DE1257282B - Magnetanordnung mit aus Blechen geschichteten Polteilen, die einen Luftspalt mit in seiner Laengsrichtung zunehmender lichter Weite einschliessen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIf

Deutsche KI.: 21g-2/01

Nummer: 1257282

Aktenzeichen: S 89166 VIII c/21 g

Anmeldetag: 22. Januar 1964

Auslegetag: 28. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft eine Magnetanordnung mit aus Blechen geschichteten Polteilen, die einen Luftspalt mit in seiner Längsrichtung zunehmender lichter Weite einschließen, insbesondere für magnetohydrodynamische Wandler. In solchen Luftspalten drängt sich das Magnetfeld an Orten geringster Luftspaltweite zusammen, was z. B. für den Betrieb von magnetohydrodynamischen Wandlexn (MHD-Wandlern) mit trichterförmigen Kanälen ein grundsätzlicher Nachteil ist. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, in solchen Luftspalten ein Zusammendrängen des Magnetfeldes zu verhindern.

Läßt man den Wandlerkanal mit einem ionisierten Plasma hoher Strömungsgeschwindigkeit durchsetzen, so kann man durch Anordnen des Kanals im Luftspalt zwischen den Polschuhen eines Magneten an Elektroden, die senkrecht zur Strömungsrichtung und zum Magnetfeld im Kanal angeordnet sind, elektrische Leistung entnehmen. Der MHD-Wandler arbeitet dann als Generator. Zwingt man den Elektroden eine höhere Klemmenspannung auf, so arbeitet der MHD-Wandler als Motor bzw. mit der Wirkung einer Pumpe.

Um den von Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit und Druck abhängigen Energieinhalt des Plasmas nutzbringend umsetzen zu können, sind, wie sich theoretisch zeigen läßt, trichterförmige Kanäle erforderlich. Solche Kanäle können einen rechteckigen Querschnitt und nach errechneten Kurven verlaufende Seitenwände aufweisen.

Wegen der Schwierigkeiten, die sich beim Anlegen eines transversalen Magnetfeldes ergeben, war man bisher in der Regel gezwungen, auf solche Kanäle zu verzichten. Deshalb hat man sich bisher damit abrinden müssen, beispielsweise bei MHD-Generatoren für Gleichstromerzeugung die Energie im Plasma nur sehr beschränkt nutzbar abbauen zu können.

Das Problem, das sich durch das Zusammendrängen des Magnetfeldes ergibt, taucht deshalb auf, da man einerseits den trichterförmigen Kanal nicht zwischen Magnetpolen mit zueinander parallelen Polschuhoberflächen anordnen kann, da die Verluste für die Magnetfelderzeugung dann zu hoch sind. Andererseits besteht aber die Forderung nach einem längs der Kanalachse weitgehend homogenen Magnetfeld, um, auf die Volumeinheit bezogen, eine hohe spezifische Leistung und somit einen guten Wirkungsgrad bis zum Kanalende aufrecht erhalten zu können.

Mit bekannten Magnetanordnugen zur Feldversorgung von Luftspalten mit in ihrer Längsrichtung Magnetanordnung mit aus Blechen
geschichteten Polteilen, die einen Luftspalt
mit in seiner Längsrichtung zunehmender
lichter Weite einschließen

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. Erich Grünwald, Erlangen

zunehmender lichter Weite konnte das geschilderte Problem nicht zufriedenstellend gelöst werden. Beim MHD-Generator nach der deutschen Patentschrift 725 433 sind beispielsweise an einem aus Metallringen und Isolierringen gleicher Stärke in Stapelbauweise ausgebildeten Strömungskanal einzelne selbständige Magnete angeordnet. Von mantelförmigen Jochen umgebene Erregerspulen erzeugen in den Polteilen, die die Schenkel der Manteljoche bilden, sowie im Luftspalt Magnetfelder entgegengesetzter Richtung. Eine solche Magnetanordnung liefert ein sich sprunghaft änderndes sehr inhomogenes Magnetfeld.

Auch bei einem Wanderfeld-MHD-Generator nach der deutschen Ausiegeschrift i 052 548 mit einer Mehrphasenwicklung kann innerhalb der einzelnen Phasen ein Zusammendrängen des Magnetfeldes nicht vermieden werden.

Die Erfindung löst das geschilderte Problem — ein Zusammendrängen des Magnetfeldes zu vermeiden — dadurch, daß die Polteile durch quer zur Längsrichtung der Luftspalterstreckung verlaufende, jedoch nicht bis zum Luftspaltraum durchgehende, der Aufnahme von Erregerwicklungen dienende Nuten in mehrere Abschnitte unterteilt sind, und daß die Polteilbleche in jedem Abschnitt derart aus-

4-5 gebildet und in zwei zueinander senkrechten Richtungen derart geschichtet sind, daß die vornliegenden — das sind die im Bereich der größeren Luftspaltweite liegenden — Bleche quer zur Längsrichtung des Luftspaltes verlaufen und daß die nach rückwärts anschließenden längsgeschichteten Bleche im Bereich der kleineren Luftspaltweite die Nut bilden. Dadurch wird das Magnetfeld in den Polteilen

7C9 710/434

Claims (1)

und im Luftspalt geführt und ein Zusammendrängen des Magnetfeldes verhindert. Außerdem ist es somit möglich, dem Luftspalt ein stärkeres Magnetfeld zuzuführen, ohne daß der Sättigungszustand des magnetisch leitenden Materials an Orten kleinerer Luftspaltweite eintritt. Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. F i g. 1 stellt vereinfacht die perspektivische Ansicht eines trichterförmigen oder trompetenförmigen Kanals eines MHD-Wandlers dar, der im Luftspalt eines Magneten angeordnet zu denken ist; Fig. 2 ist die schematische Wiedergabe eines Längsschnitts durch zwei Polschuhe einer Magnetanordnung nach der Erfindung am Luftspalt für einen Kanal nach Fig. 1; Fig. 3 ist die Wiedergabe eines Schnitts längs III-III nach F i g. 2 durch einen Polschuh für die erfindungsgemäße Magnetanordnung. Der in F i g. 1 schematisch dargestellte Kanal eines MHD-Wandlers wird von den Wänden 1, 2, 3 und 4 gebildet. An den Wänden 1 und 2 sind im Inneren des Kanals Elektroden angebracht zu denken. Die Form der Wände 3 und 4 bestimmt Form und lichte Weite des Luftspaltes zwischen den Polschuhen zum Anlegen eines Magnetfeldes. Die in Fig. 2 grob schematisch im Längsschnitt dargestellten Polschuhe 5 und 6 einer Magnetanordnung nach der Erfindung schließen einen Luftspalt 7 mit der Längsebene 8 ein. Die Polschuhe 5 und 6 sind durch Nuten 9, 10 und 11 bzw. 12, 13 und 14 in Abschnitte unterteilt. Die Form der Nuten ist so gewählt, daß Erregerwicklungen 15, 16, 17 und 18 in den Nuten untergebracht werden können und noch Zonen mit geschlossenen Oberflächen 19 und 20 der Polschuhe am Luftspalt bestehenbleiben. Die Abschnitte 21 bis 24 und 25 bis 28 bestehen im Ausführungsbeispiel aus Transformatorblech, das in zwei zueinander senkrechten Ebenen geschichtet ist. Dadurch entstehen in jedem Abschnitt Bereiche 29 und 30, die so dargestellt sind, daß die Draufsicht auf die Kanten der Transformatorbleche durch Striche angedeutet ist. Einen ergänzenden Eindruck von der Orientierung der Schichtungsebenen vermittelt Fig. 3. In ihr ist schematisch ein Schnitt durch den unteren Polschuh nach F i g. 2 längs der Ebene III-III dargestellt. Die Bezeichnungen decken sich in beiden Figuren. Die Erregerwicklungen 15 bis 18 sind in den Nuten so angeordnet, daß die Abschnittte bei größerer Luftspaltweite in mehr Erregerwicklungen einbezogen sind, als die Abschnitte bei kleinerer Luftspaltweite. Dadurch wächst die Amperewindungszahl in Richtung wachsenden Luftspaltes von Abschnitt zu Abschnitt stufenförmig an. Die höchste Amperewindungszahl ist dann der größten Luftspaltweite zugeordnet. Ein Zusammendrängen des Magnetfeldes an den stellen relativ kleiner Luftspaltweite wird durch die Führung in den vornliegenden Blechschichten 29 nach F i g. 2 verhindert. Das wird unterstützt durch eine geeignet gewählte Sättigung in den Nasen 31. Die elektrische Isolationsschicht auf den Transformatorblechen wirkt dabei für das Magnetfeld annähernd wie Luftwiderstand. Das bedingt zunächst eine Führung des Magnetfeldes innerhalb der vornliegenden Blechschichten 29. Darüber hinaus wird ein Übertreten des Magnetfeldes aus den rückwärtigen Blechschichten 30, in denen es in der Ebene durch die Schnittgerade der Ebene 8 frei ist, zu benachbarten Abschnitten verhindert, wenn der magnetische Widerstand durch die vornliegende Blechschicht 29 und die Nasen 31 einen erforderlichen Mindestwert aufweist. Diesen Mindestwert erzielt man in jedem Abschnitt, indem die vornliegende Blechschicht 29 gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Querschnitte der Nasen 31 jeweils so stark ίο bemessen wird, daß ihr magnetischer Widerstand senkrecht zur Schichtebene ebenso groß ist wie der Widerstand, der durch die einseitige Luftspalterweiterung (diese ist durch α für Abschnitt 23 und 27 angedeutet) längs der Blechschichten zustande kommt. Der magnetische Widerstand der senkrecht zur Längsrichtung des Luftspaltes orientierten vornliegenden Blechschicht und einer Nase muß also wenigstens annähernd in der Größenordnung des durch die einseitige Luftspalterweiterung bedingten Widerstandes liegen. Dann lassen sich z. B. Pfaden zwischen den Abschnitten 24, 23, 27 und 28 solche mit gleich großem Widerstand, wie zwischen den Abschnitten 24 und 28, unmittelbar anordnen. Die magnetische Trennung der benachbarten Abschnitte unterstützen die Nuten 9 bis 14, in denen die Erregerwicklungen untergebracht sind. Ebenso auch die Nasen 31 der rückwärtigen Blechschichten 30, die außerdem die geschlossenen Oberflächen 19 und 20 der Zone am Luftspalt bewirken, wodurch das Feld auch unter die Nuten geführt wird. Unter Ausnutzung der Sättigungserscheinung des magnetisch leitenden Materials kann die Amperewindungszahl (Produkt des Stromes, mit der die Erregerwicklung beaufschlagt wird, mit der Windungszahl) so eingestellt werden, daß sich zwischen benachbarten Abschnitten kein Sprung der magnetischen Induktion ergibt. Man ist dadurch in der Lage, ein vollkommen homogenes Magnetfeld im Luftspalt zu erzielen. Als magnetischer Rückschluß für das über den Luftspalt zwischen den Polschuhen geleitete Magnetfeld können beiderseitig oder einseitig angeordnete Joche bekannter Art vorgesehen sein sowie vergrößerte und miteinander nicht verbundene Kopfstücke, wobei ein großer Luftquerschnitt der Rückleitung dient. Die Spulen können auch seitlich des Luftspaltes angeordnet sein, wodurch die die Polschuhquerschnitte belastenden Streufelder stark herabgesetzt werden. Patentansprüche:

1. Magnetanordnung mit aus Blechen geschichteten Polteilen, die einen Luftspalt mit in semer Längsrichtung zunehmender lichter Weite einschließen, insbesondere für magnetohydrodynamische Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß die Polteile durch quer zur Längsrichtung der Luftspalterstreckung verlaufende, jedoch nicht bis zum Luftspaltraum durchgehende, der Aufnahme von Erregerwicklungen dienende Nuten in mehrere Abschnitte unterteilt sind, und daß die Polteilbleche in jedem Abschnitt derart ausgebildet und in zwei zueinander senkrechten Richtungen derart geschichtet sind, daß die vom-

6g liegenden — das sind die im Bereich der größeren Luftspaltweite liegenden — Bleche quer zur Längsrichtung des Luftspaltes verlaufen und daß die nach rückwärts anschließenden Iängsgeschich-