DE1275673B - Elektrische Wechsel- oder Drehstrommaschine mit Klauenpollaeufer - Google Patents

Description

• Elektrische Wechsel- oder Drehstrommaschine mit Klauenpolläufer Elektrische Wechsel- oder Drehstrommaschinen der Klauenpolbauart, bei denen der magnetische Fluß von einem feststehenden Erregerteil (elektro- und/oder permanentmagnetische Erregung) über jeweils einen Luftspalt in gleichnamige Pole eines nach dem Klauenpolsystem ausgebildeten Läufers und von diesen über den mit dem Erregerteil festverbundenen induzierten Teil in die Gegenpole des Läufers und aus diesen wieder zurück in den Erregerteil übertritt, sind bekannt. Dabei kann beispielsweise der Läufer aus zwei konzentrisch zur Drehachse; und mit Abstand zueinander angeordneten Ringen bestehen, welche gegeneinander gerichtete Klauen aufweisen, die ineinandergreifen.
• Durch den so beschriebenen Aufbau des Läufers ist dieses System nur für axial kurze Maschinen mit Vorteil anwendbar, wenn man die Klauen nicht magnetisch übersättigen will. Daraus ergibt sich, daß bei Maschinen größerer Leistung der Bohrungsdurchmesser im Verhältnis zu anderen Maschinen gleicher Leistung unverhältnismäßig groß werden müßte. Solange es sich dabei um relativ langsam drehende Maschinen handelt, ist diese Vergrößerung nicht unbedingt von Nachteil. Wird jedoch eine hohe Drehzahl verlangt, so sind die dann auftretenden Fliehkräfte nur noch in unwirtschaftlicher Weise oder gar nicht zu beherrschen.
• Es ist nun auch bekannt, derartige Maschinen als Doppelsystem und - bei instationären Erregerwicklungen - als Mehrfachsystem auszubilden. Dabei sind die in Achsrichtung hintereinander angeordneten Erregerwicklungen jeweils gegensinnig stromdurchflossen, wodurch der von ihnen erregte magnetische Fluß pro Einzelsystem für sich bleibt; d. h. er muß sich stets pro Einzelsystem innerhalb des entsprechenden Teils des Läufers schließen. Die Folge ist, daß der hier an sich schon vorhandene magnetische Engpaß, vor allem bei radial relativ kleiner Maschine, noch vergrößert wird.
• Aufgabe der Erfindung ist es hier, Abhilfe zu schaffen, insbesondere soll dabei das Prinzip der eingangs erwähnten Maschine für notwendigerweise langgestreckte elektrische Maschinen, z. B. Turbinengeneratoren oder Phasenschieber, nutzbar gemacht werden.
• Die Erfindung betrifft eine elektrische Wechsel-oder Drehstrommaschine, bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelmaschinen der Klauenpoltype, mit ruhenden Erregerwicklungen und einem Anker, wobei für sämtliche Einzelmaschinen eine gemeinsame Ankerwicklung vorgesehen ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die magnetischen Nutzflüsse der Einzelmaschinen in Reihe geschaltet sind. Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Maschine um den Faktor 1,5 oder einem ganzzahligen Vielfachen davon zu einem entsprechenden Mehrfachsystem auszubilden und außerdem den Innendurchmesser der Erregerwicklungen größer als den Durchmesser des Klauenpolläufers zu wählen. Dabei kann der Erregerteil permanentmagnetisch oder elektromagnetisch erregt und an den beiden Stirnseiten der Synchronmaschine angeordnet sein.
• Bei einer derartigen Maschine weist also der Klauenpolläufer beispielsweise an seinen Stirnseiten Polringe auf, deren Klauen, mit in Umfangsrichtung um eine Polteilung versetztem Abstand, gegeneinander weisen. Zwischen diesen sind in axialer Richtung weitere Klauen gleicher Polarität angeordnet, die, gewissermaßen an ihrem jeweiligen Rücken, mit entsprechenden weiteren Polringen und über diese mit Klauen der anderen Polarität, diese in Umfangsrichtung ebenfalls um eine Polteilung versetzt, verbunden sind.
• Ein Erfindungsbeispiel wird an Hand der Zeichnung beschrieben, in welcher F i g. 1 einen axialen Schnitt einer elektrischen Wechselstrommaschine, F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Teil eines abgewickelten Klauenpolläufers darstellt.
• In der F i g. 1 ist auf der nicht magnetisierbaren Welle 1 der Klauenpolläufer 2 angeordnet und vom feststehenden Teil 3 umgeben. Der Klauenpolläufer 2 weist insgesamt vier Polringe 4, 5, 6, 7 auf (siehe auch F i g. 2). An den Polringen 4 und 7 sind Klauen 8 und 9 mit zueinander entgegengesetzter Polarität angeordnet. Sie sind, ebenfalls zueinander, in Umfangsrichtung um eine Polteilung versetzt. In die dabei entstandenen Lücken ragen die Klauen 10, diese angeordnet am Polring 5 und 11, diese angeordnet am Polring 6, hinein, wobei von den Polringen 5 und 6, jedoch jeweils nach der anderen Seite, weitere Klauen 12,.13 ausgehen.
• Der feststehende Teil 3 ist hinsichtlich seines Ankers mit drei lamellierten Blechpaketen, den induzierten Teilen 14, 15, 16 ausgebildet, wobei diese eine gemeinsame Ankerwicklung 17 aufweisen. Zwischen den induzierten Teilen 14,15,16 bzw. an deren Stirnseiten sind die Erregerteile 18, 19, 20, 21 angeordnet, letztere beiden wahlweise. Bei permanentmagnetischer Erregung wird man die Magnetwerkstoffe im Gehäuse oder in den Lagerschilden 25 unterbringen.
• Der magnetische Fluß nimmt den aus der F i g. 1 ersichtlichen Verlauf entsprechend der Linie 22. Man erkennt, daß der Fluß, beispielsweise vom Erregerteil 18 bzw. dem linken Lagerschild 25 ausgehend, in Pfeilrichtung der Linie 22 folgt und dabei über einen Luftspalt 23 in den Polring 4 übertritt. Von hier aus über die an ihm angeordnete Klaue 8 und einen weiteren Luftspalt 24 in den induzierten Teil 14 und zurück über den gleichen Luftspalt 24 in die Klaue 10 und über den mit dieser festverbundenen Polring 5 in die weitere Klaue 12. Der weitere Flußverlauf ist dann analog und in einfacher Weise aus der F i g. 1 ersichtlich. Er wird geschlossen über das magnetisierbare, hier beispielsweise als Mantel ausgebildete Gehäuse am Lagerschild 25.
• Man erkennt, daß sich der magnetische Fluß nicht jeweils im einzelnen System kurzschließt, sondern durch die besondere Ausbildung des Klauenpolläufers und/oder des Erregerteils in Reihe geführt wird. Daher addieren sich die erregenden Durchflutungen der jeweiligen Teilmaschinen. Die insgesamt notwendige Durchflutung wird also durch Hintereinanderschalten des Weges für den magnetischen Fluß bestimmt. Dabei wird auf seinem Wege der Luftspalt mehrmals gekreuzt. Dieses ist jedoch ohne wesentliche Bedeutung, da die Erregerleistung wegen der bei Ringspulen kurzen Wicklungslänge von vornherein so klein gehalten werden kann, daß die aus Gründen des mehrfachen Luftspaltübertritts notwendige Erhöhung praktisch nicht sehr ins Gewicht fällt.
• Mittels der so beschriebenen Reihenschaltung der magnetischen Flüsse, bei welcher also der Klauenpolläufer nur den Fluß jeweils eines einzigen Statorteils führt, wird eine magnetische Entlastung desselben erreicht. Der Klauenpolläufer würde nämlich sonst, besonders bei axial langen Maschinen, einen magnetischen Engpaß bilden. Auch kann nunmehr der Eisenquerschnitt des Gehäuses in mäßigen Grenzen verbleiben.
• Entgegen allen bekannten Anordnungen entfällt also die Anordnung von Erregerspulen und Isolierstoffen am oder innerhalb des Läufers, wodurch dessen Durchmesser wesentlich verkleinert und die Herstellung entsprechend vereinfacht werden kann. Die Maschine kann also mit sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten ausgelegt werden. Ein weiterer großer Vorteil ist darin zu sehen, daß aus dem Klauenpolläufer keine Stromwärmeverluste abgeführt werden müssen.
• Selbstverständlich ist das Prinzip nicht nur für normalfrequente, sondern auch für höherfrequente Maschinen anwendbar.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Elektrische Wechsel- oder Drehstrommaschine, bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelmaschinen der Klauenpoltype, mit ruhenden Erregerwicklungen und einem Anker, wobei für sämtliche Einzelmaschinen eine gemeinsame Ankerwicklung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Nutzflüsse der Einzelmaschinen in Reihe geschaltet sind.
2. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur an den beiden Stirnseiten der Maschine je ein Erregerteil angeordnet ist.
3. 3. Elektrische Maschine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Erregerwicklungen größer ist als der Durchmesser des Klauenpolläufers.
4. 4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine um den Faktor 1,5 oder einem ganzzahligen Vielfachen davon zu einem entsprechenden Mehrfachsystem ausgebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1065 076; französische Patentschriften Nr. 1198 0l1, 678 576; britische Patentschrift Nr. 614 091.