<Desc/Clms Page number 1>
Induktor für rotierende elektrische Maschinen
Die Erfindung betrifft einen Induktor für rotierende elektrische Maschinen, welcher die Kombination eines magnetischen Hauptkreises mit Dauermagnet und eines magnetischen Hilfskreises aufweist, wobei der Hilfskreis parallel zum Hauptkreis liegt und mit einer zur Steuerung dienenden Erregerwicklung ver- sehen ist.
Die Verwendung von Dauermagneten ist für diejenigen Benützer besonders von Bedeutung, die nur über Energiequellen wie Batterien und Akkumulatoren verfügen. Sie hat aber drei wesentliche Nachteile, nämlich das Risiko der Entmagnetisierung, die Schwierigkeiten bei der Regelung der magnetischen Induk- tion und die praktische Unmöglichkeit, eine Selbstregelung zu erreichen. Aus der britischen Patentschrift
Nr. 681, 403 ist es bekannt, dem den Induktor bildenden Magnet einen magnetischen Kreis nebenzuschal- ten, in welchem sich ein relativ bedeutender Luftspalt befindet und der daher einen in bezug auf den Hauptkreis erhohten magnetischen Widerstand aufweist. Dieser Nebenschluss ist folglich praktisch ohne
Wirkung auf den Fluss, welcher den Rotor der Maschine durchquert, solange die ihn versorgende Erregerwicklung nicht erregt ist.
Wenn sie von Strom durchflossen ist, bewirkt der Nebenschluss den Kurzschluss des Induktormagneten und die Aufhebung des den Rotor durchquerenden Flusses. Der Nebenschluss wirkt somit subtraktiv auf den Nutzf1uss des lnduktors. Weiters ist bei dieser bekannten Einrichtung ein Schutz gegen die Gefahr der Entmagnetisierung des Induktormagnets nicht oder nur im ganz geringen Ausmass gegeben, weil in dem magnetischen Nebenschluss ein nennenswerter Luftspalt vorgesehen ist. Diese Nachteile treffen auch auf die Ausführung nach der französischen Patentschrift Nr. 467. 675 zu, nach welcher der Nebenschluss durch einen veränderbaren Luftspalt vom magnetischen Hauptkreis getrennt ist. Übrigens besteht das Problem der Entmagnetisierung in diesem Fall nicht, da es sich um elektromagnetische Maschinen handelt.
Es ist ferner aus der deutschen Patentschrift Nr. 733608 eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung der richtigen Polarität bei Gleichstromerzeugern bekannt, bei der an einer Stelle des Magnetfeldkreises ein Permanentmagnet angeordnet ist, der mit einem magnetischen Nebenschluss versehen ist. Der zum permanenten Magnet parallel angeordnete magnetische Nebenschluss ist weder mit einer Steuerwicklung noch mit einer Reglerwicklung versehen. Der Nebenschluss bildet einen Schutz für den permanentenMagnet, indem er bei einem äusseren Maschinendefekt den grösseren Teil des Gegenflusses ableitet, welcher die Entmagnetisierung oder Polumkehrung des Magnets verursachen würde.
Der Magnetnebenfluss besitzt auch einen relativ bedeutenden Luftspalt, ohne den die bekannte Einrichtung wirkungslos wäre, denn dann könnte kein magnetischer Widerstand entstehen und der Magnet würde einfach kurzgeschlossen.
Die Erfindung zielt darauf ab, bei einem Induktor der eingangs angeführten Art die Gefahr der Entmagnetisierung bei Demontage der Maschine zu beseitigen und einen zusätzlichen, regelbaren Magnetfluss durch den Nebenschluss zu erzeugen, damit der gesamte Fluss der Maschine jeden gewünschten Wert entsprechend den Bedingungen der Verwendung erhalten kann.
Die Erfindung besteht im Wesen darin, dass der luftspaltfreie Hilfskreis einen vernachlässigbaren magnetischen Widerstand im Vergleich zu dem des Hauptkreises aufweist und bei Unterbrechung der Erregerwicklung als magnetischer Kurzschluss wirkt, wogegen er bei genügend erregter Erregerwicklung an der Erzeugung des Induktorflusses der Maschine mitwirkt. Somit ist bei stromloser Steuerwicklung des Nebenschlusses der permanente Magnet total kurzgeschlossen, so dass die Maschine ohne die Gefahr einer Entmagnetisierung demontiert werden kann ; bei stromführender Steuerwicklung wirkt der Nebenschluss bei dem Entstehen des Induktorflusses der Maschine mit.
<Desc/Clms Page number 2>
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes mit einem zugehörigen Diagramm sind in dei Zeich- nung dargestellt. Fig. 1 zeigt den Teil der Magnetisierungskurve eines ferromagnetischen Materials für einen Dauermagnet, die sich auf die remanente Magnetisierung bezieht, Fig. 2 einen teilweisen schematischen Schnitt durch den erfindungsgemässen Magnetkreis, Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine Gleich-
EMI2.1
einen analogen Schnitt durch eine mehrpolige Wechselstrommaschine mit zylindrischem Luftspalt, die ebenfalls einen Induktor gemäss der Erfindung aufweist.
In Fig. 1 ist die Kurve der remanenten Induktion in Abhängigkeit vom entmagnetisierenden Feld für ein ferromagnetisches Material dargestellt, das für die Herstellung von Dauermagneten bestimmt ist.
Die Untersuchung dieser Kurve zeigt klar die Gefahren der Entmagnetisierung und die Möglichkeiten der Induktionsregelung.
Tatsächlich erreicht beim Wert Null der entmagnetisierenden Feldstärke H die remanente Induktion ihren Maximalwert B ; nun erzeugen aber in einem magnetischen Kreis mit Luftspalt, wie z. B. in einer rotierenden Maschine, die oberflächlichen magnetischen Massen der Pole, die auf den beiden Rändern des Luftspaltes liegen, ein inneres entmagnetisierendes Feld, das die Induktion vermindert. Auf der Induktionskurve liegt derBildpunkt des Zustandes des Magnets dann bei Q. Der Punkt Q ist definiert durch den Schnitt der Kurve mit der Geraden OQ, genannt Arbeitslinie, die von den Abmessungen des Magnets und des Luftspalts abhängt.
Um die Induktion variieren zu können, kann man zum inneren entmagnetisierenden Feld ein äusseres entmagnetisierendes Feld hinzufügen, das direkt auf denMagnet in Richtung der Achse der Felder (Pfeil a) wirkt ; der Arbeitspunkt verschiebt sich im entsprechenden Sinn (Pfeil b) von Q nach P. Man kannauf diese Weise nach Durchlaufen des Bogens PN bis M gelangen, für welchen Punkt die Induktion auf die Hälfte ihres Maximalwertes, also B./2, reduziert ist. Wenn man im umgekehrten Sinne zurückkehren will, be-
EMI2.2
äusseren entmagnetisierenden Feldes erhält man fur die Induktion einen Wert B, als Ordinate des Schnittpunktes R der Geraden MB, und OQ. Unter diesen Bedingungen wird die Amplitude der Induktionsänderung im Verhältnis zu der ursprünglich berechneten wesentlich reduziert.
Die vorstehenden Erklärungen zeigen demnach die bestehende Gefahr der permanenten Entmagneti- sierung. Diese kann übrigens auch ohne äusseres entmagnetisierendes Feld hervorgerufen werden : es genügt hiezu, eine Vergrösserung des Luftspaltes durchzuführen, damit der Bildpunkt von Q nach P und dann darüber hinaus in die Zone wandert, wo die Bedingungen für die permanente Entmagnetisierung durch die alleinige Wirkung des inneren entmagnetisierenden Feldes vereinigt sind.
Die eben erwähnten Schwierigkeiten werden gemäss der Erfindung dadurch vermieden, dass dem Dauermagnet ein magnetischer Hilfskreis beigegeben wird, der so angeordnet wird, dass der Bildpunkt dauernd in einem Teil der Induktionskurve verbleibt, für den die Entmagnetisierung vernachlässigbar bleibt.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Anordnung nach der Erfindung, die einen Luftspalt 1 aufweist, der zwischen einem Rückführungsjoch 2 und einem Erregerkreis liegt, der einen Polschuh 3, einen Dauermagnet 4 und ein Hauptjoch 5 umfasst. Parallel zum Magnet 4 ist ein Nebenschluss 6 aus magnetisch weichem Material angeordnet, um den eine Wicklung 7, genannt Steuerwicklung, gelegt ist.
Der magnetisierte Stab 4 mit zum Luftspalt senkrechter Achse lässt auf dem Polschuh 3 am Rande des Luftspaltes einen Pol auftreten, dessen magnetischer Fluss sich über die ungleichnamigen Magnetpole, die dem dargestellten benachbart sind, mit Hilfe des Joches 2 schliesst, das für die magnetischen Kreise der Erregermagnete einer rotierenden mehrpoligen Maschine gemeinsam ist. Auf der dem Luftspalt entgegengesetzten Seite ist das Joch 5 in gleicher Weise für die magnetischen Haupt- und Hilfskreise der verschiedenen Dauermagnete gemeinsam.
Die Arbeitsweise einer solchen Vorrichtung ist leicht zu verstehen, wenn man annimmt, dass der magnetische Nebenschluss 6, der neben jedem Magnet, wie z. B. 4, liegt, durch die Wicklung 7 so erregt wird, dass die magnetischen Potentiale La und Eb des Magnets bzw. des Nebenschlusses im unteren Teil der Polschuhe an der in der Figur gestrichelt gezeichneten Stelle gleich sind.
Zur Vereinfachung sei angenommen, dass der magnetische Kreis nicht gesättigt ist und der magnetische Widerstand, den dieser Kreis bei Abwesenheit des Nebenschlusses 6 hätte, der gleiche ist wie derjenige, den er ir Abwesenheit des Magnets 4 hätte. Unter diesen Bedingungen kann man sich überlegen, dass der Magnet und der erregte Nebenschluss, die im Kreis parallel angeordnet sind, je die Hälfte des Erregungsflusses liefern, wie wenn sie unabhängig wären. Dies entspricht für denMagnet dem Arbeitspunkt Q auf der Induktionskurve.
<Desc/Clms Page number 3>
Wenn man die Erregung der Steuerwicklung unterbindet, hat der magnetische Nebenschluss 6 die
Wirkung eines Kurzschlusses für den magnetisiertenStab 4. Ein bedeutender Teil des Magnetflusses schliesst sich mit seiner Hilfe. Der Fluss im Luftspalt wird auf diese Weise wesentlich reduziert, während sich der
Magnet in günstigen Verhältnissen befindet, da der Bildpunkt seines magnetischen Zustandes nahe B. liegt.
Durch gegensinnige Erregung derWicklung 7 kann man denFluss im Luftspalt noch weiter vermindern ; der Magnet strebt dann nach stärkerer Magnetisierung oder, mit andern Worten, es bewegt sich der Bild- punkt seines Zustandes auf der Kurve über B hinaus.
Umgekehrt erhöht sich nach Rückkehr zum Ausgangspunkt, d. h. bei Gleichheit der durch den Magnet und den erregten Nebenschluss erzeugten Erregungsflusse, bei Verstärkung der Nebenschlusserregung der
Fluss im Luftspalt ; man vermeidet dann die Überschreitung des Punktes P durch die Wirkung des so über- lagerten entmagnetisierenden Feldes.
Unter diesen Bedingungen werden die Wicklungen sowohl eines äusseren als auch eines inneren ent- magnetisierendenFeldes entsprechend gesteuert und man verfügt mit völliger Sicherheit übereinen weiten
Regelbereich.
In Fig. 3 ist der Schnitt durch eine mehrpolige Gleichstrommaschine mit ebenem Luftspalt und ge- mischter, gemäss der Erfindung ausgeführter Erregung dargestellt. Diese Maschine weist eine Welle 8 auf, auf welcher ein Anker mit flachen Wicklungen und lamellenförmigen Leitern 9 montiert ist. Diese Welle ist in zwei Kugellagern 10 und 11 gelagert, die im Innern zweier Schalen 12 und 13 angeordnet sind, von denen die eine bei 14 einjoch und bei 15 Bürstenträger aufweist, während die andere mit einer Induktions- vorrichtung gemäss der Erfindung ausgestattet ist.
Diese letztere umfasst ein Hauptjoch 16, das für mehrere Dauermagnete 17 gemeinsam ist, von denen jeder mit einem Schuh 18 und einem magnetischen Nebenschluss 19 ausgestattet ist, auf welchem eine
Steuerwicklung 20a, wie oben beschrieben, befestigt ist. Man kann ebenso auch eine Reglerwicklung 20b vorsehen, die in der Figur mit dicken Linien dargestellt ist. Diese Selbstreglerwicklung ist z. B. als Kom- pound- oder Gegenkompoundwicklung je nach der beabsichtigten Verwendung ausgebildet.
Der teilweise Schnitt durch eine mehrpolige Wechselstrommaschine mit zylindrischem Luftspalt und gemischter Erregung gemäss der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Diese Maschine weist bei 21 einen magnetischen Statorkreis auf, auf welchen die Stromerzeugerwicklung 22 aufgewickelt ist. Der gemäss der Erfindung ausgeführte Rotor besteht aus einem gemeinsamen Joch 23, das mit Paaren von Dauermagneten
24-24 von gleicher Magnetisierung verbunden ist, auf die ein Polschuh 25 aufgesetzt ist und die durch eine Wicklung 27 gesteuert werden, die den für jedes Paar von Dauermagneten 24 gemeinsamen Nebenschluss 26 erregt.
Die Steuerwicklungen sind mit einer Stromsammlereinrichtung verbunden, die aus Ringen 28 und Bürstenträgern 29 besteht. Die Wicklung 27 ist als direkt mit den Bürstenträgem 29 verbunden dargestellt, was bedingt, dass die verschiedenen Wicklungen, wie z. B. 27, parallelgeschaltet und im entsprechenden Sinn verzweigt sind. Selbstverständlich kann die gleiche Verzweigung, wenn dies gewünscht wird, auch in Serie geschaltet werden.
Bei der letztgenannten Anwendung stellt man daher fest, dass der erregte Nebenschluss 26 zur Regelung des Flusses der beiden parallelen, gleichnamig magnetisierten Magnete 24-24 dient. Man würde jedoch den Rahmen der Erfindung auch nicht überschreiten, wenn Iman einen gleichen erregten Nebenschluss verwendete, um den Fluss einer höheren Zahl von Magneten zu steuern (oder eines einzigen wie im Fall der Fig. 3), die in seinem Magnetkreis parallel angeordnet sind.
Die in den angegebenen Beispielen verwendeten Dauermagnete bestehen vorzugsweise aus einer Metallegierung ; man kann aber ebensogut Agglomerate oder keramische Stoffe von der Art der Ferrite mit grosser Remanenz und erhöhtem koerzitivem Feld verwenden. Insbesondere im Falle der Ferrite können die einzelnen Polmassen durch einen glatten Torus mit örtlicher mehrpoliger Magnetisierung ersetzt werden, wobei die Nebenschlüsse 6 (Fig,2) und die Polschuhe 3 getrennte Teile bleiben, die gegenüber jedem im Torus festgelegten Pol angeordnet sind.
Selbstverständlich könnte der Nebenschluss 26 der in Fig. 4 dargestellten Wechselstrommaschine auch wie der Nebenschluss 19 in Fig. 3 mit zusätzlichen Regelwicklungen versehen sein, die durch entsprechende Ringe gespeist werden, welche die Verbindung mit einer geeigneten Reglerquelle herstellen.
Ebenso könnten selbstverständlich die Erregerwicklungen der verschiedenen Nebenschlüsse, die als in der herkömmlichen Weise gewickelte Drähte dargestellt sind, auch durch flache, gegebenenfalls ferro- magnetische Wicklungen mit lamellenförmigen Leitern ersetzt werden.