Gleichstrommaschine mit einem Erregerfeld, das starken Schwankungen unterliegt Gleichstrommaschinen, vor allem Reihenschluss maschinen, wenden häufig unter Bedingungen be trieben, die zu starken und raschen Änderungen der Belastung führen, unter ähnlichen Bedingungen ar beitet auch der mit Mischstrom gespeiste Bahnmotor. Die Änderung des Erregerfeldes induziert in den Ankerwindungen eine transformatorische EMK. Da die Bürsten der Gleichstrommaschine jeweils einige Ankerwindungen kurzschliessen, treibt diese trans- formatorsche EMK einen Kurzschlussstrom durch die Bürsten. Diese werden dadurch zusätzlich belastet und damit ihre Lebensdauer verringert. Um die Bür stenbelastung zu begrenzen, ist es zweckmässig, die Grösse der Wechselkomponente des Hauptpolflusses herabzusetzen.
Zu diesem Zweck kann man die dämpfende Wirkung der in den massiven Teilen des Ständereisens hervorgerufenen Wirbelströme benut zen; man kann aber auch besondere Kurzschlussringe anwenden, die das Erregerfeld umgeben. Auch ist es möglich, die Wechselkomponente,durch einen zur Erregerwicklung parallel geschalteten Ohmschen Wi derstand (Glättungswlderstand) zu vermindern.
Im Gegensatz zum Hauptpolfeld ist es für den Wendepolfluss der Gleichstrommaschine erwünscht, dass dieser möglichst genau der Kurvenform des ,Stromes entspricht, da diese Proportionalität die Voraussetzung für einen funkenfreien Betrieb der Gleichstrommaschine ist. Es empfiehlt sich deshalb, dafür zu sorgen, dass im Weg des Wendepolflusses möglichst keine Wirbelströme entstehen. Um dies zu erreichen, ist es bekannt, den Wendepolfluss mit Hilfe von lamellierten Wendefeldbrücken am massi ven Ständer vorbeizuleiten. Diese Wendefeldbrücken können als ein auf dem massiven Ständer aufge setzter lamellierter Ring ausgeführt sein oder als Stege, die an die Bleche der Pole aasgestanzt sind. Bei diesen bekannten Bauformen fliesst jedoch auch ein Teil des Hauptpolflusses über die Wendefeld brücken.
Um unerwünschte Sättigungserscheinungen zu vermeiden, muss daher der Querschnitt der Wende feldbrücken grösser bemessen werden als für den Wendepolfluss allein. Der Motor wird dadurch schwerer und teurer, sein Aussendurchmesser grösser. Ferner wind die eingangs beschriebene erwünschte Dämpfung der Wechselkomponente des Hauptpol feldes dadurch herabgesetzt, dass ein Teil des Haupt polflusses über lamelliertes Eisen fliesst.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Verbesserung der bekannten Ausführungsformen von Wendefeldbrücken für Gleichstrommaschinen, deren Erregerfeld starken Schwankungen unterliegt und die ein massives Ständerjoch mit lamellierten Haupt polen und lamellierten Wendepolen und Wendefeld brücken besitzen. Gemäss der Erfindung sind der Hauptpolfluss und der Wendepolfluss magnetisch ganz oder teilweise voneinander getrennt. Wesentlich für die Erfindung ist, dass der für den Wendepolfluss vorgesehene Wegeinen für den Hauptpolfluss grossen magnetischen Widerstand enthält. Dazu ist es zweck mässig, die Wendefeldbrücken und Wendepole durch Luftspalte von dem Ständer zu trennen und im Wendepolkern einen radial verlaufenden Luftspalt vorzusehen.
Durch den im Weg des Wendepolflusses vorge sehenen grossen magnetischen Widerstand wind der Hauptpolfluss praktisch ungeteilt über den massiven Ständer der Maschine geleitet, so dass eine möglichst ;gute Wir ibelstromdämpfung der Wechselkomponente des Hauptpolflu sses erzielt wird. .Ferner braucht,der Querschnitt (der Wendefeldbrücke nur für (die Grösse (des Wendepolflusses bemessen zu sein.
Dadurch wird ein erheblicher Raumgewinn gegenüber Iden bekann- ten Gleichstrommaschinen erzielt. Da jedoch insbe sondere b ei Bahmnotoren der für den Motor zur Verfügung stehende Raum äusserst beengt ist, ergibt ein Raumgewinn einen wesentlichen technischen Vor teil.
Man kann den Wendepolfluss auch dadurch ma gnetisch vom Hauptpolfluss trennen, dass die Wende feldbrücken, welche durch Luftspalte vom massiven Ständerring getrennt sind, derart um den Hauptpol kern herumgeführt werden, dass sie nicht vom Haupt polfluss durchkreuzt werden. Zu diesem Zweck emp fiehlt es sich, die Wendefeldbrücke aus bogenför migen lamellierten Teilen zu bilden, die den Haupt polkern ein- oder beidseitig umfassen. Man kann sie aber auch zu einem den Hauptpolkern kreisför mig umgebenden Ring ausbilden. Der Hauptpolkern kann jeweils durch urmagnetische, elektrisch gut lei tende Zwischenlagen gegen die ihn umgebenden Wendefeldbrücken abgeschirmt werden.
Die Wechselkomponente des Hauptpolflusses er zeugt in einer solchen ringförmigen Wendefeldbrücke Kurzschlussströme, die erwünscht sind, weil sie die Wechselkomponente des Hauptpolflusses dämpfen. Sollte der Kurzschlussstrom aber durch zu starke Wärmeentwicklung stören, so kann man ihn auch durch Schlitzen der ringförmigen Wendepolbrücke beseitigen.
Im folgenden sei die Erfindung an Hand von in den Figurendargestellten Ausführungsbeispielen er läutert.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den Ständer einer Gleichstrommaschine, der aus einem Ring 11 aus massivem Eisen besteht, auf dem die aus lamellierten Blechen aufgebauten Hauptpole 12 aufgesetzt sind. Zur Erleichterung der Montage der Haupterreger wicklung 13 ist der Hauptpolkern 14 geteilt. Die Wendefeldbrücken 15 sind als seitliche Stege am Hauptpolkern 14 angestanzt. Zwischen dem massiven Ring 11 des Ständers und den Wendefeldbrücken 15 liogt der Luftspalt 16. Der Wendepolkern 17 ist auf den Wendefelldbrücken 15 aufgesetzt. Zur besseren Abstützung des Wendepolkernes 17 kann der Luft spalt 16 durch eingelegte urmagnetische, gegebenen falls elektrisch gut leitende Abstandsstücke 18, die von den Wendefeldbrücken 15 isoliert sind, damit kein Kurzschluss der lamellierten Bleche eintritt, ganz oder teilweise ausgefüllt sein.
Der Wendepollkern 17 ist durch den radialen Luftspalt 19 geteilt, der auch durch urmagnetisches, gegebenenfalls elektrisch gut leitendes Material ausgefüllt und auch zur genauen. Zentrierung der Wendepole verwendet wenden kann. Dieser Luftspalt 19 bildet einen grossen magnetischen Widerstand, der den gestrichelt eingezeichneten Wen depolfluss nicht behindert, aber das Fliessen von Tei len des Hauptpolflusses über die Wendefeldbrücken weitgehend unterdrückt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 2 in einem Schnitt eines Ständers einer Gleichstrommaschine und in Fig. 3 in einem sche matisch als Abwicklung gezeichneten Schnitt des Ständers entlang der Linie X-X dargestellt. Der Ständer besteht aus dem massiven Ständerring 21, auf dem die lamellierten Hauptpole 23 aufgesetzt sind. In Sonderfällen können die Hauptpole auch massiv ausgeführt sein. Die Wendepole 24 sitzen auf den Wendefeldbrücken 25, die von dem massiven Ständerring 21 durch den Luftspalt 26 getrennt sind. Der Luftspalt 26 kann insbesondere zur Abstützung der Wendepole 24 mit unmagnetischen, elektrisch leitenden Abstandsstücken 27 ausgefüllt sein.
Man kann weiterhin in den Wendepolen 24 einen radialen Luftspalt vorsehen, der den Wendepolk ein ganz oder teilweise in zwei Teile unterteilt.
Die Wendefeldbrücken 25 verbinden die Wende pole 24 untereinander und bilden so einen Weg aus lamelliertem Eisen für den Wendepolfluss. Damit der Hauptpolfluss von dem Wendepolfluss magnetisch ge trennt ist und die Wendefeldbrücken nicht durch kreuzt, sind die Wendefeldbrücken 25 bogenförmig (wie aus Fig. 3 ersichtlich) ausgebildet und um die Hauptpole herumgeführt.
Die Wendepole 24 wenden auf die Bleche der Wendefeldbrücke 25 aufgesetzt. Verläuft die Schicht- ,ebene der Bleche parallel zur Oberfläche des Ständer ringes 21, so müssen die Feldlinien des Wendepol flusses Beinen Teil der Bleche der Wendefeldbrücke durchqueren. An diesen Stellen können durch die Wechselkomponente des Wendepolflusses Wirbel ströme induziert werden, die in unerwünschter Weise den Wendepolfluss dämpfen. Um diese Erscheinung zu vermeiden, können die Bleche der Wendefeld brücken 25 an den Stellen, wo sie unter dem Wende pol liegen, rechtwinklig umgebogen werden, wie es in zig. 2 schematisch angedeutet ist.
Einen anderen Wog zur Vermeidung von Wirbel strömen in den Wendefeldbrücken besteht darin, die Schichtrichtung der Bleche radial zu wählen. Zu diesem Zweck kann man die Wendefeldbrücke aus einem schmalen Eisenband herstellen, das - wie in Fig. 4 schematisch dargestellt - wie die Flachspule .eines Transformators aufgewickelt und durch Biegen oder Pressen ineinegeeignete Form gebracht wind; eventuell können überflüssige Ecken abgeschnitten wenden.
Es äst ein besonderer Vorteil der um den Hauptpol herumgeführten Wendefeldbrücke, dass sie keine besondere Formung ödes Ständerringes verlangt. Dadurch kann jeder Gleich:stromibahnmotor nach träglich, ohne besonders :grossen Aufwand, für Misch- strombetnieb umgebaut werden.
DC machine with an excitation field that is subject to strong fluctuations DC machines, especially series machines, are often operated under conditions that lead to strong and rapid changes in the load; the rail motor fed with mixed current also works under similar conditions. The change in the excitation field induces a transformer EMF in the armature windings. Since the brushes of the DC machine each short-circuit a few armature windings, this transformer EMF drives a short-circuit current through the brushes. This puts additional strain on them and reduces their service life. In order to limit the Bür most load, it is useful to reduce the size of the alternating component of the main pole flux.
For this purpose, the damping effect of the eddy currents produced in the massive parts of the stator iron can be used; but you can also use special short-circuit rings that surround the excitation field. It is also possible to reduce the alternating component by means of an ohmic resistance (smoothing resistance) connected in parallel to the exciter winding.
In contrast to the main pole field, it is desirable for the reversing pole flux of the DC machine that this corresponds as precisely as possible to the curve shape of the current, since this proportionality is the prerequisite for spark-free operation of the DC machine. It is therefore advisable to ensure that as far as possible no eddy currents arise in the path of the reversing pole flow. In order to achieve this, it is known to lead the reversing pole flow past the massive stator with the help of laminated reversing field bridges. This turning field bridges can be designed as a lamellar ring placed on the solid stand or as webs that are punched onto the metal sheets of the poles. In these known designs, however, part of the main pole flux also flows over the turning field bridges.
In order to avoid undesirable saturation phenomena, the cross-section of the reversing field bridges must therefore be made larger than for the reversing pole flux alone. This makes the engine heavier and more expensive and its outer diameter larger. Furthermore, the initially described desired attenuation of the alternating component of the main pole field is reduced by the fact that part of the main pole flux flows over laminated iron.
The present invention is concerned with an improvement of the known embodiments of helical field bridges for DC machines whose excitation field is subject to strong fluctuations and which have a massive stator yoke with laminated main poles and laminated reversing poles and reversing field bridges. According to the invention, the main pole flux and the reversing pole flux are magnetically completely or partially separated from one another. It is essential for the invention that the path provided for the reversing pole flux contains a high magnetic resistance for the main pole flux. For this purpose, it is advisable to separate the helical field bridges and reversing poles from the stator by air gaps and to provide a radially extending air gap in the reversing pole core.
Due to the large magnetic resistance provided in the path of the reversing pole flux, the main pole flux is practically undivided over the massive stator of the machine, so that the best possible eddy current damping of the alternating component of the main pole flux is achieved. Furthermore, the cross-section (of the Wendefeld bridge only needs to be dimensioned for (the size (of the polar flux.
As a result, a considerable gain in space is achieved compared to known direct current machines. However, since the space available for the motor is extremely narrow, especially when it comes to rail motors, a gain in space results in a substantial technical advantage.
The turning pole flux can also be magnetically separated from the main pole flux in that the turning field bridges, which are separated from the massive stator ring by air gaps, are guided around the main pole core in such a way that they are not crossed by the main pole flux. For this purpose, it is recommended to make the Wendefeld bridge from arched lamellar parts that encompass the main pole core on one or both sides. But they can also be designed to form a ring surrounding the main pole core. The main pole core can be shielded from the surrounding helical field bridges by means of primordial magnetic, electrically conductive intermediate layers.
The alternating component of the main pole flux generates short-circuit currents in such an annular helical field bridge, which are desirable because they attenuate the alternating component of the main pole flux. However, if the short-circuit current should interfere with excessive heat generation, it can also be eliminated by slitting the ring-shaped reversible pole bridge.
In the following the invention will be explained with reference to the embodiments shown in the figures.
1 shows a section through the stator of a direct current machine, which consists of a ring 11 made of solid iron, on which the main poles 12 made of laminated metal sheets are placed. To facilitate assembly of the main exciter winding 13, the main pole core 14 is divided. The helical field bridges 15 are stamped on the main pole core 14 as lateral webs. The air gap 16 lies between the solid ring 11 of the stator and the field bridges 15. The pole core 17 is placed on the field bridges 15. For better support of the reversible pole core 17, the air gap 16 can be completely or partially filled by inserted primordial magnetic, possibly electrically conductive spacers 18 which are isolated from the reversing field bridges 15 so that no short circuit of the laminated sheets occurs.
The reversible pole core 17 is divided by the radial air gap 19, which is also filled by a primordial magnetic, possibly electrically highly conductive material and also for precise. Centering the reversing pole used can turn. This air gap 19 forms a large magnetic resistance, which does not hinder the Wen depole flux shown in dashed lines, but largely suppresses the flow of parts of the main pole flux over the helical field bridges.
Another embodiment of the invention is shown in Fig. 2 in a section of a stator of a DC machine and in Fig. 3 in a cal matically drawn as a development section of the stator along the line X-X. The stator consists of the solid stator ring 21 on which the laminated main poles 23 are placed. In special cases, the main poles can also be made solid. The turning poles 24 sit on the turning field bridges 25, which are separated from the solid stator ring 21 by the air gap 26. The air gap 26 can be filled with non-magnetic, electrically conductive spacers 27, in particular to support the turning poles 24.
It is also possible to provide a radial air gap in the reversing poles 24 which divides the reversing pole completely or partially into two parts.
The turning field bridges 25 connect the turning poles 24 with one another and thus form a path made of laminated iron for the turning pole flow. So that the main pole flux is magnetically separated from the reversing pole flux and does not cross the reversing field bridges, the reversing field bridges 25 are arcuate (as can be seen from FIG. 3) and are guided around the main poles.
The reversing poles 24 turn when placed on the metal sheets of the reversing field bridge 25. If the layer, plane of the sheets runs parallel to the surface of the stator ring 21, the field lines of the Wendepol river legs must cross part of the sheets of the Wendefeld bridge. At these points, eddy currents can be induced by the alternating component of the reversing pole flux, which undesirably dampen the reversing pole flux. To avoid this phenomenon, the sheets of the turning field can bridge 25 at the points where they are under the turning pole, bent at right angles, as shown in zig. 2 is indicated schematically.
Another factor in avoiding eddy currents in the Wendefeld bridges is to choose the layer direction of the sheets radially. For this purpose, the Wendefeld bridge can be made from a narrow iron band which - as shown schematically in FIG. 4 - is wound up like the flat coil of a transformer and brought into a suitable shape by bending or pressing; unnecessary corners can possibly be cut off.
It is a particular advantage of the Wendefeld bridge that goes around the main pole that it does not require any special shaping of the dull stator ring. This means that every DC motor can be retrofitted for mixed-current operation without any particular: great effort.