DE1283947B - Elektrische Maschine mit Hilfsluftspalten - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf bekannte elektrische Maschinen mit treppenförmig abgestuften Hilfsluftspalten. Zusätzlich im Magnetkreis angeordnete Hilfsluftspalte werden bei elektrischen Maschinen insbesondere zur Erzielung einer schleifringlosen Ausführung vorgesehen. Solche Hilfsluftspalte liegen zwischen dem unbewickelten Läufer, der im wesentlichen aus magnetischen Leitstücken besteht, und dem bzw. den die Erregerwicklung oder -wicklungen tragenden ruhenden Teil bzw. Teilen der Maschine.
• Die am häufigsten vorkommenden Maschinen dieser Art sind Klauenpolmaschinen, z. B. Fahrzeug-oder Bordnetzgeneratoren und Klauenpolkupplungen. Es gibt aber auch andere Maschinen mit derartigen Hilfsluftspalten, z. B. homopolare Gleichpolmaschinen.
• Bei der Anordnung und konstruktiven Gestaltung der Hilfsluftspalte ist darauf zu achten, daß durch sie die magnetischen Verhältnisse möglichst wenig beeinträchtig werden. Die Luftspalte sollen daher so klein wie möglich sein und große übergangsflächen aufweisen, um ihren magnetischen Spannungsabfall klein zu halten. Ferner müssen sie so angeordnet sein, daß der Flußübergang sowohl im stillstehenden als auch rotierenden Maschinenteil möglichst gleichmäßig erfolgen kann, wobei möglichst örtlich konstante Eiseninduktionen anzustreben sind. Darüber hinaus sollten sich magnetische Zugkräfte weitgehend aufheben und auch bei fallweise etwas verschobenem Läufer keine axialen Kräfte, die auf die Lager wirken, entwickeln.
• Es sind Ausführungsformen mit ebenen (planparallelen), konischen, zylindrischen und treppenförmig abgestuften Hilfsluftspalten bekannt.
• F i g. 1 und 2 zeigen im Prinzip ebene und konische Hilfsluftspalte. Sie gewährleisten zwar einen gleichmäßigen Flußübergang und damit örtlich konstante Eiseninduktionen; sehr nachteilig sind aber die dabei auftretenden, oft erheblichen magnetischen Axialkräfte, die eine zusätzliche Lagerbelastung darstellen und denen durch eine aufwendige Konstruktion Rechnung getragen werden muß. Fallweise Verschiebungen des Läufers in axialer Richtung müssen dabei unbedingt vermieden werden. Auch hat eine Aus- , führung mit planem Luftspalt (F i g. 1) in der Regel keine genügend große Übergangsfläche, so daß eine relativ hohe Luftspaltinduktion und damit auch ein hoher magnetischer Spannungsabfall auftritt.
• Wesentlich einfacher für die Fertigung ist ein zylindrischer Hilfsluftspalt, wie ihn F i g. 3 schematisch zeigt. Bei diesem werden keine magnetischen Kräfte in axialer Richtung verursacht. Kleinere Axialverschiebungen des Läufers, z. B. infolge Wärmeausdehnungen oder durch äußere Belastung, sind bedeutungslos. Weniger günstig ist diese Ausführung hinsichtlich der Flußverteilung im Eisen, so daß man in der Praxis oftmals eine treppenförmige Abstufung vornimmt. F i g. 4 zeigt einen solchen Hilfsluftspalt im Prinzip. Im Grunde genommen ist dies eine Kombination von mehreren planparallelen Hilfsluftspalten gemäß F i g. 1, von denen jeder eine Kreisringfläche bildet, mit auf verschiedenen Durchmessern angeordneten zylindrischen Hilfsluftspalten gemäß F i g. 3. Würde man einen solchen treppenförmigen Hilfsluft spalt (F i g. 4) mit immer mehr und entsprechend kleineren Treppenstufen ausführen, so ergäbe sich als Grenzfall (bei unendlich vielen Stufen) ein konischer Luftspalt gemäß F i g. 2.
• Um die magnetischen Zugkräfte in axialer Richtung klein zu halten, ist es vorteilhaft, die axialen Luftspalte öax größer als die radialen Luftspalte a,.", auszuführen. In der Praxis läßt sich dies aber nur in begrenztem Maße durchführen, weil nämlich bei sehr groß gehaltenen Axialluftspalten zu viel von den zylindrischen übergangsflächen der Radialluftspalte verlorenginge, durch welche aber praktisch der gesamte Magnetfluß treten muß.
• Gemäß der Erfindung kann dieser Nachteil bei elektrischen Maschinen mit treppenförmig abgestuften Hilfsluftspalten dadurch vermieden werden, daß zum Flußübergang im wesentlichen nur die Zylindermantelflächen der radialen Hilfsluftspalte herangezogen sind und daß die axialen Luftspalte durch stirnseitiges Hinterdrehen der Treppenstufen größer als die radialen Luftspalte ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die zusammengehörigen Stufen des rotierenden und ruhenden Maschinenteils gleichartig hinterdreht, vorzugsweise so, daß deren Querschnittsprofile durch zueinander polarsymmetrische Konturen begrenzt sind. F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel im Prinzip. Hier geht im Gegensatz zur herkömmlichen Treppung (F i g. 4) auch bei einem relativ groß gehaltenen axialen Luftspalt da, nichts von den Zylindermantelflächen der radialen Luftspalte d,Qd verloren. Dies ist in F i g. 5 dadurch angedeutet, daß sich an die Länge 1i der ersten Stufe unmittelbar die Barunterliegende zweite Stufe mit der Länge 12 anschließt. Es ist sogar möglich und unter Umständen vorteilhaft, die Hinterdrehung so weit vorzunehmen, daß sich - wie in F i g. 5 beim Übergang von der zweiten zur dritten Stufe angedeutet - die Längen der einzelnen Treppenstufen - 1, und 1, - tcUweise überdecken und auf diese Weise eine Vergrößerung der Übergangsflächen für die radialen Luftspalte Grad erreicht wird.
• Für die Fertigung bedeutet eine erfindungsgemäß hinterdrehte Treppung des Hilfsluftspaltes gegenüber einer herkömmlichen Treppung gemäß F i g. d. keinen Mehraufwand, da derartige Drehkörper namentlich bei größeren Stückzahlen stets auf Voll- oder Halbautomaten bearbeitet werden.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Elektrische Maschine mit treppenförmig abgestuften Hilfsluftspalten, d a d u r c h g e h e n n -z e i c h n e t, daß zum Flußübergang im wesentlichen nur die Zylindermantelflächen der radialen Hilfsluftspalte herangezogen sind und daß die axialen Luftspalte durch stirnseitiges Hinterdrehen der Treppenstufen größer als die radialen Luftspalte ausgebildet sind.
2. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengehörigen Treppenstufen des rotierenden und ruhenden Maschinenteils gleichartig hinterdreht sind, vorzugsweise so, daß deren Querschnittsprofile durch zueinander polarsymmetrische Konturen begrenzt sind.
3. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hinterdrehten Treppenstufen derart ausgebildet sind, daß sich die axialen Längen der konzentrischen Zylindermantelflächen für die radialen Hilfsluftspalte zumindest bei einzelnen Stufen teilweise überdecken.