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Die Erfindung bezieht sich auf einen Mittelfrequenzgenerator höherer
Leistung in Scheibenbauweise mit einem wicklungslosen Läufer mit radial verlaufenden
Teilen geringen magnetischen Widerstands und damit abwechselnden Teilen hohen magnetischen
Widerstands sowie mit einem eine Wechselstromwicklung tragenden Ständer, der eine
Erregerwicklung aufweist, deren Spulen als Sektoren gleicher Größe ausgebildet sind.
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Es sind elektrische Maschinen in Scheibenbauweise mit insgesamt mindestens
drei Stator- und Rotorscheiben bekannt, bei denen die in axialer Richtung verlaufenden,
d. h. in dieser Richtung vom Magnetfluß durchsetzten Luftspalte jeweils Feldlinien
unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit aufweisen. So ist beispielsweise eine
erste, als Hochspannungsgenerator geeignete Maschine bekannt, bei der die mit periodisch
wechselnder magnetischer Leitfähigkeit versehenen, ungeblechten Rotorscheiben mehrere
in bezug auf die Statorscheiben feststehende, auf Zylindermantelflächen verlaufende
Magnetkreise schneiden und bei der die Statorscheiben jeweils in einer ringförmigen
Zone angeordnete, mit Erreger- und Ankerspulen umgebene sektorförmige Körper aufweisen.
Diese sektorförmigen Körper sind dabei in Gruppen angeordnet, derart, daß die Körper
innerhalb einer Gruppe untereinander gleiche Winkelabstände haben, ohne daß jedoch
alle sektorförmigen Körper untereinander gleich weit entfernt sind. Wegen dieser
ungleichen Abstände ist das Volumen der Maschine nicht vollständig genutzt. Weiter
ist jeder einzelne Magnetkreis der Maschine in den stirnseitigen Statorscheiben
in je einem quer zur Maschinenachse verlaufenden Rückschlußteil geschlossen, welcher
den gesamten Fluß dieses Magnetkreises führen muß und der daher eine gegenüber der
mittleren Scheibe große axiale Ausdehnung dieser Statorscheiben bedingt. Schließlich
liegt ein Nachteil der bekannten Maschine darin, daß die wechselnd oder pulsierend
magnetisierten Teile der Maschine, vor allem die sektorförmigen Körper der Rotor-
und Statorscheiben, nicht geblecht werden können, da einzelne Bleche wegen deren
Vielzahl und Kleinheit nicht in einfacher Weise in den Rotor- und Statorscheiben
befestigt werden könnten.
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Es ist ein weiterer Generator der eingangs genannten Art, jedoch mit
Permanenterregung, bekannt, der nach dem bekannten Prinzip einer Schwingfeldmaschine
arbeitet und bei dem sowohl der ohne Wirkung bleibende Rotor wie auch der Ständer
mit sektorförmigen, aber massiven Zähnen und mit Nuten versehen ist. Stator und
Rotor sind dabei jeweils allein in einem ringförmigen Jochteil geblecht, wo wegen
der Permanenterregung nur relativ geringe Schwankungen des Magnetflusses auftreten.
Diese Blechung ist daher wenig wirksam und entbehrlich. Im Bereich ihrer Wechselstromwicklung
ist diese bekannte Maschine jedoch ungeblecht und weist deshalb große Eisenverluste
auf, die hier allerdings deshalb wenig ins Gewicht fallen, weil die Maschine i auch
nach ihrer sonstigen Bauart nur für geringe Leistungen verwendbar ist. Dieser Bauart
entspricht es auch, daß die Zähne des Rotors auf eine Isolierstoffscheibe aufgeklebt
sind. Die auf Scherung beanspruchten Klebstellen lassen, insbesondere bei zu- t
sätzlicher Wärmebeanspruchung, wegen der dann unterschiedlichen Wärmeausdehnung
der Zähne und der Isolierstoffscheibe keine großen Drehgeschwindigkeiten des Rotors
zu. Zusammenfassend kann vor dieser zweiten bekannten Maschine gesagt werden daß
der durch die Permanenterregung bestimmt( Aufbau allein zur Erzeugung geringer Leistungen
be einem relativ ungünstigen Leistungsgewicht, jedocl ohne Zufuhr von Erregerleistung
geeignet ist.
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Dagegen will die Erfindung einen gleichstrom. erregten Generator von
besonders günstigem Lei. stungsgewicht angeben, der für höhere Leistunger geeignet
ist und der bei hohen Drehgeschwindigkeiter mittelfrequente Ströme erzeugt.
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Diese Aufgabe wird bei einem Generator der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Teile hohen bzw. geringen magnetischen Widerstands
magnetisch wirksame Nuten und Zähne des Läufers sind, dessen axiale Länge größer
als die Nuttiefe ist, daß jeweils der Läufer in seinem gesamten elektromagnetisch
aktiven Teil und der Ständer zumindest im Bereich der Wechselstromwicklung geblecht
ist, daß die Spulen der Erregerwicklung aneinander anschließend und in gleichen
Winkelabständen auf der dem Luftspalt zugewandten Stirnfläche des Ständers angeordnet
sind, wobei die umschlossenen Scheibensektoren Pole abwechselnder Polarität darstellen,
und daß die Wechselstromwicklung in besonderen, etwa radial verlaufenden Wicklungsnuten
an der dem Luftspalt zugewandten Stirnfläche untergebracht ist.
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Schutz wird nur für die Kombination dieser jeweils für sich bekannten
Merkmale beansprucht, die zur Erzielung der geforderten höheren Leistung kombinatorisch
zusammenwirken.
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Dabei wird durch die Blechung und die besondere Anordnung der Wechselstromwicklung
in Verbindung mit der Scheibenbauweise der Maschine der besondere Vorteil erzielt,
daß die Erregerzeitkonstante gegenüber bekannten Generatoren - auch zylindrischer
Bauart - wesentlich verkürzt ist.
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Allgemein sind als Vorteile hervorzuheben, daß die Fertigung der Maschine
sehr einfach ist, da der Ständer und Läufer jeweils aus sehr wenigen verschiedenen
Teilen bestehen, und daß eine weitgehende Blechung der Maschine möglich ist, womit
auch bei höheren Frequenzen nur geringe Eisenverluste und ein geringer Erregerleistungsbedarf
entstehen. Gegenüber der erstgenannten, als Hochspannungsgenerator geeigneten, bekannten
Maschine weist der erfindungsgemäße Generator in doppelter Weise eine bessere Raumausnutzung
auf. Einerseits schließen die ringsegmentförmigen Pole der Maschine aneinander an
und haben gleiche Winkelabstände, so daß zwischen ihnen keine ungenutzten Zwischenräume
bleiben. Zum anderen teilt sich der in einen Pol eintretende Magnetfluß in den Jochbereichen
der erfindungsgemäßen Maschine in je einen Flußanteil halber Stärke in den beiden
Umfangsrichtungen, so daß die Jochbereiche gegenüber der bekannten Maschine jeweils
nur den halben Querschnitt aufweisen müssen. In bezug auf die zweite bekannte Maschine
mit Permanenterregung bringt die Erfindung außer den genannten Vorteilen eine wesentlich
größere konstruktive Einfachheit und daher Robustheit und elektrische und mechanische
Belastbarkeit.
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Zur Erzielung einer gleichmäßigen Feldkurve wird in einer Ausgestaltung
der Erfindung vorgeschlagen, Saß sich die Tiefe der Nuten und Zähne zur Maschiienwelle
hin verkleinert und daß dabei das Verhältiis von Nut- zu Zahnquerschnitt zueinander
über
die ganze Nutlänge konstant bleibt. Die im Prinzip radial verlaufenden
Nuten und Zähne können bei speziellen elektrischen Anforderungen auch mit einer
Krümmung in Richtung auf den äußeren Scheibenumfang versehen sein.
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Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Maschine
liegt darin, daß zur Erzielung unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit im Luftspalt
auch der Ständer mit wicklungslosen Nuten versehen ist. Der Generator kann dann
nach dem Prinzip einer Interferenz- oder Schwingfeldmaschine arbeiten. Diese Bauarten
erlauben in im Prinzip bekannter Weise eine Erhöhung der Frequenz der Maschine gegenüber
dem Modulationsprinzip, wobei dann jedoch die abgegebene Leistung geringer ist.
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Mit den Zähnen und Nuten der erfindungsgemäßen Maschine wird eine
gerade bei höheren Leistungen günstige Ventilationswirkung erzielt. Ist diese bei
Fremdbelüftung oder geringerer Leistung weniger wichtig, so ist es, insbesondere
bei Interferenz- und Schwingfeldmaschinen, zur Verminderung von Geräuschentwicklung
auch denkbar, an Stelle ausgebildeter Zähne und Nuten zumindest in der Ständerscheibe
glatte Flächen vorzusehen und an Stelle der Nuten magnetisch weniger leitfähiges
Material in das Maschineneisen einzulassen, was auch für die Anordnung bekannter
speichenradförmiger Dämpferkäfige von Bedeutung sein kann. Eine weitere Verbesserung
der Kühlung ist in sehr wirksamer Weise derart denkbar, daß die dem Läufer abgewandte
Stirnseite des Ständers eine spiralförmige Vertiefung aufweist, die von einem Kühlmedium
durchströmt wird. Wird diese spiralförmig verlaufende Kühlleitung durch eine äußere
Abdeckung geschlossen, so entsteht eine zusätzliche gute Kühlwirkung bei geschlossener
Bauart der Maschine dann, wenn der aus der Maschine kommende, von den Nuten und
Zähnen erzeugte Luftstrom außen an der Abdeckung vorbeigeführt wird.
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Eine Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Maschine liegt darin,
daß der Ständer nur im Bereich der Wechselspannungswicklung geblecht ist, falls
die Maschine nach dem Prinzip einer heteropolar erregten Modulationsmaschine arbeitet.
An die Blechung des Ständers schließt sich dann massives Material an, das den magnetischen
Rückschluß bildet.
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Eine günstige Art der Blechung des Ständers ergibt sich, wenn der
gesamte Ständer sowohl im Bereich der Wechselstromwicklung als auch in seinem dem
Luftspalt abgekehrten, kreisringförmigen Jochbereich in axialer Richtung durchgehend
geblecht ist.
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.
Eine Ausführungsmöglichkeit ist in den F i g. 1 bis 4 dargestellt, wobei dieser
erfindungsgemäße Generator als Modulationsmaschine arbeitet. Er weist je einen scheibenförmigen
Läufer 10 und Ständer 11 auf, welche beide durch Aufspulen eines Blechbandes
hergestellt sind. Die dem Luftspalt zugewandte Stirnfläche des Läufers
10 hat Zähne 12 und Nuten 13 entsprechend der Darstellung in
F i g. 2. Die Welle 14 ist in hier nicht dargestellter Weise innerhalb der
Bohrung 15 des Ständers 11
drehbar gelagert. Näheres über die Ausführung
des Ständers 11 geht aus F i g. 3 hervor. Der wieder einem Läufer
10 gegenüberstehende, gebleckte Ständer 11
trägt zwei verschiedene
Wicklungen, und zwar eine Erregerwicklung 16, die mit Gleichspannung gespeist
ist, und eine Wechselstromwicklung 17. Beim Umlaufen des Läufers
10 werden durch die Nuten 18
und Zähne 19 die strichpunktiert
eingezeichneten magnetischen Gleichflüsse in bezug auf die Wechselstromwicklung
moduliert. F i g. 4 zeigt eine Ansicht der dem Luftspalt zugewandten Seite des Ständers
11, die Erregerwicklung 16, die Wechselstromwicklung 17 und die Polaritäten
der von der Erregerwicklung 16 erzeugten Flüsse.
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Eine weitere Ausführungsform der Maschine, die als Schwingfeldmaschine
arbeitet, ist in den F i g. 5 und 6 gezeigt. Während der Läufer 10 im Prinzip
gleich wie bei dem schon beschriebenen Ausführungsbiespiel aufgebaut und mit Zähnen
21 versehen ist, jedoch Nuten 20 mit ausgerundetem Querschnitt hat
(F i g. 5), ist hier auch der Ständer 11 zusätzlich mit wicklungslosen Nuten
22 und Zähnen 23 versehen, die zur Erzeugung eines Schwingfeldes dienen. Außerdem
hat der Ständer 11 weitere Nuten 24, die zur Aufnahme der gleichstromgespeisten
Erregerwicklung 25 und der Wechselstromwicklung 26 dienen. In F i
g. 6 ist der Verlauf beider Wicklungen erkennbar, wobei die Erregerwicklung
25 strichpunktiert und die Wechselstromwicklung 26 durchgezogen gezeichnet
sind.