Elektrische Synchronmaschine mit Wechselpolen Es sind elektrische Synchronmaschinen mit Wech selpolen mit mindestens einem ruhenden Magnet system bekannt, bei welchen das ruhende Magnet system den Magnetfluss auf Wechselpole des Rotors überträgt. Die Polflächen des ruhenden Magnet systems können Innenflächen von Hohlzylindern, Ringscheiben oder eine Zylindermantelfläche bilden. In manchen von diesen bekannten Maschinen werden getrennte Ringe zur Übernahme des Flusses von ruhenden Magneten und zur Zuführung desselben in den induzierten Teil der Maschine verwendet. Diese bekannten Maschinen benötigen einen grossen Aufwand, wenn sie gute Anlaufeigenschaften, hohen Wirkungsgrad und Leistungsfaktor aufweisen sollen.
In der erfindungsgemässen Maschine ist der Fluss einer minimalen Verzweigung unterworfen und fast der totale Fluss ist nützlich. Dadurch, dass die das Magnetfeld weiterleitenden, voneinander getrennten Ringe im wesentlichen in Form eines massiven Dop pelzylinders angeordnet sind, werden auf eine sehr einfache Weise durch Induktion der Ströme im massiven Eisen gute Anlaufeigenschaften erzielt. Somit können bei kleinem Aufwand, was für die öko nomische Herstellung von Kleinmaschinen von gro sser Bedeutung ist, die Nachteile der bisher bekann ten Maschinen dieser Art vermieden werden.
Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Synchronmaschine mit Wechselpolen, mit einem ruhenden Magnetsystem und mit mindestens zwei rotierenden, magnetisch voneinander getrennten Rin gen, die am Umfang ausgeprägte Nord- bzw. Südpole aufweisen und auf mindestens einen über den ganzen Umfang reichenden induzierten Teil einwirken. Die wichtigsten Merkmale der neuen Synchronmaschine sind: Das ruhende Magnetsystem besitzt einen U-för- migen Querschnitt und die das Magnetfeld weiter- leitenden voneinander getrennten Ringe haben im wesentlichen die Form eines massiven Doppelzylin ders.
Die Zeichnungen stellen zwei Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes dar, und zwar die Fig. 1 und la eine Ausführung als Einfach- Synchronmaschine und die Fig. <I>2,</I> 2a-2c eine Ausführung als Doppel- Synchronmaschine in Form eines Periodenumformers.
Im besonderen zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch das erste Aus führungsbeispiel nach der Linie A-A in Fig. la, Fig. la einen Querschnitt längs der Linie B-B in Fig. 1, Fig. 2 einen Längsschnitt durch das zweite Aus führungsbeispiel, Fig. 2a die Anordnung der magnetischen Fluss- leiter des Rotors mit den Polflächen in Abwicklung und Draufsicht auf diese Polflächen,
Fig. <I>2b</I> einen Schnitt längs der Linie C-C in Fig. 2 und Fig. 2c einen Schnitt längs der Linie D-D in Fig. 2.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 1 und la befindet sich im unmagnetischen Gehäuse 1 ruhend angeordnet ein durch einen ferromagneti- schen Körper 2 gebildetes ringförmiges Magnet system mit U-förmigem Querschnitt mit der Feld erregerspule 3. Dieser ferromagnetische Körper ist zylindrisch ausgebohrt und bildet mit verbreiterten Polflächen einen Nord- und einen Südpol. Innerhalb dieser in radialer Richtung endlosen Polflächen N und S befinden sich mit kleinem Luftspalt die magnetischen Ringe 4 und 6, die magnetisch ge trennt auf der Welle befestigt sind.
Der Ring 4 bil det mit einer röhrenförmigen Verlängerung und dem S-Polzacken 5 ein gemeinsames Ganzes. Der Ring 6 bildet ebenfalls mit einer röhrenförmigen Verlänge rung, jedoch grösseren Durchmessers, und dem N- Polzacken 7 ein gemeinsames Ganzes. Die Polzacken 5 und 7 sind als Innenpolschuhe (Fig. la) ausgebil det und induzieren als Induktorsystem das ringför mige Ankereisen B. Im Ankereisen 8 ist in beispiels weise runden Nuten die normale induzierte Wicklung 9 untergebracht, deren Stirnverbindungen die Wickel köpfe 10 bilden.
Der magnetische Gleichfluss, im Magnetsystem 2 durch die ringförmige Erregerspule 3 erregt, tritt über die Luftspalte zwischen den Nord- und Süd polen zu den Ringen 4 und 6 über, fliesst in Rich tung der Pfeile nach den Polzacken 5 und 7. Bei Rotation des Rotors entsteht im Ankereisen 8 ein Drehfluss, der sich über den Eisenrücken in Pfeilrich tung (Fig. la) schliesst und die Wicklung 9 mit der Kreisfrequenz o) induziert. Die Spannungsregelung erfolgt mittels Regelung des Stromes in der Erreger spule 3 mit gleichen Mitteln wie bei bekannten Generatoren.
Die Hohlräume zwischen den als magnetische Flussleiter dienenden Ringen 4 und 6 sowie Pol zacken 5 und 7 können mit einem unmagnetischen Metall, beispielsweise Aluminium, ausgefüllt bzw. ausgegossen werden, so dass der Rotor einen kom pakten walzenförmigen Körper bildet.
Das Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 1 und la betrifft eine zweipolige Ausführung, doch ist es selbstverständlich, dass die betr. Maschine mit be liebig höherer Polzahl ausgeführt werden kann.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. <I>2,</I> 2a-2c ist die erfindungsgemässe Synchron maschine als Doppelmaschine in Form eines Peri- odenumformers ausgeführt. Im unmagnetischen Ge häuse 1 befindet sich ruhend angeordnet das ring förmige, durch einen ferromagnetischen Körper 2 gebildete Magnetsystem mit U-förmigem Querschnitt. Im rillenförmigen Hohlraum ist die Erregerspule 3 untergebracht, beziehungsweise mit dem Magnetkör per 2 fest verbunden.
Die Polflächen sind durch Ver breitung der Pole<I>N</I> und<I>S</I> gebildet, wodurch die Induktion in den Luftspalten verringert wird bei Übertritt des Flusses vom Magnetkörper 2 auf die magnetischen Ringe 4' und 6 des Rotors. Der Ring 4' trägt auf der linken Seite den Polzacken 5', wel cher den S-Pol des Rotors bildet. Der den N-Pol bildende Polzacken 7' hingegen ist mit der ferro- magnetischen Welle 11 fest verbunden. In Fig. 2b ist dieser zweipolige Synchronrotor im Schnitt darge stellt.
Sowohl der Anker 8' als auch die Anordnung und Ausbildung der Pole sind analog der Ausführung Fig. 1 und 1a. Der Stator 8' (Fig. 2) ist beispiels weise mit der Drehstromwicklung 9' mit den Wickel köpfen 10' ausgeführt, nur mit dem betriebsmässigen Unterschied, dass der Anker 8 (Fig. 1 und la) bei spielsweise als Generator dient, während der Anker 8' den motorischen Teil dieses Umformers in zwei poliger Ausführung bildet.
Der rechte Teil (Fig. 2, im Schnitt Fig. 2c) bildet den generatorischen Teil des Umformers und ist bei spielsweise sechspolig ausgeführt. Von der ringför migen Polfläche N des Magnetkörpers 2 tritt der magnetische Fluss auf den magnetischen Ring 6 des Rotors über. Dieser Ring 6 trägt als gemeinsames Ganzes die Polzacken 7, welche die N-Pole des ge- neratorischen Induktors bilden.
Von diesen die N- Pole bildenden Zacken 7 tritt der Fluss auf den Anker 8 über, fliesst über die Zähne und den Eisen rücken zu den die S-Pole bildenden Zacken 5 des Rotors und über die Welle 11 in Richtung der zum Polzacken 7' (N-Pol) des motorischen Teils des Um formers, wo sich der magnetische Kreis schliesst.
Der Anlauf geschieht derart, dass die Statorwick- lung 9' des motorischen Teils an ein Drehstromnetz gelegt wird. Das Drehfeld der Wicklung 9' induziert Wirbelströme im massiven Eisen der Rotorpolzacken 5' und 7', wodurch der Rotor das Anlaufdrehmoment erfährt. Diese Polkörper 5' und 7' sind miteinander durch unmagnetisches Metall samt dem Ring 4' zu einem gemeinsamen Ganzen fest verbunden und auf der Welle 11 verschiebbar angeordnet, dergestalt, dass dieser Rotorkörper etwa um eine Polteilung sich leicht verdrehen kann, jedoch durch eine nicht dar gestellte Anschlagvorrichtung die Welle 11 mitnimmt.
Durch diese Vorrichtung haben die motorischen und generatorischen Rotorteile die Möglichkeit, in der Nähe des motorischen Synchronismus sich durch gegenseitige radiale Verdrehung, ihrer Polarität ent sprechend, leichter in den Synchronismus hineinzu- heben als bei starrer mechanischer Verbindung beider Systeme.
Praktische Versuche haben sogar gezeigt, dass mit Hilfe dieser einfachen Vorrichtung solche Um former mit voller Erregung des Gleichstrom-Magnet- systems, und zwar mit Belastung des Generators, die synchrone Drehzahl erreichen. Der Erfindungs gegenstand ist jedoch nicht an diese eine Ausfühungs- form dieser Synchronisierungseinrichtung gebunden, sondern es kann auch einer der Anker 8 und 8' drehbar angeordnet werden, jedoch auch mit einem Anschlag zur Aufnahme des Gegendrehmomentes des Rotors. Letztere Form ist dann besonders zweck mässig, wenn die induzierten Ankerkörper innen an geordnet sind, die Induktorkörper hingegen ausserhalb der Anker laufen.
Bei dem zeichnerisch dargestellten und beschrie benen Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die Flüsse der beiden Maschinensysteme mit dem Erre- gerfluss des Magnetsystems in Reihe geschaltet. Die Anordnung kann jedoch auch so getroffen werden, dass der vom Magnetsystem ausgehende Fluss auf zwei oder mehrere Maschinensysteme als Flussver- zweigung übergeleitet wird (Parallelschaltung).
Die Anwendung von mehr als zwei Maschinen systemen, die von mindestens einem ruhenden Magnetsystem erregt werden, wird von der Erfindung ebenfalls umfasst. Ebenfalls können diese Maschinen systeme mit beliebigen Polzahlen Anwendung finden. Bei allen Arten der Ausführungsform und Fluss- führung (Serie und parallel) können die Flüsse der einzelnen Maschinensysteme beliebig geregelt werden, indem beispielsweise beim Umformer gemäss dem zweiten Ausführungsbeispiel im Leerlauf der Fluss gleichmässig auf beide Maschinensysteme sich verteilt.
Mit zunehmender Last des Generators hingegen kann der vom Magnetsystem erregte Fluss im Motorsystem allmählich abgedrosselt und nach dem Generator system abgedrängt werden.
Diese Flussabdrängung kann beispielsweise mit magnetischen Flussleitern geschehen, die als magne tische Nebenschlüsse mehr oder weniger in Aktion gebracht werden, indem man diese bewegt. Die Be wegung dieser magnetischen Nebenschlüsse oder Flusssperren kann durch Fliehkraft mechanisch von aussen oder durch magnetische Zugkraft geschehen. Auf diese Weise kann der Spannungsabfall im Gene rator mit zunehmender Last ausgeglichen bzw. die Klemmenspannung konstant gehalten werden.
Der Erfindungsgegenstand beschränkt sich nicht nur auf Magnetsysteme in zweipoliger Ausführung, wie in der Zeichnung dargestellt, sondern es können auch drei und mehr ruhende Pole Anwendung finden. So kann beispielsweise der ringförmige ruhende Eisenkörper zwei Rillen oder Nuten zur Aufnahme von zwei Felderregerspulen aufweisen, deren Strom verlauf entgegengerichtet ist. Ein solcher Magnetkör per besitzt dann z.
B. drei Polzacken mit endlosen kreisrunden zylinderförmigen Polflächen. Ist der mittlere bzw. innere Polzacken N-magnetisch, so sind die beiden äussern S-magnetisch; oder ist der mittlere bzw. innere Polzacken S-magnetisch, so sind die beiden äussern N-magnetisch. Zweckmässig ist der mittlere bzw. innere Polzacken mit doppeltem Quer schnitt auszuführen, weil er den magnetischen Kern bildet.
Wird nun beispielsweise eine Doppehnaschine des Erfindungsgegenstandes nach Fig. 2 mit einem solchen dreipoligen Magnetsystem ausgeführt, so sind auch drei magnetische Ringe 4 und 6 im Induktor erforderlich, die den Fluss auf die Polschenkel beider Maschinensysteme überleiten. Diese Ringe sind gleich wie die magnetischen Ringe 4, 6 gemäss Fig. 1 aus gebildet und weisen röhrenförmige Verlängerungen auf. Die Polzacken 5 und 7 des rechten Induktorteils sind an dem mittleren und einem äussern Ring befe stigt bzw. bilden ein gemeinsames Ganzes mit diesen.
Die Polzacken 5' und 7' des linken Induktorteils hin gegen sind an den mittleren und dem andern äussern magnetischen Rotorring befestigt bzw. mit diesem vereinigt. Bei dieser Ausführungsart können die Flüsse beider Maschinensysteme unabhängig vonein ander erregt und geregelt werden, indem eine Feld spule den Fluss des einen und die andere Feldspule den Fluss des andern Maschinensystems erregt.
An Stelle dieses Magnetsystems mit drei Pol zacken können auch zwei nebeneinander angeordnet werden, die je zwei Polzacken besitzen. In diesem Falle ist der Stromverlauf ebenfalls zweckmässig in beiden Spulen entgegengerichtet, so dass die beiden mittleren Polzacken gleiche Polarität, die äussern hingegen ungleiche Polarität aufweisen.