DE1638537B2 - Hochspannungs gleichstromgenerator - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Hochspannungs- Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch

Gleichstromgeneratoren, deren Rotor aus einem den Generator,

Stapel voneinander isolierter Ringe mit Polvorsprün- F i g. 2 einen schematischen Querschnitt durch den

gen besteht, denen die Polvorsprünge des ebenfalls Generator, die

durch voneinander isolierten Ringen stapeiförmig 5 F i g. 3 und 4 Teilschnitte des Generators,

aufgebauten Stators gegenüberliegen, wobei der in F i g. 5 einen genaueren Querschnitt eines Teils des

den einzelnen Statorspulen induzierte Wechselstrom Generators, die

jeweils gleichgerichtet wird und die so erzielten F i g. 6 und 7 zeigen Teilschnitte von weiteren

Gleichspannungen durch Reihenschaltung addiert Teilen des Generators; während

werden. io F i g. 8 einen ausführlicheren Querschnitt eines

Ein solcher Generator wird neuerdings im Zu- Teils des Generators wiedergibt.

sammenhang mit einem Linearbeschleuniger benötigt, Gemäß Fig. 1 bestehen der Läufer 1 und ςί&τ Stamit welchem gepulste Elektronenbündel beschleunigt tor 15 des Generators aus einem Stapel von Einzelwerden, um sie einem Zyklotron mit getrennten Bah- elementen. Diese Einzelelemente bilden ihrerseits nen zuführen zu können. 15 wieder Läufer und Stator eines Einzelgenerators. Die

Ein solcher Generator ist jedoch nicht in der Lage, Gesamtanordnung wird durch einen Motor 3 aneine genügend hohe .Ausgangsspannung für den oben getrieben.

beschriebenen Zweck zu liefern. Dies beruht haupt- Im Zusammenhang mit einer Elektronenbeschleu-

sächlich darauf, daß die Isolation jeder Spule der in nigungseinrichtung für ein Zyklotron, das hinter den

ihr erzeugten Spannung auf der gesamten axialen 20 Ablenkmagneten 36 angeschlossen wird, wird die Ge-

Länge des Rotors zu widerstehen hat. samtvorrichtung in einem gasdichten Behälter 30

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß er- untergebracht und dort über Isolatoren 2 elektrisch

stens dann, wenn jedes Teilstück des Rotors und isoliert gelagert.

Stators elektrisch vom angrenzenden Teilstück isoliert Die Elektronenquellen 28, die Elektronenrohre 31

ist, die Isolation nur der Spannungsdifferenz zwischen 25 sowie die Steuergitter 32 sind oberhalb des Genera-

diesen angrenzenden Teilstücken zu widerstehen tors angeordnet.

braucht, und zweitens dann, wenn die nach innen In F i g. 2 ist ein Einzelelement des Generators reichenden Vorsprünge eines Stator-Teilstückes von nach Fig. 1 dargestellt. Der Läufer besteht aus einem denen des angrenzenden Teilstückes getrennt sind ringförmigen Dauermagneten 4 mit beispielsweise und eine separate Spule auf jedem separaten Vor- 30 achtzehn Polen 5 wechselnder Polarität (F i g. 3). Um sprung angebracht ist, die Spulenisolation nur der die Einzelelemente 4 des Läufers miteinander kraftverhältnismäßig kleinen, in der betreffenden Spule schlüssig zu verbinden, sind Drehmomentübertraerzeugten Spannung zu widerstehen braucht. Daher gungsscheiben 6 (Fig. 4) zwischen jedem der überkönnen die in jeder Spule erzeugten Spannungen einanderliegenden Läufer 4 eingefügt. Die Scheiben 6 addiert werden, und die so erzeugten Spannungen 35 bestehen aus nichtmagnetischem Metall, beispielsjedes Teilstückes können anschließend zusammen- weise Titan oder Edelstahl. Jede Scheibe 6 weist nach gefaßt werden, so daß eine sehr hohe Spannung an oben und unten abgebogene Lappen 7 auf, so daß dem vollständigen Stapel erzeugt werden kann. diese in die Pollücken der benachbarten Läufer 4

Wenn in der Praxis ein Generator, bei welchem eingreifen können.

die Teilstücke in der beschriebenen Weise isoliert 40 Fig. 5 gibt einen Querschnitt durch einen Teil sind, gebaut werden soll, taucht folgendes schwieri- des Läufers 1 wieder, welcher drei nebeneinanderges Problem auf: Der Rotor muß. mit einer sehr liegende Läuferelemente 4 umfaßt. Die Läufer 4 und hohen Geschwindigkeit rotieren und großen, zur Tor- die Scheiben 6 sind miteinander elektrisch isoliert und sion führenden elektromagnetischen Kräften wider- durch Epoxy-Harz 8 verbunden. Die Außenfläche stehen. Wenn jedes Teilstück vom benachbarten Teil- 45 des Lauf ers ist wegen der mit Harz vergossenen Polstück isoliert werden muß, so müssen diese Kräfte , lücken zylindrisch, um die Luftreibungsverluste zu von dem Isolator übertragen werden, und es ist be- reduzieren. Um Oberflächenverletzungen an den kannt, daß verfügbare Isolationsmaterialien nur ge- Polen zu vermeiden, weist die Außenfläche eine Rifringe Scherkräfte übertragen. . feiung 9 parallel zur Achse des Läufers 1 auf. Außer-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die- 50 dem sind die übereinanderliegenden Lappen 7 der

ses Problem zu lösen, und zwar dadurch, daß zwi- Scheiben 6 abgerundet, wie bei 10 zu erkennen ist,

sehen je zwei Ringen mit Polvorsprüngen und isoliert um die Strecke zwischen diesen elektrisch zu ent-

von diesen eine Scheibe angeordnet ist, an deren Um- lasten.

fang in wechselnder Richtung Lappen abgebogen Es sei darauf hingewiesen, daß die Drehmomentsind, die in Pollücken der angrenzenden Polringe ein- 55 Übertragung von den Scheiben 6 auf den Läufer 4 in

greifen. den Pollücken über den Kunststoff erfolgt.

Vorzugsweise weist jeder Statorpol eine induzierte Jede Scheibe 6 weist drei gleichmäßig verteilte Spule auf. Die Anzahl der Rotorpole und der Stator- Zugstäbe 11 auf, welche durch mit abgerundeten pole ist gleich, und die Rotorpole werden von Dauer- Rändern versehene Öffnungen 12 der darüberliegenmagneten gebildet. Die Zahl der Lappen auf jeder 60 den Scheibe 6 hindurchreichen. Diese Öffnungen sind Seite der zwischen je zwei Polringen angeordneten durch Scheiben 13, welche an den Muttern 14 beScheibe ist gleich der Polzahl. Die Scheiben weisen festigt sind, unter Einhaltung eines Abstandes überBohrungen zur Aufnahme von isoliert einzusetzen- deckt. Die gesamte Anordnung ist im Harz 8 einden Zugstäben auf. gebettet.

Ein elektrischer Generator gemäß der Erfindung 65 Gemäß F i g. 6 weist jedes Ständer-Element 16

wird nunmehr an Hand der sie beispielsweise wieder- Pole 17 auf, welche den Polstücken 5 des dazugehöri-

gebenden Zeichnung näher beschrieben, und zwar gen Läuferelementes 4 (F i g. 2) gegenüberliegen. Auf

zeigt jedem Pol 17 ist eine Spule 18 gewickelt. Um die

Ständer-Elemente 16 miteinander zu verbinden und die Torsionskräfte im Ständer 15 aufzunehmen, sind Ringe 19 zwischen jedem übereinanderliegenden Paar von Ständer-Elementen 16 eingefügt, wie in F i g. 7 veranschaulicht ist. Die Ringe 19 bestehen, wie diejenigen des Läufers, aus nichtmagnetischem Metall, beispielsweise Titan oder Edelstahl. Jeder Ring 19 weist abwechselnd nach oben und unten abgebogene Lappen 20 auf, welche in die Aussparungen 21, die sich in den Außenflächen der Ständer-Elemente 16 befinden, eingreifen (F i g. 6).

F i g. 8 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil des Ständers 15, welcher zwei Ständer-Elemente 16 umfaßt. Die Ständer-Elemente 16 und die Ringe 19 sind, wie die entsprechenden Läuferelemente in Epoxy-Harz eingebettet. Jedes Ständer-Element 16 weist achtzehn gleichmäßig verteilte und auf abwechselnden Seiten angeordnete Zugstäbe 22 auf. Die Stäbe 22 reichen durch Öffnungen 23 in den angrenzenden Ringen 19 auf jeder Seite des Ständer-Abschnitts 16 hindurch. Jeder Stab 22 ist mit einer Scheibe 24, die an der Mutter 25 befestigt ist, abgedeckt. Die gesamte Anordnung ist in Epoxy-Harz eingebettet.

Gemäß Fig. 2 ist die Schaltung der Generatorwicklungen so vorgenommen, daß an jede Spule 18 eine Gleichrichterbrücke 26 sowie ein Glättungskondensator 27 angeschlossen sind. Die an den Kondensatoren 27 liegenden Gleichspannungen summieren sich fortlaufend entsprechend der Polzahl eines Ständerelementes 16, wobei der letzte Kondensator 27, des einen Ständer-Elementes 16 mit dem ersten Kondensator 27 des nächstliegenden Ständer-Elementes 16 verbunden ist, so daß die Spannungen über die gesamte Länge des Ständers 15 aufaddiert werden und den gewünschten Gleichstrom an der Ausgangs-Klemme erzeugen. Im Zusammenhang mit der Anordnung nach F i g. 1 weist jeder Elektronenbeschleuniger 29 ein evakuiertes Glasrohr 33 auf, welches durch Metailringe 34 führt, die jedes Ständerelement 16 umgeben. Diese Metallringe bilden die Elektroden für die Beschleuniger 29, die, wie vorstehend beschrieben, mit sukzessiv anwachsenden Spannungen beaufschlagt werden, so daß die gewünschte Beschleunigung der Elektronenstrahlbündel erreicht wird.

Mindestens einige der Elektroden weisen vierfach Fokussiermagnete 35 auf, und die beschleunigten Elektronenstrahlbündel werden über Ablenkmagnete 36 dem Zyklotron zugeführt.

Es ist nicht erforderlich, daß die Anzahl der Ständerpole 17 mit der Zahl der Läuferpole 5 übereinstimmt. Beispielsweise können zwei Ständerpole mehr vorhanden sein als Läuferpole 5, so daß die in den Spulen 18 induzierten Wechselströme untereinander verschiedene Phasen haben, was die Welligkeit des Gleichstromes an den Ausgangsklemmen verringert.

Außerdem kann auch eine Mehrphasen-Schaltung der Spulen 18 verwendet werden, und schließlich können die Läuferelemente statt permanentmagnetisch auch elektromagnetisch erregt sein.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hochspannungs-Gleichstromgenerator, dessen Rotor aus einem Stapel voneinander isolierter Ringe mit Polvorsprüngen besteht, denen die Polvorsprünge des ebenfalls durch voneinander isolierten Ringen stapeiförmig aufgebauten Stators gegenüberhegen, wobei der in den einzelnen

ao Statorspulen induzierte Wechselstrom jeweils gleichgerichtet wird und die so erzielten Gleichspannungen durch Reihenschaltung addiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei Ringen mit Polvorsprüngen (4, 5; 16, 21) und isoliert von diesen eine Scheibe (6; 19) angeordnet ist, an deren Umfang in wechselnder Richtung Lappen (7; 20) abgebogen sind, die in Pollücken der angrenzenden Polringe eingreifen.

2. Hochspannungs-Gleichstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Statorpol eine induzierte Spule (18) aufweist.

3. Hochspannungs-Gleichstromgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Rotorpole und der Statorpole gleich ist.

4. Hochspannungs-Gleichstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorpole (5) von Dauermagneten gebildet werden.

5. Hochspannungs-Gleichstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Lappen (7, 20) auf jeder Seite der zwischen je zwei Polringen angeordneten Scheibe (6,19) gleich der Polzahl ist.

6. Hochspannungs-Gleichstromgenerator nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (6, 19) Bohrungen (23) zur Aufnahme von isoliert einzusetzenden Zugstäben (11) aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen