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Mehrphasen-Wechselstrom-Induktionssystem zur Erzeugung transversaler
Bewegungen von festen oder flüssigen Körpern Die Erfindung betrifft ein Mehrphasen-Wechselstrom-Induktionssystem
zur Erzeugung transversaler Bewegungen von festen oder flüssigen Körpern, bestehend
aus einem rohrförmigen Ständer, in dem der zur Beförderung der Körper dienende Hohlraum
durch axial nebeneinanderliegende ringförmige Pole gebildet ist, deren Erregerwicklungen
zur Erzeugung eines axialen elektromagnetischen Wanderfeldes versetzt an die verschiedenen
n Netzphasen angeschlossen sind.
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Es sind Induktionssysteme von Wechselstrommaschinen bekannt, in denen
koaxial hintereinander angeordnete Wicklungen bei entsprechend versetztem Anschluß
an die einzelnen Netzphasen ein konzentrisches elektromagnetisches Wanderfeld erzeugen,
um z. B. Quecksilberdampf oder einen in der Wicklungsachse geführten Anker in Längsrichtung
zu beschleunigen. Andererseits sind Mehrphasen-Ständersysteme bekannt, die mittels
auf ausgeprägten Polen angeordneter Spulen ein elektromagnetisches Rotationsfeld
und dabei gleichzeitig ein allerdings nicht ausgenutztes Wanderfeld regelbarer Größe
zu erzeugen vermögen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den mechanischen und elektrischen
Aufbau eines Mehrphasen-Wechselstrom-Induktionssystems mit axialem Wanderfeld so
auszugestalten, daß das über die in Axialrichtung aufeinanderfolgenden Pole erzeugte
Feld möglichst gleichmäßig und ohne Sprünge auftritt, um dadurch den Schlupf des
zu beschleunigenden Körpers oder Mediums gering zu halten und den Wirkungsgrad für
die übertragung der zur Verfügung stehenden Kraft zu verbessern. Dabei soll es auf
Grund der Art und Anordnung der Pole möglich sein, mittels billiger Bauteile die
Polteilung und die davon abhängige Geschwindigkeit des Wanderfeldes an das jeweilige
Anwendungsgebiet anzupassen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich ein Mehrphasen-Wechselstrom-Induktionssystem
der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch aus, daß die ringförmigen
Pole je zwei radial nach außen gerichtete, um 3601 Ix
- 2 n (x = beliebige ganze Zahl) zueinander versetzte,
am Ständerrücken befestigte Kerne aufweisen, von denen jeweils der zweite Kern eines
Pols mit dem ersten Kein des nächsten Pols in Axialrichtung fluchtend aneinanderliegt,
und daß die in Axialrichtung aneinanderliegenden Keine je-
weils von einer
Erregerwicklung umgeben sind, die mit der den gleichen Wicklungssinn besitzenden
Wicklung des um 1800 versetzt folgenden Keinpaares verbunden ist. Dadurch
ergibt sich eine sehr einfache Anpassungsmöglichkeit der Polanordnung an die jeweils
gewünschte Strecke und Geschwindigkeit des axialen Wanderfeldes unter Berücksichtigung
der Masse des zu bewegenden Körpers oder Mediums. Dies gilt in gleichem Maß bei
Verwendung des Induktionssystems als Generator, z. B. zur Stromerzeugung aus heißen
ionisierten Verbrennungsgasen oder aus Zerfallstrahlungen radioaktiver Abfallprodukte,
deren Strömungsgeschwindigkeit sich bei Abgabe von Energie verringert. Darüber hinaus
sind die aneinanderliegenden Pole insofern vorteilhaft, als die ohne Ausbau der
Pole von außen leicht zugänglichen Wicklungen gekapselt und der direkten Wärmestrahlung
eines das Ständerrohr durchströmenden Mediums entzogen sind. Es ensteht somit ein
sehr kompakter Aufbau aus beliebig vielen, jedoch gleichförmigen Bauteilen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsforin der Erfindung ist die Aufteilung
in axial nebeneinanderliegende ringförmige Pole durch entsprechendes Schichten gleichförmiger
Dynamoblechschnitte beliebig veränderbar. Durch diese Verwendung von Dynamoblechen
ergibt sich eine einfache und billige Fertigungsmöglichkeit der Pole und der Ständeranordnung
unter Vermeidung teurer spanabhebender Bearbeitung.
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Wenn es sich um die Beschleunigung eines festen Körpers im. Ständerrohr
handelt, ist es zweckmäßig, daß der elektrisch leitende Anker zur Erzielung eines
magnetischen Rückschlusses magnetisierbares Material enthält, das von dem elektrisch
leitenden Material umgeben und mit diesem verbunden ist. Andererseits kann der durch
die Polringe gebildete Zylinderraum zur Beförderung flüssiger Medien mit einem antimagnetischen
bzw. magnetisch nicht isolierenden Förderrohr verkleidet sein. Gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung ist das
Förderrohr im Bereich des
Induktors erweitert und bildet mit einem konzentrisch gehalterten, an beiden Enden
strömungsgünstig spitz zulaufend verschlossenen und aus magnetisierbarem Material
bestehenden Rohr mit kleinerem Außendurchmesser ein Doppelrohr mit einem ringförmigen
Durchflußquerschnitt.
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Die Erfindung ist nachfolgend an Hand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Radialschnitt
durch ein Induktionssystein nach der Erfindung für Dreiphasen#Wechselstrom, F i
g. 2 einen Axialschnitt längs der Schnittlinie II-II in F i g. 1,
F
i g. 3 den Magnetisierungsverlauf der einzelnen in F i g. 1 und 2
gezeigten Pole bei Dreiphasen-Wechselstrom, F i g. 4 ein Induktionssystein
nach der Erfindung mit einem Verstellanker, F i g. 5 ein Induktionssystein
nach der Erfindung in seiner Anwendung als Pumpe und F i g. 6 eine erfmdungsgemäße
Ausführung als Induktionspumpe mit magnetischem Rückschluß. Nach F i g. 1
und 2 besteht das Induktionssystem aus einem lamellierte Pole 1 bis
7 halternden ringförmigen Gehäuse 8, das aus Stahlguß oder aus in
axialer Richtung geschichteten Dynamoblechschnitten besteht. Das Ausführungsbeispiel
ist für Dreiphasen-Wechselstrom ausgelegt. Die in F i g. 2 bis
6 dargestellten axialen Längen des Induktionssystems geben nur einen zum
Verständnis der Erfindung dienenden kürzeren Bereich wieder, der innerhalb einer
Wechselstromperiode an der Felderzeugung teilhat. In das Gehäuse 8 sind sieben
Pole (fünf vollständige und zwei halbe Pole) eingeschoben. Dazu können Schwalbenschwanzmiten
oder andere zweckmäßige, dem Fachmann bekannte Sicherungen dienen. Der sechste Pol
ist in je einen halben Pol am Anfang und am Ende des gezeigten Induktorausschnittes
aufgeteilt, um ein gleichmäßiges Wanderfeld zu erzielen, d. h., bei einer
in Axialrichtung größeren Länge des Induktors ist der erste und der letzte Pol geteilt.
Natürlich kann die Polzahl bei üblichem Dreiphasenstrom auch auf ein Vielfaches
von 6 erhöht werden, wenn dies zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Anordnung
zweckmäßig erscheint.
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F i g. 1 läßt erkennen, daß die Pole 1 bis
7 ringförmig gestaltet sind, wobei sich über die Ringe das elektromagnetische
Wanderfeld bildet. An den Polringen sitzen je zwei um 601 gegeneinander
versetzte, radial verlaufende Keine, mit denen sie in das Gehäuse eingeschoben und
dort befestigt bzw. geklemmt werden können. Zweckmäßigerweise bestehen die sich
aus Ring und zwei Kernen zusammensetzenden Pole aus geschichteten Dynamoblechen,
um die Ummagnetisierungsverluste gering zu ZD halten. Wie F i g. 1 zeigt,
sind die Pole so gegeneinandergelegt, daß bei einer Betrachtung entgegengesetzt
dem Uhrzeigersinn der letzte Kein des ersten Pols mit dem zweiten Kern des darauffolgenden
Pols in Axialrichtung zur Ausfluchtung kommt. Es decken sich somit der zweite Kein
2 b des Pols 2 mit dem ersten Kein 3 a des Pols 3, der
zweite Kein 3 b des Pols 3 mit dem ersten Kein 4
a des Pols 4 usw., d. h., die sich deckenden Kerne liegen direkt aneinander.
Auf Grund des axialen Abstandes des zweiten Kernes 6 b des Pols
6 und des ersten Kernes la des Pols 1 können diese fluchtenden Kerne
jedoch nicht aneinanderliegen. Deshalb wird bei dem ersten Pol der erste Kein weggelassen
und ein siebter Pol mit einem einzelnen Kein 7 a an den Kein 6
b des Pols 6 angehängt. Um je zwei sich deckende und aufeinanderliegende:Kerne
wird eine eicklung bzw.; eine Spule- gelegt (s. F i g. 2), so daß dies bei
der gezeigten Ausführungsform sechs Spulen oder bei einer vervielfachten Polanordnung
eine entsprechend vervielfachte Anzahl von Spulen oder Erregerwicklungen ergibt.
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Es decken sich somit Kein 1 b von Pol 1 mit Kern 2 a
von Pol 2 und sind umgeben von einer Spule 10.
Kern 2 b von Pol 2 deckt
sich mit Pol 3 a von Pol 3,
und beide sind umgeben von einer Spule
12 usw. Um ein Magnetfeld zu erzeugen, das durch das sich in dem Zylinderraum befindliche
elektrisch leitende Material läuft, ist dem Pol 1 der Pol 4, dem Pol 2 der
Pol 5, dem Pol 3 der Pol 6 und dem Pol 7 der Pol 4 als
Gegenpol gegenübergelegt. Die Spule 10 umschließt die Kerne 1 b und
2 a und ist mit der Spule 11 in gleichsinniger Durchflußrichtung verbunden,
welche die Keine 4 b und 5 a umgibt.
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Wird das Wicklungs- oder Spulenpaar 10-11 an die Phase I eines
Drehstromes nach F i g. 3 gelegt, so zeigen bei 0' Phasenlage die
Pole 1, 2 Nordniagnetisierung und die Pole 4 und 5 Südmagnetisierung.
Das Wicklungspaar 12-13, das an der Phase HI liegt, unterstützt zu diesem
Zeitpunkt Pol 2 über den Kern 2b in Nordmagnetisierung, dagegen Pol
5 über Kein 5 b in Südmagnetisierung. Das Wicklungspaar 14-15,
das an Phase JI liegt, unterstützt zu diesem Zeitpunkt Pol 4 über Kein 4
a in Südniagnetisierung und Pol 7
über Kein 7 a in Nordmagnetisierung.
Pol 3, der durch den Kein 3 a Nord- und durch 3 b Südmagnetisierung
erhält, ist neutral; ebenso Pol 6, der über 6a Süd-und über 6b Normagnetisierung
erhält, wie dies auch entsprechend für zwei weitere Phasenlagen aus F i
g. 3
hervorgeht. Bei einem Weitereilen der Phase um 60'
weisen die Pole
2 und 3, durch deren Spulen 12-13
ein entgegengesetzter Stromfluß wie
durch die Spulen 10-11 geht und die an Phase IH liegen, Nordmagnetisierung
auf. Die Gegenpole 5, 6 besitzen Südmagnetisierung.
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Der Magnetiserungsverlauf der Pole bei weiter fortschreitender Phasenlage
ergibt sich aus F i g. 3.
Ferner zeigt F i g. 3 die Gleichmäßigkeit
des Wanderfeldes. Die axiale Richtung des Wanderfeldes läßt sich dadurch umkehren,
daß man die Anschlüsse zweier Wicklungen mit zwei Phasen vertauscht.
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Wird in den Zylinderraum 9 ein rohrförmiger oder massiver runder
Anker 16 aus elektrisch leitendem Metall eingebracht (s. F i g. 4),
so wird sich dieser Anker entsprechend der Richtung des Wanderfeldes auf Grund der
in ihm induzierten Spannung in bekannter Weise bewegen. Zur Verbesserung der Induktionswirkung
durch Richten und räumliches Begrenzen des Magnetfeldes kann der Anker mit
einem magnetischen Rückschluß 17 versehen werden. Dazu wird zweckmäßigerweise
ein Rohr aus einem magnetisch leitenden Material an seiner Außenfläche mit einem
Kupfer- oder Aluminiumüberzug versehen.
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In F i g. 5 ist der Induktor als Induktionspumpe zur Beförderung
flüssiger Metalle dargestellt. Ein Rohr 18 aus einem antimagnetischen Material
wird an den Flüssigkeitskreislauf 20 angeschlossen. Da bei größerer Weite des Rohres
nur noch die äußeren Schichten des zu fördernden Mediums beschleunigt
werden,
ist es vorteilhaft, wenn auch bei dieser Anordnung ein magnetischer Rückschluß
19 entsprechend F i g. 6 eingebaut wird.