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Vielpolige elektrische rotierende Maschine Die Erfindung bezieht sich
auf eine vielpolige elektrische rotierende Maschine mit einem Stator und einem.
Rotor in Form von scheibenförmigen, einen etwa ringförmigen, axial verlaufenden
ebenen Luftspalt einschließenden Elementen, wobei wenigstens eines der scheibenförmigen
Elemente Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes enthält und wenigstens der Rotor
eine durch Aufdrucken dünner Flachleiter direkt auf die isolierenden Oberflächen
eines ebenen ringförmigen Trägers nach der Technik der gedruckten Schaltungen gebildete
zusammenhängende fortlaufende Wicklung mit innerhalb des magnetisch aktiven Bereichs
etwa radial liegenden Leiterabschnitten, die über beidseitig in der gleichen Ebene
daran anschließende aufgedruckte Leiterabschnitte verbunden sind, wobei die Leiter
die den Luftspalt begrenzende Fläche des scheibenförmigen Elements überwiegend bedecken
und über dem gesamten magnetischen Luftspalt der Maschine frei liegen.
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Eine solche Maschine gehört zum Gegenstand des Hauptpatents 1206 067.
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Soweit beim Gegenstand des Hauptpatents die Wicklung auf dem Rotor
angebracht ist und mit am Stator befestigten Bürsten zusammenwirkt, schleifen diese
Bürsten unmittelbar auf den Leiterabschnitten der Wicklung, die somit zugleich die
Rolle der Lamellen eines Kommutators übernehmen. Diese Maschinen sind somit den
üblichen Kommutatormaschinen äquivalent.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Maschine
der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß sie einer üblichen Wechselstrommaschine
mit Kollektorringen äquivalent ist.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß durch Aufdrucken
dünner, frei liegender Flachleiter auf einen isolierenden Träger Kollektorringe
gebildet sind, die mit den am Anfang bzw. am Ende jedes Phasenstranges liegenden
Leiterabschnitten der Wicklung leitend verbunden sind, und daß am Stator Bürsten
so angebracht sind, daß sie auf den Kollektorringen schleifen.
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Die erfindungsgemäße Lösung ergibt den Vorteil, daß die Kollektorringe
nach lern gleichen Verfahren zur Herstellung. gedruckter Schaltungen wie die eigentlichen
Wicklungsleiter gebildet werden können. Der wesentliche Vorteil einer einfachen,
leicht zu automatisierenden Fertigung bleibt daher auch für solche Kollektormaschinen
erhalten.
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Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Maschinen beliebiger
Phasenzahl, die sowohl als Motoren wie auch als Generatoren verwendbar sind. Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt F i g. 1 eine schematische
Schnittansicht einer Einphasen-Axialluftspaltmaschine gemäß der Erfindung, F i g.
2 eine Vorderansicht des Rotors der Maschine von F i g. 1, F i g. 3 eine Teilschnittansicht
einer abgeänderten Ausführungsform des Rotors, F i g. 4 eine Teilvorderansicht des
Rotors von F i g. 3, F i g. 5 eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform
der Maschine von F i g. 1 und 2, F i g. 6 eine Teilvorderansicht des Rotors von
F i g. 5, F i g. 7 eine Vorderansicht eines nach der Erfindung ausgebildeten Rotors
für eine Dreiphasenmaschine, F i g. 8 eine Teilansicht der gleichen Seite des Rotors
von F i g. 7 bei abgenommenen Ringen, F i g. 9 a, 9 b und 9 c Teilschnittansichten
des Rotors zur Darstellung einer Ausführungsform der Dreiphasenmaschine nach F i
g. 7 und 8, F i g. 10 eine Teilansicht der Rückseite einer anderen Ausführungsform
des Rotors, F i g. 11 a, 11 b und 11 c Teilschnittansichten des Rotors von F i g.
10,
F i g. 12 eine Teilansicht der Rückseite einer weiteren Ausführungsform
des Rotors und F i g. 13 a, 13 b und 13 c Teilschnittansichten des Rotors. von F
i g. 12.
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Der Aufbau von Zweiphasenmaschinen läßt sich direkt aus den dargestellten
Ausführungsbeispielen ableiten.
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In F i g. 1 ist eine Axialluftspaltmaschine der im Hauptpatent beschriebenen
Art mit den nachstehend erläuterten Änderungen dargestellt. Sie enthält einen scheibenförmigen
Rotor 1, der zwischen zwei scheibenförmigen Statorteilen 2 und 3 eingeschlossen
ist. Das Statorelement 2 ist der mehrpolige Erreger, dessen Erregerpole durch flache
Permanentmagnete 8 gebildet werden, die in einen nichtmagnetischen und nichtleitenden
Träger 10 eingefügt sind. Das Statorelement 3 besteht aus einem ringförmigen Magnetjoch
7, das in einer nichtmagnetischen und nichtleitenden Trägerscheibe 9 befestigt ist.
Der Rotor besteht aus einer dünnen isolierenden Trägerscheibe 4, auf deren beiden
Seiten die Spulenseitenleiter 5 und 6 einer Wicklung entsprechend der Lehre des
Hauptpatents nach Art von gedruckten Schaltungen gebildet sind. Jeder Spulenseitenleiter
besteht aus einem etwa radialen aktiven Abschnitt 19, der sich vor den Erregerpolen
bewegt und an beiden Enden in geneigte Abschnitte 20 bzw. 23 übergeht (F i g. 2),
die gewissermaßen die Wickelköpfe darstellen und den Wicklungsschritt bestimmen.
Die einander auf beiden Seiten der Trägerscheibe 4 gegenüberliegenden Enden der
Wickelkopfabschnitte 20 bzw. 23 sind durch innere leitende Verbindungen 11 bzw.
äußere leitende Verbindungen 12 miteinander verbunden. Im Gegensatz zu der Lehre
des Hauptpatents sind ferner auf der Trägerscheibe 4 zwei leitende Ringe 13 und
14 gebildet, welche die Spulenseitenleiter 5 bzw. 6 umgeben. Die Rotorscheibe ist
in einer drehbar gelagerten Nabe befestigt.
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An dem Träger 10 des Statorteils 2 ist eine Bürste 16 so befestigt,
daß sieauf dem leitenden Ring 14 schleift. Der Träger 9 des Statorteils 3 trägt
eine Bürste 15, die symmetrisch zur Bürste 16 liegt und auf dem leitenden Ring 13
des Rotors schleift. An diese Bürsten wird die Wechselspannung angelegt. Die symmetrische
Anordnung der Bürsten ergibt den Vorteil, daß in mechanischer Hinsicht die von den
Bürsten auf den Rotor ausgeübten Druckkräfte kompensiert werden; sie ist dagegen
nicht elektrisch bedingt.
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Die in F i g. 2 dargestellte Wicklung ist eine Wellenwicklung mit
41 Windungen für eine achtpolige Maschine. Der Wicklungsverlauf läßt sich direkt
aus der Darstellung erkennen, wobei zu beachten ist, daß (wie auch in den Darstellungen
von F i g. 4, 6, 7, 8, 10 und 12) die die leitenden Teile begrenzenden schwarzen
Linien praktisch die isolierenden Zwischenräume zwischen diesen leitenden Teilen
darstellen. Diese Darstellungsweise entspricht dem üblichen Klischee, das zum Aufdrucken
der Leiter bei dem bekannten'Lichtdruckverfahren dient.
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An zwei um 180 elektrische Grade am Umfang der Wicklung voneinander
entfernten Stellen stehen die Leiter der Wicklung jeweils auf einer Seite in direkter
Verbindung mit dem Ring 13 bzw. dem Ring 14. Diese Stelle ist für die Vordersexte
bei 21 1 in F i g.1 und 2 sichtbar. Sie ist ferner für die Rückseite der Wicklung
in F i g. 2 bei 22 gestrichelt angedeutet.
Stators der Maschine entspricht der Darstellung der Einphasenmaschine
von F i g. 1, da lediglich die Zahl der von diesem Stator getragenen Bürsten geändert
werden muß.
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In erster Linie kann die Dreiphasenmaschine so ausgebildet werden,
daß die Wicklung im Dreieck geschaltet ist. Dies entspricht den Schnittansichten
von F i g. 9 a, 9 b und 9 c, die an dem Ort der drei Abgriffe E1, E2 und Es liegen.
Die Rückseite der Wicklung trägt Abgriffe, die ebenso wie die AbgriffeE der Vorderseite
ausgeführt sind und diesen gegenüberliegen, und die Wicklungsverbindungen sind einfach
so verlängert, daß an den Stellen dieser Abgriffe die Leiter 28 der Vorderseite
und die Leiter 29 der Rückseite an jeder Abgrüfsstelle mit einem der entsprechenden
Ringe 30 bis 32 verbunden sind.
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Diese Verbindungen mit den Ringen 30, 31 und 32 sind in F i g. 7 bei
35, 36 und 37 dargestellt.
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Die Wicklung kann auch in Sternschaltung mit gemeinsamem Sternpunkt
geschaltet sein. In diesem Fall wird die Rückseite der Wicklung gemäß F i g. 10
ausgebildet, wobei ein einziger Kollektorring 33 die Spulenseitenleiter auf dieser
Rückseite umgibt und mit den drei Phasen beispielsweise durch direkte Verbindungen
S1, S2 und S" zwischen dem Ring 33 und um 120 elektrische Grade voneinander entfernten
Leitern 29 verbunden ist (die hier den Leitern gegenüberliegen, an denen die Abgriffe
E auf der Vorderseite liegen). In F i g. 11 a, 11 b und 11 c sind Schnittansichten
des Rotors an der Stelle der Abgriffe mit den Verbindungen zwischen den Leitern
28 und den Ringen 30 bis 32 dargestellt. In dem mechanischen Aufbau gibt es hier
nur eine an Masse liegende Bürste für den Ring 33.
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Es kann jedoch auch erwünscht sein, die Maschine so auszubilden, daß
die Schaltungsart im Belieben des Benutzers steht. In diesem Fall wird die Rückseite
der Wicklung in der in F i g. 12 gezeigten Weise mit drei getrennten Abgriffen S1,
S2, S" ausgebildet, die den Abgriffen E2, E3 bzw. Ei auf der Vorderseite gegenüberliegen.
Dieser Rückseite werden dann drei konzentrische Ringe 40, 41 und 42 zugeordnet,
die den Ringen 30, 31 und 32 der Vorderseite gegenüberliegen, und die Verbindungen
zwischen den Ringen und der Wicklung werden dann in der Weise durchgeführt, die
aus F i g. 13 a, 13 b und 13 c ersichtlich ist. Es gibt dann in dem vollständigen
mechanischen Aufbau drei Bürstenpaare, die der Benutzer nach Belieben verbinden
und speisen kann.