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Dynamomaschine.
Der Gegenstand vorliegender Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine, welche zur Erzeugung von Gleich- und Wechselstriimen dient.
Trotz der wesentlichen Vorzüge, namentlich in Bezug auf den ausserordentlich geringen Prozentsatz an aufgewendeter Energie für ihre Erregung haben z. B. die bekannt gewordenen Gleich-und Wechselspolmaschincn mit einspuligem Magnetfeld (System Wenström). mit wenig Ausnahmen, nur für die Erzeugung von Wechselstrom Anwendung gefunden und sind als Gleichstrommaschinen meistenteils nur für Motoren ausgeführt worden. Dieser Umstand hatte verschiedene Gründe. So z.
B. bereitete eine funkenlose Stromwendung Schwierigkeiten infolge der starken Änderung der Feldstärke innerhalb der neutralen Zone bei verschiedener Strom belastung, da die Entfernung zwischen den Polkanten nur bis zu einem gewissen Grad verringert werden konnte und die Anordnung von Wendepolen zum Ausgleich der Ankerrückwirkung ausgeschlossen war. Weiterhin wurde die Oberfläche des Ankers bei den bekannten Maschinen schlecht ausgenützt und es musste dieselbe, um eine gewisse Leistung zu erreichen, unverhältnismässig gross gebaut werden, wodurch sie naturgemäss entsprechend schwer wurde.
Die Beseitigung dieser Missstände bildet nun den Grundgedanken vorliegender Erfindung. und zwar sind der Erfindung Maschinen zu Grunde gelegt, bei denen die Pole als Polzacken aus-
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raum nahezu verschwinden kann. Es stellen sich dann bei < hesen Polzacken überall nur Kanten und nirgends parallele Flächen gegenuber, wodurch der magnetischen Streuung nach Möglichkeit entgegengearbeitet wird. Die Ausnützung der Ankeroberfläche ist damit eine ausserordentlich vollkommene, so dass gegenüber den bekannten Maschinen bei gedrungenster Bauart, d. h. im
Verhältnis zum Gewicht, eine höhere Leistungsfähigkeit erzielt, mithin eine nicht unwesentliche
Ersparnis an Kupfer und Eisen erreicht wird.
Die Begrenzungslinie der Pulzl1 ('ken kann hierhel eine beliebige regelmässige Kurve sein, je nach Wahl der Kurvengestaltung der Spannungslinie.
Gemäss vorliegender Erfindung ist nun als Begrenzungslinie der Polzacken eine Form gewählt, welche eine dauernd funkenlose Stromwendung selbst bei stark wechselnder Belastung zulässt.
Bei den bisher bekannten Maschinen ohne Wendepole konnte eine Stromwenduiig ohne
Funkenbildung nur dadurch erreicht werden, dass die Bürsten jeweils verstellt wurden. Diesen
Maschinen gegenüber zeichnet sich nun der Erfindungsgegenstand dadurch aus, dass sich eine soothe Bürstenwerstellung vollkommen erübrigt, indem ohne weiteres eine dauernd funkenlose Stromwendung stattnndet. Dies wird durch Schaffung einer beliebig breiten Stromwendezone erreicht. Zu diesem Zweck ist der an sich regelmässige Verlauf der Polbegrenzungslinien der zu erzielenden Wirkung entsprechend in geeigneter Weise unterbrochen. So z. B. können die Kurven an geeigneten Stellen ausgesprochene Absätze besitzen, d. h. die Kurven sind stufenförmig ab- gesetzt.
Sie verlaufen dabei zunächst in der bekannt gewordenen regelmässigen Form bis zu diesen jäh einsetzenden Verwerfungsstellen rad dane in ihrer alten Richtung wieder versetzt weiter.
Eine Verbreiterung der Stromwendezone und somit ein funkenloser Gang bei wechselnder Be-
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Um der Feldverzerrung und Quermagnetisierung zu begegnen, kann ferner noch der Mantel in geeigneter Weise geteilt, bezw. das Polgehäuse geschnitten werden.
Der Gegenstand vorliegender Erfindung ist auf der Zeichnungsbeilage schematisch, sowie in mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 stellt ein Wiekelschema des Ankers der bekannten Maschinen dar,
Fig. 2 ist ein Diagramm derselben, Fig. 3--5 erläutern die Verwendung von Polzacken mit sinoidalen Linien als Begrenzung, und zwar ist
Fig. 3 eine Abwicklung der Polflächen,
Fig. 4 ist ein vertikaler Seitenschnitt durch das Gehäuse,
Fig. 5 ein vertikaler Längsschnitt durch die gesamte Maschine,
Fig. 6,7 und 8 sind ähnliche Ansichten einer anderen Polzackenbegrenzung,
Fig. 9 und 10 erläutern in Einzelansichten die Bauart des Ankers, während
Fig. 11 den achsialen Vertikalschnitt einer Maschine mit spiralförmigen Ankerblechen darstellt.
Fig. 12 und 13 stellen die Bauart derartiger Maschinen als doppelte bezw. dreifache Maschine dar.
Fig. 14 zeigt das Anker-Wicklungsschema mit den Polflächen vorliegender Erfindung.
Fig. 15 ist eine graphische Darstellung der Wirkungsweise der neuen Maschine,
Fig. 16 stellt eine Abwicklung der Polflächen einer 6poligen Dynamo-Maschine dar und
Fig. 17 einen achsialen Vertikalschnitt durch das Polgehäuse einer Dynamo-Maschine vorliegender Erfindung.
Fig. 18-22 sind ähnliche Ansichten einer anderen Ausführungsform.
Fig. 23 und 34 stellen Abwicklung und Schnitt verschiedener Ausführungsformen mehrspuliger Maschinen dar.
Der Gegenstand vorliegender Erfindung bezieht sich auf dynamoelektrische Maschinen, bei denen die Polachuhe o und 5 mit Polzacken c uni cl von neuartiger Gestalt versehen sind.
Die einander zugekehrten Umrisse derselben können dabei von irgend welchen Kurven begrenzt
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dass sie nach allen Seiten abfallen, d. h. mehr oder weniger schneidenartig verlaufen (Fig. 4, 5, 7,11 und 12), so dass einander stets Kanten gegenüberstehen, um die magnetische Streuung möglichst zu versiindern.
Das Diagramm einer Maschine mit tief in einander eingreifenden Polzacken (Fig. 1, 6,7 und 11) ist in Fig. 2 dargestellt. Hier sind die mit I und 11 bezeichneten Kuryen - in ihrem Verlauf mit der Polzackenform übereinstimmend-, die Feldkurven bei stromlosem Anker. Die mit Il und III bezeichneten Kurven stellen das von den Ankerampere-Windungen erzeugte
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und III wird die Feldkurve III bezw. IIII erhalten. Aus dieser, durch den Einfluss der Ankerrückwirkung etwas verzerrten Kurve, lässt sich nun die Änderung der von einer Spule eingeschlossenen Kraftlinienzahl bei verschiedener Winkellage der Spule ermitteln. Diese Änderung ist durch die Kurven IV und Il'l für jeden Pol einzeln dargestellt.
Durch Kombination der Kurven IV und If'wired sodann die Induktionskurve 7 erhalten, welche von einer Sinuslinie nur sehr wenig abweicht. Die elektromotorische Kraft kann daher in beliebigem Massstab eben durch eine Hinuslinie VI, welche gegen die Induktionskurve um 900 voreilend verschoben ist, dargestellt werden.
Bei der in den Fig. 3-5 dargestellten Maschine greifen die Polzacken c nur soweit ineinander, als es die Höhe der auf der Trommel e angeordneten Ankerbleche j mit Rücksicht auf die magnetische Induktion, sowie die magnetische Schirmwirkung dieser Trommel e geeignet erscheinen lässt. Der grösste Teil der Ankerkraftlinien geht dann durch die Trommel e hindurch, während nur ein kleiner Teil von Polspitze zu Polspitze quer durch die Ankerbleche,/'ihren Weg nimmt.
Greifen nun die Polzacken Cl, wie dies in den Fig. 6,7 und 11 erläutert ist, so tief ineinander
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senkrecht zur Ankerachse k stehenden Ankerbleche-welche ein Feld von ungleicher Dichte bedingen würden-schräg zur Ankerachse k stehende Bleche (Fig. 9 und 10) bezw. solche mit Schraubenform zu wählen, wobei die von den Polzacken c abgeteilten Strecken gleich lang
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Bei den oben beschriebenen Maschinen war als Begrenzungslinie eine stetig verlaufende Kurve gewählt. Um nun eine möglichst breite Stromwendezone zu erhalten, wird der Be
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Im Allgemeinen verlaufen die Begrenzungslinien 111 der Polflächen c stetig. In einem geeigneten Punkt jedoch springen dieselben bei der Ausführungsform der Fig. 14-17 plötzlich auf einen seitlich gelegenen Punkt über, worauf sie ebenso vermittelt wieder ihre frühere Richtung und Form aufnehmen. Hierdurch entstehen höckerartige Absätze/, deren Begrenzungslinien von irgend welcher Form und Lage sein können.
Was nun die Wirkungsweise der neuen Polzacken betrifft (Fig. 15). so stellen die Kurven 1, 11 deren Begrenzungslinien dar und zeigen gleichzeitig das Magnetfeld eines Poles bei stromlosem Anker. Die Kurvcu II, IJ1 stellen das durch die Ankerampere-Windungen erzeugte Querfeld bei ausgeschalteter Erregung dar. Durch Addition der Kurven I und II bezw. 11 und III entstehen dann die Kurven III und IIII, welche das tatsächlich vorhandene Feld bei belasteter Maschine veranschaulichen. Aus diesen durch die Ankerrückwirkung etwas verzerrten Kurven lässt sich
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dargestellt und es muss besonders darauf hingewiesen werden, dass die Scheitel dieser Kurven zufolge der ebenfalls horizontal abgeflachten Kurven III und Ici'abgeflacht sind.
Durch Addition der Kurven IV und IV'werden dann die Induktionskurven V erhalten, welche gleichfalls ab geflachte Scheitel besitzen, so dass die abgeleitete'Kurve VI der elektromotorischen Kraft einer
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Vorteil, wenn diese abspringende Linie nicht ganz horizontal verläuft. Cm nämlich die elektro- motorische Kraft der Selbstinduktion in der durch die Bürsten kurz geschlossenen Spule auf-
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erreicht wird.
Bei den in den Fig. 18-22 dargestellten Ausführungsformen sind die Polflächen c unterteilt und haben von einander einen Abstand p.
Solange sich die kurzgeschlossene Spule, deren Breite n (Fig. 22) dem Abstand o (Fig. 20) der Unterteilungen entspricht, in dem Zwischenraums p bewegt, wird keine elektromotorische Kraft (abgesehen von der Selbstinduktion) in derselben induziert, da weder eine Zu- noch Abnahme der Kraftlinienzahl stattfindet. Im übrigen ist die Wirkungsweise aus dem Diagramm (Fig. 19) genau ersichtlich, wobei die Bedeutung der verschiedenen Kurven den Ertäuterungen der Fig. 2 entnommen werden kann.
Die Ausführung der Fig. 18-22 hat gegenüber der in den- Fig. 14-17 dargestellten den Vorteil, dal3 die Gesamtzahl der Kraftlinien entsprechend den Lücken der Unterteilung vermindert wird, wobei die Wirkung in keiner Weise geringer ist, wie bei der zuerst beschriebenen
Anordnung. Der Querschnitt des magnetischen Stromkreises kann daher bei der Ausführung nach Fig. 18-21 proportional der Kraftlinienersparnis verringert werden, so dass andererseits die Maschine leichter wird. Ausserdem wird die Wirkung des Anker (luerfeldes durch diese Aus- sparungen in bekannter Weise abgeschwächt.
Um die elektromotorische Kraft der Selbstinduktion der kurzgeschlossenen Spule zu kompensieren, bildet man die Polunterteilung nach Fig. 22 aus. d. h. man lässt in der Lücke in beliebigem achsialem Abstand eine annähernd dreieckige oder trapezförmige magnetische Brücke stehen, deren Dimensionierung gerade ausreicht, um die elektromotorische Kraft der Selbstinduktion aufzuheben. Die Begrenzungslinien dieser dreieck-oder trapezförmigen Brücke werden in der Praxis auf empirischem Wege bestimmt und können demzufolge auch irgend welche Kurvenform anstatt der geraden Linie erhalten.
Durch den in Fig. 9 dargestellten Anker aus einzelnen schraubenförmigen Blechen wird weiterhin eine vorzügliche Ventilation erzielt, da bei der Drehung des Ankers infolge der schraubenförmigen Gestalt der Bleche durch den zwischen je zwei Blechen liegenden Zwischenraum ein Luftstrom durchgesaugt wird. Dieser Anker kann daher gegenüber dem in Fig. 5 dargestellten bei gleicher Temperaturerhöhung wesentlich höher belastet werden.
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Soll der Erfindungsgegenstand an einer dreifachen Maschine verwendet werden (Fig. 12 strichpunktiert), so tritt zu diesen scheibenartigen Polschuhen noch ein weiterer, welcher den Anker f umgibt und nach Art der erläuterten Ausführungsform angeordnet ist.
Auch hier ist dann die Bauart eine ausserordentlich gedrängte.
Die Fig. 23 und 24 endlich erläutern die Anwendung des Erfindungsgedankens auf mehrspulige Maschinen.
Ausserdem sei erwähnt, dass der Erfindungsgegenstand ohne weiteres auch auf Innenpolmaschinen angewendet werden kann.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Dynamomaschine für Gleich-oder Wechselströme mit ein-oder mehrspuligem Magnetfeld mit ineinandergreifenden Polzacken, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Anker zugekehrten Flächen der Polzacken in ihrer Gänze durch sinusförmige Kurven begrenzt sind, zum Zwecke. eine sinusförmige Spannungskurve zu erhalten.