CH96067A - Unipolar machine, in which the current transfer between rotor and stator takes place through electrically conductive, rotating liquid rings in the operating state. - Google Patents

Unipolar machine, in which the current transfer between rotor and stator takes place through electrically conductive, rotating liquid rings in the operating state.

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CH96067A
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CH
Switzerland
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metal alloy
unipolar machine
rotor
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Kohler Conrad
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Kohler Conrad
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K31/00Acyclic motors or generators, i.e. DC machines having drum or disc armatures with continuous current collectors
    • H02K31/04Acyclic motors or generators, i.e. DC machines having drum or disc armatures with continuous current collectors with at least one liquid-contact collector

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Induction Machinery (AREA)

Description

  

  Unipolarmaschine, bei welcher im Betriebszustande der Stromübergang zwischen  Läufer und Ständer durch elektrisch leitende, sich drehende Flüssigkeitsringe erfolgt.    Die Erfindung bezieht sich auf eine Uni  polarmaschine, bei welcher im Betriebszu  stande der Stromübergang zwischen Läufer  und Ständer durch elektrisch leitende, sich  drehende Flüssigkeitsringe erfolgt. Solche  Unipolarmaschinen, welche sich insbesondere  für dynamoelektrische Kupplungen und dy  namoelektrische Getriebe eignen, sind zum  Beispiel in den D. R. P. 276712, 297493,  302174 und 294284 beschrieben. Bei diesen  Maschinen dient zur Überleitung des Stromes  vom Läufer zum Ständer und von diesem  zurück in den Läufer vorzugsweise eine dünne  Schicht von Quecksilber, welche sich wäh  rend des Betriebes ringförmig um den Ständer  verteilt.

   Es hat sich nun aber gezeigt, dass  das mit amalgamierbaren Metallen, z. B. Kupfer,  in Berührung stehende Quecksilber nach einer  gewissen Betriebsdauer chemische Verände  rungen erfährt. So bildet sich, wenn das  Quecksilber mit Kupfer in Berührung kommt,  nicht nur Kupferamalgam, sondern wegen der  Gegenwart des in der Luft enthaltenen Sauer  stoffes findet insbesondere auch eine starke  Bildung von Quecksilberoxyd statt. Ebenso    entsteht aus dem gebildeten Kupferamalgam  Kupferoxyd. Alle diese chemischen Produkte  scheiden sich in fester Form aus und bilden  zusammen ein dunkles Pulver, das die Bil  dung des nötigen, elektrisch leitenden Flüs  sigkeitsringes erschwert. Zudem setzt sich  dieses Pulver auch häufig an den stromleiten  den Teilen des Läufers und Ständers fest.

    Dadurch wird der Stromübergang- zwischen  diesen Teilen wesentlich erschwert, und über  dies muss der- entstandene Quecksilberverlust  ersetzt werden. Von Zeit zu Zeit muss das  Quecksilber sogar erneuert werden, was ein  zeitraubendes Auseinandernehmen und Wieder  zusammensetzen der Maschine bedingt und  überdies, in Anbetracht- des hohen Preises  des Quecksilbers, wesentliche Auslagen zur  Folge hat.  



  Zweck vorliegender Erfindung ist, eine       Unipolarmaschine    der erwähnten Gattung zu  schaffen, bei welcher der-elektrisch leitende,  sich drehende Flüssigkeitsring auch nach  längerem Betrieb keine wesentlichen chemi  schen Veränderungen irgendwelcher Art er  leidet, so dass die bei Verwendung von Queck-      silber sich sonst einstellenden Übelstände ver  mieden sind. Erfindungsgemäss dient zur  Stromüberleitung zwischen Läufer und Ständer  eine bei niederer Temperatur schmelzende  Metallegierung, deren Temperatur während  des Betriebes stets über der Erstarrungstem  peratur bleibt. Im geschmolzenen Zustand  bildet die Metallegierung, in derselben Weise  wie das bisher zur Verwendung gekommene  Quecksilber, einen um Stromüberleitungsringe  des Läufers verteilten, zur Überleitung des  Stromes dienenden, sich drehenden Ring.  



  Im Ständer der Unipolarmaschine kann  zweckmässig wenigstens ein Hohlraum vorge  sehen sein, welcher zur Aufnahme eines     Heiz-          mittels    dienen kann, das beim Anlassen ein  Schmelzen der erstarrten Metallegierung oder  während des Betriebes eine Erhitzung der  flüssigen Legierung bewirkt. In Verbindung  mit dem Hohlraum des Ständers können auch  Mittel zum Zuführen eines Kühlmittels ange  bracht sein, damit dieses bei zu starker Er  hitzung der Metallegierung ein Abkühlen der  letzteren bewirkt.  



  Auf der beiliegenden Zeichnung ist in  einem achsialen Längsschnitt ein dynamo  elektrisches Getriebe veranschaulicht, welches  zwei als -Generator und Motor laufende Uni  polarmaschinen nach vorliegender Erfindung  aufweist.  



  Bei dem gezeigten Getriebe sind A, B  die Ständer der beiden Unipolarmaschinen,  von denen jede einen Eisenring 1 aufweist.  Die Eisenringe 1 sind mit einem gemein  samen Zwischenstück 2 lösbar verbunden, in  welches ein Kupferring 3 eingeschoben ist.  Der grösste Teil des Zwischenstückes 2 ist  von einem ringförmigen Stück 2Ú aus nicht  magnetisierbarem Material umgeben, das zu  sammen mit dem Zwischenstück 2 und dem  Kupferring 3 einen Hohlraum 13 begrenzt.  In -dem die Teile 1, 2, 2Ú aufweisenden Stän  dergehäuse sind die mit ihren Stirnflächen  einander unmittelbar gegenüberstehenden  Läufer C D angeordnet, die in Lagerkörpern  4 bezw. 5 gelagert sind. An den einander  gegenüberstehenden Stirnflächen der beiden  Läufer C, D sind den Stromübergang über-    mittelnde Kupferringe 6 bezw. 7 angeordnet.

    Gegenüber den Umfangsflächen dieser Ringe  6, 7 ist in das Ständergehäuse ein Kupfer  ring 8 eingelassen, dessen achsiale Ausdeh  nung derart bemessen ist, dass seine Innen  fläche die Umfangsfläche der Ringe 6, 7 be  deckt. Der Ring 8 ist von dem Kupferring  3 durch eine Isolierschicht 9 elektrisch ge  trennt, und er bildet mit einer die beiden  Läufer C D trennenden Zwischenwand 12  ein Ganzes. Die Läufer G; D sind ferner  mit Stromüberleitungsringen 10 bezw. 11 aus  Kupfer versehen, die mit denselben gut lei  tend verbunden sind. Gegenüber den Um  fangsflächen der Ringe 10, 11 sind im Ständer  Kupferringe 15 bezw. 16 vorgesehen, welche  mit dem eisernen Zwischenstück 2 zusam  mengeschweisst sind, so dass sie mit diesem  Stück ein Ganzes bilden.

   Die Ringe 15, 16  sind in achsialer Richtung so bemessen, dass  sie die Umfangsfläche der Stromüberleitungs  ringe 10, 11 bedecken. 14 bezeichnen Er  regerwicklungen, welche -im Ständer unter  gebracht sind. Der Verlauf der magnetischen  Kraftlinien ist an einer Stelle durch den ge  strichelten Linienzug a angedeutet.  



  In das Ständergehäuse ist eine bei niederer  Temperatur schmelzbare Legierung einge  bracht. Diese Legierung, die zur Stromüber  leitung zwischen Läufer und Ständer dient,  kann zum Beispiel aus drei Gewichtsteilen  Zinn, fünf Gewichtsteilen Blei und acht Ge  wichtsteilen Wismut bestehen. Im geschmol  zenen Zustand füllt diese Legierung beim  Umlauf des Getriebes vermöge der Fliehkraft  die' schmalen Zwischenräume zwischen den  Ringen 6, 7, 10, 11 und den gegenüberlie  genden Ständerflächen aus und vermittelt den  Stromübergang zwischen jenen Ringen.

   In  folgedessen ergibt sich der -durch den ge  strichelten Linienzug     b    angedeutete Strom  verlauf, indem der Strom aus- dem Kupfer  ring 7 des Läufers D über den in den       Ständerkörper    isoliert eingelassenen Kupfer  ring 8 auf den Kupferring 6 des Läufers C  übergeht, worauf er     nach'Durchgang    durch  diesen Läufer vom Kupferring 10 in den  Ständer übergeht -und von .hier durch Ver-      mittlung des Ringes 3 in den Ring 11 des  Läufers D übertritt.  



  In Verbindung mit dem Hohlraum 13 kön  nen Mittel zum Zuführen eines Heizmittels  vorgesehen sein, welches beim Anlassen ein  Schmelzen der erstarrten Metallegierung oder  während des Betriebes eine Erhitzung der  flüssigen Legierung bewirkt. Um bei zu star  ker Erhitzung der Metallegierung ein Ab  kühlen derselben zu erwirken, können in Ver  bindung mit dem Hohlraum 13 noch über  dies Mittel zum Zuführen eines Kühlmittels  angebracht sein. Der Hohlraum 13 kann er  forderlichenfalls in mehrere Kammern unter  teilt sein, von denen jede mit einer Zuleitung  für ein Heizmittel oder ein Kühlmittel oder  mit Zuleitungen für Heiz- und Kühlmittel  ausgestattet sein kann.  



  Es ist festgestellt worden, dass als     Metall-          legierung,    welche zur Stromüberleitung zwi  schen Läufer und Ständer dient, auch eine  solche verwendet werden kann, die aus vier  Gewichtsteilen Zinn, acht Gewichtsteilen Blei,  fünfzehn Gewichtsteilen Wismut und vier  Gewichtsteilen Kadmium, oder eine, die aus  vier Gewichtsteilen Zinn, acht Gewichtsteilen  Blei, fünfzehn Gewichtsteilen Wismut und  drei Gewichtsteilen Kadmium besteht. Auch  mit einer aus einem Gewichtsteil Zinn, einem  Gewichtsteil Blei und zwei Gewichtsteilen  Wismut bestehenden Legierung sind gute Er  gebnisse erzielt worden.

   Die erwähnten Le  gierungen schmelzen alle bei niederer Tem  peratur und bleiben, nachdem sie beim  Inbetriebsetzen durch Wärmezufuhr zum  Schmelzen gebracht worden sind, während  des Betriebes infolge der erzeugten Reibung  und ihrer niedern Schmelztemperatur flüssig.



  Unipolar machine, in which the current transfer between rotor and stator takes place through electrically conductive, rotating liquid rings in the operating state. The invention relates to a uni polar machine, in which in Betriebszu the current transfer between rotor and stator is carried out by electrically conductive, rotating liquid rings. Such unipolar machines, which are particularly suitable for dynamo-electric clutches and dynamo-electric transmissions, are described, for example, in D. R. P. 276712, 297493, 302174 and 294284. In these machines, a thin layer of mercury is used to transfer the current from the rotor to the stator and from this back into the rotor, which is distributed in a ring around the stator during operation.

   It has now been shown, however, that the amalgamable metals such. B. copper, mercury in contact undergoes chemical changes after a certain period of operation. When the mercury comes into contact with copper, not only does copper amalgam form, but also, in particular, a large amount of mercury oxide due to the presence of the oxygen in the air. Copper oxide is also produced from the copper amalgam formed. All of these chemical products separate out in solid form and together form a dark powder, which makes it difficult for the necessary, electrically conductive liquid ring to form. In addition, this powder often adheres to the current-conducting parts of the rotor and stator.

    As a result, the current transfer between these parts is made much more difficult, and the resulting mercury loss must be replaced by this. From time to time the mercury even has to be renewed, which requires time-consuming dismantling and reassembly of the machine and, moreover, in view of the high price of the mercury, results in significant expenses.



  The purpose of the present invention is to create a unipolar machine of the type mentioned, in which the electrically conductive, rotating liquid ring does not suffer any significant chemical changes of any kind even after prolonged operation, so that the inconveniences that otherwise arise when using mercury are avoided. According to the invention, a metal alloy which melts at a low temperature and whose temperature always remains above the solidification temperature during operation is used to transfer current between the rotor and the stator. In the molten state, the metal alloy, in the same way as the mercury previously used, forms a rotating ring distributed around the current transferring rings of the rotor and serving to transfer the current.



  In the stator of the unipolar machine, at least one cavity can expediently be provided, which can serve to accommodate a heating medium that causes the solidified metal alloy to melt when it is started or the liquid alloy to be heated during operation. In connection with the cavity of the stator, means for supplying a coolant can also be attached so that if the metal alloy is excessively heated, it causes the latter to cool.



  In the accompanying drawing, a dynamo-electric transmission is illustrated in an axial longitudinal section, which has two polar machines running as a generator and motor according to the present invention.



  In the transmission shown, A, B are the columns of the two unipolar machines, each of which has an iron ring 1. The iron rings 1 are releasably connected to a common intermediate piece 2, into which a copper ring 3 is inserted. Most of the intermediate piece 2 is surrounded by an annular piece 2Ú made of non-magnetizable material, which delimits a cavity 13 together with the intermediate piece 2 and the copper ring 3. In -dem the parts 1, 2, 2Ú having Stän dergehäuses are arranged with their end faces directly opposite runners C D, which BEZW in bearing bodies 4. 5 are stored. On the opposite end faces of the two rotors C, D, copper rings 6 and copper rings 6, respectively. 7 arranged.

    Opposite the circumferential surfaces of these rings 6, 7, a copper ring 8 is embedded in the stator housing, the axial expansion of which is dimensioned such that its inner surface covers the circumferential surface of the rings 6, 7 be. The ring 8 is electrically separated from the copper ring 3 by an insulating layer 9, and it forms a whole with an intermediate wall 12 separating the two runners C D. The runner G; D are also with power transmission rings 10 respectively. 11 made of copper, which are connected to the same well lei tend. Compared to the circumferential surfaces of the rings 10, 11 are in the stand copper rings 15 respectively. 16 provided, which are welded together with the iron intermediate piece 2, so that they form a whole with this piece.

   The rings 15, 16 are dimensioned in the axial direction so that they rings 10, 11 cover the circumferential surface of the power transmission lines. 14 He denote energizing windings, which are placed in the stator. The course of the magnetic lines of force is indicated at one point by the dashed line a.



  An alloy which melts at a low temperature is introduced into the stator housing. This alloy, which is used to transfer current between the rotor and stator, can consist, for example, of three parts by weight of tin, five parts by weight of lead and eight parts by weight of bismuth. In the molten state, this alloy fills the 'narrow spaces between the rings 6, 7, 10, 11 and the opposing stator surfaces as the gear rotates by virtue of the centrifugal force and mediates the current transition between those rings.

   As a result, the current course, indicated by the dashed line b, results in that the current from the copper ring 7 of the rotor D passes through the copper ring 8 insulated in the stator body and onto the copper ring 6 of the rotor C, whereupon it passes The passage through this runner passes from the copper ring 10 into the stator - and from here, through the intermediary of the ring 3, passes over into the ring 11 of the runner D.



  In connection with the cavity 13, means for supplying a heating agent can be provided, which causes the solidified metal alloy to melt during tempering or to heat the liquid alloy during operation. In order to achieve a cooling from the same when the metal alloy is heated too strong, in connection with the cavity 13 can still be attached via this means for supplying a coolant. The cavity 13 can, if necessary, be divided into several chambers, each of which can be equipped with a supply line for a heating medium or a coolant or with supply lines for heating and cooling means.



  It has been found that the metal alloy used to transfer current between the rotor and the stator can also be one made from four parts by weight of tin, eight parts by weight of lead, fifteen parts by weight of bismuth and four parts by weight of cadmium, or one which consists of four parts by weight of tin, eight parts by weight of lead, fifteen parts by weight of bismuth and three parts by weight of cadmium. Good results have also been achieved with an alloy consisting of one part by weight of tin, one part by weight of lead and two parts by weight of bismuth.

   The mentioned Al alloys all melt at a lower temperature and, after they have been brought to melt during start-up by supplying heat, remain liquid during operation due to the friction generated and their low melting temperature.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Unipolarmaschine, bei welcher im Be triebszustand der Stromübergang zwischen Läufer und Ständer durch elektrisch leitende, sich drehende Flüssigkeitsringe erfolgt, da durch gekennzeichnet, dass die Stromüberlei tung zwischen Läufer und Ständer durch eine bei niederer Temperatur schmelzende Metall- legierung hindurch erfolgt, deren Temperatur während des Betriebes stets über der Er starrungstemperatur bleibt. UNTERANSPRÜCHE: 1. Unipolarmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Strom-' überleitung dienende Metallegierung aus vier Gewichtsteilen Zinn, acht Gewichts teilen Blei, fünfzehn Gewichtsteilen Wis mut und drei Gewichtsteilen Kadmium besteht. 2. PATENT CLAIM: Unipolar machine, in which the current transfer between rotor and stator takes place through electrically conductive, rotating liquid rings when in operation, characterized in that the current is transferred between rotor and stator through a metal alloy that melts at a low temperature, the temperature of which always remains above the solidification temperature during operation. SUBClaims: 1. Unipolar machine according to claim, characterized in that the metal alloy used for current 'transfer consists of four parts by weight of tin, eight parts by weight of lead, fifteen parts by weight of wisdom and three parts by weight of cadmium. 2. Unipolarmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Strom überleitung dienende Metallegierung aus vier Gewichtsteilen Zinn, acht Gewichts teilen Blei, fünfzehn Gewichtsteilen Wis mut und vier Gewichtsteilen Kadmium besteht. 3. Unipolarmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Strom überleitung dienende Metallegierung aus drei Gewichtsteilen Zinn, fünf Gewichts teilen Blei und acht Gewichtsteilen Wis mut besteht. 4. Unipolarmaschine nach Patentanspruch,- dadurch gekennzeichnet, dass die zur Strom überleitung dienende Metallegierung aus einem Gewichtsteil Zinn, einem Gewichts teil Blei und zwei Gewichtsteilen Wis- mit besteht. Unipolar machine according to patent claim, characterized in that the metal alloy used for the transmission of electricity consists of four parts by weight of tin, eight parts by weight of lead, fifteen parts by weight of wisdom and four parts by weight of cadmium. 3. Unipolar machine according to claim, characterized in that the metal alloy used for power transmission consists of three parts by weight of tin, five parts by weight of lead and eight parts by weight of wis. 4. Unipolar machine according to claim, - characterized in that the metal alloy used to transfer current consists of one part by weight of tin, one part by weight of lead and two parts by weight of wisite. 5. Unipolarmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Ständer wenigstens ein Hohlraum vorgesehen ist, welcher zur Aufnahme eines Heizmittels dienen kann, das beim Anlassen ein Schmel zen der erstarrten Metallegierung oder während des Betriebes eine Erhitzung der flüssigen Legierung bewirkt. 6. Unipolarmaschine nach Patentanspruch und Unteranspruch ä, dadurch gekennzeichnet, dass in Verbindung mit dem Hohlraum Mittel zum Zuführen eines Kühlmittels vorgesehen sind, um bei zu starker Er hitzung der Metallegierung ein Abkühlen derselben bewirken zu können. 5. Unipolar machine according to claim, characterized in that at least one cavity is provided in the stator, which can serve to accommodate a heating medium that causes a melting of the solidified metal alloy during tempering or heating of the liquid alloy during operation. 6. Unipolar machine according to claim and dependent claim ä, characterized in that means for supplying a coolant are provided in connection with the cavity in order to be able to effect cooling of the same when the metal alloy is overheated.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112959880A (en) * 2021-03-31 2021-06-15 吉林大学 Hybrid motorcycle and vehicle driving assembly thereof
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