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Elektrische Axialluftspaltmaschine Die Erfindung bezieht sich auf
eine elektrische Axialluftspaltmaschine, deren Ständer zwischen einem feststehenden
mittleren Magnetjoch und zwei zu dessen beiden Seiten angeordneten, ebenfalls feststehenden
Magnetpolkränzen zwei ebene, ringförmige Luftspalte aufweist, iw denen sich
je eine mit -einer Welle verbundene, eine Wicklung tragende und mit
eigenen Stromabnehmern zusammenwirkende Läuferscheibe befindet.
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Bei einer bekannte Maschine dieser Art sind die beiden Läuferscheiben
auf einer gemeinsamen Welle befestigt; die Wicklung--der einen Läuferscheibe wird
von einer Spannungsquelle über ein Organ mit steuerbarem Widerstand, beispielsweise
einen Transistor, gespeist, das durch die in der Wicklung der anderen Läuferscheibe
induzierte Spannung gesteuert wird. Dadurch erhält man eine' selbsttätige Regelung
der Maschine. Eine unabhängige Drehung der beiden Läuferscheiben ist be.i, dieser
Maschine nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber-: die Schaffung -einer Maschine
dieser Art, deren Läufer bei kompaktem-Aufbau der Maschine und geringer Trägheit
der rotierenden Teile unabhängig voneinander, drehbar sind.
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Nach der Erfindung.- wird dies dadurch erreicht, daß die erste Läuferscheibe
auf einer Welle und die zweite - Läuferscheibe auf einer einen Teil dieser
Welle koaxial umgebenden und unabhängig von dieser drehbar gelagerten Hohlwelle
befestigt sind.
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Die nach der Erfindung ausgeführte Maschine kann in vielseitiger Weise
angewendet werden: Die Läufer können völlig unabhängig voneinander angetrieben oder
mit Strom versorgt werden, so daß die Wirkung. von zwei unabhängigen Generatoren
bzw. Motoren erhalten wird; dabei sind Gewicht und Abmessungen kaum größer als bei
einer Maschine mit einem einzigen Läufer. Angesichts der geringen Trägheit und der,
großen Ansprechgeschwindigkeit eignet sich eine solche Maschine insbesondere zur
Verwendung in Servornechanismen und ähnlichen Einrichtungen.
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Es ist auch möglich, die eine Läuferscheibe mechanisch anzutreiben,
so daß dieser Teil der Maschine als Generator wirkt, und mit dem so erzeugten Strom
den anderen Läufer zu speisen, so daß man eine Antriebswelle und eine nachlaufende
Welle hat. Ferner ist es möglich, zwischen den beiden Wellen eine Verbindung über
ein Zahnradgetriebe herzustellen und den einen Läufer als Motor zu speisen, der
dann über das Getriebe den anderen Läufer als Generator antreibt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die
Hohlwelle einerseits in dem Magnetjoch und andererseits in der einen Stirnseite
des Ständers drehbar gelagert ist und daß die Welle einerseits in der anderen Stirnseite
des Ständers und andererseits in der Hohlwelle drehbar gelagert ist. .
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß auf
der der zweiten Läuferscheibe abgewandten Seite der ersten Uuferscheibe eine zweite
Hohlwelle einen Teil der Welle koaxial umgibt und eine dritte Läuferscheibe trägt
' die sich in einem dritten Luftspalt der Maschine befindet.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert.
Darin zeigt F i g, 1 einen axialen Schnitt durch die Maschine, F i
g. 2 eine Stimansicht der Maschine und F i g. 3 eine Stimansicht eines
Teils eines Läufers der Maschine.
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Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Gleichstrommotor enthält
ein Gehäuse 10, das einen Stator trägt, der zwei Kränze von Magnetpolen
11 und 12 mit permanenter Magnetisierung und ein ringföriniges mittleres
Magnetjoch 13 für die Rückführung des Magnetflusses enthält. Diese Teile
bilden zusammen zwei ringförmige, ebene magnetische Luftspalte 14 und
15. Die Magneten 11 werden von einem Ma-"netjochring 16, die
Magneten 12 von einem Magaetjochring 17 getragen. Die Magneten liefern
Flüsse
mit entgegengesetzten Polaritäten quer über aneinanderstoßende Zonen jedes Luftspalts,
wie durch die Bezeichnungen N und S an den Magneten
11 und 12 in F i g. 1 angedeutet ist. Der Motor ist beispielsweise
eine sechspoligge Maschine mit sechs Permanentmaaneten 11 und sechs Permanentmagneten
12, welche zusammen mit dem mittleren Magnetjoch 13 die beiden ringförmigen
Luftspalte 14 und 15 bilden.
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Das Gehäuse 10 trägt zwei konzentrische Wellen 20 und 21, die
so gelagert sind, daß sie sowohl relativ zum Gehäuse als auch relativ zueinander
drehbar sind. Die eine Welle 20 ist hohl und hat einen Ab-
schnitt 20a, der
in der Nähe des einen Luftspalts 15
liegt. Die andere Welle 21 geht durch
die Hohlwelle hindurch und hat einen Abschnitt 21a, der in der Nähe des Luftspalts
14 angeordnet ist. Die Hohlwelle 20 wird von Wälzlagem 22 und 23 und die
Welle 21 von Wälzlagem 24 und 25 getragen, wobei das Lager 24 zwischen den
beiden Wellen 20 und 21 sitzt.
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Auf den Wellen 20 und 21 sind scheibenförmige Läufer 30 bzw.
31 befestigt und in den Luftspalten 15 bzw. 14 angeordnet. Die Läufer
30 und 31 sind auf Naben 32 bzw. 33 zwischen Isolierscheiben
34 bzw. 36 und Klemmringen 35 bzw. 37 befestigt. Die Läufer
enthalten beispielsweise gleiche Wicklungen von inzwischen an sich bekanntgewordener
Art, die aus der Teilansicht von Fig. 3 erkennbar ist. Die Wicklungsleiter
haften auf den beiden Flächen eines dünnen isolierenden Trägerrings, der beispielsweise
aus Polyester oder einem Epoxydglas besteht. Gegebenenfalls kann ein Verstärkungsring
angewendet werden, und vorzugsweise, wenn auch nicht unbe# dingt, wird ein ringförmiger
Rand 38, beispielsweise aus Edelstahl, der senkrecht zur Läuferebene steht,
am Umfang der Scheibe befestigt, damit deren Steifigkeit an dieser Stelle vergrößert
wird.
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In F i g. 1 ist eine der dem Läufer 31 zugeordneten
Bürsten 40 im Schnitt gezeigt. Sie enthält eine Feder 41, welche die eigentliche
Bürste 40 gegen die Läuferscheibe drückt, in einer leitenden Hülse 42, die im Innem
einer isolierenden Buchse 43 sitzt, welche an einem Ring 50 befestigt ist,
der von dem Magnetaufbau getragen wird. Eine Isolierkappe 44 ist auf die Buchse
43 aufgeschraubt und klemmt einen nicht dargestellten blanken elektrischen Draht
an dieser Stelle fest. Die übrigen Bürsten, die bei 45, 46 und 47 in F i
g. 1 und 2 angedeutet sind, haben den gleichen Aufbau wie die soeben beschriebene.
Sie sind alle durch nicht dargestellte Öffnungen im Gehäuse 10 zugänglich.
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Im Betrieb eines derartigen Motors schließt sich der Magnetfluß von
jedem Magneten 11 über oder quer durch das mittlere Magnetjoch
13 zu dem gegenüberliegenden Magneten 12 und zurück zu dem benachbarten Magneten
11 der entgegengesetzten Polarität oder von jedem Magneten 11 quer
durch das Magnetjoch 13 zu dem benachbarten Magneten 11 und von jedem
Magneten 12 quer durch das Magnetjoch 13 zum benachbarten Magneten 12,
je nach der Dicke des mittleren Magnetjochs 13; wenn man die Flüsse
voneinander trennen will, wird das mittlere Magnetjoch 13 in zwei Teile unterteilt,
wobei eine nicht magnetisierbare Schicht in seiner Mittelebene angeordnet wird.
Der Strom kann den beiden von den Läufern gebildeten Ankern unabhängig zugeführt
werden, und jeder Läufer dreht sich getrennt in seinem Luftspalt, so daß die Wellen
unabhängig voneinander angetrieben werden. Angesichts der geringen Trägheit und
der großen Ansprechgeschwindigkeit einer solchen Anordnung eignet sich die Maschine
insbesondere zur Verwendung in Servomechanismen und ähnlichen Einrichtungen.
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Wahlweise kann eine der Wellen auch mechanisch angetrieben werden,
so daß deren Läufer dann als Gleichstromgenerator arbeitet, und der so erzeugte
Strom kann zur Speisung des anderen Läufers dienen, so daß man also eine Antriebswelle
und eine nachlaufende Welle hat. Es ist auch möglich, eine Verbindung über ein Zahnradgetriebe
zwischen den beiden Wellen herzustellen, so daß der eine Läufer mit Strom versorgt
wird und als Motor arbeitet, während der andere Läufer, dessen Welle von dem Motor
angetrieben wird, als Generator arbeitet und beispielsweise zur Wiederaufladung
der Stromversorgungsbatterie des Motorläufers dient.
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Es gibt zahlreiche weitere praktische Anwendungsfälle und technologische
Ausführungsformen von Einzelheiten. Hierzu gehört beispielsweise die Ausbildung
eines dritten Luftspalts auf der anderen Seite des Luftspalts 14, wobei dann eine
dritte Welle vorgesehen ist, welche symmetrisch zu dem dargestellten Aufbau auf
das zu diesem Zweck verlängerte andere Ende der Welle 21 aufgesteckt wird.