DE1613159A1 - Elektrische Gleichpolmaschine - Google Patents

Description

5017

International Research & Development Company Limitad, Newcastle upon Tyne 6, England

Elektrische Gleichpolmaschine

Die Erfindung betrifft elektrische Gleicbpolmaaeshinen.

In einer Gleichpolmaschine sind gemäß der Erfindung eine Antriebsmaschine, ein mit letzterer mechanisch gekuppelter Sotor, ein weiterer, mechanisch vom letzteren unabhängig drehbarer fiotor, der mit dem ersten Rotor in einem gemeinsamen Magnetfeld angeordnet iet und wie der erste Rotor einen Leitungsweg für den elektrischen Strom aufweist, und Vorrichtungen enthält, die den im ersten Ro^or infolge dessen Drehung durch die Antriebsmaschine iia M gnctfeld erzeugten Strom zum weiteren Rotor leiten, der dadurch zum Umlauf gebracht wird. Bei dieser Anordnung der beiden $otoren in einem gemeinsamen Magnetfeld können die vom weiteren Rotor benötigten, sehr starken Ströne innerhalb der Maschine erzeugt und auf einCaehe Weise zum weiteren Rotor geleitet wurden. Ein gesonderter Generator und ein sehr umfangreicher Gleichrichter sind somit nicht erforderlich» Die Antriebsmaschine kann eirinit ziemlich hoher Drehzahl umlaufender Elektromotor sein, während die Maschine ihre Leistung mit ziemlich geringer Drehzahl:, aber mit einem starken Drehmoment abgibt.

Die beiden Rotoren können in Form einer oder mehrerer auf einer gemeinsamen Welle montierter Scheiben oder Trommeln rorliegen und je einen elektrisch leitenden Körper bilden oder aus einem nicht elektrisch leitenden Material bestehen» das ein elektrisch leitendes Material festhält, das die den elektrieohen Strom he rate lit·

009817/027^

1613153

Das Magnetfeld kann von einer supraleitenden Spute oder einem üblichen Iiignet erzeugt werden,, der vorzugsweise Kern aus einem niagK.eti-aierbaren Katerla?- T.'.aviölr'". das r;r Konzentration des Magnetflusses beiträgt. AuSerden kann in der N '.chbarsshaf t der Rotoren weiterea aa^notisiorearea Material angewendet werden, um den Magnetfluß in d'oseri Bereichen zu verdichten»

Die den Strom liitenden Vorrichtungen können feste oder flüssige Kontakte aufweisen. Im ersten bevorzugten Fall. kann die Stromübertragung über Bürsten und Schleifringe erfolgen. Ia zweiten Fill kann die Stromübertragung zwischen einem festen und einem flüssigen Kontakt, "z.B. Quecksilber, stattfinden*

Die Erfindung wird nun auch n4hand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiton oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierimg ;,n die Anmeldung aufgenommen wurden.

Es zeigen:

Figur 1 eine elektrische Gleichpolmaschine gemäß der Erfindung, die als Motor mit niedriger Drehzahl arbeitet,

Figur 2 einen Längsschnitt durch eine typische Maschine in der allgemeinen Fora nach Figur 1 und

Figur 3 ein Einzelteil au3 der Figur 2 in vergrößertem Maßstab.

Die Gleichpolmaschine nach Figur 1 enthält zwei Motoren 1 und 2, die ja als Scheiben aus einem elektrisch leitenden Material, s.B. Kupfer, vorliegen. Diese Kupforscheiben können einzeln auf einer Stutzscheibe aus einem nichtelektrisch leitenden Material montiert "sein. Die beiden Rotoren laufen in einem ihnen gemeinsamen Magnetfeld um, das von einer sie umgebenden, supraleitenden Spule 3 aufgebaut wird.

009817/0278

Der Rotor 1 iat auf einer Welle la und der Rotor 2 auf einer Welle 2a montiert, so daß die beiden Rotoren mechanisch un abhängig voneinandr umlaufen können, obgleich ihre Drehzahl von der zwischen ihnen vorhandenen elektrischen Verbindung beherrscht wird. Die Welle la wird von einer Antriebsmasshine getrieben, und der Rotor 1 wirkt dabei ala Unipolargenerator. Von Sätsen Bürsten 4 und 5t die mit den Rotoren 1 und 2 in Berührung stäben, wird der Strom zwischen den Rotoren tibertragen, wobei der Rotor 2 folglich als Gleichpolmotor arbeitet. Die Stromtiberführung kann in der Nähe der M-schinenachse dadurch erreicht werden, daß ein Bürstenhalter an dem einen Rotor 2 angebracht ist und man die Bürste im Halter unmittelbar auf den Rotor 2 drücken läßt- Hierdurch kann ein Satz Bürsten überflüssig werden.

In einem typischen Beispiel ist die Antriebsmaschine ein Elektromotor mit 8.000 PS, der alt 1.500 Umdrehungen/min umläuft. Der Durohmesser des Rotors 1 beträgt etwa 1,20 m; er erzeugt bei einer Spannung von 80,V einen Strom von 75.000 A für den Rotor 2, dessen Durchmesser etwa 2,40 α beträgt, und der mit 200 Umdrehungen/min umläuft.

Aus praktischen Erwärmungen für die Anordnung der Stromübertragungsvorrichtungen können die Rotoren möglichst nahe beieinander aufgestellt sein. Da diese Vorrichtungen einen sehr starken Strom führen, kann eine Kühlung vorgesehen sein.

Wenn auch Motoren mit unterschiedlichem Durchmesser ben sind, ist dieser Unterschied doch ohne Bedeutung, da der Durchmesser durch die mechanische Festigkeit, die Stärke des Hagnetfeldes und die Drehzahl der beiden Rotoren bestimmt ist. In einigen Fällen müssen Körper 6 und 7 aus einem magnetisierbar« η i^terial,ζ.B. Eisen, in der Nähe der Rotoren vorhanden sein, um dort das Magnetfeld ssu konzentrieren. Dieses Miterial

BAD 00981 7/Q278

kann nicht nur für die supraleitende Spule 3₅ sondern such im Fall eines gewöhnlichen Magneten benutzt werden. Im letzteren Fall kann der Eisenkern eine solche Gestalt haben, daß eir Spalt, zwischen den Polen besteht, in dem die Rotoren untergebracht werden können. Die Maachine lot so konstruiert, daß oie als Hiederepamiunge-Starkstroinmotor mit geringer Drehzahl und großem Drehmoment arbeitet.

Dei dor dargestellten Anordnung erfolgt die Steuerung dar Drehzahl des Rotors 2, der als Motor arbeitst, dadurch, daß die im Generator 1 erzeugte Spannung verändert wird. Dioa kann wiederum erreicht werden: :

1.) indem die Drehzahl der Antriebsmaschine verändert wird, 2.) indem der Eisenkörper 7 verschoben wird, um den den

Rotor 1 oohneidenden Fluß abzuändern, 3.) indem der Hauptfeldstrom in der Spule 3 verändert wird.

Wegen der körperlichen Gestalt und Wirkung der Körper 6 und kann eine derartige Feldstromänderung eine Änderung des den siren Rotor schneidenden Magnetflusses bewirken, die eich von der Änderung des den anderen Rotor schneidenden Magnetflusses unter scheidet.

Der Hauptvorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, daß kein gesonderter Generator ssur Zuführung der vom Motor benötigten, sehr starken Ströme vorgesehen zu sein braucht. Bei Anwendung einos gesonderten Generatora wären nämlich entweder ein starkes Magnetfeld ode^ine große Zahl Leiter in der Gleichpolmaschine und andererseits ein nehr großer Gleichrichter notwendig.

In Figur 2 ist der Rotor 2 von zwei Seheiben 2b und 2o aus einem elektrisch leitenden Material, z.B.Kupfar, gebildet, die auf einer Hsltescheibe 2d aus einem nichtmagnetischen Material,

üP9i 17 'OJ-H

z.B. rostfreiem Stahl montiert sind, Die dieaem Rotor zugeordneten Bürsten S^ind in vier Sätzen angeordnet, von denen swei Sätze 5a und 5d eine elektrische Verbindung mit der Scheibe 2c und zwei weitere Sätze 5b und 5c mit der Scheibe 2c herstellen,, Die Bürsten 5a und 5c sind schvsxkbar an nichtmagnetischen Randteilen 9und 10 ortsfester, elektrisch leitender Scheiben 11 und 12 angebracht, die an je einem Körper 6a bezw. 6d aus magnetischem Material montiert sind* Ferner bilden Körper 6o und öd aus magnetischem Material einen Teil der Konstruktion, die der Konzentrierung des Magnetflusses dient. Die Bürsten 5b , did Sn einem zylindrischen Ansatz der Scheibe 12 befindon, greifen in einen Schleifring 20 in Form eines zylindrischen Flansches der Scheibe 2b ein, während die Bürsten 5d, die an einer ortsfesten, elektrisch leitenden Hülse 13 angebracht sind, die Seheibe 2c berühren·

Die Hülse 13 trägt außerdem Bürsten 4a, die mit einem Schleifring 21 in Form eines zylindrischen Flansches am inneren Bereich der Scheibe 1 in Berührung stehen. Bürsten 4b, die in einen Schleifring 22 in Form eines sylindrischen Flansches am äußeren Umfang der Scheibe 1 eingreifen, sind auf einer ortsfesten, elektrischleitenden Scheibe 14 gehaltert, die alt der Scheibe 11 unbeweglich verbunden 1st.

Von der Generatorscheibe 1 wird der Strom durch die Bürsten 4a, die Hüls» 13 und die Bürsten 5d zur Seheibe 2c übertragen. Der Strom fließt dann vom Umfang der Scheibe 2c durch elektrisch leitende Anaätze 15» die ausführlich in Figur 3 wiedergegeben sind, SU θinta Schleifring 16, der auf der Scheibe 2b, aber Ton dieser elektrisch isoliert, angebracht ist. Die Bürsten 5* »«■nein den Strom aus dem Schleifring 16 und führen ihn in die ortsfeste Soheifee 12 hinein, Ton der aus er Über die Bürsten 5b sur Scheibe 2b läuft- Von der leteteren geht der Strom duroh Insäte· 17 t die sich rund um den Rotorumfang mit den Ansäten

009817/0278

1613153

abwechseln, in einen Schleifring 18 hinein, der auf Scheibe 2c, aber isoliert von dieser, montiert ist. Am Schleifring 18 wird der Strom mit Hilfe von Bürsten 5c gesammelt, die an die ortsfeste Scheibe 11 angeschlossen sind. Von hier aus fließt er Über die Scheibe 14 zu den Bürsten 4b, die ihn in die Gene mtorscheibo 1 Burückleiten. Die Scheiben 2b und 2o sind somit in Reihe geschaltet*

Dl· Hülse 13 und die ortsfeste Scheibe 11 sind unbeweg -lieh miteinander verbunden, aber durch Ioolierringe 19 gegeneinander getrennt»

Der magnetische Körper 6d ist von einem nichtmagnetischen Tragkre-us 23 gehaltert, das an einer Lage AUloe 24 festgemacht ist, die die Welle la trägt, Dor Eieenring ist auf der Hülse 24 axial verschiebbar, damit die Drehzahl der Maschine geändert wurden kann.

Die supraleitende Spule 3, die bei ewher von einem Kryovtaten aufrechterhaltenen, tiefen Temperatur arbeitet, ist von einem Strahlungsschild 25 und einem äußeren Gehäuse 26 um -geben, das zur thermischen Isolierung teilweise evakuiert ■ein kenn.

009817/027·

Claims (1)

1. 5017 Ansprüche

   1. Elektrische Gleichpolmaschine mit einem in einem Magnetfeld angeordneten Rotor, der radial verlaufende Strömbahnen und Kontakte aufwois';. die ihn den Strom zuführen, dadurch ge lc ε η η zeichnet, daß im selben Magnetfeld ein weiterer Rotor (1) angeordnet ist. der von einer Antriebsmaschine (8) antreibbar ist, die als

   Generat o?⁹flbei' ortsfeste Kontakte ( 4 und 5) zum ersten Rotor (2) geführten Stroms dient.

   2. Elektrische Gleichpolmaschine nach Anspruch 1, d ad u r c h gekennzeichnet , daß der zweite Rotor (1) zwei elektrisch leitende Scheiben ( 1 und 14) enthält, und daS aitdea inneren Bereich (21) der einen Scheibe (1) und den Mußeren Bereich der anderen Scheibe (14) Vorrichtungen (4a , 4b) zur übertragung des Stroms zum ersten Rotor (2) in elektrischer Verbindung eteben, wobei der äußere Bereich (22) der einen Scheibe (1) Bit dem inneren Bereich der anderen Scheibe (14) elektrisch verbunden ist*

   5. Elektrische Gleichpolmaschine nach Anspruch 1, d a d u r cn gekennzeichnet, daß zwei leitende Scheiben (2b und 2c) dee ersten Rotors (2) auf den beiden Selten einer Stützscheibe (2d )angebracht sind und über Ansätze (17 bezw. 15) » die- durch den Uiaf angebe reich _..___— der Stützscheibe (2d) hindurchgehen, an je einen Schleifring (18 bezw. 16) elektrisch angeschlossen sind, und daß auf derjenigen Seite des ersten Rotors (2), die vom zweiten Rotor (1) abgewendet 1st, eine ortsfeste, leitende Platte (12) einen Irate Bürsten (5b) , der in den inneren Bereich der benachbarten leitenden Scheibe (2b) eingreift, und einen weiteren Satz Bürsten (5a) trägt, der in den diese benachbarte Soheibe (2b) umgebenden Schleifring (16) eingreift, während der die andere Scheibe (2c) umgebende Schleifring (18) über Bürsten (5c) mit dem zweiten Rotor (1) in elektrischer Verbindung β tont. BAD ORiGiNAL

   009*17/0278 *^_

   4. Elektrische Gleichpolmaschine nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotoren ( 1 und 2 ) je eine Scheibe aus einem elektrisch leitenden Material enthalten.

   5· Elektrische Gleichpolma3ühine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischlelteii<?.e;i Ssheibon, je von je einer nichtleitenden Scheibe gehaltert sind.

   6. Blektrieche Gleichpolmaschine nach Ansprüchen 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß eine aupraleitende Spule (3) das M gnetfeld aufbaut.

   7. Elektrische Gleichpolmaschine nach Ansprüchen 1-6, daduroh gekennseichnet, daß ein oder mehrere magnetieierbare Körper (6, 7{ 6a,6b, 6c, 6d) in der Nachbarschaft rumludest eines Eotore ( 1 oder / und 2) angeordnet ■ind und den Magnetfluß im Kotorberelch koneentrieren.

   8. SlektrJe&e Gleichpolmaschine nach Ansprüchen 1-7, daduroa geke nnieichnet, daß die SoUkifringe ( 21 und 22; 20 und 16, 18) in einem gewiseen radialen Ibetand aa Rotor (1 btew. 2) angeordnet sind, und dafi je awei rinterelnander verbundene Bürsten (4a und 4b besw. 5b und 5a, 5o) mit dem entsprechenden Schleifring (21 ' und 22 bezw. 20 und 16,18) in Berührung stehen.

   9* llektrische Gleichpolmaschine nach Ansprüchen 1-Θ, d adurch gekennz ei ebnet, daß die in die radial getrennten Schleifringe dos einen Rotors eingreifenden Bürsten elektrisch und mechanisch alt dem anderen Rotor vmrbunden sind.

   009817/0278

   1813159

   10. Elektrische Gleichpolmaschine nach Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe ale zylindrische .flansche an den Rotorocheiben auegebildet eind.

   11. Elektrische Gleichpolmaschine nach Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Antriebsmaschine (θ) angetriebene Rotor (1) einen kleineren Durchmesser als der andere Rotor (2) aufweist.

   009817/0278