-
Topfförmiger Klauenpolläufer Elektrische Wechsel- oder Drehstrommaschinen
mit feststehendem Erregerteil und feststehendem induziertem Teil sind bekannt. Bei
ihnen wird die notwendige zeitliche magnetische Flußänderung durch einen umlaufenden
Klauenpolläufer verursacht, dessen an Polringen angeordnete und achsparallele und
ineinandergreifende Klauen keine wesentlich wirksame ferromagnetische Verbindung
miteinander haben und in Umfangsrichtung mit wechselnder Polarität ausgebildet sind.
In einer bevorzugten Ausführung sind Erregerteil und induzierter Teil radial zum
Klauenpolläufer angeordnet, und zwar ersterer innerhalb und letzterer außerhalb
desselben. Dabei hat der Klauenpolläufer eine topfförmige Ausbildung, und gewissermaßen
am Boden des Topfes ist der Wellenstumpf zur Lagerung des Klauenpolläufern befestigt.
Der Verlauf des magnetischen Flusses ist dabei folgender: Ausgehend vom Erregerteil
tritt er über einen Luftspalt in den Klauenpolläufer über, und zwar vom Innem des
Topfes her. Von diesem Klauenpolläufer tritt der magnetische Fluß über einen weiteren
Luftspalt, also durch die Außenwand des Topfes, in den induzierten Teil über und
von dort aus auf umgekehrtem Wege wieder zu dem Erregerteil zurück. Dabei muß der
Fluß jeweils zweimal einen Luftspalt außerhalb und einen Luftspalt innerhalb des
topfförmigen Klauenpolläufers durchqueren. Der Luftspalt außerhalb des topfförmigen
Klauenpolläufers ist dabei zur Erzeugung des Nutzflusses notwendig und wird zweckmäßigerweise
mit Nutzluftspalt bezeichnet. Der Luftspalt innerhalb desselben ist lediglich deswegen
notwendig, um den übertritt des magnetischen Flusses vom feststehenden Erregerteil
zum umlaufenden Klauenpolläufer zu ermöglichen. Er trägt also nicht direkt zur Leistungsübertragung
bei und soll als Erregerluftspalt bezeichnet werden.
-
Hinsichtlich dieses Erregerluftspaltes ist es also zweckmäßig, um
die Verluste gering zu halten, die Luftspaltinduktion pro Flächeneinheit ebenfalls
zu mindem. Da der magnetische Fluß längs seines Weges jedoch konstant ist, kann
dieses Ziel nur dadurch erreicht werden, daß die Oberfläche des Erregerteils und
die innere Oberfläche des topfförmigen Klauenpolläufers möglichst groß gehalten
werden.
-
Gegenstand der Erfindung ist ein topfförmiger Klauenpolläufer einer
elektrischen Wechsel- oder Drehstrommaschine, der aus zwei fest miteinander verbundenen
Polringen besteht, deren an ihnen angeordnete achsparallele und ineinandergreifende
Klauen keine wesentlich wirksame ferromagnetische Verbindung miteinander haben und
in Umfangsrichtung wechselnde Polariät aufweisen, wobei der magnetische Fluß, vom
feststehenden, radial innerhalb des Klauenpolläufers angeordneten Erregerteil (elektro-
und/oder permanentmagnetische EFregung) ausgehend, jeweils über einen Luftspalt,
in gleichnamige Pole des Klauenpolläufers, von diesen über den mit dem Erregerteil
fest verbundenen, aber radial außerhalb des Klauenpolläufers angeordneten induzierten
Teil in die Gegenpole des Klauenpolläufers und von dort wieder zum Erregerteil verläuft.
Erfindungsgemäß ist der Klauenpolläufer konzentrisch mit einem zylindrischen, die
axiale Länge des Läufers aufweisenden Ansatz ausgebildet.
-
Ein derartig ausgebildeter topfförmiger Klauenpolläufer vergrößert
also die zum übertritt des magnetischen Flusses vom Erregerteil zur Verfügung stehende
Oberfläche auf mindestens das Doppelte, wobei die Luftspaltinduktion pro Flächeneinheit
in wünschenswerter Weise erheblich herabgesetzt und damit ebenfalls die Verluste
gemindert werden.
-
In Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung wird außerdem vorgeschlagen,
den Ansatz zur zusätzlichen Lagerung und/oder Zentrierung des Klauenpolläufers zu
verwenden. Besonders bei hohen Drehzahlen ist es durch diese zusätzliche Lagerung
möglich, die bei fliegender Lagerung an sich relativ große radiale Exzentrizität
der umlaufenden Teile nunmehr eng zu tolerieren. Luftspaltungsgenauigkeiten werden
dadurch ebenfalls weitgehend vermieden, der Wirkungsgrad also erhöht. Durch die
nun nicht mehr notwendige fliegende Lagerung wird außerdem erreicht, daß der Klauenpolläufer
auch hinsichtlich seiner mechanischen Festigkeit, soweit sie von Lagern bestimmt
wird, wesentlich günstiger gestaltbar ist.
-
Beim Einbau des Klauenpolläufers ergibt sich als weiterer Vorteil,
daß dieser leichter und mit ebenfalls geringeren Toleranzen zu zentrieren ist, sich
dadurch die fertigungsbedingten Ungenauigkeiten in der Größe des Luftspaltes, sowohl
des Nutzflußluftspaltes als
auch des Erregerluftspaltes, weitgehend
vermeiden lassen.
-
Auch die Größe der Lager kann erheblich gemindert werden, da
bei einer nichtfliegenden Lagerung eines umlaufenden Teiles Schwingungen weitgehend
vermieden werden. Infolgedessen brauchen sie auch nicht in der Festigkeit der Lager
berücksichtigt zu werden. Auch deswegen werden also die Luftspaltverluste wesentlich
verabgesetzt.
-
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Erfindungsbeispieles
beschrieben. Danach ist innerhalb des Gehäuses 1 der induzierte Teil 2 angeordnet.
Innerhalb des letzteren und ebenfalls am Gehäuse 1 befestigt ist der Erregerteil
3 mit der ringförmigen Erregerspule 4. Zwischen dem Erregerteil
3
und dem induzierten Teil 2 läuft nun der Klauenpolläufer 5 um und
ist von ihnen jeweils durch den Nutz--luftspalt 6 bzw. Erregerluftspalt
7 getrennt. An dem Klauenpolläufer 5 ist nun erfindungsgemäß zentrisch
ein zylinderförnüger Ansatz 8 angeordnet und vom Erregerteil 3 durch
den ebenfalls als Erregerluftspalt dienenden inneren Luftspalt 9 getrennt.
Der von dem -Erregerteil 3 ausgehende magnetische Fluß tritt also sowohl
über den Erregerluftspalt 7 als auch über den inneren Luftspalt
9 in den Klauenpolläufer 5 über. .Da durch die erfindungsgemäße Ausbildung
desselben die Luftspaltfläche, insbesondere im Bereich des inneren Luftspaltes
9, wesentlich vergrößert, praktisch mehr als verdoppelt ist, ist es möglich,
bei gleichem Magnetfluß eine wesentlich geringere Luftspaltinduktion pro Flächeneinheit
zu erhalten. Dieses ist besonders augenscheinlich im Hinblick auf die eingangs beschriebene
bekannte Anordnung, bei welcher der zylindrische Ansatz 8 und damit der innere
Luftspalt 9, diese nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet, völlig fehlen.
Der Nachteil der bekannten Anordnung ist also der, daß der Fluß, der von der Erregerwicklung
im Eisen erzeugt wird, nur über einen einzigen Luftspalt in den Läufer übertreten
kann. Dieser Luftspalt entspricht dem Erregerluftspalt 7 der Zeichnung; er
wird zusätzlich durch die in diesem Bereich angeordnete Erregerspule 4 eingeengt.
Dadurch ist der Luftspalt gemäß der bekannten Maschinenkonstruktion weniger als
ein Drittel so groß wie der nach der Erfindung, da für den verbleibenden Teil desselben
noch der von der Erregerspule beanspruchte Raum abgezogen werden muß.
-
Der weitere Weg des magnetischen Flusses, nämlich vom Klauenpolläufer
5 über den Nutzluftspalt 6
in den induzierten Teil 2, geschieht in
derselben Weise wie bei den bekannten Ausführungen.
-
Wird jedoch in Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung der Ansatz
8 des Klauenpolläufers 5
durch an sich bekannte geeignete Mittel gleichzeitig
zur Lagerung und/oder Zentrierung verwendet, so können die Toleranzen der verschiedenen
Luftspalte wesentlich enger gehalten werden. Die dabei bisher notwendigerweise auftretenden
Verluste werden ebenfalls wesentlich gemindert. Außerdem wird durch diese Lagerung
und/oder Zentrierung eine bessere Festigkeit für das umlaufende System erreicht
und damit die Größe der notwendigen Lager in wünschenswerter Weise erheblich herabgesetzt.
Auch wird vermieden, daß besonders bei den Extremstellungen ein Teil des magnetischen
Flusses vom Klauenpolläufer 5 nicht mehr in den induzierten Teil 2 übertritt,
sondern nur dorthin, wo er wirkungslos bleiben muß, besonders also in Luft. Auch
hierdurch ergibt sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Maschine, zumal außerdem
der Fluß stets senkrecht zum etwa noch vorhandenen Axialspiel über den Luftspalt
übertritt, welches also insoweit die Luftspaltbreite nicht mehr ändert.