DE1298615B

DE1298615B - DC machine with compensated reactance voltage without reversing poles

Info

Publication number: DE1298615B
Application number: DE1964L0049570
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Germin; Huebner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1964-12-21
Filing date: 1964-12-21
Publication date: 1969-07-03

Description

Gleichstrommaschinen der üblichen Bauart enthalten Wendepole, die den neutralen Zonen zwischen den Hauptpolen ein im Vergleich zum magnetischen Hauptfeld schwaches Feld erzeugen, das sogenannte »Wendefeld«. Beim Durchgang durch das Wendefeld wird in der gerade kommutierenden Spule eine der Reaktanzspannung entgegengerichtete Wendefeldspannung induziert, so daß bei richtiger Auslegung der Wendepole die resultierende Spannung in der kommutierenden Spule Null ist und ein Bürstenfeuer folglich nicht auftreten kann.DC machines of the usual type contain reversing poles, the the neutral zones between the main poles compared to the main magnetic field generate a weak field, the so-called »turning field«. When passing through the turning area one of the reactance voltage is opposite in the currently commutating coil Induced turning field voltage, so that with correct design of the turning poles the resulting Voltage in the commutating coil is zero and therefore brush fire is not can occur.

Wendepole bedeuten jedoch erhöhten Aufwand sowohl in der Fertigung als auch beim Betrieb der Maschine. Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, die klassischen Wendepole zu umgehen.However, reversing poles mean increased effort both in production as well as when operating the machine. There has therefore been no lack of attempts that bypassing the classic reversing pole.

Es ist dazu bekannt, bei Normalmaschinen mit symmetrischen Polschuhen zu arbeiten und die Bürste um definierte Winkel zu verschieben (»Elektrotechnik« Nr. 1, 1957, S. 2 ff). Bei normalen Belastungsverhältnissen läßt sich so zwischen Einviertel-und Vollast zwar eine Bürstenstellung finden, die für diesen Belastungsbereich wenn keine gute, so doch eine einigermaßen befriedigende Kommutierung ergibt; doch erfordern Überlastungen bereits neuerlich Bürstenverschiebungen, die bei nachfolgender Entlastung wieder rückgängig zu machen sind. Abgesehen von der damit verbundenen Unbequemlichkeit ist eine exakte Kompensierung der Reaktanzspannung so nicht zu erreichen, da nur der Mittelwert der notwendigen Wendefeldinduktion ohne Berücksichtigung der für einen Belastungsfall bestimmten Induktionsverteilung über die Kommutierungsbreite einstellbar ist.It is known for normal machines with symmetrical pole pieces to work and move the brush by a defined angle (»electrical engineering« No. 1, 1957, p. 2 ff). With normal load conditions you can choose between One-quarter and full load can find a brush position that is suitable for this load range if the commutation is not good, then it is reasonably satisfactory; but overloads already require brush displacements again, which is the case with subsequent Discharge are to be reversed. Apart from the related Exact compensation of the reactance voltage is not inconvenient because only the mean value of the necessary helical field induction is not taken into account the induction distribution determined for a load case over the commutation width is adjustable.

Ein anderer bekannter Weg ist der, die Polschuhe der Hauptpole in einer Umfangsrichtung, die durch die Drehrichtung der Maschine bestimmt wird, bis in die Zone der kommutierenden Ankerspule verlängert auszubilden (französische Patentschrift 1309 520). F i g. 1 zeigt eine derartige bekannte Anordnung. Die Polschuhe 1 sind in einer Umfangsrichtung erheblich verlängert und reichen bis über die Mitte der neutralen Zone. Durch den starken magnetischen Spannungsfall in den lang ausgezogenen Polschuhen wird erreicht, daß das Feld in der Wendezone erheblich niedriger ist als unter der Mitte der Hauptpole. Durch entsprechende Querschnittsstärke der Polschuhverlängerungen kann ein Wendefeld geeigneter Größe erzielt werden.Another known way is that of extending the pole shoes of the main poles in a circumferential direction, which is determined by the direction of rotation of the machine, into the zone of the commutating armature coil (French patent 1309 520). F i g. 1 shows such a known arrangement. The pole shoes 1 are considerably elongated in a circumferential direction and extend beyond the center of the neutral zone. The strong magnetic voltage drop in the elongated pole pieces means that the field in the turning zone is considerably lower than under the center of the main poles. A turning field of a suitable size can be achieved by means of a corresponding cross-sectional thickness of the pole shoe extensions.

Mit der Anordnung nach F i g. 1 kann, eine brauchbare Kommutierung nur erzielt werden, wenn die Maschine in der durch den Pfeil gekennzeichneten Richtung umläuft.With the arrangement according to FIG. 1 can, a useful commutation can only be achieved when the machine is in the direction indicated by the arrow running around.

Hier setzt die Erfindung ein. Sie hat sich die Aufgabe gestellt, ein Wendefeld ohne Wendepole zu erstellen, das eine bessere Kommutierung in beiden Drehrichtungen der Maschine möglich macht. Das wird nach der Erfindung für eine Gleichstrommaschine mit kompensierter Reaktanzspannung ohne Wendepole, bei der die Polschuhe der Hauptpole in einer Umfangsrichtung bis in die Zone der kommutierenden Ankerspulen (Wendefeldzone) verlängert ausgebildet sind, dadurch erreicht, daß die Polschuhe aller Hauptpole zu einem in Umfangsrichtung verdrehbaren zylinderringförmigen Konstruktionsteil vereinigt sind, das eine der Hauptpolzahl entsprechende Anzahl gleichmäßig über den Umfang verteilter, axial gerichteter Unterbrechungen durch nichtferromagnetisches Material oder Luft aufweist. Durch einfaches Verschwenken des Polschuhringes in die eine oder andere Richtung, wobei jeweils die Polschuhverlängerungen einen anderen Richtungssinn aufweisen, ist die Maschine für die veränderte Drehrichtung vorbereitet.This is where the invention comes in. She has set herself the task of a Creating a reversing field without reversing poles, which means better commutation in both directions of rotation the machine makes possible. This is according to the invention for a DC machine with compensated reactance voltage without reversing poles, in which the pole shoes are the main poles in a circumferential direction up to the zone of the commutating armature coils (turning field zone) are designed elongated, achieved in that the pole pieces of all main poles to a cylindrical ring-shaped structural part that can be rotated in the circumferential direction are united, the number corresponding to the main pole number evenly over the extent of distributed, axially directed interruptions by non-ferromagnetic Has material or air. By simply swiveling the pole shoe ring in one direction or the other, each with the pole piece extensions being a different one Have a sense of direction, the machine is prepared for the changed direction of rotation.

Für eine exakte Kompensation der Reaktanzspannung ist es in Ausbildung der Erfindung zweckmäßig, daß die Stärke des Feldes unter den verlängerten Polschuhspitzen bei gegebenem Hauptpolfeld durch die Wahl von Form und/oder Querschnitt der verlängerten Polschuhspitze festgelegt wird. Auf diese Weise läßt sich in der Wendezone eine Luftspaltinduktion erreichen, die dem erforderlichen Verlauf und Wert entspricht.It is being developed for an exact compensation of the reactance voltage the invention expedient that the strength of the field under the elongated pole piece tips for a given main pole field by choosing the shape and / or cross-section of the extended Pole shoe tip is set. In this way, a Achieve air gap induction that corresponds to the required course and value.

Ein Ausführungsbeispiel dieser Anordnung zeigt F i g. 2. Die Polschuhe bestehen nicht mehr mit dem Polkern aus einem Stück. Vielmehr sind die vier verlängerten Polschuhe konstruktiv zu einem drehbaren Zylinderring vereinigt. Der Aufbau dieses Zylinderringes kann verschieden vorgenommen werden. Es können die Polschuhe beispielsweise aus Segmenten geschichtet werden und an beiden Stirnseiten mit massiven Ringen aus nichtmagnetischem Material verbunden werden. Axiale Bolzen durch die Polschuhe können der Konstruktion die nötige Festigkeit geben. Die in Waler Richtung entstehenden freien Teile des Zylinderringes können mit nichtmagnetischem Material gefüllt oder ausgegossen werden. Der Zylinderring kann auch statt aus einzelnen Blechsegmenten aus ganzen Ringen aufgebaut sein, wobei diese Ringe eine der Hauptpolzahl entsprechende Anzahl von Aussparungen auf der dem Luftspalt zugekehrten Seite aufweisen. Diese Aussparungen können wieder mit nichtmagnetischem Material ausgegossen werden. Es versteht sich, daß zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses die an den Aussparungsstellen verbleibenden ferromagnetischen Verbindungen nur einen geringen Querschnitt haben dürfen.An embodiment of this arrangement is shown in FIG. 2. The pole pieces are no longer in one piece with the pole core. Rather, the four are elongated Pole shoes are structurally combined to form a rotatable cylinder ring. Building this The cylinder ring can be made in different ways. It can be the pole pieces, for example are layered from segments and made of solid rings on both ends non-magnetic material are connected. Axial bolts through the pole pieces can give the construction the necessary strength. The emerging in Waler direction Free parts of the cylinder ring can be filled with non-magnetic material or to be poured out. The cylinder ring can also be made from individual sheet metal segments instead of be made up of whole rings, these rings corresponding to the number of main poles Have number of recesses on the side facing the air gap. These Recesses can be filled with non-magnetic material again. It it goes without saying that in order to avoid a magnetic short circuit, the cut-outs remaining ferromagnetic compounds only have a small cross-section to be allowed to.

Der aus den vier Polschuhen 1 mit dazwischen sich axial erstreckenden Unterbrechungen 4 gebildete Zylinderring 2 ist drehbar und kann in verschiedenen Winkellagen festgesetzt werden. In der Figur ist eine Stellung eingenommen, bei der eine funkenfreie Kommutierung für die durch Pfeilrichtung angedeutete Drehrichtung erreicht wird. Soll die Maschine in entgegengesetzter Richtung laufen, dann wird der Polschuhring im Sinne der Zeichnung so weit nach rechts gedreht, daß die Polschuhe in der anderen Umfangsrichtung über die Polkerne 3 hinausragen.The cylinder ring 2 formed from the four pole pieces 1 with axially extending interruptions 4 between them is rotatable and can be fixed in different angular positions. In the figure, a position is assumed in which spark-free commutation is achieved for the direction of rotation indicated by the direction of the arrow. If the machine is to run in the opposite direction, the pole shoe ring is rotated so far to the right in the sense of the drawing that the pole shoes protrude beyond the pole cores 3 in the other circumferential direction.

Wenngleich nach der Erfindung jeweils eine Hälfte der Polschuhe mit geformten Spitzen unter den Hauptpolen verbleibt, so stören die geformten Spitzen die gleichmäßige Ankerfeldausbildung nur unwesentlich, zumindest zeitigen sie praktisch keine Auswirkungen und können deshalb außer Betracht bleiben. Die Störungen lassen sich konstruktiv von vornherein in relativ engen Grenzen halten und ändern praktisch nicht den sich aus der Integration der Hauptfeldinduktion ergebenden magnetischen Nutzfluß, der allein die für die Funktion der Maschine entscheidende Größe darstellt. Eine bestimmte Induktionsverteilung muß hier nicht vorliegen.Although according to the invention each with one half of the pole pieces shaped tips remains under the main poles, the shaped tips interfere the uniform anchor field formation is only insignificant, at least it practically results no effects and can therefore be disregarded. Let the disturbances Constructively keep themselves within relatively narrow limits from the start and change practically not the magnetic resulting from the integration of the main field induction Useful flow, which alone represents the quantity that is decisive for the function of the machine. A certain induction distribution does not have to be present here.

Durch den Fortfall der Wendepolspulen sinken die Verluste der Maschine, wodurch ein besserer Wirkungsgrad erzielt wird. Die Schwierigkeiten bei der Fertigung und Kühlung der Wendepolspulen entfallen.By eliminating the reversible pole coils, the losses of the machine decrease, whereby a better efficiency is achieved. The difficulties in manufacturing and cooling of the reversible pole coils are omitted.

Claims

Claims: 1. DC machine with compensated reactance voltage without reversible poles, in which the pole pieces of the main poles are elongated in a circumferential direction up to the zone of the commutating armature coils (turning field zone), characterized in that the pole pieces (1) of all main poles are rotatable in the circumferential direction Cylindrical-ring-shaped structural part (2) are combined, which has a number of axially directed interruptions (4) distributed evenly over the circumference, corresponding to the number of main poles, by non-ferromagnetic material or air.

2. DC machine according to claim 1, characterized in that that the strength of the field under the elongated pole piece tips for a given main pole field determined by the choice of shape and / or cross-section of the extended pole piece tip is.