DE1139197B - Drehfeldmaschine mit hysteretischer Wirkung - Google Patents

Drehfeldmaschine mit hysteretischer Wirkung

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DE1139197B DE1954P0011724 DEP0011724A DE1139197B DE 1139197 B DE1139197 B DE 1139197B DE 1954P0011724 DE1954P0011724 DE 1954P0011724 DE P0011724 A DEP0011724 A DE P0011724A DE 1139197 B DE1139197 B DE 1139197B
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DE1954P0011724
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Hermann Papst
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/02Synchronous motors
    • H02K19/04Synchronous motors for single-phase current
    • H02K19/08Motors having windings on the stator and a smooth rotor without windings of material with large hysteresis, e.g. hysteresis motors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Description

  • Drehfeldmaschine mit hysteretischer Wirkung Die Erfindung betrifft Drehfeldmaschinen, wie Drehfeldmotoren, -kupplungen und -bremsen mit Hysteresewirkung und strebt an, den hysteretischen Körper auf möglichst billige und einfache Verarbeitungsweise möglichst wirkungsvoll herzustellen. Dabei soll vor allem eine teuere langwierige Schleifbearbeitung von gehärteten Hohlzylindem vermieden oder auf eine geringfügige Nachbearbeitung beschränkt werden. Aber auch der bei den bekannten Hysteresemotoren vorhandene Nachteil der unbestimmten Phasenlage während des Laufes kann nach der Erfindung behoben werden.
  • Eine andere nachteilige Erscheinung ist der schleichende Schlupf, welcher sich derart auswirkt, daß übliche Hystereseläufer bei Belastung ein wesentlich geringeres Synchronmoment halten als das maximale Moment.
  • Man ist bei der Herstellung von hohlzylindrischen Hystereseläufern auf Schmiedestücke oder gepreßte oder gewalzte Rohre angewiesen. Bei diesen Vorformen benötigt man wegen des Materialverlustes durch die Bearbeitung etwa das doppelte Einsatzgewicht gegenüber dem einbaufertigen Zylinder. Außerdem zwingt der Härteverzug bei dünnwandigen Hohlzylindern zu einer sehr umständlichen Nachbearbeitung durch mehrfaches Schleifen an der Innen-und Außenseite. Der hierdurch bedingte hohe Preis solcher Motoren hindert ihre Anwendung.
  • Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Schwierigkeiten und Mängel durch Aufbau der hysteretischen Materialschicht aus Bogenstücken. Danach werden die bogenförnügen hysteretischen Teile derart aus gewalztem oder gezogenem flachem Rohmaterial getrennt, daß die magnetisch bevorzugte Walz-, Preß- oder Ziehstruktur vorwiegend in die Lauf- oder Zylinderumfangsrichtung zu liegen kommt.
  • Zur Erzielung eines phasengenauen Synchronlaufes kann der hysteretische Ringkörper z. B. aus so viel Bogenstücken oder Segmenten zusammengesetzt sein, wie Pole im Primärteil vorhanden sind. Die Segmente bilden an den Stoßstellen magnetische Engpässe, die erforderlichenfalls besonders ausgeprägt sein oder regelrechte Unterbrechungen des magnetischen Flusses bilden können. Solche Einschnürungen bzw. Unterbrechungen stützen den Synchronlauf des Motors dadurch, daß sich das Drehfeld nur dann voll ausbilden kann, wenn diese Engstellen jeweils in dessen Polachsen liegen. Diese Lage stellt sich beim Lauf des Motors nach Möglichkeit ein. Diese Wirkung unterstützt die hysteretische Synchronwirkung wesentlich, so daß man zwei Synchronisierwirkungen erhält. Konstruktiv schafft man im allgemeinen so viel Engstellen, wie Pole vorhanden sind. Die Zahl der Engstellen kann auch z. B. die Hälfte der primären Polzahl sein. Die Bogenstücke können auch durch Einkerbungen in Richtung der Zylindermantellinie magnetisch unterteilt werden.
  • Durch die Fertigung aus Walzmaterial erhalten die Zylinderbogenstücke gleiche Wandstärke. Sollen je- doch die Segmentbogen überall gleichmäßige Kraftflußdichte haben, wird man die Wandstärke an den Enden, mit denen sie zusammenstoßen, vermindern.
  • Um die Synchronlaufeigenschaften zu verbessern, kann man die Bogenstücke etwas kürzer halten und unmagnetische Spalte oder Keile vorsehen, so daß sich im eingebauten Zustand Engstellen für den magnetischen Fluß in Umfangsrichtung entsprechend der Polteilung ergeben.
  • Der aus Bogenstücken zusammengesetzte hysteretische Sekundärteil kann sowohl Motorinnen- als auch -außenteil sein. Ein aus nichtmagnetischem Material bestehender, zylindrischer Körper, beispielsweise aus Aluminium, hält die Bogenstücke im Kreise zusammen.
  • Aus Fertigungsgründen und zum Streufeldschutz kann dieses Gehäuse mit einer dritten Schicht aus ferromagnetischem Werkstoff versehen sein.
  • Wahlweise wird vorgeschlagen, zwischen die Segmente aus hysteretischern Material abwechselnd Segmente aus Weicheisen hoher Perrneabilität einzufügen, welche das Feld im Lu#ftspalt als Polschuhe aufnehmen. Die Hystereseteile werden dann hauptsächlich als Jochflußstücke magnetisiert.
  • Die die hysteretische Schicht aufnehmenden Segmente können durch die Scher- oder Stanzvorgänge aus dem Walzmaterial in gleicher Stärke mit solch ausreichender Genauigkeit hergestellt werden, daß sie ohne wesentliche Nachbearbeitung einbaufertig sind. Die Segmente werden aus dem Flachmaterial vorteilhaft derart ausgestanzt, daß die Gefügestruktur in Umfangsrichtung des zusammengesetzten hysteretischen Zylinders zu liegen kommt. Die durch den Walz- oder Ziehvorgang erzeugte Richtstruktur wird bei der Biegung der Seginente berücksichtigt. Außer Walz- und Ziehmaterial kommt für die Bogensegmente auch solcher Werkstoff in Betracht, der auf Grund anderer metallurgischer Verfahren handelsüblich hergestellt wird, beispielsweise Sintermetall oder pulvermetallurgisches Preßmaterial, Material in Kunstharzbindung mit entsprechender Preßrichtung od. dgl.
  • Um die für die Wirkungsweise des Motors günstigste Dicke der hysteretischen Schicht beispielsweise mit Federstahlband zu erzielen, können die Seginente auch konzentrisch geschichtet sein.
  • An Hand der Zeichnung seien einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt den innenliegenden Sekundärteil eines Hysteresemotors. Die Bogenstücke 1 bilden die hysteretische Schicht, die dem beispielsweise aus Leichtmetall bestehenden Tragkörper 2 aufliegt. Nut 16 ist die Motorwelle bezeichnet. In Fig. 1 sind sechs hysteretische Segmente 1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 1 e und 1 vorgesehen.
  • Die Segmente la bis lf der hysteretischen Schicht 1 können auf den Tragkörper 2 aufgeschraubt, aufgekittet oder auf irgendeine andere bekannte Art befestigt sein. Nach Fig. 2a werden sie durch schwalbenschwanzförmige Ausbildung auf dem Umfang des innenhegenden Stützteils 2 unverrückbar festgehalten.
  • Fig. 2a zeigt den Sekundärteil im Längsschnitt, Fig. 2 b in der Aufsicht. Die Motorwelle 16 hält den Rotor durch Naben 17 in den Teilen 2 und 2' zu- sammen. Schwalbenschwanzförmige Aussparungen 18 halten die Zylinderbogenstücke 1 aus hysteretischem Werkstoff seitlich fest.
  • Die Seginente 1 der Fig. 1 und 2 a sind mit gleichmäßiger Wandstärke dargestellt. Sie können aber auch im Querschnitt veränderlich sein, z. B., daß sie sich bei den magnetischen Engstellen 11 verjüngen.
  • In Fig. 3 a ist der hysteretische Sekundärteil Motoraußenteil. Die gestrichelten Kurven deuten die magnetischen Kraftflüsse an. Die Segmente 1 bilden wieder die hysteretische Schicht, welche von der magnetisch nichtleitenden Schicht 2, beispielsweise aus Aluminium, umspannend getragen wird. Die folgende Schicht ist eine ferromagnetische hochpermeable Schicht 3, der mehrfache Bedeutung zukommt.
  • Da die Schicht 2 (Leichtmetall od. dgl.) im allgemeinen einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als die Schicht 1, tritt bei wechselnden Betriebstemperaturen leicht ein Arbeiten der Schichten gegeneinander auf. Da nun der Sekundärteil bei dieser Anordnung stillstehen oder umlaufen kann, kann die Leichtmetallschicht 2 die mechanischen Beansprachungen, die durch das Einpressen der Segmente 1 sowie durch die auftretenden Zentrifugalkräfte verursacht sind, unter Umständen allein nicht aufnehmen. In diesem Falle dient der Mantel 3 als Festigkeitsstütze, die die Schicht 2 pressend umschließt. Zugleich dient die Masse des Mantels 3 als zusätzliche Schwungmasse für den Motor, wenn der Sekundärteil den Rotor darstellt. Seine wichtigste Eigenschaft ist jedoch seine Abschirmwirkung gegen Streufelder, die parallel zu den Segmenten 1 sich in den Außenraum ausbreiten würden. Auf Grund seiner hohen Penneabilität saugt der Mantel 3 das sonst um das Gehäuse 2 auftretende Streufeld auf. Ein solcher Motor kann dann auch in Geräten Verwendung finden, die gegen Streufelder störempfind-]ich sind, wie Magnettongeräte oder Geräte mit Elektronenstrahlröhren.
  • Nach Fig. 3 b besteht die hysteretische Schicht 1 abwechselnd aus den hysteretischen Segmenten 1 und den weichmagnetischen Segmenten 4.
  • Fig. 4 stellt eine Abwicklung der Zylinderfläche nach Fig. 3 a, die Fig. 5 eine solche nach Fig. 3 b dar. Die Segtnente sind in Fig. 4 als keilförmige Ab- schnitte 1 dargestellt, welche mit den Gegenkeilstücken l! gepreßt gehalten sind. Der Gehäusering 2 weist einen Schulterrand 7 auf, an dem die Seg- mente 1 beim Verspannen anliegen.
  • In Fig. 5 wechseln die Seginente 1 aus hysteretischem Material mit Segmenten 4 aus hochperrneablem Material. Die Weicheisensegmente 4 wirken als Polschuhe zum Aufsammeln des Kraftlinienflusses, der die Segmente 1 in Umfangsrichtung durchsetzt.
  • Die Weicheisenseginente 4 können zusätzliche Einkerbungen oder Aussparungen bzw. Ausschnitte 10 erhalten, um durch Teilung des Kraftlinienflusses die Spaltung des Feldflusses in der Mitte 10 der Polstücke und stabilisierende Wirkung auf den Synchronlauf zu erzeugen.
  • Der Keilwinkel ß kann so spitz gewählt werden, daß die Segmente nach dem Eindrücken durch die Keilreibung in ihrer Lage gehalten werden. Dies kann zusätzlich durch Kitt oder Kleben unterstützt werden. Es können auch zylindrische Stücke mit Parallelkanten bei genauer Teilung verwendet werden.
  • In Fig. 6 sind die aus Walzmaterial herausgestanzten Segmente 1 an ihren Enden unbearbeitet, so daß sie durch ihre Krümmung und Materialeinschnürung Engstellen 11 für die zusätzliche Synchronwirkung für den magnetischen Fluß bilden.
  • In Fig. 6 liegen die Polachsen in den magnetischen Engstellen, und jeder Flußteil tritt in ein lediglich von ihm durchsetzten Segment ein und wieder aus. Die Anzahl der Segmente in der hysteretischen Schicht ist gleich der primären Polzahl.
  • Diese Engstellen sind nach Fig. 7 zu magnetischen Unterbrechungsstellen ausgebildet. Hierbei sind zwischen die hysteretischen Teile 1 trennende Stäbe 12 aus magnetisch nichtleitendem Material eingefügt. Jedes Segment wird hier von zwei Flußkreisen aus dem nicht dargestellten Primärteil durchsetzt. Dies ist bei einem polumschaltbaren Motor bei der höheren Polzahl gegeben.
  • Fig. 8 zeigt im Diagramm den mittels magnetischer Unterbrechungsstellen im hysteretischen Zylinder zu erzielenden Effekt. Ein Hysteresemotor mit solchen Engstellen wird bei zunehmender Belastung nicht vor dem gestrichelt gezeichneten Kurvenstück außer Tritt fallen, sondern entsprechend der ausgezogenen Eckkurve erst bei wesentlich höherer Belastung.
  • Zur Erzielung eines ruhigen Laufes können die Nutenschlitze des das Drehfeld erzeugenden Teils durch magnetische Keile geschlossen sein.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Auf hysteretischer Wirkung beruhende Drehfeldmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß hohlzylindrische Bogenstücke aus hysteretischem Malerial mit in Umfangsrichtung bevorzugtem magnetischem Verhalten von einem unmagnetischen, elektrisch leitenden Stützgehäuse zusammengehalten sind.
  2. 2. Drehfeldmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenstücke kürzer als die Polteilung sind und durch weichmagnetische Zwischenstücke ergänzt sind. 3. Drehfeldmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2 mit außenliegendem Sekundärteil, dadurch gekennzeichnet, daß das unmagnetische Stützgehäuse für die hysteretische Schicht von einem ferromagnetischen Abschirinmantel dicht umgeben ist. 4. Drehfeldmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hysteretische Schicht durch Verkitten oder Verkleben im bzw. am unmagnetischen Stätzgehäuse befestigt ist. 5. Drehfeldmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hysteretische Schicht durch stirnseitig pressende Ringe form- oder kraftschlüssig am Stützgehäuse befestigt ist. 6. Drehfeldmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutenschlitze des das Drehfeld erzeugenden Teils durch magnetische Keile geschlossen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 689 986, 731712, 745 972; schweizerische Patentschriften Nr. 184 090, 188 706; britische Patentschrift Nr. 436 145; E u. M, 1942, S. 176 bis 188 und 207 bis 214; Deutsche Elektrotechnik, 1952, S. 548 und 549. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 926 434, 1007 420.
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