CH216511A - Gleichpolmaschine, insbesondere zur Erzeugung von Wechselstrom höherer Frequenz. - Google Patents

Description

  Gleichpolmaschine, insbesondere zur Erzeugung von Wechselstrom höherer Frequenz.    Mittel- und Hochfrequenzgeneratoren  werden in der Regel als Gleichpoltype ge  baut. Dabei ist die Erregerwicklung als ko  axialer Ring ruhend     zwischen    zwei ebenfalls  koaxialen Ständerblechpaketen angeordnet,  die in achsparallelen Nuten eine Spulen  wicklung tragen, während der Läufer wick  lungslos ist. Ständer und Läufer sind mit  einer der vorgesehenen Drehzahl entsprechen  den Zahl von Polzacken zur Erreichung der  gewünschten Frequenz versehen. Diese Bau  art erlaubt bei gleicher Umfangsgeschwindig  keit die     Ausführung    der Wechselstrom  maschinen mit höheren Polzahlen als bei der  Bauart mit gewickelten Polen.

   Immerhin ist  auch für diese Bauart die Polzahl beschränkt  wegen der mit der Zunahme der Polzahl  auch immer enger werdenden Nutenteilung  und der damit verbundenen Schwierigkeit  der Bewicklung dieser Nuten. Ferner sind  solche Maschinen wegen der vielen Nuten  verwickelt und in der Herstellung sehr kost  spielig.  



  Durch die Erfindung wird nicht nur eine         weitgehende    Vereinfachung und     Verbilligung     der Maschine erreicht, sondern auch     eine    we  sentliche Erhöhung der Polzahl     oder/und     Frequenz, oder bei gegebener Polzahl oder       Frequenz    eine Verkleinerung des. Durch  messers der Maschine möglich.

   Die Erfin  dung     besteht        darin,    dass ausser der Gleich  stromerregerwicklung der als Gleichpoltype  gebauten     Maschine    auch die Wechselstrom  arbeitswicklung als koaxiale Spule     in    wenig  stens einer koaxialen Ringnut     zwischen,        Pol-          vorsprüngen    des     Ständers    angeordnet ist     und     dass die Polvorsprünge beidseitig der Ringnut  entweder beim Ständer oder beim Läufer in  der Umfangsrichtung um eine Polteilung  gegeneinander versetzt sind.  



  In der Zeichnung sind     .einige    Ausfüh  rungsbeispiele für die Erfindung     dargestellt,     und zwar zeigen jeweils im Längs- und Quer  schnitt die     Fig.    1 und 2 eine vierpolige An  ordnung zur Erläuterung     ider    Wirkungs  weise,     Fig.    3 und 4 eine vielpolige Hoch  frequenzmaschine mit     zylindrischem    Anker  und     Fig.    6 und 7 eine solche mit scheiben-      förmigem Anker, während Fig. 5 die     Ab-          en     des Ständers der     Maschine    nach  Fig. 3 zeigt..

   Fig. 8 zeigt die Hälfte des  aktiven Teils einer Dreiphasenmaschine im  Längsschnitt, Fig. 9 eine Abwicklung dieses  Teils.  



  In Fig. 1 gibt die obere Hälfte eine Aus  führungsform wieder, bei der die axial  nebeneinanderliegenden Polvorsprünge des       Ständers    gegeneinander um eine halbe Pol  teilung versetzt sind, während diejenigen des  Läufers jeweils in der gleichen Radialebene  liegen; bei der unteren Hälfte der Fig. 1 ist  der umgekehrte Fall veranschaulicht. Fig. 2  zeigt den Querschnitt durch eine Maschine  der erstgenannten Art.

   In der Magnetspule a,  die in einer umlaufenden Ringnut o des  Ständers b der Maschine ruht, wird ein  Kraftfluss erzeugt, der sich entweder in der  gezeichneten Stellung des Läufers c längs  der gestrichelten Linie über die Polvor  sprünge d, e des Läufers c und die Vor  sprünge f,     y    des Ständers b, oder nach einer  Vierteldrehung des Läufers c längs der       strichpunktierten    Linie über die Läufervor  sprünge h-, i und Ständervorsprünge j, k,  schliesst. Der Rückschluss des Magnetkreises  erfolgt durch eine zylindrische Ständerboh  rung, wobei es gleichgültig ist, welchen  Durchmesser sie hat; der Luftspalt kann also  hier an der Stelle l oder an der Stelle m  liegen.

   Zwischen den Ständerpolvorsprüngen  f, g einerseits und     j,   <I>k</I> anderseits liegt in einer  Ringnut     q    die Arbeitswicklung s der Maschine,  die wie die Erregerspule a als Ringspule  ausgebildet ist. Sie wird bei jedem Wechsel  de' Kraftschlusses von d, f nach h, j bezw.  von e, g nach i, k einmal vom gesamten Ma  gnetfeld geschnitten, wobei jedesmal in je  dem Spulendraht eine dem Feld und der  Schnittgesechwindigkeit proportionale EMK       induziert    wird, die abzüglich des     Spannungs-          abfalles    in den Spulenleitern, an den Klem  men der Maschine herrscht. Es ist eine  Wechselspannung, denn einmal wird das  Feld von links nach rechts, das andere Mal  von rechts nach links durch die Spule s hin  wegeführt.

   Die sekundliche Frequenz v    hängt natürlich von der Drehzahl ab und ist,  wenn p die halbe Zahl der wechselnden Pol  vorsprünge und n die Drehzahl je Minute ist,  
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    Für das Beispiel der Fig. 1 und 2 ist  p = 2, so dass die Maschine bei 1500 Um  drehungen pro Minute einen Einphasenstrom  von 50 Perioden und bei 3000 Umdrehungen  pro Minute einen Strom von 100 Perioden  liefert. Die erzeugte EMK ergibt sich dann  aus Frequenz, Kraftfluss und Zahl der in  geschalteten Windungen der Spule s.

    Mechanisch ist die in Fig. 1 oben dar  gestellte Anordnung mit gleichartigen Pol  vorsprüngen am Läufer günstiger als die An  ordnung mit versetzten Polvorsprüngen am  Läufer, wenigstens dann, wenn es sich um  wenigpolige Maschinen handelt, weil im letz  teren Falle eine Unwucht     auftritt.    Bei viel  poligen     Maschinen    spielt aber diese  keine Rolle mehr.  



  Fig. 3 bis 5 zeigen eine 80polige Ma  schine, die zum Beispiel bei 1500 Umdrehun  gen pro Minute eine Frequenz 1000 liefert.  



  Ständer- und Läufereisen b, c sind hier ge  blecht, und zwar, der Richtung des Kraft  flusses entsprechend, radial, wie aus Fig. 4  hervorgeht.     Hierbei    brauchen die Zwischen  stücke t zwischen den Polvorsprüngen d des  Läufers nicht aus Eisen zu bestehen, weil  sie keinen Kraftfluss führen; Sie können aus  irgendeinem geeigneten, mechanisch     wider-          standsfähigen    Werkstoff, zum     Beispiel    aus  einem Kunststoff auf Harzgrundlage be  stehen.

   Die Ständerbleche b sind in schwal  benschwanzförmigen Nuten des Gehäuses r  gehalten, und auch die Läuferbleche sind  zwischen im Querschnitt schwalbensch     wanz-          förmigen        Pressplatten        m,        v        gefaBt.     



  Die Maschine ist ,symmetrisch zur senk  recht auf ihrer Drehachse     stehenden    Mittel  ebene gebaut, so     daB    der magnetische Rück  schluss rechts in gleicher Weise ausgenutzt  wird wie auf der linken Seite. Die beiden  Spulen s und s' können in     Reihe    oder par-      alle)     geschaltet    werden. Wie aus der Ab  wicklung Fig. 5 zu erkennen, sind die Kraft  flüsse der einzelnen Polpaare NS bezw.  N     S'    völlig unabhängig     voneinander.     



  Dass man die Maschine grundsätzlich  auch mit Scheibenanker ausführen kann,  zeigt Fig. 6 und 7. Dabei wird man die ra  diale Pollänge von innen nach     :aussen    in dem  Verhältnis abnehmen     Jassen,    wie die mittlere       Polbreite    in der     Umfangsrichtung    zunimmt,  damit der Polquerschnitt und der Kraftfluss  pro Polvorsprung konstant bleiben. Der Ver  lauf der Magnetflüsse ist wie in Fig. 3 an  gedeutet.  



  Auch     mehrphasig    lässt sich die Maschine  bauen. In Fig. 8 und 9 ist zum Beispiel eine  Dreiphasenmaschine dargestellt. Dabei ist  jede Spule s der drei Phasen I, II, 111 zwi  schen je zwei Reihen von um<B>180</B> elektrische  Grade versetzten Polvorsprüngen f, j ange  ordnet, und die Polreihen der drei Phasen  sind gegeneinander um 120 elektrische Grade  versetzt.  



  Dreiphasenstrom lässt sich aber auch so  erzeugen, dass man in einer Maschine ent  sprechend Fig. 3 bis 5 die Polreihen rechts  und     links    der Erregerspule     a    um 90 (elek  trische Grade versetzt und den so gewon  nenen Zweiphasenstrom bei entsprechender  Wahl der Windungszahl der Arbeitswick  lungen s, s' mit Hilfe der Scottschen Schal  tung in     Dreiphasenstrom    umwandelt.  



  Die Maschine kann auch, unabhängig von  der Frequenz der Arbeitswicklung, Gleich  strom erzeugen, den man an axial auseinan  derliegenden Punkten des Läufers mittels  Bürsten oder sonstiger Stromabnehmer ab  nehmen kann; sie wirkt dann als     Unipola,r-          maschine.    Gegebenenfalls lässt sich dieser  Gleichstrom zur Speisung der Erregerspule     a     verwenden.  



  Ebenso wie angetrieben als Generator  läuft die, Maschine auch, an ein Wechsel  stromnetz angeschlossen und mit Gleichstrom  erregt, treibend als: Synchronmotor, wenn  man     sie:    auf Touren gebracht und synchroni  siert hat.    Die radiale Schichtung der Bleche hat  wesentliche     Vorteile.    Einmal ergeben sich  weniger Blechabfälle, was bei den hoch  legierten teuren Blechen, die für :solche Ma  schinen in Frage kommen, besonders ins Ge  wicht fällt. Ferner ermöglicht die radiale  Schichtung ohne weiteres die Verwendung  der gleichen Blechschnitte für Maschinen der,  verschiedensten     Frequenzen,    lediglich durch  Änderung der Dicke der Blechpakete.  



  Zum Einlegen der Magnet- und der Ar  beitswicklungen kann die Maschine senkrecht  zur Achsrichtung, zum     Beispiel    jeweils an  den Ringnuten in     Einzelabschnitte    getrennt  werden. Einfacher lässt sich die Wicklung  aber auch einlegen, wenn man die Maschine  wie üblich durch einen Schnitt durch die  Längsachse in zwei Teile zerlegt.  



  Die neue Maschine besitzt     gegenüber,den     Hochfrequenzgeneratoren der bisherigen     Bau-          art    weit grössere Möglichkeiten. Denn die  durch die     Nutenteilung    bedingte obere  Grenze der Polzahl fällt bei ihr weg, da die  Wicklung nicht mehr in Längsnuten zwi  schen die Pole gelegt werden muss. Bei der  Maschine nach der Erfindung lässt sich eine  viel kleinere Polteilung     wählen:,    wodurch in  .der Auslegung der     Hochfrequenzmaschinen     ein viel grösserer und freierer Spielraum ge  schaffen ist. Zudem erlaubt die Erfindung  eine viel einfachere, billigere Herstellung  und betriebssicherere Isolierung der Wechsel  stromwicklung.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Gleichstrommaschine, insbesondere zur Erzeugung von Wechselstrom höherer Fre quenz, mit in wenigstens einer Ringnut Ales Ständers angeordneter, ruhender, mit Gleich strom gespeister Erregerspule, dadurch ge kennzeichnet, dass auch die Wechselstrom arbeitswicklung als koaxiale Spule in wenig stens einer koaxialen Ringnut zwischen Pol vorsprüngen des Ständers angeordnet ist, und dass die Polvorsprünge beidseitig der Ringnut entweder beim Ständer oder beim Läufer in der Umfangsrichtung um eine Polteilung ge geneinander versetzt sind. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Maschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die nach dem Luftspalt zu gerichteten Stirnflächen sämt licher zwischen den Ringnuten sowie diesen und den Maschinenenden liegender Polvor sprünge einander gleich sind. 2. Maschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Längsachse der Polvorsprünge parallel zur Maschinenachse liegt. 3. Maschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Längsachse der Polvorsprünge radial liegt. 4.

   Maschine nach L nteranspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Länge der zwischen Ringnuten liegenden Polvorsprünge in dem gleichen Masse von innen nach aussen hin abnimmt. wie ihre mittlere Breite in der Umfangsrichtung zu nimmmt. 5. Maschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass ihre Eisenkörper radial geblecht sind. 6. Maschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Lücken zwi schen den nicht gegeneinander versetzten Polvorsprüngen wenigstens zum Teil mit un magnetischem Werkstoff ausgefüllt sind. 7.

   Maschine nach Z nteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass die Lücken zwi schen den nicht gegeneinander versetzten Polvorsprüngen wenigstens zum Teil mit Isolierstoff ausgefüllt sind. B. Maschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Luftspalt für den magnetischen Rückschluss einen andern Durchmesser hat als der Luftspalt zwischen den Polvorsprüngen. 9. Maschine nach Patentanspruch, da- dureli gekennzeichnet, dass sie zur Erreger spule symmetrisch gebaut ist, dass also beid seits der Erregerspule je mindestens eine Ar beitspule induziert wird.

   10. Maschine nach Unteranspruch 9, da durch gekennzeichnet, dass die beiden Ar- i,eitsspulen in Reihe geschaltet sind. 11. Maschine nach Unteranspruch 9, da durch gekennzeichnet, dass die beiden Arbeits spulen parallelgeschaltet sind. 12. Maschine nach Patentanspruch mit mehreren Arbeitsspulen, dadurch gekenn zeichnet, dass zur Erzielung von Mehrphasen strömen die den verschiedenen Arbeitsspulen zugeordneten Polvorsprünge um den Phasen winkel gegeneinander in der Umfangsrich tung versetzt sind. 13.

   Maschine nach Unteranspruch 12, da durch gekennzeichnet, dass zur Erzielung von Dreiphasenstrom mindestens drei Arbeits spulen zwischen je zwei Reihen von Polvor sprüngen angeordnet sind, und dass diese drei Doppelreihen von Polvorsprüngen um je 120 elektrische Grade gegeneinander versetzt sind. 14. Maschine nach Unteranspruch 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Er zielung von Zweiphasenstrom die Polvor sprünge links und rechts der Erregerspule um 90 elektrische Grade gegeneinander ver setzt sind. 15. Maschine nach Unteranspruch 14, da durch gekennzeichnet, dass zur Erzielung von Dreiphasenstrom die Arbeitsspulen in Scott- Schaltung miteinander verbunden sind. 16.

   Maschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass unter Ausnutzung ihrer Wirkung als Unipolarmaschine an in der Längsrichtung verschobenen Stellen ihres Läufers Stromalmehmer zur Abnahme von Gleichstrom angeordnet sind. 1'7. Maschine nach. Unteranspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der unipolar er zeugte Gleichstrom zur Speisung ihrer Er regerwicklung verwendet wird. 18. Maschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Läuferbleche zwischen in Querschnitt schwalbenschwanz förmigen Pressringen gehalten sind.

   19. Maschine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Ständerbleche in schwallienschwanzförmigen Nuten des Gehäuses gehalten sind.