DE1638537C - Hochspannungs-Gleichstromgenerator - Google Patents

Description

i 638 537

Die Erfindung bezieht sich auf Hoehspannungs-Gleiciisironigeneratoren, deren Rotor aus einem Stapel voneinander isolierter Ringe mit Polvorsprüngen nesteln, denen die Polvorsprünge des ebenfalls durch voneinander isolierten Ringen stapeiförmig aufgebauten Stators gegenüberliegen, wobei der in den einzelnen Statorspulen induzierte Wechselstrom jeweils gleichgerichtet wird und die so erzielten Gleichspannungen durch Reihenschaltung addiert werden.

Ein solcher Generator wird neuerdings im Zusammenhang mit einem Linearbeschleuniger benötigt, mit welchem gepulste Elektronenbündel beschleunigt werden, um sie einem Zyklotron mit getrennten Bahnen zuführen zu können.

Ein solcher Generator ist jedoch nicht in der Lage, eine genügend hohe Ausgangsspannung für den oben beschriebenen Zwc^k zu liefern. Dies beruht hauptsächlich darauf, daß die Isolation jeder Spule der in ihr erzeugten Spannung auf der gesamten axialen Länge des Rotors zu widerstehen hat.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß erstens dann, wenn jedes Teiistück des Rotors und Stators elektrisch vom angrenzenden Teilstück isoliert ist, die Isolation nur der Spannungsdifferenz zwischen diesen angrenzenden Teilstücken zu widerstehen braucht, und zweitens dann, wenn die nach innen reichenden Vorsprünge eines Stator-Teilstückes von denen des angrenzenden Teilstückes getrennt sind und eine separate Spule au^f jeder¹ separcten Vorsprung angebracht ist, die Spulenisolation nur der verhältnismäßig kleinen, in der bet. äffenden Spule erzeugten Spannung zu widerstehen braucht. Daher können die in jeder Spule erzeugten Spannungen addiert werden, und die so erzeugten Spannungen jedes Teilstückes können anschließend zusammengefaßt werden, so daß eine sehr hohe Spannung an dem vollständigen Stapel erzeugt werden kann.

Wenn in der Praxis ein Generator, bei welchem die Teilstücke in der beschriebenen Weise isoliert sind, gebaut werden soll, taucht folgendes schwieriges Problem auf: Der Rotor muß mit einer sehr hohen Geschwindigkeit rotieren und großen, zur Torsion führenden elektromagnetischen Kräften widerstehen. Wenn jedes Teilstück vom benachbarten Teiistück isoliert werden muß, so müssen diese Kräfte von dem Isolator übertragen werden, und es ist bekannt, daß verfügbare Isolationsmaterialien nur geringe Scherkräfte übertragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Problem zu lösen, und zwar dadurch, daß zwischen je zwei Ringen mit Polvorsprüngen und isoliert von diesen eine Scheibe angeordnet ist, an deren Umfang in wechselnder Richtung Lappen abgebogen sind, die in Pollücken der angrenzenden Poliinge eingreifen.

Vorzugsweise weist jeder Statorpol eine induzierte Spule auf. Die Anzahl der Rotorpole und der Stator pole ist gleich, und die Rotorpole werden von Dauermagneten gebildet. Die Zahl der Lappen auf jeder Seite der zwischen je zwei Polringen angeordneten Scheibe ist gleich der Polzahl. Die Scheiben weisen Bohrungen zur Aufnahme von isoliert einzusetzenden /ugstäben auf.

hin elektrischer Generator gemäß der Erfindung wird nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher beschrieben, und zwar Fig, I einen schematischen Axialschnitt durch den Generator,

F i g. 2 einen schematischen Querschnitt durch den Generator, die
F i g. 3 und 4 Teilschnitte des Generators,

F i g. 5 einen genaueren Querschnitt eines Teils des Generators, die

Fig. 6 und 7 zeigen Teilschnitte von weiteren Teilen des Generators; während

ίο F i g. 8 einen ausführlicheren Querschnitt eines Teils des Generators wiedergibt.

Gemäß F i g. 1 bestehen der Läufer 1 und der Stator 15 des Generators aus einem Stapel von Einzelelementen. Diese Einzelelemente bilden ihrerseits wieder Läufer und Stator eines Einzelgenerators. Die Gesamtanordnung wird durch einen Motor 3 angetrieben.

Im Zusammenhang mit einer Elektronenbeschleunigungseinrichtung für ein Zyklotron, das hinter den Ablenkmagneten 36 angeschlossen wird, wird die Gesamtvorrichtung in einem gasdichten Behälter 30 untergebracht und dort über Isolatoren 2 elektrisch isoliert gelagert.

Die Elektronenciuellen 28, die Elektronenröhre 31 sowie die Steuergitte: 32 sind oberhalb des Generators angeordnet.

In Fig. 2 ist ein Einzelelement des Generators nach F i g. 1 dargestellt. Der Läufer besteht aus einem ringförmigen Dauermagneten 4 mit beispielsweise achtzehn Polen 5 wechselnder Polarität (F i g. 3). Um die Einzelelemente 4 des Läufers miteinander kraftschlüssig zu verbinden, sind Drehmomentübertragungsscheiben 6 (Fig. 4) zwischen jedem der übereinanderliegenden Läufer 4 eingefügt. Die Scheiben 6 bestehen aus nichtmagnetischem Metall, beispielsweise Titan oder Edelstahl. Jede Scheibe 6 weist nach oben und unten abgebogene Lappen 7 auf, so daß diese in die Pollücken der benachbarten Läufer 4 eingreifen können.

Fig. 5 gibt einen Querschnitt durch einen Teil des Läufers 1 wieder, welcher drei nebeneinanderliegende Läuferelemente 4 umfaßt. Die Läufer 4 und die Scheiben 6 sind miteinander elektrisch isoliert und durch Epoxy-Harz 8 verbunden. Die Außenfläche des Läufers ist wegen der mit Harz vergossenen Pollücken zylindrisch, um die Luftreibungsverlustc zu reduzieren. Um Oberflächenverletzungen an den Polen zu vermeiden, weist die Außenfläche eine Riffelung 9 parallel zur Achse des Läufers 1 auf. Außerdem sind die übereinanderliegenden Lappen 7 der Scheiben 6 abgerundet, wie bei 10 zu erkennen ist, um die Strecke zwischen diesen elektrisch zu entlasten.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Drehmomentübertragung von den Scheiben 6 auf den Läufer 4 in den Pollücken über den Kunststoff erfolgt.

Jede Scheibe 6 weist drei gleichmäßig verteilte Zugstäbe 11 auf, welche durch mit abgerundeten Rändern versehene öffnungen 12 der darüberliegen den Scheibe 6 hindurchreichen. Diese öffnungen sind durch Scheiben 13, weiche an den Muttern 14 befestigt sind, unter Einhaltung eines Abstandes überdeckt. Die gesamte Anordnung ist im Harz 8 eingebettet.

Gemäß F i g. 6 weist jedes Ständer-Element 16 Pole 17 auf, welche den Polstlicken 5 des dazugehörigen Läuferelementes 4 (F i g. 2) gegenüberliegen. Auf jedem Pol 17 ist eine Spule 18 gewickelt. Um die

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

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-Ab.chnitts 16 ao 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 Stün ier-Elementes 16 verbunden ist, so daß die Spannungen über die gesamte Länge des Ständers 15 aufaddiert werden und den gewünschten Gleichstrom an der Ausgangs-Klcmme erzeugen. Im Zusammenhang mit der Anordnung oach F i g. 1 weist jeder Elektronenbeschleuniger 29 ein evakuiertes Glasrohr 33 auf, welches durch Metallringe 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 Fokussicrmagnete 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 ve,-ringert.

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 PolvorsprUngen besteht, denen die Polvorsprünge des ebenfalls durch voneinander isolierten Ringen stapelform^ aufgebauten Stators gegenüberliegen, wobei t^:ir in den einzelnen 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-GIeichstromgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Rotorpole und der Slatorpole gleich ist.

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

5. Hochspanriungs-Gleichstromgeiierator 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-Gleichstromgcnerator 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