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Dynamomaschine zur Erzeugung elektrischer Ströme hoher Frequenz.
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Fig. 2 zeigt das abgerollte Schema einer Maschine, in welcher in der gezeichneten Stellung zwei Drittel aller Segmente des Rotors aktiv, ein Drittel inaktiv sind, d. h. alle Segmente nacheinander in drei Gruppen oder drei Phasen wirksam sind.
Die Frequenz des erzeugten Stromes ist gegeben durch das Produkt : Tourenzahl mal der l'5fachen Zahl der induzierten Pole,
Fig. 3 zeigt das abgerollte Schema einer Maschine, in welcher wieder in der gezeichneten Stellung die eine Hälfte aller Segmente des Rotors aktiv, die andere inaktiv sind, d. h. alle Segmente nacheinander in zwei Gruppen oder zwei Phasen wirksam sind.
Die Frequenz des erzeugten Stromes ist gegeben durch das Produkt : Tourenzahl mal der zweifachen Zahl der induzierten Pole.
Fig. 4 zeigt die Schnitte des elektrischen Teiles einer ausgeführten Maschine, welche dem Schema der Fig, 2 entspricht, mit sechs Erregttpolen, sechs induzierten Polen, für 4000 Touren pro Minute.
Die Frequenz des erzeugten Stromes pro Sekunde ist gegeben durch das Piodukt : 4000/60 X 1'5 X 6 = 6oo.
Fig. 5 zeigt die entsprechenden Schnitte einer Maschine, welche dem Schema der Fig. 3
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eingezeichneten gestrichelten Pfeile dargestellt.
Das Nutzfeld schliesst sich über den äusseren Teil des die Polkanten zweier benachbarter Statorpole jeweils überbrückenden Rotorsegmentes, also in tangentialer Richtung zum Rotor. Es erreicht sein Maximum, wenn die Schlitze zwischen den Statorpolen durch ein Rotorsegment überbrückt werden. Es erreicht sein Minimum, wenn dieses nicht der Fall ist. Jedes radial in den Rotor eintretende Feld hingegen würde die Schwingung des induzierenden Feldes abschwächen, und ist deshalb bei derartigen Maschinen als Streufeld zu bezeichnen.
Als nutzbar aktiv sind deshalb jeweils die Rotorsegmente zu bezeichnen, welche einem Schlitze zwischen den Statorpolen gegenüberliegen, als inaktiv jeweils die Segmente, für welche dieses nicht der Fall ist.
Dabei soll die Stator-und Rotoiteilung derart verschieden gemacht sein, dass in einer gegebenen Stellung die Segmente des Rotors nicht gleichzeitig aktiv sind, also nicht unter einer Phase wirken, sondern nacheinanderfolgend die Polkanten unter verschiedenen Phasen überbrücken.
Es sind Maschinen bekannt, in denen höhere als der Polzahl entsprechende Schwingungen durch einen von der Polteilung verschieden unterteilten Rotor erzeugt werden. Es handelt sich dann jedoch immer darum, durch zugespitzte oder gezahnte Pole und einen gezahnten Rotor den magnetischen Widerstand des radial in den Rotor eintretenden Feldes pulsierend zu machen.
Es handelt sich dort also um ganz andere Maschinen, in denen gerade umgekehrt durch schmale Zähne jede Überbrückung des Feldes in tangentialer Richtung vermieden werden muss, und Streuung darstellen würde, und die Richtung des Nutzfeldes ladial durch den Rotor geht, während, die radiale Richtung gerade umgekehrt bei den vorliegenden Maschinen der Richtung des Streufeldes entspricht.
Jene Maschinen haben verschiedene Nachteile. Erstens müssen die durch'das innere
Rotoreisen gehenden Schwingungen, auch wenn dasselbe gut unterteilt ist, starke
Dämpfungen erfahren, und sind hierin sogar den Unipolarmaschinen mit gezahntem Rotor unterlegen. Zweitens zeigt sich, wie dies schon bei Unipolarmaschinen bekannt ist, dass bei enger Zahnung diese kammförmige Verteilung des Feldes sich sehr verwischt und nur noch ganz schwache Schwingungen auftreten. Drittens gestattet jenes Prinzip auch nicht, zur Erzeugung von Gegenamperewindungen irgendwelche geschlossene Windungen auf den
Rotor zu legen, da diese die nutzbaren Schwingungen selbst abdämpfen würden, so dass derartige Maschinen nur ganz schwache Leistungen zu erzeugen imstande sind.
Bei der vorliegenden Erfindung hingegen liegt das wirksame Rotoreisen lediglich in der Rotoroberfläche, und zwar jeweils in dem Segmente, welches gerade den Schlitz überbrückt, der die Polkanten zweier Statorpole trennt, die jeweils unter den Statorpolen liegenden Segmente hingegen sind inaktiv. Das Statorfeld schliesst sich tangential über die betreffenden Rotorsegmente.
Die freibleibenden Zwischenräume können mit Kupfer oder sonstigem elektrisch
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Weise untereinander oder in sich verbunden sein können. Die in denselben induzierten Gegenamperewindungen vergrössern einerseits die Pulsation an sich, und bei Belastung der Maschine das-erzeugte Drehmoment und ihre Leistung.
In Fig. i bezeichnet S den Stator, R den Rotor. Die eingezeichneten Pole des0 Stators sind durch die fortlaufenden Ziffern 1, 2,3, 4, 5 bezeichnet, die Statorspulen seien beispielsweise in Serie und so verbunden, dass ein den Klemmen a zugeführter.
Strom N-und S-Pole erzeugt. Der Rotor R trägt hier Zähne b, deren Teilung hier z. B. ein Halb der Polteilung des Stators ist. In der gezeichneten Stellung wird das vom Pole 3 beispielsweise zu den beiden Polen 2 und 4 gehende Feld über die Oberfläche der beiden
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In der um 1/2 Rotorteilung folgenden Stellung liegt dem Statorschlitze ein Rotorschlitz gegenüber, so dass die genannte Überbrückung aufgehoben wird.
Dann kann sich nur noch ein Teil des Feldes radial über die Zähne und den inneren Rotorkörper schliessen, wodurch
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oder Kupferstäbe d, wie durch die Schraffierung angedeutet ist, und die irgendwie auch untereinander verbunden sein können, so wird der letztgenannte Teil des Feldes durch die in diesen Stäbeen induzierten Ströme gedrosselt, so dass, von Streuung abgesehen, lediglich der erstgenannte Teil des Feldes zur Wirkung kommt.
Die nutzbare Induktion wird erzeugt durch die, durch die Uberbrückungen erzeugten Schwingungen des Feldes. 'Sie findet also statt in den Spulen, welche auf Polen sitzen, in denen das Feld Schwingt. In Fig. i schwingt das Feld in allen Polen. Die Induktion findet also statt in allen Spulen, d. h. in der Wicklung a-a. In Fig. 2 schwingt das Feld in den Polen 2, 4, 6... Die Induktion findet statt in den Spulen, welche auf diesen Polen sitzen, also in der Wicklung a-a.
In Fig. 3 schwingt das Feld in den Polen 2,4, 6, 8, 10... Die Induktion findet statt in den Spulen, welche auf diesen Polen sitzen, also in der Wicklung a-a.
Die magnetischen Überbrückungen können durch die Eisenoberflächen der Rotorzähne bewirkt werden, oder aber auch durch einzelne eingesetzte Schlussstücke c, wie in Fig. 1 rechts noch eingezeichnet sind. In diesem Falle kann der übrige Rotorkörper aus elektrisch leitendem Metalle bestehen, wie durch die Schraffierung angedeutet ist. In dem soliden Metalle bilden sich dann dieselben Gegenamperewindungen, wie in einer kurzgeschlossenen Wicklung aus, die auch hier einerseits zur Aufhebung der Rotorstreuung, und andrerseits bei Belastung zur Aufnahme der der Belastung entsprechenden Kompensationsströme dienen.
Die Rotorstreuung ist'dargestellt durch das Feld, welches in radialer Richtung in den inneren Rotor eintreten würde, wird also durch eine Kurzschlusswicklung, die in den Rotornuten liegt aufgehoben.
Die Verhältnisse für die Einrichtungen können sehr verschieden gewählt werden. Die Zahl der Rotorteilungen-d. i. die Distanz von Schlitzmitte zu Schlitzmitte-kann. wie in Fig. 1 grösser sein, könnte aber auch gleich oder kleiner sein, als die Zahl der Statorteilungen,-d. i. die Distanz von Schlitzmitte zu Schlitzmitte-vorausgesetzt, dass die Grössen der Teilungen verschieden sind, so dass sie unter verschiedenen Phasen
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oder des Rotors unter sich können verschieden sein. Hierdurch lassen sich dann eventuell noch andere neue Wirkungen erzielen. In der Fig. 2 z. B. verhalten sich die zwei Teilungen des Stators somit wie iew : 2 em, also wie 1 : 2.
Die Rotorteilung ist 2 eilt, also gleich der
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gezeichneten Stellung schliesst sich das Feld des Poles 4 über b und die beiden benachbarten Pole 5 und 3 der magnetische Kreis das Feld der Pole 2 und 6 hingegen ist offen : In der um 1/2 Rotorteilung nachfolgenden Stellung ist das umgekehrte der Fall. Man
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abwechseld im entgegengesetzten Sinne pulsiert, und dabei das Feld in den Polen 1, 3, 5... sich abwechselnd über den einen und den anderen Nachbarpol schliesst und in diesen Polen selbst nicht mehr pulsiert.
Legt man dann die induzierte Wicklung a nur auf die Pole 2, 4, 6.., und zwar so geschaltet, als wenn diese Pole verschiedener Polarität wären, so addieren sich in dieser die induzierten Ströme bzw. Spannungen. Zur Erregung hingegen muss man der Maschine eine zweite Wicklung geben, deren Spulen so geschaltet sind, dass z. B. 1, 3, 5, 7 : N-Pole und 2, 4, 6 : S-Pole werden. In dieser Erregerwicklung wird dann jedoch keine Spannung induziert, weil in den Polen 1, 3, 5, auf denen die Spulen der Erregerwicklung sitzen, das
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oder anderen oder beiden Seiten schliessen kann.
Es ist daher nicht erforderlich, wie bei sonstigen Maschinen mit schwingendem Felde, der Erregerquelle eine Drosselspule vorzuschalten : In den Polen 2, 4, 6., treten zunächst Schwingungen auf. aber in entgegengesetztem Sinne, so dass die in den Erregerspulen induzierten Spannungen sich aufheben.
In den Polen 1, 3, 5, 7... treten überhaupt keine-Schwingungen auf und man könnte jegliche induzierte Spannung von dem Erregerkreise fernhalten, indem man. nur diese Pole zur Erregung benutzt, die Erregerwicklung e-e als Folgepolwicklung ausführt und nur-aul diese Pole. wickelt.
Letzteres kann von praktischem Wert sein, wenn die Maschinen mit Gleichstrom von I00 bis 200 Volt erregt werden, was zu ziemlich hohen Windungszahlen und damit sonst zu hohen Spannungen an den Erregerklemmen führen kann. Das konstante Fe'd in
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angedeutet ist.
Auch für die Zwecke der drahtlosen Telephonie, bzw. Zeichengebung durch Beeinflussung des Erregerkreises, bietet eine derartige Anordnung wesentliche Vorteile. Für derartige Zwecke wird man die Erregerspulen, am zweckmässigsten wieder als Folgepolwicklung geschaltet, auf die induzierten Pole 2, 4, 6.. legen, so dass sie die induzierte Wicklung direkt. beeinflussen, ohne dass induzierte Spannung an den Erregerklemmen auftritt. Oder-man kann die induzierten Spulen auch gruppenweise, z. B. im Viereck, so zusammenhalten, dass an zwei diametralen Punkten die induzierten Spannungen sich auf-
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für den Verbrauchskreis benutzen.
Im übrigen gilt für die Fig.'2 alles bereits für Fig. i gesagte. Die wirksamen Eisenteile sind zweckmässig aus Blechen zusammenzusetzen. Prinzipiell, z. B. für geringere Leistungen, könnte der Rotor aber auch aus solidem Eisen oder Stahl ausgeführt sein, da sich dann immer noch ein schwaches Feld in der äussersten Peripherie der Rotorsegmente schliessen kann. Eine derartige Anordnung würde bei der Benutzung von eingefrästen Nuten'zu einer sehr einfachen Rotorausführung führen, während ein Rotor aus zusammengesetzten Blechen wirksamer sein würde. Bei der anderen Anordnung mit eingesetzten Segmenten c könnte der Rotor im übrigen als solides Stahlbronzerad ausgeführt werden und hierdurch eine sehr einfache solide Form erhalten.
In Fig. 3 ist die Zahl der Rotorteilungen gleich der Zahl der Statorteilungen. Der Stator hat hierbei zwei Teilungen, die sich abwechselnd wie o-gcw : rgel, also. wie 1 : 3 verhalten, und der Rotor eine Teilung gleich zwei Drittel der grösseren Statorteilung, also die
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Feld des Poles 2 über den rechts liegenden Pol 3 und in der um Vs Rotorteilung nächstfolgenden Stellung über den links liegenden Pol 1.
Legt man dann die induzierte Wicklung a-a. z. B. wieder nur auf die Pole 2, 4, 6... die Erregerwicklung e-c auf die Pole 1, 3 5..., und zwar so geschaltet, dass 1, 5, 9... N-Pole, 3, 7, 11.,. S-Pole werden, so bilden die induzierten Pole 2, 4, 6... wieder Folgepole, und. zwar abwechselnd zu dem einerseits liegenden N-Pole und dem andrerseits liegenden S-Pole ; z. B. 2, 6, 10.. würden in der gezeichneten Stellung N-Pole und in der nächsten Stellung S-Pole, Pole 4, 8, 12... würden in der gezeichneten Stellung S-Pole und in der nächsten N-Pole.
Die Folge hiervon ist, dass das induzierende Feld in den induzierten. Spulen der Wicklung a nicht nur pulsiert, sondern ein reines Wechselfeld wird, und zur Erzeugung einer gleichen. EMK. die Amplitude der Feldschwingungen auf weniger als die Hälfte reduziert werden kann.
Für die Zwecke der drahtlosen Telephonie bzw. Zeichengebung durch Beeinflussung des Erregerkreises, bietet diese Ausführung die weiteren Vorteile, dass infolge des zulässigen schwächeren Feldes auch die Erregerwicklung eine kleinere Selbstinduktion erhält und deshalb leichter-zu beeinflussen ist.
Die Erfindung kann zur Erzeugung hoher oder auch normaler Frequenzen benutzt werden und ebensowohl in Generatoren wie in Motoren, d. h. sowohl zur Umformung mechanischer Energie in elektrische wie umgekehrt ; desgleichen kann natürlich auch in umgekehrte Ausführung der Rotor als Polrad und der Stator als Schlusskörper benutzt werden.
Die Erregung kann durch Gleichstrom wie Wechselstrom, wie auch, z. B. zu Zwecken der drahtlosen Telephonie oder sonstigen, durch pulsierenden Strom bewirkt werden.
Schliesslich können zur Verstärkung der Schwingungen, oder zu sonstigen Zwecken. natürlich auch hier bekannte Mittel wie Kondensatoren in Parallel-oder Serienschaltung.
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