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Dynamo-elektrische Maschine fitr Weel1selstrom.
Die Erfindung bezieht sich auf eine dynamo-elektrische Maschine für Wechselstrom derjenigen Art, bei der zwischen gegenüberliegenden Flächen der den Hauptkraftlinienstrom leitenden Abschnitte eire Mehrzahl feststehender und beweglicher Reihen von magnetisch leitenden Abschnitten angeordnet sind.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist die Einrichtung so getroffen, dass die Abschnitte in den beweglichen Reiben eine andere Winkelteilung als die Abschnitte in den ortsfesten Reihen besitzen. Hiedurch wird erreicht, dass die magnetischen Kraftlinienströme mit höherer Winkelgeschwindigkeit rotieien als die umlaufenden leitenden Abschnitte. Es wird somit ein magnetisches Dreh-und Wechselfeld erzeugt, welches sich schneller dreht als das das magnetische Feld erzeugende Dreheiement.
Der magnetische Widerstand wird somit an verschiedenen Teilen der Maschine zur selben Zeit unterschiedlich verändert. Infolge der Erhöhung dieses magnetischen Widerstandes an der verschiedenen Winkelteilung der feststehenden und umlaufenden Abschnitte wird der vom Belastungsstrom herrührende entgegengesetzte Kraftlinienstrom verringert.
Die Abschnitte in den beweglichen und ortsfesten Reihen werden zweckmässig so angeordnet, dass gleichzeitig eine Mehrzahl von offenen und geschlossenen magnetischen Kraftlinienstromkreisen entstehen.
Bei der vorzugsweise zur Anwendung kommenden Ausführungsform ist die Einrichtung so getroffen, dass, wenn einige Abschnitte aller Reihen in einem Teile der Maschine in Übereinstimmung liegen, die Abschnitte aller Reihen in einem anderen Teile versetzt angeordnet sind. Die Übereinstimmungsebene der Abschnitte läuft hiebei mit einer höheren Winkelgeschwindigkeit um als die das Feld erzeugenden rotierenden Abschnitte.
Die Zeichnung veranschaulicht Zwei- und Dreiphasenwickhmgen. Fig. 1 ist ein teilweise schematischer Querschnitt durch eine Ausführungsform der Maschine, und Fig. 2 ist ein Querschnitt hiezu ; Fig. 3 veranschaulicht die induzierten Wicklungen der Maschine, und Fig. 4 zeigt eine teilweise Abwicklung ; Fig. 5 veranschaulicht die Lage der Teile des magnetischen Kreises, wenn dieser geschlossen und Fig. 6, wenn er geöffnet ist.
Fig. 7 veranschaulicht im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform mit einer Vielfachluftspaltanordnung, und Fig. 8 ist ein Querschnitt nach A-A der Fig. 7 ; Fig. 9 zeigt eine Einzelheit ; Fig. 9", 9\ 9c sind Querschnitte eines der Arme in Fig. 9 nach den Linien a, b und c Fig. 10 ist eine verkleinerte Ansicht der Spulen der induzierten Wicklungen bei der Maschine nach Fig. 7 und Fig. 11 ist eine Abwicklung eines Teiles des magnetischen Stromkreises der Maschine.
Die Maschine der Erfindung kann entweder als Motor oder als Generator verwendet werden, in welch letzterer Verwendung sie beschrieben werden soll. Die Wicklungen'der Maschine können so verbunden sein, dass sie entweder Ein-oder Mehrphasenströme erzeugen.
In den Zeichnungen sind eine Zwei-und eine Dreiphasenwicklung gezeigt.
Die in Fig. 1 bis 6 dargestellte Maschine besteht im allgemeinen aus einem ortsfesten Gehäuse mit zwei Seitenplatten 2, die mit den Lagern 3 für die Welle 4 und den Rahmen 5 versehen sind. Auf der Welle 4 ist ein Eisenkern 6 befestigt, der einen Leiter für den magnetischen Kraftlinienstrom bildet. Um den Eisenkern herum ist in einem geringen Abstand die Spule 7 der Magnetwicklung angeordnet, welche ortsfest ist und durch geeignete Mittel, wie Bolzen oder Stangen 8, von dem Rahmen 5 getragen wird.
Die Wicklung 7 wird durch einen direkten Strom von einer geeigneten Kraftquelle aus erregt, der auf der einen Seite des Kernes 6 einen Nord-und auf der anderen einen Südpol erzeugt. An gegenüberliegenden
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kreises bilden. Diese Glieder sind vornehmlich, obgleich nicht erforderlich, an ihrem Umfang mit in gleichen Abständen stehenden Zähnen oder, den magnetischen Kraftlinienstrom leitenden Vorsprüngen 14 versehen.
In Linie mit den umlaufenden Gliedern 12, 13 sind in einem Abstande von ihnen die stehenden
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Abständen angeordneten Zähnen oder den magnetischen Kraftlinienstrom leitenden Vorsprüngen 17 versehen sind. Die Zahl der Zähne auf dem ortsfesten Teile weicht von derjenigen auf dem rotierenden ab, wie dies später beschrieben werden wird. Die Anker sind mit Schlitzen 18 versehen, in welchen die Wicklungen des Induktionsstromes angeordnet sind. An dem rotierenden Teile können gewünschtenfalls gleichfalls Wicklungen angebracht werden oder überhaupt nur an diesem. Die dargestellte Maschine ist mit einer Zweiphasenwicklung versehen, von der jede Phase aus vier Wicklungsgruppen besteht und wobei die aufeinanderfolgenden Gruppen in jeder Phase entgegengesetzt gewickelt sind.
Die zu zwei Phasengruppen gehörenden Wicklungen sind so angeordnet, dass sie sich, wie in Fig. 4 dargestellt, überlappen, woselbst die starken schwarzen Linien die Wicklungen der einen Phase und die helleren dünnen Linien die Wicklungen der anderen Phase darstellen. Die veranschaulichte Maschine ist eine vierpolige, bei der sich die gleichen Pole diametral gegenüberliegen und die zu der gleichen Phase gehörenden Gruppen, wie in Fig. 3 angegeben, in Quadratur angeordnet sind.
Die Gruppen 21 gehören zu einer und die Gruppen 22 zu der anderen Phase, wobei die aufeinanderfolgenden Gruppen in jeder Phase in bezug aufeinander umgekehrt sind, um aufeinanderfolgende Nord-und Südpole zu erzeugen.
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lamellen angeordnet, welche bewirken, dass der magnetische Kreislauf in einigen Teilen der Maschine geschlossen und in anderen Teilen derselben gänzlich unterbrochen ist. An den umlaufenden Lamellengliedern 12, 13 sind mittels einer Platte 23 aus Messing oder anderem diamagnetischen Material eine oder mehrere Reihen lamellenartiger Stangen oder Zähne 24, 25 befestigt, wobei die entsprechenden Stangen jeder Reihe miteinander und mit den Zähnen auf dem drehbaren Teil, an dem sie befestigt sind, radial in gleicher Ebene liegen.
Die beiden Stangenreihen haben einen radialen Abstand, und jede Reihe bildet einen Kreis von regelmässig in Abständen stehenden Stangen. An dem ortsfesten Teil der Maschine sind mittels der Arme 26 aus diamagnetischem Material eine oder mehrere Reihen lamellenartiger Stangen oder Zähne 27, 28 befestigt, die zwischen und gegenüber den Stangenreihen 24, 25 liegen. Die ortsfesten
Stangen 27, 28 liegen in gleicher Flucht mit den Zähnen auf dem ortsfesten Gliede, und die Stangen in den beiden Reihen liegen in radialer Richtung in einem Abstand voneinander.
Zwischen den Zähnen der ortsfesten Glieder 15 und des umlaufenden Gliedes 12 befinden sich daher vier Stangenkreise, wobei die Stangen von zwei der Reihen ortsfest sind und mit den Zähnen des ortsfesten Gliedes in gleicher Linie liegen, während die Stangen der anderen beiden Reihen beweglich sind ur. d mit den Zähnen des umlaufenden Gliedes in gleicher Flucht liegen. Den Zähnen des drehbaren Teiles liegt somit eine Reihe von ortsfesten Stangen gegenüber, dann kommt eine Reihe ortsfester Stangen, dann wieder eine Reihe umlaufender Stangen und darauf folgen die Zähne des ortsfesten Gliedes. Die Stangen der verschiedenen Reihen liegen in radialer Richtung nahe zusammen, so dass, wenn ein Teil der Stangen aller Reihen sich in gleicher Flucht befindet, ein geschlossener magnetischer Kreislauf hergestellt wird.
Die Breite der wirksamen Oberfläche einer jeden Stange und eines jeden Zahnes ist etwas kleiner als die Hälfte der Teilung der Stangen oder Zähne, derart, dass, wenn die Stangen oder Zähne versetzt liegen, eine völlige Unterbrechung des magnetischen Kreislaufes herbeigeführt wird.
Die verschiedenen, auf einer Seite der Maschine, das ist auf der Seite des positiven Poles N, vorhandenen Zähne sind bei einer vierpoligen Maschine so angeordnet, dass die Ebenen, in der die Zähne in Linie liegen, auf der gegenüberliegenden Seite, das ist auf der Seite des negativen Poles S, sich in der Mitte oder 900 vor den gleichen Ebenen der Zähne auf der Seite des positiven Poles befinden. Nimmt man z. B. in Fig. 2 an, dass die Zähne auf der linken Seite der Maschine in Schnittebene in gleicher Flucht liegen, so werden die Zähne auf der rechten Seite in einer im rechten Winkel zu diesem Schnitt liegenden Ebene in Übereinstimmung sein. Hiedurch werden zwei positive Drehpole auf der einen Seite der Maschine und zwei negative Drehpole auf der anderen Seite erzeugt, wobei die Pole im Viereck liegen.
Die Wicklungen 21, 22 für den Induktionsstrom liegen in den Schlitzen der beiden ortsfesten Glieder 15, ?, so dass die Wicklungen der Wirkung der vier sich drehenden Pole ausgesetzt sind, deren Nord-und Südpole nacheinander in die Wicklungen schneiden.
Aus Fig. 1 ist zu ersehen, dass bei einer Bewegung des umlaufenden Gliedes um die Entfernung einer halben Zahnteilung die Übereinstimmungsebene der Zähne sieh über einen Bogen von 900 bewegt oder eine vollständige Umdrehung bei einer Bewegung der Zähne um die Entfernung der doppelten Zahnteilung ausführt. Die Ubereinstimmungs- ebene der Zähne schreitet von Zahn zu Zahn auf dem ortsfesten Gliede, so wie das umlaufende Glied sich dreht, oder schrittweise und gleichmässig um das ortsfeste Glied herum fort und da die aufeinanderfolgenden Pole das entgegengesetzte Vorzeichen haben, so werden die induzierten Wicklungen auf dem Anker einem rotierenden, wechselnden Feld unterworfen.
Die Drehungsrichtung des mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Feldes kann dieselbe sein, wie die des Induktors oder rotierenden Teiles, sie kann aber auch entgegengesetzt sein.
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Auf der Zeichnung sind die Induktionswicklungen in jedem abwechselnden Schlitz angeordnet gezeigt, der entsprechend tiefer ausgebildet ist, jedoch können die Wicklungen auch in den aufeinanderfolgenden Schlitzen, den dritten Schlitzen usw. untergebracht werden, was von der gewünschten Art und Weise abhängt, in der die Wicklungen angeordnet oder verteilt werden sollen. Die Zähne 14 des drehbaren Gliedes können weggelassen werden und die Oberflächen dieser Glieder können gewünschtenfalls glatt sein, wobei sie den Stangen in den verschiedenen Reihen ermöglichen, den magnetischen Kreislauf zu öffnen und zu schliessen. Diese Änderung wird die Leistung der Maschine dadurch verringern, dass die wirksame Erzeugungseinrichtung und der Widerstand des magnetischen Kleislaufes in der oder den Ebenen, in denen die Zähne versetzt sind, verringert wird.
Nimmt man an, dass die Magnetisierungswicklung so angeordnet ist, dass auf der linken Seite des Rotors der Nordpol N und auf seiner rechten der Südpol S hergestellt wird, so wird das ortsfeste
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Fig. 1, so befinden sich die Zähne auf der rechten Seite in derselben relativen Lage und 90 voraus.
In dieser Lage geht die Hälfte des ganzen magnetischen Kraftlinienstromes durch jede der in Übereinstimmung liegenden Zahngruppen auf der linken Seite durch die ortsfesten Glieder und den Rahmen und alsdann zurück durch die in Übereinstimmung befindlichen Zahngruppen auf der rechten Seite.
Die Wicklungsgruppen in jeder Phase sind im mechanischen Viereck angeordnet, und die aufeinanderfolgenden Gruppen sind in entgegengesetzten Richtungen verbunden.
Die Krafílinienströme, welche die Wicklungen schneiden, liegen ebenfalls in mechanischem Viereck und haben entgegengesetzte Polarität. Infolge des hohen Widerstandes des magnetischen Kreislaufes in diesen Teilen, wo die Zähne nicht in Übereinstimmung liegen, kann ein sehr starker Magnetisierungsstrom verwendet werden, der einen starken Kraftlinienstrom erzeugt und die Zirkulation eines starken Stromes in den induzierten Wicklungen ermöglicht.
Bei der in Fig. 7-11 dargestellten Ausführungsform wird der in der Längsrichtung angeordnete vielfache Luftspalt benutzt. Die Maschine besteht aus einem Rahmen, der sich aus den Seitenplatten 43, 44 aus magnetischem Material und den Verbindungssektoren 45 aus Messing oder einem anderen nichtmagnetischen Material zusammensetzt. Die Seitenplatten 43, 44 sind mit Büchsen 46, in welchen die
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verstärkt.
Auf jeder Endplatte 43, 44 sind die Polsehuhe 55, 56 angeordnet, deren Zahl und relative Lage von der Bauart der Maschine und dem zu erzeugenden Strom abhängig ist. Beim Ausführungsbeispiel sind sechs Polschuhe 55 auf der Seitenplatte 43, und sechs Polschuhe 56 auf der Seitenplatte 44 vorgesehen.
Die Polschuhe 55, 56 sind in der Richtung der Maschinenachse paarweise in gleicher Flucht angeordnet, und die Polschuhe auf jeder Platte sind in der Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordnet. An den Polschuhen befinden sich die Wicklungen 57. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine Dreiphasenanordnung, bei der die Spulen auf jeder Seite der Maschine paarweise miteinander verbunden sind, wobei die diametral gegenüberliegenden Spulen das eine Paar bilden und die Wicklungen in einer Spule mit Bezug auf die andere in jedem Paar umgekehrt sind.
Zwischen den Polschuhen der Maschine sind eine Mehrzahl radial verlaufender, lamellenartiger Stangen oder Zähne angeordnet, welche in bezug aufeinander beweglich sind, um den magnetischen Stromkreis zwischen den Polschuhen völlig zu öffnen und zu schliessen. An jedem Sektor 45 sind eine Mehrzahl ortsfester Stangen oder Zähne. 58 vorgesehen, die in einer oder mehreren ringsherum gehenden Reihen liegen. Die Stangen in jeder Reihe stehen in der Umfangsrichtung in gleichmässiger Teilung voneinander, und die verschiedenen Reihen haben in der Längsrichtung einen Abstand voneinander.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Reihen von fünf Stangen auf jeden Sektor 45 angeordnet.
Auf der Welle 47 ist ein nicht magnetischer Armkranz 59 befestigt, an welchem eine Mehrzahl, in radialer Richtung verlaufender und lamellenartiger Stangen 61 sitzen, die in einer oder mehreren ringsherum gehenden Reihen angeordnet sind. Die Stangen 61 liegen zwischen den Polschuhen und den festen Stangen und bewirken infolge ihrer verschiedenen Lagen das Öffnen und Schliessen des magnetischen Stromkreises durch die betreffenden Polschuhpaare. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Reihen von Stangen 61 vorhanden, und in jeder Reihe befinden sich 31 Stangen.
Die Teilung der Stangen in jeder Reihe ist dieselbe wie die Teilung der Stangen auf einem der Sektoren, so dass, wenn sich die Welle in der richtigen Lage befindet, fünf der Stangen 61 einer jeden Reihe mit den Stangen 58 in gleicher Flucht liegen, welche wiederum mit einem Paar Polschuhe in gleicher Linie liegen, so dass der magnetische Stromkreis durch dieses Paar Polschuhe geschlossen wird. Bei dem dargestellten Ausffihrungsbeispiel sind sechs Paar Polschuhe vorhanden, und die ortsfesten Stangen sind so angeordnet, dass die beweglichen Stangen mit den ortsfesten Stangen übereinstimmen, welche mit einem Paar Pol-
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und zwischen den anderen vier Paaren von Polschuhen teilweise abgestuft.
Die Zähne 58 und 61 werden vorzugsweise aus Lamellen hergestellt, die um einen mittleren Bolzen angeordnet sind und müssen infolge
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'Genau genommen sollten die Zähne keilförmig verlaufen, jedoch erhalten sie behufs einfacherer Herstellung eine stufenweise abgesetzte Form, die in der Breite nach aussen hin zunimmt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Dynamo-elektrische Maschine für Wechselstrom, bei der zwischen gegenüberliegenden Flächen der den Hauptkraftlinienstrom leitenden Abschnitte eine Mehrzahl feststehender und beweglicher Reihen
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in den beweglichen Reihen eine andere Winkelteilung als die Abschnitte (27, 28) in den ortsfesten Reihen besitzen und derart angeordnet sind, dass, wenn einige Abschnitte aller Reihen in einem Teile der Maschine in Übereinstimmung liegen, die Abschnitte aller Reihen in einem anderen Teil versetzt angeordnet sind so dass gleichzeitig eine Mehrzahl von offenen und geschlossenen magnetischen Kraftlinienstromkreisen entstehen.