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Rotierende elektrische Maschine mit scheibenförmigen Rotor-und Statorelementen
Die Erfindung bezieht sich auf eine rotierende elektrische Maschine mit scheibenförmigen
Rotor-und Statorelementen, die wenigstens eine Wicklung enthält, die aus Flachleitern
gebildet ist und fest auf einem isolierenden Träger haftet, wobei die Leiter annähernd
radialliegende aktive Abschnitte besitzen und Endabschnitte aufweisen, die nur als
Wickelköpfe für die Verbindung der ersten Abschnitte entsprechend dem erforderlichen
Wickelschema dienen.
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Bei derartigen rotierenden Maschinen ist es besonders erwünscht, den
axialen Luftspalt so klein wie möglich zu halten. Da dieser Luftspalt wenigstens
auf der einen Seite durch die Leiter einer Wicklung begrenzt ist, ist man naturgemäß
geneiA die Dicke dieser Flachleiter nach Möglichkeit zu begrenzen. Dies führt auf
der Gegenseite zu einem Ansteigen ihres ohmschen Widerstandes, wodurch eine Erhöhung
der Kupferverluste in der Maschine hervorgerufen wird. Die beiden Bedingungen widersprechen
sich also offensichtlich hinsichtlich des Wirkungsgrades.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, diesen Widerspruch wenigstens
in einem merklichen Grade zu beseitigen.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß jede Wicklung
der Maschine so ausgebildet ist, daß die die Wickelköpfe bildenden Leiterabschnitte
gegenüber den aktiven Leiterabschnitten verstärkt sind und außerhalb des elektromagnetisch
nutzbaren axial verlaufenden Maschinen-Luftspalts liegen.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, daß bei Wicklungen aus Flachleitern
der zuvor erwähnten Art nur die mittleren Abschnitte der gebildeten Leiter, die
im allgemeinen etwa radial liegen, in elektrotechnischer Hinsicht aktiv sind, während
die zur Bildung der Wickelköpfe dienenden Teile in dieser Hinsicht unwirksam sind.
Es ist daher für die Leistung der Maschine ohne Nachteil, wenn diese Wickelkopfteile
außerhalb des nutzbaren Luftspalts hegen, wo sie ohne weiteres so verstärkt werden
können, daß ihr ohinscher Widerstand beträchtlich herabgesetzt ist. Bei vergleichbarer
Dicke des nutzbaren Luftspalts ist daher bei der erfindu:qgsgemäßen Maschine der
ohmsche Gesamtwiderstand der Wicklung beträchtlich verringert, was eine beträchtliche
Herabsetzung der ohnischen Verluste in der Maschine mit sich bringt.
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Bei einigen Arten von Maschinen der erwähnten Art ist eine Wicklung
nur auf einem der Elemente, d. h. auf dem Stator oder auf dem Rotor vorhanden.
Dies gilt beispielsweise für WechseIstromgeneratoren oder Asynchromnotoren, oder
auch für Motoren, deren Erreger aus Permanentinagtieten oder aus Magneten mit gewickelten
Drähten besteht. In den ersten Fällen weist nur der Stator eine Wicklung auf, während
der Rotor aus einer Scheibe gebildet ist, die aus einem wenigstens teilweise magnetischen
Material besteht, oder der Rotor besteht aus einer Anordnung von gekreuzten Leitern,
die einem in eine Ebene ausgebreiteten Käfiganker entsprechen. In den zweiten Fällen
weist nur der Rotor eine Wicklung der zuvor erwähnten Art auf, die schaltungsmäßig
einer Wellenwicklung oder emier Schleifenwicklung entspricht.
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In allen diesen Fällen kann die Verstärkung der Wickelkopfabschnitte
einfach dadurch erhalten werden, daß ein mit gleichföriniger Dicke ausgeführter
Leiterzug der vollständigen Wicklung in den außerhalb des nutzbaren Luftspalts liegenden
Wickelkopfteilen verstärkt wird.
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Bei anderen Arten derartiger Maschinen tragen sowohl der Stator als
auch der Rotor eine Wicklung. In diesem Fall ist vorzugsweise jedes mit einer derartigen
Wicklung mit verstärkten Wickelkopfabschnitten zusammenwirkende scheibenförmige
Elemente so ausgebildet, daß es die verstärkten Abschnitte unter Aufrechterhaltung
eines Mindestmaßes für den nutzbaren Luftspalt zwischen diesem Element und den
aktiven
Leiterabschnitten der Wicklung außerhalb des nutzbaren Luftspalts aufnehmen kann.
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Dieser zuletztgenannte Fall ist der komplizierteste, und er soll daher
als Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung beschrieben werden. In der Zeichnung
zeigt Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht einer gemäß, der Erfindung ausgeführten
rotierenden elektrischen Maschine, Fig. 2 eine Vorderansicht der Rotorwicklung der
Maschine von Fig. 1 und Fig. 3 eine Vorderansicht der Statorwicklung
der Maschine von Fig. 1.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Maschine sind verschiedene
Einzelheiten des Aufbaues nicht gezeigt, weil sie für die, Beschreibung unerheblich
sind. Die, Maschine besteht im wesentlichen aus drei' Elementen: einem Rotor der
einen isolierenden Kranz 1,
beispielsweise aus einem dünnen dielektrischen
Material, besitzt, auf den doppelseitig eine Wicklung aufgedruckt ist; einem Statorerreger
mit einem magnetischen Körper 8, auf dem eine einseitig aufgedruckte Wicklung
gebildet ist, die beispielsweise zuvor auf einem dünnen isolierenden Träger
9 hergestellt sein kann; und einem feststehenden Magnetjoch 13 auf
der anderen Seite des Rotors, das beispielsweise von einer isolierenden Platte 14
getragen wird.
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Die Form der Rotorwicklung ist als Beispiel in Fig. 2 dargestellt.
Es handelt sich in diesem Fall um eine vierpolige Wellenwicklung mit 41 Leitern.
Die andere Seite ist in gleicher Weise ausgeführt, wobei die Leiter 2 sich räumlich
decken. Die geneigten Ab-
schnitte 4 und 5 der Wickelkopfleiter enden
in Klemmen 24 und 25, an denen die Verbindungen zwischen den beiden Seiten
durch das Isoliermaterial hindurch oder über den Rand des Isohermaterials hinweg
vorgenommen werden. Die geneigten Abschnitte 6 und 7
liegen in entgegengesetzter
Richtung in symmetrischer Anordnung und enden gleichfalls in Verbindungsklemmen.
An Stelle einer Wellenwicklung kann ebensogut eine Schleifenwicklung vorgesehen
werden.
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Die Statorwicklung besteht bei dem gezeigten Beispiel (Fig.
3) aus einer Anzahl von zusammenhängenden Spiralen, welche Sektoren umschließen,
die die vier Magnetpole S, N, S, N der Maschine begrenzen. Sie bestehen
aus radialen Abschnitten 9 und aus kreisbogenförmigen Abschnitten
10 bzw. 11, welche die Wickelköpfe bilden. Für diese Wicklung könnten
auch ebene sektorförinige Spulen verwendet werden, die so in Serie geschaltet sind,
daß sie von dem Strom abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen durchflossen werden.
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Die Leiter 4 und 5 der Wickelköpfe der Rotorwicklung auf der
einen Seite und die entsprechenden Leiter 6 und 7 auf der anderen
Seite sind gegenüber den aktiven Leiterabschniten 2 verstärkt, so daß sie aus deren
Ebene hervortreten; dies ist in Fig. 1 deutlich zu erkennen. In Fig. 2 sind
die äußere Begrenzung 15 und die innere Begrenzung 16 der nichtverstärkten
Abschnitte gestrichelt angedeutet. Durch die i Verstärkung der Wickelkopfleiter
wird der ohmsche Gesamtwiderstand der Rotorwicklung herabgesetzt.
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Die aktiven Leiterabschnite 9 der Statorwicklung liegen unterhalb
der Abschnite 10 und 11, weiche, die Wickelköpfe darstellen. Die äußere
bzw. innere Begrenzung dieser nach unten versetzten Leiterabschnitte 9 ist
in Fig. 3 bei 17 bzw. 18 gestrichelt dargestellt. Der Durchmesser
der äußeren Begrenzung 17 ist dabei etwas kleiner als der Durchmesser der
entsprechenden äußeren Begrenzung 15 bei der Rotorwicklung, und der Durchmesser
der inneren Begrenzung 18 ist etwas größer als der Durchmesser der entsprechenden
inneren Begrenzung 16. Dadurch ist es möglich, die aktiven Leiterabschnitte
9 der Statorwicklung beliebig nahe an den aktiven Leiterabschnitten 2 der
Rotorwicklung anzubringen; der nutzbare Luftspalt ist praktisch nur durch den mechanischen
Zusammenbau bestimmt.
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Die außerhalb des nutzbaren Luftspalts liegenden Leiterabschnitte
10 und 11 der Statorwicklung sind gegenüber den aktiven Leiterabschnitten
9 gleichfalls verstärkt, wie in Fig. 1 erkennbar ist. Dadurch wird
auch der ohmsche Gesamtwiderstand der Statorwicklung verringert.
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Die Wellen und Lager sind nicht dargestellt und ebensowenig die Anschlüsse
und Abgriffe sowie gegebenenfalls die Bürsten, die, falls sie vorhanden sind, an
einem der verstärkten Leiterkränze der Wickelköpfe des Rotors anliegen.