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Ständer für magnetelektrische Maschinen Es sind magnetelektrische
Maschinen bekannt, z. B. Fahrraddynamos, bei denen der Ständer eine konzentrisch
um die Rotorachse angeordnete Spule enthält, die Polschuhe trägt, die von dem Innenraum
der Spule, in dem sich ein rotierender Magnet befindet, um eine der beiden Stirnflächen
der Spule herum radial nach außen verlaufen. Die Polschuhe sind so angeordnet, daß
sie abwechselnd die eine oder die andere Stirnfläche der Spule umfassen. Bei Maschinen
dieser Art, bei denen die Polschuhe zu Polschuhkäfigen zusammengefaßt und die Polschuhe
durch abgebogene Lappen der Käfighälften gebildet sind, ist es bekannt, diese Hälften
durch Vorsprünge des Gehäuses an der Ringspule zu haltern.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Ständer für magnetelektrische
Maschinen mit einer konzentrisch um die Läuferachse angeordneten Ringspule, die
Polschuhe trägt, die sich von der Innenseite der Spule um eine der beiden Stirnflächen
der Spule herum radial nach außen erstrecken, wobei, längs des Umfanges der Spule
gesehen, die Polschuhe abwechselnd um die eine und um die andere Stirnfläche verlaufen.
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Die Erfindung besteht darin, daß die für sich allein stehenden einzelnen
Polschuhe, wie an sich bekannt, aus etwa U-förmigen, nebeneinander angeordneten
Blechen gleicher Größe lamelliert sind und daß sie mindestens einen schräg verlaufenden,
zum Zentrieren dienenden Rand aufweisen. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt
darin, daß die U-förmigen, nebeneinander auf die Ringspule aufgesteckten Polbleche
bezüglich der Spule und bezüglich des Raumes so zentriert werden, daß ein Blechpaket
mit glatter Oberfläche entsteht, so daß bei dieser vereinfachten Art der Fertigung
zwischen dem Läufer und dem Ständer der gleiche kleine Luftspalt vorgesehen werden
kann wie bei Maschinen, bei denen die dem Läufer zugewandte Innenfläche der Polschuhe
des Ständers plangedreht wird. Während es also bisher besonderer Einrichtungen bedurfte,
um die dem Läufer zugewandte Innenfläche der Polschuhe des Ständers zu überdrehen
oder auf andere Art zu glätten, werden durch die Erfindung die einzelnen U-förmigen
Bleche durch einfache selbsttätige Zentrierung am Gehäuse mit der erforderlichen
Genauigkeit paketiert, was eine wesentliche Arbeitsvereinfachung und Verringerung
der Herstellungskosten mit sich bringt, ohne daß die Genauigkeit und Präzision des
erzeugten Systems vermindert werden.
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Dieser schräg verlaufende, eine Zentrierfläche bildende Rand kann
an verschiedenen Stellen der Polschuhe bzw. der Polschuhbleche vorgesehen sein.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich dieser schräg verlaufende
Rand entweder am jochseitigen Ende des inneren Schenkels oder aber an dem dem Joch
abgewandten Ende der Polschuhschenkel. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung befindet sich dieser Rand jedoch an den dem Läufer abgewandten, äußeren
Polschuhschenkeln. Diese Ausführungsform der Erfindung kann dahingehend weiter ausgebildet
sein, daß diese Schenkel zum Zentrieren und Haltern im Gehäuse dienende Vorsprünge
aufweisen, wobei dann diese Vorsprünge in entsprechende Ausnehmungen im Gehäuse
eingreifen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß beim Zentrieren alle Polschuhbleche
gleichmäßig nach außen gedrückt werden und die Genauigkeit dieser Zentrierung nicht
von der mechanischen Festigkeit bzw. der Nachgiebigkeit des Materials der Ringspule
abhängig ist.
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Bei bekannten lamellierten, auf einer Ringspule angeordneten Polschuhen
haben die Joche der Polschenkel die Form eines zickzackförmigen Bandes, das die
einzelnen Pole ungleicher Polarität miteinander verbindet. Demgegenüber bestehen
die Polschuhe bei einer Ausführungsform der Erfindung aus etwa U-förmigen Blechen,
und die magnetische Verbindung zwischen den Polschuhen wird durch einen an den vom
Läufer abgewandten Schenkeln der U-förmigen Polbleche anliegenden Rückschlußring
hergestellt, der aus einer oder mehreren Lagen Dynamoblech gebogen oder aus gestanzten
Einzelringen aus Dynamoblech zusammengesetzt sein kann. Diese Ausbildung der lamellierten
Polschuhe bringt eine weitere erhebliche Verkürzung der zum Aufbau des Ständers
erforderlichen Arbeitszeit mit sich. Besteht der Rückschlußring aus nebeneinander
angeordneten Ringen, so können diese an ihrer Innenfläche mit Einschnitten versehen
sein, in die die außen auf der Ringspule verlaufenden Polschenkel eingreifen. Der
Querschnitt des den Rückschluß für den magnetischen Fluß bildenden Materials kann
durch Wegnahme oder Hinzufügen von Ringen bzw. Blechen auf einfache Weise eingestellt
werden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung verjüngt sich der
Querschnitt des im Innern der Spule verlaufenden Polschenkels gegen das dem Joch
abgewandte Schenkelende hin. Dadurch wird Material eingespart, das wegen des an
dem dem Joch abgewandten Schenkelende noch geringen magnetischen Flusses an dieser
Stelle überflüssig ist. Erfolgt die Querschnittsveränderung erfindungsgemäß in der
Weise, daß bei parallelen Außenrändern des U-förmigen Blechteiles die lichte Weite
der beiden Schenkel am Joch kleiner als an ihrem anderen Ende ist, so erlaubt diese
Schräge des inneren Randes des rotorseitigen Schenkels ein leichteres Aufschieben
des Bleches auf den Spulenkörper.
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Die Vorteile der Erfindung treten besonders dann hervor, wenn ein
mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Ständer ausgestatteter Stromerzeuger zum Messen
der Drehzahl einer mit der Läuferwelle verbundenen Welle verwendet wird. Wenn die
Polschuhe lamelliert sind, ist die EMK ziemlich genau proportional der Läuferdrehzahl,
und die Skala eines mit diesem den Geber darstellenden Stromerzeuger verbundenen
Drehspulinstrumentes weist dann eine lineare, in Drehzahlen geeichte Teilung auf.
Wegen der großen Arbeitsersparnis beim Aufbau des erfindungsgemäßen Ständers des
Stromerzeugers läßt sich diese Anordnung preislich so günstig herstellen, daß sie
mit den bekannten, zur Drehzahlmessung verwendeten anderen Systemen dem Preise nach
konkurrieren kann und gegenüber diesen im Preise vergleichbaren Systemen den Vorteil
einer linearen Skala und einer sehr viel höheren Genauigkeit voraus hat.
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Nach den gleichen Grundsätzen können auch magnetelektrische Kleinmaschinen
mit Innenständer und Außenläufer gebaut werden.
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Bei Einphasenwechselstrommotoren wird die zum Anlauf erforderliche
zeitliche Verzögerung des magnetischen Flusses jeder zweiten Polschuhgruppe in bekannter
Weise dadurch erreicht, daß die Polschuhe dieser Gruppe mit einem Kurzschlußring
versehen werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung können diese Kurzschlußstücke
so ausgeführt werden, daß sie zwei Öffnungen besitzen, durch die die paketierten
U-förmigen Polschuhe gesteckt werden, bevor sie auf die Ringspule geschoben werden.
Einfacher ist es, für jede Seite der Ringspule einen in axialer Richtung gewellten
oder mäanderförmig gebogenen Kurzschlußring zu verwenden, der mit dem magnetischen
Fluß jedes zweiten Polschuhs einer Stirnseite der Ringspule dadurch verkettet wird,
daß er zwischen der Jochseite dieses U-förmigen Polschuhs und der Ringspule angeordnet
wird, während er an den anderen Polschuhen außen vorbeigeführt wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der
Zeichnung. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer
Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.
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Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung bei einem Stromerzeuger
in einem Schnitt längs seiner Symmetrieachse; Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der
Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 zeigt die Form eines zum Aufbau der Polschuhe verwendeten
Bleches; Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung und Fig. 5 eine
Einzelheit einer weiteren Ausführungsform. Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform
eines den erfindungsgemäßen Ständer enthaltenden Stromerzeugers hat ein zylindermantelförmiges
Gehäuse 1, in das der als Ganzes mit 4 bezeichnete Ständer eingesetzt ist und das
einen abgesetzten Teil aufweist, in dem ein im Gehäuse durch zwei Ringe 8 und 15
gehaltenes Kugellager 6 zur Lagerung der Welle 5 angeordnet ist. Zwischen dem äußeren
Sprengring 15 und dem Kugellager 6 ist eine Unterlegscheibe 13 und zwischen der
Mantelfläche des Kugellagers 6 und der Wandung der das Kugellager aufnehmenden Bohrung
ein Toleranzring 14 angeordnet. An der inneren Stirnseite des mitlaufenden Teiles
des Kugellagers liegt ein auf der Welle befestigter Sicherungsring 7 an.
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Das Ende der Welle 5 ist durch einen Ring 12 gesichert in dem Kugellager
11 gelagert, das in einem zylindermantelförmigen Teil 16' des Gehäuseteils 16 angeordnet
ist. Auf der Welle 5 ist ein achtpoliger Dauermagnet 9, vorzugsweise ein Alni-Magnet,
durch zwei Messingmuttern 10 befestigt.
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Der Gehäuseteil 16 ist in den Gehäuseteil 1 eingesteckt und durch
eine Bördelung des Randes des Gehäuseteils 1 gehalten. Der zylindermantelförmige
Teil 16' ist in Verlängerung der Achse 5 durch eine Filzscheibe 19 abgedichtet und
durch eine aus elektrisch isolierendem Material bestehende Klemmenplatte 21 abgeschlossen.
Ein durch Schrauben 25 unter Zwischenlage eines Dichtrings 24 auf dem Ende des Gehäuses
16 befestigter Deckel schließt den Hohlraum des Gehäuses, in dem sich die Klemmen
befinden, nach außen ab.
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Der in den weiteren Teil des Gehäuses 1 eingesetzte Ständer 4 weist
einen Spulenkörper 26 auf, der die Wickelung 27 der Ringspule aufnimmt. In dem Spulenkörper
26 befinden sich Einschnitte, in die eine Anzahl von U-förmigen Polblechen 28 eingesteckt
ist; die in einen solchen Einschnitt des Spulenkörpers eingesteckten Polbleche bilden
einen Polschuh. Die Polbleche werden so eingesetzt, daß die Innenfläche des Joches
an der Stirnfläche des Spulenkörpers anliegt. Dabei ist die Anordnung so getroffen,
daß längs des Umfanges der Ringspule gesehen der eine Polschuh um die eine Stirnfläche
und der nächste Polschuh um die entgegengesetzte Stirnfläche des Spulenkörpers herum
verläuft. Während der auf dem äußeren Mantel der Spule 4 verlaufende Schenkel 29
der Polbleche 28 auf seiner ganzen Länge gleich breit ist, verläuft die dem Spulenkörper
zugewandte Kante 30 des im Innenraum der Spule liegenden Schenkels der Polbleche
28 etwas schräg nach außen, so daß sich die Polbleche leichter in die Einschnitte
einschieben lassen. Bei der dargestellten Ausführungsform trägt der an der äußeren
Mantelfläche der Spule verlaufende Schenkel 29
der Polbleche 28 sowohl an
seinem jochseitigen Ende als auch an seinem dem Joch abgewandten Ende Vorsprünge
31, die radial nach innen geneigte Zentrierflächen 32 aufweisen. Diese Zentrierflächen
32 greifen in eine konische Ausdrehung 33. des Gehäuseteils 1 ein bzw. kommen beim
Einschieben des Gehäuseteils 16 an der kegelförmigen Gegenfläche 34 zur Anlage,
wodurch eine Zentrierung der Polbleche erfolgt.
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Dia Ringspule und die außenliegenden Polschenkel sind mit zwei Blechen
2 und 3: aus magnetisch leitendem Werkstoff ummantelt. Die Anzahl dieser Bleche
richtet sich nach der Größe des magnetischen Flusses, der über diese Bleche geschlossen
wird.
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Der beispielsweise von einem Nordpol N des mit der Welle 5 umlaufenden
Magneten 9 austretende magnetische Fluß tritt über den Luftspalt in den Pol 35
ein,
umfließt die Wickelung 27 im Gegenuhrzeigersinn und tritt von dem oberen Schenkel
29 des Poles in die magnetisch leitenden Bleche 2 und 3 ein. Von dort tritt der
magnetische Fluß in den außenliegenden Schenkel 29 eines benachbarten Polschuhs
ein und verläuft längs der anderen Stirnfläche des Spulenkörpers 26, aber wieder
im Gegenuhrzeigersinn die Wicklung 27 umfließend, radial nach unten und tritt über
den Luftspalt in einen Südpol des Magneten 9 ein, wodurch der magnetische Kreis
geschlossen ist. Je nach der Stärke des Magneten 9 ist der Querschnitt des die Ringspule
außen umgebenden Mantels gewählt; im allgemeinen verwendet man Bleche gleichen Querschnittes,
und der zur Aufnahme des magnetischen Flusses zweckmäßige Leitungsquerschnitt wird
durch eine entsprechende Anzahl der verwendeten Bleche erhalten.
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Um den zylindermantelförmigen Teil 16' des Gehäuses 16 ist ein Ring
17 aus magnetisch leitendem Material angeordnet, dessen stirnseitiger Abstand von
dem Dauermagneten 9 durch eine Schraube 18 eingestellt werden kann. Durch Verstellen
des Abstandes zwischen diesem Ring 17 und dem Magneten 9 kann die Leistung des Stromerzeugers
geregelt werden. Die Gehäuseteile 1 und 16 bestehen aus einem magnetisch nichtleitenden
Werkstoff, vorzugsweise aus Aluminium.
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Die Herstellung des Ständers ist sehr einfach. Auf den mit den Einschnitten
als Preßteil herstellbaren Spulenkörper 26 wird die Ringspule 27 aufgewickelt. Dann
werden in die Einschnitte die U-förmigen Blechteile eingesetzt und der ganze Ständer
dann in die mit den Blechen 2 und 3 ausgekleidete Öffnung des Gehäuses 1 eingesetzt.
Dann wird der Gehäuseteil 16 eingesetzt, wobei die Schrägflächen 32 der Blechteile
28 an den Schrägflächen 34 des Gehäuseteils 16 zur Anlage kommen und zentriert werden;
gleichzeitig werden die Schrägflächen 32 in die entsprechende kegelige Ausnehmung
33 des Gehäuseteils 1 eingedrückt, so daß die Zentrierung auf beiden Seiten erfolgt.
Nach Einsetzen des Gehäuseteils 16 wird der vordere Rand des Gehäuseteils 1 über
eine Kante des Gehäuseteils 16 umgebördelt.
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Der erfindungsgemäße Ständer kann nicht nur bei Stromerzeugern, sondern
auch bei Elektromotoren verwendet werden.
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Bei Einphasenwechselstrommotoren kann die zum Anlauf erforderliche
zeitliche Verzögerung des magnetischen Flusses jedes zweiten Polschuhs einer Gruppe
in bekannter Weise dadurch erreicht werden, daß diese Polschuhe mit Kurzschlußringen
versehen sind. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird
die zeitliche Verzögerung des Flusses in einzelnen Polschuhen dadurch erreicht,
daß auf beiden Stirnseiten des Spulenkörpers je ein mäanderförmig ausgebildeter
ringförmiger Kupferblechstreifen 36 angeordnet ist, der abwechselnd über ein Polschuhjoch
37 hinweg und unter dem nächsten Polschuhjoch 35 hindurch verläuft. In Sonderfällen
kann es auch genügen, wenn ein derartiger Ring nur auf einer Stirnseite der Ringspule
angeordnet ist.
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Der Kurzschlußring kann auch durch ein Stück Kupferblech 38 gebildet
sein (Fig. 5), das Aussparungen 40 aufweist und auf jeden zweiten Polschuh einer
Gruppe aufgeschoben ist.