Elektrische Wechsel- oder Drehstrommaschine mit Klauenpolläufer Elektrische Wechsel- oder Drehstrommaschinen der Klauenpolbauart, bei denen der magnetische Fluss von einem feststehenden Erregerteil (elektro- und/oder permanentmagnetische Erregung) über jeweils einen Luftspalt in gleichnamige Pole eines nach dem Klauen polsystem ausgebildeten Läufers übertritt und von die sen über den mit dem Erregerteil festverbundenen in duzierten Teil in die Gegenpole des Läufers und aus diesen wieder zurück in den Erregerteil, sind bekannt.
Dabei kann beispielsweise der Läufer aus zwei kon zentrisch zur Drehachse und mit Abstand zueinander angeordneten Ringen bestehen, welche gegeneinander gerichtete Klauen aufweisen, die ineinandergreifen.
Durch den so beschriebenen Aufbau des Läufers ist dieses System nur für axial kurze Maschinen mit Vorteil anwendbar, wenn man die Klauen nicht ma gnetisch übersättigen will. Daraus ergibt sich, dass bei Maschinen grösserer Leistung der Bohrungsdurchmes ser im Verhältnis zu anderen Maschinen gleicher Lei stung unverhältnismässig gross werden müsste. Solan ge es sich dabei um relativ langsam drehende Maschi nen handelt, ist diese Vergrösserung nicht unbedingt von Nachteil. Wird jedoch eine hohe Drehzahl ver langt, so sind die dann auftretenden Fliehkräfte nur noch in unwirtschaftlicher Weise oder gar nicht zu beherrschen.
Aufgabe der Erfindung ist es hier, Abhilfe zu schaf fen, insbesondere soll dabei das Prinzip der eingangs erwähnten Maschine für notwendigerweise langge- streckte elektrische Maschinen, z.B. Turbinengenera toren oder Phasenschieber, nutzbar gemacht werden.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Wechsel- oder Drehstrommaschine, welche wenigstens einen zwei miteinander fest verbundene Teilräder besitzen den Klauenpolläufer aufweist, dessen achsparallele und ineinandergreifende Klauen praktisch keine wirk same ferromagnetische Verbindung miteinander haben und in Umfangsrichtung mit wechselnder Polarität ausgebildet sind, wobei fernerhin der magnetische Fluss vom feststehenden Erregerteil (elektro- und/oder per manentmagnetische Erregung) erzeugt wird und,
je- weiles über einen Luftspalt, in gleichnamige Pole des Klauenpolläufers und von diesen über den mit dem Erregerteil fest verbundenen induzierten Teil in die Gegenpole des Klauenpolläufers übertritt.
Erfindungs- gemäss ist die Maschine als in achsparalleler Richtung aneinandergereihtes Mehrfachsystem ausgebildet, wo bei die magnetischen Nutzflüsse jedes einzelnen Sy stems zur magnetischen Entlastung des Klauenpol- läufers in Serie aneinandergereiht und ausserdem die induzierten Teile mit nur einer gemeinsamen Wicklung ausgestattet sind.
In Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung wird der Erregerteil ringförmig ausgebildet und radial um das Polrad angeordnet; dasselbe gilt für den in duzierten Teil. Dabei kann der Erregerteil permanent oder durch elektrischen Strom erregt sein, auch kann er jeweils nur an den beiden Stirnseiten der Synchron maschine angeordnet werden.
Bei einer Weiterausbildung der Erfindung weist also der Klauenpolläufer beispielsweise an seinen Stirn seiten Polringe auf, deren Klauen, mit in Umfangs richtung um eine Polteilung versetztem Abstand, ge geneinander weisen. Zwischen diesen sind in axialer Richtung weitere Klauen gleicher Polarität angeord net, die, gewissermassen an ihrem jeweiligen Rücken, mit entsprechenden weiteren Polringen und über diese mit Klauen der anderen Polarität, diese in Umfangs richtung ebenfalls um eine Polteilung versetzt, verbun den sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben, in welcher Fig. 1 einen axialen Schnitt einer elektrischen Wechselstrom maschine, Fig. 2 die Draufsicht auf einen Teil eines abgewickelten Klauenpolläufers darstellt.
In der Fig. 1 ist auf der nicht magnetisierbaren Welle 1 der Klauenpolläufer 2 angeordnet und vom feststehenden Teil 3 umgeben. Der Klauenpolläufer 2 weist insgesamt vier Polringe 4, 5, 6, 7 auf (siehe auch Fig. 2). An den Polringen 4 und 7 sind Klauen 8 und 9 mit zueinander entgegengesetzter Polarität angeord net. Sie sind, ebenfalls zueinander, in Umfangsrichtung um eine Polteilung versetzt. In die dabei entstandenen Lücken ragen die Klauen 10, angeordnet am Polring 5 und Klauen 11, angeordnet am Polring 6, hinein, wobei von den Polringen 5 und 6, jedoch jeweils nach der anderen Seite, weitere Klauen 12, 13 ausgehen.
Der feststehende Teil 3 ist mit drei lamellierten Blechpaketen, den induzierten Teilen 14, 15, 16 aus gebildet, wobei diese eine gemeinsame Wicklung 17 aufweisen. Zwischen den induzierten Teilen 14, 15, 16 bzw. an deren Stirnseiten sind die Erregerteile 18, 19, 20, 21 angeordnet, letztere beiden wahlweise. Bei per manentmagnetischer Erregung wird man die Magnete im Gehäuse oder in den Lagerschilden 25 unterbringen.
Der magnetische Fluss nimmt den aus der Fig. 1 ersichtlichen Verlauf entsprechend der Linie 22. Man erkennt, dass der Fluss, beispielsweise vom Erregerteil 18 bzw. dem linken Lagerschild 25 ausgehend, in Pfeil richtung der Linie 22 folgt und dabei über einen Luft spalt 23 in den Polring 4 übertritt. Von hier aus über die an ihm angeordnete Klaue 8 und einen weiteren Luftspalt 24 in den induzierten Teil 14 und zurück über den gleichen Luftspalt 24 in die Klaue 10 und über den mit dieser festverbundenen Polring 5 in die weitere Klaue 12. Der weitere Flussverlauf ist dann analog und in einfacher Weise aus der Fig. 1 ersicht lich. Er wird geschlossen über das magnetisierbare, hier beispielsweise als Mantel ausgebildete Gehäuse am Lagerschild 25.
Man erkennt, dass sich der magnetische Fluss nicht jeweils im einzelnen System kurzschliesst, sondern durch die besondere Ausbildung des Klauenpolläufers in Reihe geführt wird. Daher addieren sich die erre genden Durchflutungen der jeweiligen Teilmaschinen. Die insgesamt notwendige Durchflutung wird also durch Hintereinanderschalten des Weges für den ma gnetischen Fluss bestimmt. Dabei wird auf seinem Wege der Luftspalt mehrmals gekreuzt.
Dieses ist je doch ohne wesentliche Bedeutung, da die Erregerlei stung wegen der, besonders bei Ringspulen, kurzen Wicklungslänge von vornherein so klein gehalten wer den kann, dass die aus Gründen des mehrfachen Luft spaltübertritts notwendige Erhöhung praktisch nicht sehr ins Gewicht fallt.
Mittels der so beschriebenen Reihenschaltung der magnetischen Flüsse, bei welcher also der Klauenpol- läufer nur den Fluss jeweils eines einzigen Statorteils führt, wird eine magnetische Entlastung desselben erreicht. Der Klauenpolläufer würde nämlich sonst, besonders bei axial langen Maschinen, einen magne tischen Engpass bilden. Auch kann nunmehr der Ei senquerschnitt des Gehäuses in mässigen Grenzen verbleiben.
Entgegen allen bekannten Anordnungen entfällt also die Anordnung von Erregerspulen und Isolierstof fen am oder innerhalb des Läufers, wodurch dessen Durchmesser wesentlich verkleinert und die Herstel lung entsprechend vereinfacht werden kann. Die Ma schine kann also mit sehr hohen Umfangsgeschwindig keiten ausgelegt werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass aus dem Klauenpolläufer keine Strom wärmeverluste abgeführt werden müssen.
Derartige Klauenpolläufer sind allen mit Wicklun gen oder Gleichrichtern ausgebildeten weit überlegen. Man hat hier den idealen Läufer ohne Schleifringe und Bürstenapparat vor sich.
Selbstverständlich ist das Prinzip nicht nur für nor- malfrequente, sondern auch für höherfrequente Ma schinen anwendbar.
Auch die Verwendung als Lichtmaschine für Fahr zeuge ist nach der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise möglich. In diesem Falle kann man den Forde rungen der Kraftfahrzeug-Hersteller nachkommen, eine Klauenpolmaschine mit geringerem Durchmesser als dem in bekannten Ausführungen herzustellen. Dieses ist nämlich wesentlich für die Beherrschung der gerade beim rauhen und erschütterungsbehafteten Fahrzeug betrieb auftretenden Kräfte einschliesslich der Zentri- petalkräfte.
Electric alternating or three-phase current machine with claw pole rotor Electric alternating or three-phase current machines of the claw pole type, in which the magnetic flux from a fixed excitation part (electro- and / or permanent magnetic excitation) passes through an air gap into poles of the same name of a rotor designed according to the claw pole system and from These are known via the in duced part, which is firmly connected to the exciter part, into the opposite poles of the rotor and from there back into the exciter part.
In this case, for example, the rotor can consist of two rings arranged centrically to the axis of rotation and at a distance from one another, which have mutually directed claws that mesh with one another.
Due to the structure of the rotor described in this way, this system can only be used with advantage for axially short machines if you do not want to oversaturate the claws magnetically. From this it follows that in machines with a higher performance, the bore diameter would have to be disproportionately large compared to other machines of the same performance. As long as the machines are relatively slowly rotating, this enlargement is not necessarily a disadvantage. However, if a high speed is required, the centrifugal forces that then occur can only be controlled in an uneconomical manner or not at all.
The object of the invention is to provide a remedy here; in particular, the principle of the machine mentioned at the outset is intended to be used for necessarily elongated electrical machines, e.g. Turbine generators or phase shifters can be made usable.
The invention relates to an electrical alternating or three-phase machine, which has at least one two fixedly connected partial gears the claw pole rotor, whose axially parallel and interlocking claws have practically no effective same ferromagnetic connection with each other and are formed in the circumferential direction with alternating polarity, furthermore the magnetic flux is generated by the stationary exciter part (electro- and / or magnetic excitation) and,
in each case via an air gap, into poles of the same name in the claw pole rotor and from these via the induced part firmly connected to the exciter part into the opposite poles of the claw pole rotor.
According to the invention, the machine is designed as a multiple system lined up in an axially parallel direction, where the useful magnetic fluxes of each individual system are lined up in series to magnetically relieve the claw pole rotor and the induced parts are equipped with only one common winding.
In a further development of the subject matter of the invention, the exciter part is annular and arranged radially around the pole wheel; the same applies to the reduced part. The exciter part can be excited permanently or by electric current, and it can only be arranged on the two end faces of the synchronous machine.
In a further development of the invention, the claw pole rotor has, for example, on its end faces pole rings, the claws of which, with a distance offset in the circumferential direction by one pole pitch, face one another. Between these more claws of the same polarity are angeord net in the axial direction, which, to a certain extent, on their respective backs, with corresponding further pole rings and over these with claws of the other polarity, these are also offset by one pole pitch in the circumferential direction.
An embodiment of the invention will be described with reference to the drawing, in which Fig. 1 is an axial section of an AC electrical machine, Fig. 2 is a plan view of part of a developed claw pole rotor.
In FIG. 1, the claw pole rotor 2 is arranged on the non-magnetizable shaft 1 and is surrounded by the stationary part 3. The claw pole rotor 2 has a total of four pole rings 4, 5, 6, 7 (see also FIG. 2). On the pole rings 4 and 7 claws 8 and 9 are net angeord with opposite polarity. They are also offset from one another by one pole pitch in the circumferential direction. The claws 10, arranged on the pole ring 5 and claws 11, arranged on the pole ring 6, protrude into the resulting gaps, with further claws 12, 13 extending from the pole rings 5 and 6, but to the other side.
The fixed part 3 is formed with three laminated laminated cores, the induced parts 14, 15, 16, these having a common winding 17. The exciter parts 18, 19, 20, 21 are arranged between the induced parts 14, 15, 16 or on their end faces, the latter two optionally. In the case of permanent magnetic excitation, the magnets will be accommodated in the housing or in the end shields 25.
The magnetic flux takes the course shown in FIG. 1 according to the line 22. It can be seen that the flux, for example starting from the exciter part 18 or the left end shield 25, follows the line 22 in the direction of the arrow and thereby over an air gap 23 in the pole ring 4 passes. From here via the claw 8 arranged on it and another air gap 24 into the induced part 14 and back via the same air gap 24 into the claw 10 and via the pole ring 5 firmly connected to it into the further claw 12. The further course of the flow is then analogously and in a simple manner from Fig. 1 ersicht Lich. It is closed by means of the magnetizable housing, here designed as a jacket, for example, on the end shield 25.
It can be seen that the magnetic flux is not short-circuited in each individual system, but rather is guided in series due to the special design of the claw pole rotor. Therefore, the exciting flow rates of the respective sub-machines add up. The total required flow is thus determined by connecting the path for the magnetic flow in series. The air gap is crossed several times on its way.
However, this is of no major importance, since the excitation performance because of the short winding length, especially with toroidal coils, can be kept so small from the outset that the increase required for reasons of multiple air gap crossings is practically negligible.
By means of the series connection of the magnetic fluxes described in this way, in which the claw-pole rotor therefore only carries the flux of a single stator part, a magnetic relief of the same is achieved. The claw pole rotor would otherwise form a magnetic bottleneck, especially in axially long machines. The egg cross-section of the housing can now also remain within moderate limits.
Contrary to all known arrangements, the arrangement of excitation coils and Isolierstof fen on or within the rotor, whereby its diameter is significantly reduced and the manufacture can be simplified accordingly. The machine can therefore be designed with very high peripheral speeds. Another advantage can be seen in the fact that no current heat losses have to be dissipated from the claw pole rotor.
Such claw pole runners are far superior to all those trained with windings or rectifiers. Here you have the ideal runner without slip rings and brushes.
Of course, the principle can be used not only for normal-frequency but also for higher-frequency machines.
The use as an alternator for driving tools is possible according to the invention in a particularly advantageous manner. In this case, you can meet the demands of the motor vehicle manufacturers to produce a claw pole machine with a smaller diameter than that in known designs. This is in fact essential for the control of the forces, including the centripetal forces, which occur especially during rough and vibration-prone vehicle operation.