DE1245483B - Elektrische Klauenpolmaschine mit Wechselpolen - Google Patents

Elektrische Klauenpolmaschine mit Wechselpolen

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DE1245483B
DE1245483B DE1960L0036530 DEL0036530A DE1245483B DE 1245483 B DE1245483 B DE 1245483B DE 1960L0036530 DE1960L0036530 DE 1960L0036530 DE L0036530 A DEL0036530 A DE L0036530A DE 1245483 B DE1245483 B DE 1245483B
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claw
poles
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pole
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DE1960L0036530
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English (en)
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Dipl-Ing Hans-Dieter Blanke
Dipl-Ing Gerhard Hagedorn
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/22Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators
    • H02K19/24Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des nach der Erfindung ausgebildeten Erregersystems bzw. einer elektrischen Maschine mit Wechselpolen mit eingebautem Erregersystein dargestellt.
  • F i g. 1 gibt dabei die, perspektivische Darstellung eines grregersystems, von dem ein Sektor von rund 130' herausgeschnitten ist, wieder.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Elektrische Klauenpohnaschine 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 Klauenpole mit dem Gehäuse verbundenen Träger befestigt sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale: a) jede Erregerwicklung (9) sitzt auf einem der an beiden Lagerschilden befestigten Wicklungsträger (8); b) der mittlere Teil (2, 3, 4) des die Gegenpole bildenden Klauenpolrades ist direkt auf der Welle (1) befestigt; c) die Klauenpole der äußeren Teile des Klauenpolrades smid durch ferromagnetische Brücken verbunden und bilden einen Käfig (6), der durch Elemente aus unmagnetischem Werkstoff mit dem mittleren Klauenpolrad verbunden ist.
  2. 2. Klauenpolmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als unmagnetische Werkstoffe Bolzen (5) angeordnet sind. 3. Klauenpolmaschine nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklungen aus Hohlleitern bestehen oder um einen Hohlraum angeordnet sind und von einem Kühlmittel durchströmt werden. 4. Klauenpolmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet ' daß sich durch Ausgießen der Pollücken mit elektrisch leitfähigem Material ein Dämpferkäfig ergibt. 5. Klauenpolmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere dieser Doppelsysteme axial nebeneinander, jedoch in einem einzigen Ständer angeordnet sind. 6. Klauenpolmaschine nach einem'der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenwelle (1) als Rückschluß für das Magnetfeld dient. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1065 076; französische Patentschriften Nr. 1179 576, 1204693 J 347 026; britische Patentschrift Nr. 614 091; USA.-Patentschrift Nr. 2 796 542.
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