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Elektrische Klauenpolmaschine mit Wechselpolen Allgemein bekannt sind
elektrische Synchronmaschinen mit Wechselpolen, bei denen die ungleichnamigen Pole
keine wesentlich wirksame ferromagnetische Verbindung miteinander haben und so angeordnet
sind, daß der Magnetfluß eines feststehenden und radial innerhalb der Wechselpole
angeordneten Elektromagneten, mit der konzentrisch zur Drehachse des Läufers angeordneten
ringförmigen Erregerwicklung, über einen Luftspalt in gleichnamige Pole des Läufers
übertritt, von diesen über den mit dem Magneten fest verbundenen induzierten Teil
in die Gegenpole des Läufers und aus diesen über einen weiteren Luftspalt wieder
in den Magneten zurücktritt, wobei gleichnamige Pole des Läufers durch ferromagnetische
Ringe miteinander verbunden sind und somit der umlaufende Teil zu einem Klauenpolläufer
wird.
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Es ist in diesem Zusammenhang durch die deutsche Auslegeschrift
1065 076 auch bekanntgeworden, Erregersystem und induzierten Teil in Achsrichtung
hintereinander anzuordnen. Dabei weist der Läufer eine relativ lange axiale Baulänge
auf; sein den Kraftfluß weiterleitendes ferromagnetisches Material liegt teilweise
konzentrisch ineinander, wodurch sich parallellaufende, magnetische Wege über eine
unverhältnismäßig große Länge ergeben. Dieses vergrößert bekanntlich den Streufluß
erheblich. Weiterhin hat durch diese Art der Ständer- und Läuferausbildung der Magnetfluß
viele Umlenkungen zu durchlaufen, was zusätzlich den unerwünschten Streufluß begünstigt.
Insgesamt ergibt sich also eine erhebliche Minderung des Wirkungsgrades. Dabei weist
außerdem der Magnetkern eine relativ komplizierte Form auf (viele Hinterdrehungen).
Auch bereitet die Befestigung des Magnetkems Schwierigkeiten, besonders wenn durch
deren komplizierte Form enge Toleranzen vorgeschrieben werden müssen.. In der bekannten
Anordnung müßte nämlich der " äußere Umfang des - Magnetkems schon
deswegen eng am Gehäuse anliegen, um das Maschinengeräusch *in erträglichen Grenzen
zu halten. Dadurch ist das Einführen des Magaetkerns in das Gehäuse sehf schwi
*
erig. In einer ähnlichen durch die-französische Patent--, schrift
-1179 576 bekannten Anordnung -wie der soeben behandelten sind-nun zwei Erregerteild
in Achsrichtung vor und hinter-dem miduzierten Teil angeordflet. Dabei ist der Weg
des magnetischen Flusses durch die räumlich besonders weite Trennung der beiden
Erregerteile und des induzierten Teils besonders lang und damit verlustbehaftet,
Bei einer anderen durch die französische Patentschrift 1204 693 bekannten»
Anordnung sind die Erregerteile ebenfalls in Achsrichtung vor und hinter dem induzierten
Teil angeordnet. Auch hier sind. also dieselben Nachteile vorhanden, wie sie soeben
für den magnetischen Fluß angegeben wurden. Außerdem wird dieser dabei gezwungen,
seinen Weg auch über die Maschinenwelle und das Gehäuse zu nehmen. Wesentlich erhöhte
Streuverluste, sind die Folge, womit der Wirkungsgrad sinkt. Es ist dabei praktisch
unmöglich, die Bildung von parasitären Lagerströmen zu verhindern.
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Durch die USA.-Patentschrift 2 796 542 ist es bekannt, das
Polrad aus einem zylindrischen Körper, mit ungleich geformten Nord. und Südpolen
zu bilden; diese sind auf einem Armkreuz aus magnetisch leitfähigem Material angeordnet
und so mit der ebenfalls aus dem gleichen Material -bestehenden Welle verbunden.
Es ist also auch hier die Bauform Ursache dafür,- daß der magnetische Fluß wegen
der vielen Streuwege und der ungleichen Verteilung der Pole besonders stark verlustbehaftet
ist. - -Schließlich-ist es durch die britische Patentschrift 614
091 bekannt, - bei einer Anordnung mit zwei gegenshinig geschalteten
Erregerspulen, diese- einseitig - in Achsrichtung gesehen- - zu befestigen.
Dementsprechend- ist dann der. Klauenpolläufer frei schwebend angeordnet, also einseitig
gelagert. Die dadurch entstehenden Nachteile sind vor allem darin zusehen, daß der
einseitige magnetische Zug durch besondere Maßnahmen - ausgeglichen werdeii
muß und daß durch die Bauform viele Streuflüsse auf-: treten. Außerdem kann ein
frei schwebender Klauenpolläufer nur bei kleinen Maschinen Verwendung finden, selbst
dann,' wenn er wie in diesem bekannten Fall hinsichtlich seiner einen Pölarität
einteilig ausgeführt ist.
Die soeben beschriebenen# Nachteile werden
durch die nachstehende Erfindung zumindest gemildert. Dazu wi.rd bei einer elektrischen
Klauenpolmaschine mit zwei Polrädern gleicher Polarität, deren durch ferromagnetische
Ringe verbundene Polklauen axial gegenüberliegen, und einem zwischen diesen fixierten,
einteilig ausgebildeten, die Gegenpole bildenden Klauenpolrad sowie zwei gegensinnig
geschalteten ringförmigen Erregerwicklungen, die auf einem radial innerhalb der
Klauempole mit dem Gehäuse verbundenen Träger befestigt sind, erfindungsgemäß die
Kombination folgender -an sich bekannter Merkmale vorgeschlagen: a) Jede Erregerwicklung
sitzt auf einem der an beiden Lagerschilden n befestigten Wicklungs--träger;
b) der mittlere Teil des die Gegenpole bildenden Klauenpolrades ist direkt
auf der Welle befestigt; c) die Klauenpole der äußeren Teile des Klauenpolrades
sind durch ferromagnetische Rücken verbunden und bilden einen Käfig, der durch Elemente
aus unmagnetischem Werkstoff mit dem mittleren Klauenpolrad verbunden ist.
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Dadurch wird eine sehr einfache Bauforin für den Magnetkem erreicht.
Seine Montage ist besonders einfach, da er in relativ weitem Abstand vom Lagerschild
in dieses eingeführt werden kann; erst im letzten Stadium erfolgt ein enges Anliegen.
Auch ist der Weg des magnetischen Flusses bei einer Ausbildung nach der Erfindung
in wünschenswerter Weise und im Gegensatz zu den geschilderten bekannten Ausführungen
praktisch kreisförmig, wodurch die Streuung auf ein Minimum reduziert wird.
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Der Magnetkern wird also stirnstitig am Lagerschild oder Lager zentriert
und kann gleichzeitig als Träger für die ringförmige Erregerspule ausgebildet sein.
Die Zentrierung dieses Magnetkems am Lagerschild gewährleistet einen völlig zentrischen
Sitz desselben und bringt eine Vereinfachung der Fertigung mit sich.
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Besonders vorteilhaft ist die Verdopplung des Erregersystenis. Diese
Ausbildung gestattet eine erhebliche Reduzierung der magnetischen Querschnitte,
da der gesamte Magnetfluß in zwei Teile gespalten ist. Das Leistungsgewicht dieser-
Maschine wird daher besonders klein, und eine Anwendung auf Fahrzeugen ist daher
besonders von Vorteil. Das Leistungsgewicht kann noch weiter gesenkt werden,
wenn mehrere solcher Doppelsysteme in Weiterbildung des Gegenstands der Erfindung
auf der Maschinenwelle nebeneinander aufgereiht werden. Das Eisenpaket des Ständers
ist dabei jeweils in dem Bereich, der zwischen zwei benachbarten Erregersystemen
liegt, unterbrochen. Die sich dadurch ergebenden radialen Schlitze können einerseits
ausgenutzt werden, um die Kühlluft zu- bzw. abzuführen, zum anderen für die Anordnung
von Lagerschilden, in denen die Maschinenwelle zusätzlich gelagert ist und schließlich
zur Durchführung der Wicklungsenden der feststehenden Erregerwicklung. Auf diese
Weise gelingt es auch, Maschinen großer Leistung ohne Schleifringe und Bürsten bei
hoher Ausnutzung des Materials herzustellen.
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Als besonders vorteilhaft wirkt sich die Anfertigung der Erregerspule
aus Hohlleitern aus, die von einem Kühlmittel durchströrnt werden. Auf diese Weise
kann das Gewicht der Maschine weiter gesenkt und der an sich schon relativ hohe
Wirkungsgud- weiteg.Zesteigert werden. Man kann -das - Kühlmittel auch durch
die hohl gewickelten Erregerspulen leiten. Die neue Bauart ist nicht auf den Betrieb
der Klauenpolmaschine als Generator oder Motor ,beschränl,--t, sondern schließt
auch deren Verwendung als elektrische Kupplung oder elektrische Bremse mit ein.
Auch als kollektor- und bürstenlose Gleichstrommaschine oder Erregennaschine ist
sie mit Vorteil verwendbar, wenn der Wechselstrom über Trockengleichrichter gleichgerichtet
wird. Sie kann sich bei dieser Schaltung auch ohne weiteres selbst erregen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des nach der Erfindung
ausgebildeten Erregersystems bzw. einer elektrischen Maschine mit Wechselpolen mit
eingebautem Erregersystein dargestellt.
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F i g. 1 gibt dabei die, perspektivische Darstellung eines
grregersystems, von dem ein Sektor von rund 130' herausgeschnitten ist, wieder.
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F i g. 2 den Längsschnitt durch eine elektrische Maschine mit
eingebautem erfindungsgeinäßem Erregersystein und F i g. 3 schließlich den
Querschnitt durch eine elektrische Maschine nach F i g. 2 wieder.
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Nach F i g. 1 ist auf der Welle 1 über einen Tragstern
2 der ausgeprägte Pole 3 tragende Teil 4 des Erregersystems befestigt, die
somit einen mittleren Teil (2, 3, 4) bilden. An den Polen 3 ist
-mittels der Bolzen 5, die aus unmagnetischem- Material bestehen,
der käfigförnüge Teil 6 des Erregersystems befestigt. In die durch die Eins
' chnürang der Pole 3 gebildeten freien Räume des Erregersystems ragen
von beiden Stirnseiten her die in dem Lagerschild 7 (das andere Lagerschild
ist in F i g. 1 nicht dargestellt) zentrierten Wicklungsträger
8 hinein, auf denen die elektrisch gegeneinandergeschalteten ringförmigen
Erregerwicklungen 9 befestigt sind. Die Stromrichtung innerhalb der ringförmigen
Erregerwicklungen 9 ist in üblicher Weise angegeben.
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Die Abstände zwischen dem die Pole 3 tragenden Teil 4 und dem
käfigförmigen Teil 6 des Erregersystems, die beide magnetisch unterschiedliche
Polarität haben, sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch Distanzbuchsen
10 festgelegt. Es ist nach einem weiteren Erfindungsgedanken auch möglich,
die Luftspalte zwischen den Polen 3 und dem Teil 6 durch ein unmagnetisches
Material, beispielsweise Aluminium oder Kunstharz, auszugießen, um so einen völlig
glatten umlaufenden Körper zu gewinnen, dessen Luftreibungsverluste sehr gering
sind.
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Gemäß F i g. 2 ist ein erfindungsgemäßes Erregersystem, bestehend
aus dem käfigförmigen Teil 6, dem die Pole 3 tragenden Teil 4, dem
Tragstern 5 und den Erregerwicklungen 9 innerhalb des Ständers
11, der die Wechselstromwicklung 12 trägt, angeordnet. Man ersieht aus der
Darstellung gemäß F i g. 2, wie die Wicklungsträger 8 in den beiden
Lagerschilden 7
zentriert sind.
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In dem Querschnitt der eben erläuterten Maschine gemäß F i
g. 3, der entsprechend der Linie A-B nach F i g. 2 gelegt worden ist,
erkennt man die Lage der ausgeprägten Pole 3 des Erregersystems und der die
andere Polarität darstellenden Abschnitte des käfigförmigen Teils 6 zueinander.
Es handelt sich also um eine achtpolige Ausführung. Der Tragstern 2 des die ausgeprägten
Pole 3 tragenden Teils 4 könnte, wie bereits früher erwähnt, weggelassen
und statt dessen das Teil 4 direkt auf der Welle 1 befestigt werden,
wenn
man in bestimmten Fällen den Durchmesser des Erregersystems möglichst klein halten
will. Entsprechend der Schnittführung nach Fig.2 ergeben sich die in der oberen
Hälfte der F i g. 3 ersichtlichen Querschnitte des Wicklungsträgers
8 und der Erregerwicklung 9. Der Ständer 11 mit seiner Nutung
und Wechselstromwicklung wurde in F i g. 3 der Einfachheit halber nicht näher
dargestellt.