isolierscheibe 1 mit dem Zentrum 10 befestigt ist. Die peripheren Bahnen 12a, 12b sind vermittels Zungen an einer gleichen Windung an der Stelle der quer durch die Scheibe gehenden Verbindung angeschlossen. Sie haben folglich das gleiche Potential und die eine oder andere kann je nach Belieben zur Stromentnahme mittels einer Bürste dienen ; die beiden andern Bürsten schleifen auf den Bahnen 13a, 13b, welche mit zwei Windungen verbunden sind, derenradiale Leiter 15a, 15b zwischen sich und mit den Leitern 14a, 14b die gewünschte Phasenverschiebung haben.
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Der Weg der Bürsten 11 für Gleichstrom ist wie in der vorhergehenden Figur dargestellt.
Es geht nicht über den Rahmen der Erfindung hinaus, wenn die Bahnen in andern Anordnungen wie in den beschriebenen Beispielen verwendet werden ; also in dem Falle von grösseren Scheibendurchmessern ist es möglich, um die Reibungsverluste zu vermindern, die äusseren Bahnen an der Wicklung durch Bahnen zu ersetzen, die mit viel kleineren Durchmessern auf der Wicklung aufgesetzt, elektrisch durch eine dünne Isolation von dieser isoliert und mit den gewählten Stellen der Wicklung verbunden sind, nach den bekannten Methoden im Bereich der Stromkreise, die beispielsweise nach der Sandwichanordnung aufgedruckt sind. Dies ermöglicht, insbesondere Bahnen aus Metall herzustellen, die unterschiedlich von der übrigen Wicklung sind und den Schleifkontakt durch bekannte Verfahren, wie z. B.
Metalleinlagen mit kleinem Reibungskoeffizient, elektrolytisches Polieren zu verbessern.
Ein zusätzlicher Vorteil dieser Herstellungsart ist die Verminderung der Anzahl der Wicklungen, die normalerweise benötigt wird, wobei zahlreiche Varianten in bezug auf die Bahnen je nach der gewünschten Funktion verwirklichbar sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Umlaufende elektrische Maschine mit axialem Luftspalt, deren rotierender Anker eine flache Wicklung aus lamellenförmigen Leitern trägt, die auf beiden Seiten eines scheibenförmigen Trägers aus Isoliermaterial vorgesehen und durch ein Druckverfahren oder andere gleichartige Verfahren aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerscheibe auf wenigstens einer ihrer Stirnflächen mit einer oder mehreren flachen und kreisförmigen elektrisch leitenden Bahnen versehen ist, wobei diese an geeigneten Stellen mit der Ankerwicklung verbunden sind und als Gleitbahnen für die Zu-und Ableitung von Wechselstrom dienen.