Elektrodynamische Maschine mit Trommelanker. Gegenstand dieser Erfindung ist eine elektrodynamische Maschine mit Trommel anker.
Es ist schon früher vorgeschlagen wor den, sowohl die Feldmagnete, wie auch den Anker geschlossen auszuführen, so dass sie gegen den Luftspalt zu, je einen gesehlosse- nen Eisenring bilden, wobei am Anker die einzelnen für sich gewickelten Spulen unter gebracht sind. Diese Bauart weist verschie dene Vorteile auf, die bei elektrodynami schen Maschinen gewöhnlicher Bauart nicht erzielt werden können. Mit Maschinen dieser Art ausgeführte Versuche zeitigten jedoch auch unbefriedigende Ergebnisse, insbeson dere was hommutierung und Wirkungsgrad anbelangt.
Bekannt sind auch Maschinen in welchen entweder nur der Anker oder nur die Feld magnete geschlossen ausgeführt sind, so dass der geschlossene Ring die eine Seite des Luftspaltes begrenzt. Auch diese Bauart schliesst gewisse Vorteile in sich. Um den Hauptpolen nicht einen allzu grossen Einfluss auf die Isommutierung ein zuräumen, hat man bisher darauf gehalten, dass die Zahl der Ankernuten zwischen den Polkanten nicht einen gewissen Wert unter schreitet. Die diesbezügliche Formel lautete bisher:
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(bis jetzt 0,65 bis 0,7 für zweipolige und 0;65 bis 0,75 für mehrpolige Maschinen), Z die Anzahl der Ankernuten und p die An zahl der Polpaare bedeutet.
Unter "virtuellem Polbogen" b; ist der Bogen zu verstehen, welcher parallel zum Anker verlaufend im Luftspalt zwischen den radial von den Polschuhkanten zur An kerachse gezogenen Linien liegt, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Es hat sich gezeigt, dass in Maschinen, in welchen mindestens der Anker geschlossen ausgeführt ist, eine vollkommen funkenfreie Kommutierung erreicht wird, wenn, wie dies bei der Maschine gemäss der vorliegenden Er findung der Fall ist, das Verhältnis der An kernutenzahl zur Anzahl der Polpaare und das Verhältnis des virtuellen Polbogens zur Polteilung die Beziehung:
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erfüllen. Bei den nachstehend als Ausführungsbei spiele angegebenen Maschinen sind die ge nannten Grössen wie folgt gewählt: <I>A.
Motoren mit</I> geschlossenem <I>Anker</I> 1. Anlassmotor für die Dieselmaschinen, 4 Pole, 26 Nuten, 1000 Umdrehungen pro Minute, 24 Volt Gleichstrom ai=0,7 Z=26 2p =4
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2. Anlassmotor für Dieselmaschinen, 4 Pole, 22 Nuten, 1000 Umdrehungen pro Mi nute, 24 Volt Gleichstrom ai=0,7 Z=22 2p=4
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3. Universalmotor für Bohrzwecke, 4 Pole, 13 Nuten, '2220 Volt, 5380 Umdrehun gen pro Minute (mit Untersetzungsverhält nis 1 : 14,5 = 237 Umdrehungen pro Mi nute) ai = 0,8 Z = 13 2p = 4
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4. Universalbohrmotor, 2 Pole, 13 Nu ten, 5380 Umdrehungen pro Minute, 220 Volt (mit Untersetzungsverhältnis 1 : 13 = 413 Umdrehungen pro Minute) ai = 0,67 Z - 13 2p = 2
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5.
Universalbohrmotor, 2 Pole, 11 Nuten, 9500 Umdrehungen pro Minute, 220 Volt (mit Untersetzungsverhältnis 1 : 11,3 = 8.10 Umdrehungen pro Minute) a;=0,74 Z=11 2p=2
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6. 3/4 PS Motor, 220 Volt Gleichstrom, 500 Umdrehungen pro Minute, 27 Nuten ai = 0,74 Z = 27 2p = 4
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B. Motore mit geschlossenem Anker und mit geschlossenem Feldmagneten 7. Motor für Signalzwecke, 14polig, 1.7 Ankernuten, 34 Umdrehungen pro Minute, 10 Volt Gleichstrom.
ai=0,9 Z-17 2p=14
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B. 5 PS Motor, 1000 Umdrehungen pro Minute, 220 Volt Gleichstrom.
9. 2,5 PS Motor, 640 Umdrehungen pro Minute, 220 Volt Gleichstrom.
1.0. 1 PS Motor, 280 Umdrehungen pro Minute, ?20 Volt Gleichstrom.
Alle drei mit: 10 Polen, 53 Ankernuten ai = 0;8 Z = 53 2p = 10
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11.7 PS Kompressormotor, 600 Volt Gleich strom, 250 Umdrehungen pro Minute, 8- polig, 57 Ankernuten.
ai = 0,9 Z = 57 2p = 8
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In den Fig. 2 bis 6 sind beispielsweise schematisch verschiedene praktische Ausfüh rungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Je eine vierpolige Maschine zeigen die Fig. 2 und 3, in welchen vergleichsweise links eine bekannte Maschine, rechts da gegen eine solche nach der Erfindung dar gestellt ist. In I ig. ? ist auf der linken ,Seite eine Maschine üblicher Bauart mit Wendepolen und mit neununddreissig offe nen Nuten im Anker dargestellt. Die rechte Seite der Figur zeigt dagegen eine Maschine finit gleichen äussern Abmessungen, aber ohne Wendepole, in welcher die Pole kürzer und breiter, aber offen sind, der Ankerdurch messer grösser ist und die Ankernuten ge schlossen sind. Die Nutenzahl beträgt bloss dreizehn, so dass bedeutend grössere Spulen im Anker Platz finden.
Die Maschine rechts kann entweder eine grössere Leistung be sitzen, als die links oder aber langsamer laufen. Durch den Wegfall der Wendepole wird für die Feldmagnetspulen Raum frei; diese sind grösser, obschon sie kürzer aus fallen. Der Ohmsche Widerstand kann somit bedeutend verkleinert werden.
Wie ersichtlich, sind sowohl die Pol- scbulie wie auch die Ankernuten und die dazwischenliegenden Stege breiter, so dass auch das Verhältnis ai entsprechend grösser wird. Für die rechte Seite wird dieser Wert ai = 0,8 statt 0,63 wie für die linke Seite. In der links dargestellten Maschine nach gebräuchlicher Bauart haben wir Z = :39 2p = 4 ai = 0;63
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während sich für die auf der rechten Hälfte der Figur dargestellte Maschine ergibt: Z - 13 2p = 4 ai = 0,8
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Die in Fig. 3 rechts gezeigte Ausführung weicht von der links dargestellten, gleiche Aussenabmessungen besitzenden Maschine bekannten Bauart bezüglich der Anzahl von. Polen ab.
Die Maschine rechts ist gleich falls ohne Hilfspole, aber dafür mit zehn Polen ausgerüstet und sowohl Anker als Magnetgestell sind geschlossen ausgeführt. Bekanntlich nimmt das aktive Kupfer- und Eisengewicht bei zunehmender Polzahl ab. Ausserdem bedingt der Wegfall der Hilfs pole eine Herabsetzung der Herstellungs kosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Ma schinenleistung. Durch Versuche ist fest gestellt worden, dass die dargestellte zehn- polige Maschine ohne Hilfspole unter allen Belastungen gute Kommutierung zwischen Leerlauf und hundert Prozent Überlast be sitzt.
Aus der Formel von Arnold-La-Cour
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in welcher bedeuten: z = Polteilung bi = virtueller Polbogen
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ergibt sich, dass die Ankerrückwirkung den Werten von (,c-bi) und von A S propor tional ist. Da der virtuelle Polbogen der be schriebenen Maschine grösser ist als in Ma schinen der üblichen Bauart, so ist der Wert (,c-bi) bei jener Maschine kleiner.
Die Formel
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in welcher bedeuten: ha = gesamter Ankerstrom N = Zahl der wirksamen Leiter im Anker a = die halbe Ankernutenzahl D = Durchmesser des Ankers zeigt für die vorstehend beschriebene Ma schine, dass der Durchmesser des Ankers bei gleichbleibenden Aussenabmessungen grösser ist als bei bekannten.
Es ist üblich, die Teilung der Ankerspu len gleich oder nahezu gleich der Polteilung zu wählen. Hieraus folgt, dass die Anzahl der wirksamen Leiter nahezu mit der Ge samtzahl der Leiter übereinstimmt. Anhand praktischer Ausführungen, ist bewiesen wor- den, dass ohne Wendepole gute Kotnmutie- rung bei jeder Belastung gewährleistet ist, wenn die Wicklungsteilung annähernd gleich dem virtuellen Polbogen gewählt wird. So geht zum Beispiel bei den weiter oben unter B8, B9 und B10 angeführten zehnpoligen Motoren die Wicklungsteilung von der er sten zur vierten Ankernute.
Wie aus Fig. 3 rechte Hälfte ersichtlich ist, entspricht dies ungefähr einem Zentriwinkel von \?.5 , wäh rend der virtuelle Polbogen einem Winkel von 28' entspricht. Aus dem Ankerwick lungsschema ist ersichtlich, dass die .Zahl der in Opposition befindlichen Leiter zusam men mit der Zahl der in der neutralen Zone liegenden ungefähr dreiundvierzig Prozent ausmacht, so dass nur ungefähr siebenund fünfzig Prozent der Leiter tatsächlich wirk sam sind.
Diese stark verminderte Zahl der wirk samen Leiter im Verein mit dem, wie er wähnt, vergrösserten Ankerdurchmesser re duziert den Wert von (A S) um die Hälfte oder sogar mehr, im Vergleich zu den Ver hältnissen wie sie sich für eine Maschine üblicher Bauart ergeben. Die aus der Formel
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sich ergebende Ankerrückwirkung beträgt infolgedessen weniger als die Hälfte des Wertes, der sich für eine Maschine üblicher Bauart ergeben würde, weil sowohl (c-bi), als auch (A S) kleiner sind als bei dieser.
Wird die Teilung der Ankerspulen wie be schrieben so gewählt, dass sie gleich oder kleiner als der virtuelle Polbogen ist, so können die Maschinen als nach dem Trans formatorprinzip wirkend betrachtet werden, In Maschinen mit normaler Teilung der An kerspulen wird die Zahl der nicht wirksamen Leiter klein im Verhältnis zu den wirk samen. Die elektrodynamische Kraft des die Leiter umgebenden Feldes erzeugt das Dreh moment.
Ist aber die Ankerspulenteilung gleich oder kleiner als der virtuelle Pol bogen, so wird durch diese Wahl der Tei- lung die Zahl der unwirksamen Leiter er höht und erreicht ein Maximum, wenn die Spulenteilung der Ankernutenteilung ent spricht, in solchen Fällen ist die elektro dynamische Kraft mehr oder weniger aus geglichen bezw. neutralisiert und das Dreh moment ist nur von den Spulen abhängig, die als Amperewindungen wirken und den umflossenen Ankerzahn magnetisieren, sowie von den Kraftlinien, die in denjenigen Ei senteilen erzeugt werden, die im Feldfluss stehen.
Die rückwirkende elektromotorische Kraft in den Leitern wird nicht durch deren seitliches Schneiden der Kraftlinien hervor gerufen, sondern wie in einem Transforma tor durch den Fluss im Innern der Anker spulen. _ Bei einem Motor oder einer Dynamo maschine mit radial angeordneten Polen und einer Umfangsgeschwindigkeit von weniger als dreissig Meter pro Sekunde ist die Länge des Ankereisens durch die folgende Formel bestimmt:
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in welcher l = Länge des Ankereisens b; = virtueller Polbogen Die angeführten praktischen Beispiele be ziehen sich mit Ausnahme der Motore AG, B8, B9 und B10 auf umgebaute Maschinen üblicher Bauart, bei welchen die Abmessun gen durch die vorhandenen Gehäuse bedingt \waren. In den Fällen dagegen, wo keine Be schränkung der Verfügungsfreiheit vorlag.
wurden die Ankerlängen stark vergrössert und es ergab sich für den Motor A6 zum Beispiel Ankerlänge 12 cm Ankerdurchmesser 1.2 cm Virtueller Polbogen<I>b; =</I> a; <I>,</I> z a; = 0,74
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und hieraus 1)i = 0,74 # 9,42 = 9,97 cm
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und ferner für die Beispiele Motore ss8, B9, ss1(1:
Ankerlänge = 15 cm Ankerdurchmesser = 19,6 cm ai = 0,8 virtueller Polbogen
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Dieses vergrösserte Verhältnis der Anker länge zum viertuellen Polbogen ermöglicht eine starke Vergrösserung der Eisenlänge im Anker und Feldmagneten mit dem Ergeh- nis, dass bei gleichen Aussenabmessungen der Fluss vergrössert wird. Damit wird im Ver gleich zu Maschinen üblicher Bauart die Leistung noch weiter vergrössert. Bekannt lich nimmt ferner auch das wirksame Kupfergewicht im umgekehrten Verhältnis zur Zunahme des Verhältnisses l : bi ab.
Bei Verwendung der oben angegebenen Werte aus der Gleichung
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zur Herstellung von Maschinen, hat es sich herausgestellt, dass im Vergleich mit Ma schinen bekannter Bauart sich für dieselbe Leistung kleinere Abmessungen ergeben, und zwar konnte festgestellt. werden, dass die Vo lumen dieser Maschinen zu denen von Ma schinen üblicher Konstruktion sich ungefähr verhalten wie eins zu drei.
Ausserdem besitzen die Geschwindigkeits und die Leistungskurven dieser Maschinen einen flachen Verlauf. Sie unterscheiden sich darin auch von den bekannten, mit geschlos senen Eisenringen ausgeführten Maschinen.
Ihre Leerlaufgeschwindigkeit ist gering, Um den für diesen Zweck günstigsten Verlauf des Kraftlinienflusses zu gewähr leisten, sind die Feldmagnetpole unter sich durch Stege verbunden, deren Querschnitt ungleichmässig ist und sich den Magnet spulenformen anpasst, wie aus Fig. 3 bei a ersichtlich ist. Gleichmässiger Querschnitt dieser Stege zwischen den Polen würde eine starke Streuung zur Folge haben. Dank dem allmählich von den Polen aus abnehmenden Eisenquerschnitt wird dagegen eine hohe, mit zunehmender Belastung rasch wachsende Sättigung erzielt und die Streuung redu ziert. Dadurch ist auch eine gute Kommu tierung sichergestellt.
Gleichzeitig bewirkt der von den Polen aus abnehmende Eisen querschnitt eine gleichmässige Verteilung des Flusses über den Luftspalt zwischen Polring und Anker; die Verteilung passt sich selbst tätig den verschiedenen Belastungen an.
Bei Gleichstrommaschinen liegt der kleinste Querschnitt des Eisenringes mitten zwischen zwei Polen. Bei Maschinen, die ent weder nur als Motor oder nur als Generator laufen, wird der dünnste Eisenquerschnitt sich vorzugsweise etwas näher am einen oder am andern anliegenden Pol befinden, wie es die verschiedenen Ankerrückwirkungen er fordern.
Bei den beschriebenen Maschinen nimmt die bei plötzlichem Einschalten ohne Anlass- widerstand auftretende Anlaufstromstärke bedeutend kleinere Werte an als bei Maschi nen üblicher Bauart. Überdies kommen diese Maschinen in überraschend kurzer Zeit auf volle Tourenzahl auch wenn sie bei voller Last angelassen werden. Es ist daher mög lich, sie bei Vollast oder bis zu hundertpro zentiger Überlast ohne Anlassvorrichtung in Gang zu setzen, weil unter allen Belastungs verhältnissen die Kommutierung unverän dert gut bleibt.
Für die Ausführung von Polring und Anker mit geschlossenem Eisenring sind bis her die verschiedensten Lösungen vorge schlagen worden. F'ig. 4 zeigt eine Konstruk tion, bei welcher die Polschuhe und der ge schlossene Eisenring aus Stanzblechen c zu- summengesetzt sind, die im vorliegenden Beispiel je vier Polschuhteile d und vier Zwischenstege e aufweisen. Die Stanzbleche werden durch Vernietung zusammengehalten und die vorbereiteten, in der Zeichnung nicht dargestellten Feldmagnetspulen werden in bekannter Weise über die Polschuhe ge schoben, worauf das gestrichelt gezeichnete Joch f über die Feldmagnete aufgepresst und mit letzterer in bekannter Weise verbunden wird.
In Fig. 5 ist ein anderes Beispiel teil weise dargestellt. Das Beispiel zeigt eine zehnpolige Maschine, bei welcher, wie im vorhergehenden, vorbereitete fertige Mag netspulen zur Verwendung gelangen. Die Jochteile f und die Polschuhteile d werden aus einem Blechstück ausgestanzt. Am Luft- spaltseitigen Ende sind die Pole mit schwal benschwanzförmigen Einschnitten g ver sehen, die zur Aufnahme der Abschlussteile /?.bestimmt sind. Die Abschlussteile h, können nach Belieben aus Stanzblechen zusammen gesetzt oder bei kleineren Abmessungen der Maschine auch aus einem Stück: hergestellt sein.
Nachdem die Stanzbleche zusammen genietet sind können auch hier die Feldmag netspulen i über die Polschuhe d geschoben werden worauf die Abschlussteile h einge presst werden und den Feldmagnetring schliessen. j ist der zylindrische Stahlmantel des Gehäuses. -" Für den geschlossenen Anker lässt sich Stabwicklung anwenden, besonders bei gro ssen Maschinen bei denen eine geringe Zahl von Kupferstableitern unterzubringen ist. Ein Stanzblech für eine derartige Maschine ist in der rechten Hälfte der- Fig. ss darge stellt.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die Ankerbleche so auszubilden, dass fertig gewickelte Ankerspulen eingelegt werden können. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 6 dar gestellt. Diese Ankerbleche bestehen aus einem geschlossenen Ring k mit nach der Mitte zu offenen Nuten. Sie sind insbeson dere für Einzahnwicklung geeignet und ge statten das Einlegen der vorgewickelten Spu- len von der Innenseite her. Nach vollendeter Wicklung wird der so gebildete Ankerkäfig über einen zweckmässig als Rad ausgebil deten Kern gepresst, der möglichst leicht aus geführt sein kann.
Die Verwendung eines geschlossenen An kers hat ferner noch den Vorteil, dass keine Vorrichtungen für die Fliehkraftsicherung der Spulen vorgesehen werden müssen. Die hierdurch erzielte Raumersparnis kommt vollständig der Ankerwicklung zugut, wel ehe mehr Windungen oder grössere Quer schnitte aufweisen kann.
Electrodynamic machine with drum armature. The subject of this invention is an electrodynamic machine with drum armature.
It has already been proposed earlier to design both the field magnets and the armature closed so that they each form a closed iron ring towards the air gap, with the individual coils wound on the armature being accommodated. This design has various advantages that cannot be achieved with normal electrodynamic machines. Tests carried out with machines of this type, however, also produced unsatisfactory results, in particular with regard to commutation and efficiency.
Machines are also known in which either only the armature or only the field magnets are designed to be closed, so that the closed ring limits one side of the air gap. This design also has certain advantages. In order not to allow the main poles to have too great an influence on the isommutation, it has hitherto been ensured that the number of anchor slots between the pole edges does not fall below a certain value. The relevant formula was previously:
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(up to now 0.65 to 0.7 for two-pole and 0; 65 to 0.75 for multi-pole machines), Z is the number of armature slots and p is the number of pole pairs.
Under "virtual pole arc" b; the arc is to be understood, which runs parallel to the armature in the air gap between the lines drawn radially from the pole shoe edges to the armature axis, as can be seen from FIG. It has been shown that in machines in which at least the armature is closed, a completely spark-free commutation is achieved if, as is the case with the machine according to the present invention, the ratio of the number of core slots to the number of pole pairs and the ratio of the virtual pole arc to the pole pitch has the relationship:
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fulfill. For the machines listed below as exemplary embodiments, the sizes mentioned are selected as follows: <I> A.
Motors with </I> closed <I> armature </I> 1st starter engine for diesel engines, 4 poles, 26 slots, 1000 revolutions per minute, 24 volt direct current ai = 0.7 Z = 26 2p = 4
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2. Starter engine for diesel engines, 4 poles, 22 slots, 1000 revolutions per minute, 24 volts direct current ai = 0.7 Z = 22 2p = 4
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3. Universal motor for drilling purposes, 4 poles, 13 slots, 2220 volts, 5380 revolutions per minute (with reduction ratio 1: 14.5 = 237 revolutions per minute) ai = 0.8 Z = 13 2p = 4
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4. Universal drilling motor, 2 poles, 13 slots, 5380 revolutions per minute, 220 volts (with reduction ratio 1: 13 = 413 revolutions per minute) ai = 0.67 Z - 13 2p = 2
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5.
Universal drill motor, 2 poles, 11 slots, 9500 revolutions per minute, 220 volts (with reduction ratio 1: 11.3 = 8.10 revolutions per minute) a; = 0.74 Z = 11 2p = 2
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6. 3/4 hp motor, 220 volts direct current, 500 revolutions per minute, 27 slots ai = 0.74 Z = 27 2p = 4
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B. Motors with closed armature and with closed field magnet 7. Motor for signaling purposes, 14-pole, 1.7 armature slots, 34 revolutions per minute, 10 volts direct current.
ai = 0.9 Z-17 2p = 14
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B. 5 HP motor, 1000 revolutions per minute, 220 volts direct current.
9. 2.5 HP motor, 640 revolutions per minute, 220 volts direct current.
1.0. 1 HP motor, 280 revolutions per minute,? 20 volts direct current.
All three with: 10 poles, 53 anchor slots ai = 0; 8 Z = 53 2p = 10
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11.7 HP compressor motor, 600 volts direct current, 250 revolutions per minute, 8-pole, 57 anchor slots.
ai = 0.9 Z = 57 2p = 8
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In Figs. 2 to 6, for example, various practical Ausfüh approximate forms of the subject matter of the invention are shown schematically.
Each a four-pole machine, FIGS. 2 and 3, in which a known machine is comparatively on the left, and on the right there is provided against such a machine according to the invention. In I ig. ? is on the left, side a machine of the usual design with reversing poles and thirty-nine open grooves in the armature. The right side of the figure, however, shows a machine finitely the same external dimensions, but without reversible poles, in which the poles are shorter and wider, but open, the armature diameter is larger and the armature grooves are closed. The number of slots is only thirteen, so that there is room for significantly larger coils in the armature.
The machine on the right can either be more powerful than the one on the left or it can run more slowly. The omission of the reversing poles frees up space for the field magnet coils; these are larger, although they are shorter. The ohmic resistance can thus be significantly reduced.
As can be seen, both the pole structure and the anchor grooves and the webs in between are wider, so that the ratio ai is correspondingly larger. For the right side this value becomes ai = 0.8 instead of 0.63 as for the left side. In the conventional machine shown on the left, we have Z =: 39 2p = 4 ai = 0; 63
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while for the machine shown on the right half of the figure: Z - 13 2p = 4 ai = 0.8
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The embodiment shown on the right in FIG. 3 differs from the known type of machine shown on the left, which has the same external dimensions, with regard to the number of. Poland ex.
The machine on the right is also equipped without auxiliary poles, but with ten poles and both the armature and the magnet frame are closed. It is known that the active copper and iron weight decreases with an increasing number of poles. In addition, the elimination of the auxiliary pole causes a reduction in manufacturing costs while increasing the machine output. Tests have shown that the illustrated ten-pole machine without auxiliary poles has good commutation between no-load operation and one hundred percent overload under all loads.
From the formula by Arnold-La-Cour
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in which mean: z = pole pitch bi = virtual pole arc
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it follows that the anchor reaction is proportional to the values of (, c-bi) and of A S. Since the virtual pole arc of the machine described is larger than in machines of the usual design, the value (, c-bi) is smaller for that machine.
The formula
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in which mean: ha = total armature current N = number of effective conductors in the armature a = half the number of armature slots D = diameter of the armature shows for the machine described above that the diameter of the armature is larger than with known external dimensions with constant external dimensions.
It is common to choose the pitch of the anchor coils equal to or almost equal to the pole pitch. It follows from this that the number of effective conductors almost corresponds to the total number of conductors. On the basis of practical designs, it has been proven that, without reversible poles, good contact mutation is guaranteed with every load if the winding pitch is selected to be approximately the same as the virtual pole arc. For example, in the ten-pole motors listed above under B8, B9 and B10, the winding pitch goes from the first to the fourth armature slot.
As can be seen in the right half of Fig. 3, this corresponds approximately to a central angle of 5, while the virtual pole arc corresponds to an angle of 28 '. From the armature winding scheme it can be seen that the number of conductors in opposition, together with the number of conductors in the neutral zone, is approximately forty-three percent, so that only approximately fifty-seven percent of the conductors are actually effective.
This greatly reduced number of effective conductors, combined with what he mentioned as the enlarged armature diameter, reduces the value of (A S) by half or even more, compared to the ratios that result for a machine of conventional design. The one from the formula
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The resulting anchor reaction is consequently less than half of the value that would result for a machine of conventional design, because both (c-bi) and (A S) are smaller than this.
If the pitch of the armature coils is selected as described so that it is equal to or smaller than the virtual pole arc, the machines can be regarded as acting according to the transformer principle.In machines with normal pitch of the armature coils, the number of conductors is ineffective small in relation to the effective seeds. The electrodynamic force of the field surrounding the conductor generates the torque.
However, if the armature coil pitch is equal to or smaller than the virtual pole arc, this choice of pitch increases the number of ineffective conductors and reaches a maximum if the coil pitch corresponds to the armature slot pitch, in such cases the electro-dynamic force more or less equalized respectively. neutralized and the torque depends only on the coils, which act as ampere turns and magnetize the armature tooth around which it flows, as well as the lines of force that are generated in those egg parts that are in the field flux.
The retroactive electromotive force in the conductors is not caused by the lateral cutting of the lines of force, but rather coils through the flux inside the armature like in a transformer. _ In the case of a motor or a dynamo machine with radially arranged poles and a peripheral speed of less than thirty meters per second, the length of the anchor iron is determined by the following formula:
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in which l = length of the anchor iron b; = virtual pole arc With the exception of Motore AG, B8, B9 and B10, the practical examples given relate to converted machines of conventional design, in which the dimensions were determined by the existing housing. In contrast, in those cases where there was no restriction on the freedom of disposal.
the armature lengths were greatly increased and the result for motor A6 was, for example, armature length 12 cm armature diameter 1.2 cm virtual pole arc <I> b; = </I> a; <I>, </I> z a; = 0.74
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and from this 1) i = 0.74 # 9.42 = 9.97 cm
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and also for the examples motors ss8, B9, ss1 (1:
Anchor length = 15 cm anchor diameter = 19.6 cm ai = 0.8 virtual pole arc
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This increased ratio of the armature length to the fourth pole arc enables a strong increase in the iron length in the armature and field magnet with the result that the flux is increased with the same external dimensions. This increases the performance even further compared to conventional machines. As is well known, the effective copper weight also decreases in inverse proportion to the increase in the ratio l: bi.
When using the values from the equation given above
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for the manufacture of machines, it has been found that in comparison with machines of known design, smaller dimensions result for the same performance, namely it was found. that the volumes of these machines are roughly one to three compared to those of machines of conventional design.
In addition, the speed and power curves of these machines are flat. They also differ from the well-known machines with closed iron rings.
Your idle speed is low, In order to ensure the most favorable course of the flux of the lines of force for this purpose, the field magnetic poles are connected by webs whose cross-section is uneven and adapts to the magnet coil shapes, as can be seen from Fig. A uniform cross-section of these webs between the poles would result in strong scattering. Thanks to the iron cross-section gradually decreasing from the poles, on the other hand, a high saturation, which increases rapidly with increasing load, is achieved and the scatter is reduced. This also ensures good commutation.
At the same time, the iron cross-section decreasing from the poles causes an even distribution of the flux over the air gap between the pole ring and the armature; the distribution adapts itself actively to the various loads.
In DC machines, the smallest cross-section of the iron ring lies in the middle between two poles. In machines that run either only as a motor or only as a generator, the thinnest iron cross-section is preferably located a little closer to one or the other adjacent pole, as the various armature reactions require.
In the case of the machines described, the starting current intensity that occurs when suddenly switched on without a starting resistor takes on significantly lower values than with machines of conventional design. In addition, these machines achieve full revs in a surprisingly short time, even if they are started at full load. It is therefore possible, please include to set them in motion at full load or up to one hundred percent overload without a starting device, because the commutation remains unchanged under all load conditions.
For the execution of pole ring and armature with a closed iron ring, a wide variety of solutions have been proposed up to now. F'ig. 4 shows a construction in which the pole pieces and the closed iron ring made of stamped metal sheets c are added together, which in the present example each have four pole piece parts d and four intermediate webs e. The punched sheets are held together by riveting and the prepared field magnet coils, not shown in the drawing, are pushed in a known manner over the pole shoes, whereupon the yoke f shown in broken lines is pressed on the field magnets and connected to the latter in a known manner.
In Fig. 5, another example is shown in part. The example shows a ten-pole machine in which, as in the preceding, prepared ready-made magnetic coils are used. The yoke parts f and the pole shoe parts d are punched out of a piece of sheet metal. At the end on the air gap side, the poles are provided with dovetail-shaped incisions g which are intended to accommodate the terminating parts /?. The end parts h can be made up of punched sheets as desired or, in the case of smaller dimensions of the machine, made from one piece.
After the punched sheets have been riveted together, the field magnet coils i can also be pushed over the pole shoes d, whereupon the terminating parts h are pressed in and close the field magnet ring. j is the cylindrical steel jacket of the housing. - "Bar winding can be used for the closed armature, especially in large machines in which a small number of copper bar conductors has to be accommodated. A stamped sheet for such a machine is shown in the right half of the figure.
It is of course also possible to design the armature plates in such a way that completely wound armature coils can be inserted. An example of this is shown in FIG. These anchor plates consist of a closed ring k with grooves that open towards the center. They are particularly suitable for single-tooth winding and enable the pre-wound coils to be inserted from the inside. After the winding is complete, the anchor cage thus formed is pressed over a core which is expediently designed as a wheel and which can be made as easy as possible.
The use of a closed armature also has the advantage that no devices have to be provided for securing the coils against centrifugal force. The space saved in this way is fully beneficial to the armature winding, which can have more turns or larger cross sections.