DE1763722C3 - Elektrischer Generator - Google Patents

Description

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Fig. 3 ist ein etwas schematisch abgewickelter gen versetzten Anordnung anueordnet sind. Z.B.

Schnitt längs der Linie HI-IiI von Fig. I. der jedoch überbrückt bei den Teilen, deren Lag*: in der Zeich-

zu^Klarstellung auch andere Teile zeigt; nung gezeigt wird, das Teil 30 ein Paar von Rotor-

Fig. 4 und5 smd sehr schematische aufgebro- zähnen 13 α und 13 W von Zahnreihen 13« und

chene Teile von Fig. 1, welche zwei Belriebsbedin- 5 l3/>. Nachdem sich der Rotor um eine F.ntfernung

gungen darstellen; gedieht hat. die gleich einem Drittel des Abstands

Fig. 6 ist der Längsschnitt eines aufgebrochenen zwischen aneinander liegenden Rotorzähnen ist. sieht

Teiles einer zweiten Ausführungsform eines erfin- das nächste Teil längs des Stators, d. h. das Teil 31 in

dungsgemäßen Generators längs der Linie Vl-VI von überbrückender Ausrichtung mit c'en Zähnen l3/>'

F'g·⁷; ίο und 13t' usw. Hs sei erwähnt, daß der Umfangsah-

F ig. 7 ist ein Querschnitt der zweiten Ausfüh- stand zwischen den ausgerichteten Teilen. z.B. zwi-

rungsform des Generators längs der Linie VII-VlI sehen den Teilen 30 und 34, dem Umfangsabstand

von Fig. 6; zwischen den Rotorzähnen 13 gleich ist. Auf diese

Fig. 8 ist ein etwas schematischer, abgewickelter Weise werden bei irgendeinem gegebenen Paar von

Schnitt längs der Linie VIII-VIII von F^g. 6. zciut 15 Umfangsreihen von Zähnen. z.B." den Reihen 13«

jedoch* zur Klarstellung weitere Teile; " und 13/). alle Rotorzähoc dieser Reihen gleichzeitig

Fig. 9 und IO sind sehr schemalisch dargestellte überbrückt.

aufgebrochene Teile von Fig. 6, welche zwei Be- Im Augenblick, wo die in Fi g. I dargestellte Lage :riebsbedingungen darstellen; gegeben ist. d.h. mit den Zähnen der Reihen 13« Fig. 11 und 12 sind Ansichten ähnlich den Fig.4 ao und 13/) überbrückt durch die Schaltteilc wie 30 und und5 und9 und IO von einer dem Stand der Technik 34. ist der Fluß/-" des Magneten 11 α durch solch ein angehörenden Maschine, die dazu dienen soll, die Teil theoretisch völlig kurzgeschlossen, wie in dem Unterschiede der vorliegenden Erfindung dazu auf- Diagramm von Fig. 4 dargestellt. In der Theorie zuzeigen. * tritt überhaupt kein Fluß und in der Praxis relativ Zuerst soll auf die erste Ausführungsform des in 25 wenig davon aus. um die Wicklung 22.zu schneiden, den Fig. 1 bis 5 dargestellten Generators Bezug gc- Umgekehrt, wenn die Teile 30, 34 usw. sich in Umnommen werden. Die in diesen Figuren gezeigte Ma- fangsrichtung bewegt haben, so daß sie nicht länger schine besteht aus einem StatorS. der einen Rotor/? in radialer Ausrichtung mit den Zahnreihen 13« und gegenüber einem SpaltG umgibt. Der Rotor/?, der 13/) stehen, hört dieser magnetische Kurzschluß auf symmetrisch um die Achse Λ ist, besteht aus einer 30 zu bestehen und der Flußf von dem Magneten Il a Welle 10, auf der eine Reihe von ringförmigen !'er- neigt dazu, sich nach oben durch den Stator .Sauszumanentmagnetcn II befestigt sind, die aus Barium- breiten und außerhalb der Wicklung 22 (Fig. 5) /u oder Strontiumferrit bestehen, wobei diese Stoffe verlaufen. Bis zu einem bestimmten Ausmaß kann er eine sehr hohe Koerzitivkraft haben. Jeder Magnet auch die angrenzenden Wicklungen 21 und 23 ist aus dünnen magnetischen Scheiben aufgebaut, die 35 schneiden. Diese Ausdehnung nach außen und das durch elektrisch isolierende Folien getrennt sind. Wie darauf folgende Zusammenziehen des Flusses, das in Fig. 1 dargestellt, sind die Magneten 11 mit ihren sich kontinuierlich wiederholt, ist equivalent zu dem Polaritäten Rücken an Rücken angeordnet und zwi- Fluß, der die Wicklung 22 quer zu ihren Windungen sehen den Magneten ist ein Magnetaufbau in der schneidet, wodurch eine Spannung darin erzeugt Form von Abstandhaltern 12 aus Weicheisen ge- 40 wird. Ein Zusammenziehen des Flusses tritt jedesmal schaffen, die in einer Reihe \on radial nach außen dann ein. wenn die Teile in der Umfangsreihe, dargevorspringenden Rotorzähnen 13 enden, die als Ma- stellt durch die Teile 30 und 34, in Ausrichtung mit gnetpolstücke wirken. Die Zähne 13, die dabei zuein- den Rotorzahnreihen 13 α und 13 6 kommen. Auf ander ausgerichtet sind, um eine Umfangsreihe zu Grund der versetzten Anordnung der Teile 30, 31 bilden, wie in Fi g. 2 gezeigt, sind ebenfalls miteinan- 45 und 32, ereignet sich z. B. das gleiche in den zwei ander in Reihen in Längsrichtung der Maschine ausge- grenzenden Phasen in einer 120 -Phasenbeziehung, richtet. Ein nickt magnetisches Material 14, das aus Der Gesamteffekt kann als ein Zurück- und Voreiner Mischung von isolierendem Fiberglas oder schalten längs des Rotors von einem sich ausdehnen-Epoxydharz besteht, ist zwischen den Zähnen 13, wie den und zusammenziehenden magnetischen Fluß bein Fig. 1 gezeigt, angeordnet. 50 trachtet werden, wobei sich die Erzeugung eines Der StatorS besteht aus einer Anzahl von Stator- Wechselstromes in einer ersten Phase in den Wickwicklungen 20 bis 25, wobei jede Wicklung au? einer lungen 20 und 23, in einer zweiten Phase in den Anzahl von sich längs des Umfanges erstreckenden Wicklungen 21 und 24, und in einer dritten Phase in Windungen besteht, die voneinander isoliert sind. den Wicklungen 22 und 25 ergibt. Jede Wicklung 20 bis 25 ist in einer Vertiefung in 55 Im folgenden wird auf die alternative Ausfüheinem Rohr 26 aus Isoliermaterial angeordnet, wel- rungsform der Fig. 6 bis 10 Bezug genommen. Diese ches den Körper des Stators bildet. Maschine hat eine rohrartige Form des Rotors R', An der Innenoberfläche des Rohres 26 ist eine die so angeordnet ist, daß sie auf nicht gezeigten Vielzahl von langgestreckten magnetischen Schalttei- Endlagern in einem Ringraum zwischen den zwei len 30 bis 36 befestigt, die aus einem Material mit 60 Teilen eines Statoraufbaues in Drehung versetzt einer relativ hohen magnetischen Permeabilität her- wi.d, nämlich einem inneren StatorS' und einem äugestellt sind und gleichzeitig einen elektrischen Isola- ßeren Stator 5", wodurch zwei Luftspalte G' und G" tor bilden. Es sei erwähnt, daß jedes der Teile 30 bis begrenzt sind. Der innere StatorS' besteht wie vorher 36 angeordnet ist, um zu einer oder zu einer anderen aus ringförmigen Barium- oder Strontiumferritmag-Zeit Paare von axial ausgerichteten Zähnen eines 65 neten 40, die magnetisch Rücken an Rücken anPaares von Seite neben Seite am Umfang liegende^ geordnet sind, wobei jeder dieser Magneten 40 aus Reihen derartiger Zähne zu überbrücken, und daß einer Reihe von dünnen Magnetscheiben 41 mit dündarüber hinaus die Teile 30 bis 36 in einer dreiphasi- nen, elektrisch isolierenden Folien 42 dazwischen

aufgebaut ist. Ähnliche isolierende Folien bzw. Blut- bei die Ströme in aufeinanderfolgenden Wicklungen ter42 werden bei dem gesamten Staloraufbau vcr- zueinander eine Dreiphasenbeziehung tragen, wendet. Diese Bauweise ist besonders geeignet, um Eine Generatorform ist bereits aus der britischen

einen Funkenüberschlag bei Hochspannungsmaschi- Patentschrift 933 925 bekannt, bei welcher eine neu zu vermeiden. Ein Magnetaufbau in der Form 5 Reihe von sich drehenden Schlußstücken, die auf von Distanzstücken 43 aus Weicheisen ist wiederum einem Rotor befestigt sind, mit einer am Umfang des zwischen aneinander angrenzenden Magneten 40 Stators sich erstreckenden Reihe von Zähnen zusamvorgcschen. wobei diese Distanzstücke 43 in vor- menwirken, um einen Fluß zurück- und vorzuschalsprinpcndcn Zähnen 44 enden, deren Funktion im ten. Die Fig. 11 und 12 zeigen schematisch die Wirallgemeinen ähnlich der Funktion der Zähne 13 der io kungsweise dieser Maschine, bei welcher ein Schlußersten Maschine ist. stück 70. wenn es mit einem Paar von Zähnen 71

Der äußere Stator .S" besteht aus einer Reihe von ausgerichtet ist, den Fluß/· von einem Magneten 72 Wicklungen 50. Sl. 52. 53 usw.. wobei um jede da- (Fig. 11) kurzschließt, und, wenn es in Umfangsvon ein äußerer magnetischer Nebenschluß 58 an je- richtung aus dieser Lage verschoben ist (Fig. 12), es der Lage gegenüberliegend einer sich in Längsrich- 15 dem Fluß ermöglicht, sich in seinem Weg zwischen tung erstreckenden Reihe von Statorzähnen 44 an- den Zähnen 71 auszubreiten. Die Wicklung 73 ist an geordnet ist. dem Statoraufbau befestigt und liegt über den Nc-

Der Rotor R' ist ein Rohr 59 aus elektrisch isolic- benschlußstangcn 70.

rendem Material, welches zwei verschiedene Arten Ks wird beobachtet, daß bei beiden Ausführungs-

von Teilen für das Schalten der Magnetkreise trägt. 20 formen der vorliegenden Erfindung der Fluß zvvi-Zuerst sind daran Sätze von Paaren von Brückcntei- sehen den Polstücken (Fig.4 oder9) derart kurzgclen 60 befestigt, die. wenn sie mit einer Länusreihe schlossen wird, daß er die Spulen 22 bzw. 50 übervoii /.ahnen 44 ausgerichtet und mit Nebenschlüssen haupt nicht schneidet. Auf diese Weise liegt unter 58 (Fi g. 7 und K)) verbunden sind, die Wirkung ha- dieser ersten Bedingung ein mit der Wicklung verbinben. einen magnetischen Kreis für den Fluß / von »5 dender Fluß vor. der ideal null ist. Bei der anderen einem derartigen Zahn 44 durch eines der Teile 60 Bedingung verbindet der Maximalfluß mit der Wickuin den damit verbundenen Nebenfluß 58 und zu- lung 22. (Fig. 5) oder mit der Wicklung 50 rück durch das andere Teil 60 zu dem nächsten Zahn (F i g. 10). Im Gegensatz dazu liegt bei der Bauweise 44 im wesentlichen zu vervollständigen. Wie durch gemäß der genannten britischen Patentschrift der Fig. 7 gezeigt wird, ist die Anordnung derart, daß 30 Maximalfluß bei Verbindung mit der Wicklung 73 der Umfangszwischenraum /wischen den Paaren von vor, wenn das Schlußstück 70 fluchtet (Fig. 11). Bei Teilen 60 dem Umfangszwischenraum zwischen den der anderen Bedingung (Fig. 12) ist die Größe des Zähnen 44 entspricht, so daß in irgendeiner gegebe- Flusses durch eine Zunahme des magnetischen nen Umfangsreihe die gleichen Bedingungen den Widerstandes des Kreises verringert, er dauert jedoch ganzen Weg um die Maschine betreffen. 35 zum größten Teil fort, um in Verbindung mit der

In Umfangsrichtung zwischen den jeweiligen Paa- Wicklung 73 zu stehen. Während so bei der bckannrcn der Teile 60 sind auf dem Rotorrohr 59 eine ten Bauweise im wesentlichen die Spannung durch Reihe von Nebenschlußschaltteilcn 61 angeordnet, Veränderung der Giröße eines Flusses erzeugt wird, welche in den Raum zwischen die jeweiligen Paare der im wesentlichen zu jeder Zeit mit der Wicklung von Zähnen 44 einer sich in Längsrichtung crstrck- 40 in Verbindung steht, wird bei den erfindungsgemäkendcn Reihe derartiger Zähne vorspringen, und ßcn Bauweisen die Spannung hauptsächlich dadurch zwar in einer Weise, wie sie am besten aus den erzeugt, indem der Fluß zwischen Bedingungen des Fig. 6 und 9 ersichtlich ist. Wenn ein Teil 61 derart Verbindens und Nichtverbindens mil der Wicklung zwischen einem Paar von Statorzähnen 44 ausgerich- hin- und zurückgeschaltet wird. Es ergibt sich ein betet ist. hat es die Wirkung eines magnetischen Kurz- 45 siimmtcr Wechsel in der Flußgröße zwischen den Schlusses, so daß theoretisch virtuell kein Fluß mit zwei Bedingungen, ganz besonders in der Ausfühder angeschlossenen Wicklung in Verbindung steht. rungsform der F i g. 1 bis 5. dies ist jedoch ein sckun-

Wie am besten aus F i g. 8 zu ersehen ist. sind. därer Gesichtspunkt von geringerer Bedeutung al« wenn sich der Rotor/?' dreht, alle Teile 60 mit den das primäre Merkmal des Hin- und Zurückschaltens Stalorzähnen 44 einer gegebenen Umfangsreihe (die 50 Dieses letztere Merkmal des Schaltens des Flusse Reihen unter der Wicklung 50 in Fig. S) ausgerich- sollte wenigstens so wirksam sein wie das der be tet. Dann sind alle Teile 61 zwischen diesen gleichen kannten Maschine und es darüber hinaus crmögli Statorzähnen in Lage gebracht usw. Die angrenzen- clien. eine geeignetere Maschine zu schaffen, d. h den Umfangsreihcn der Teile 60 und 61, d.h. jene, eine lange Maschine mit einem minimalen Durch die mit den Wicklungen 51 und 52 z.B. ausgerichtet 55 messer für die Erzeugung von hoher Spannung sind, sind in einer Dreiphasenbezichung versetzt. Der Diese Form ist für die Isolation der Hochspannung Fluß, der jede der Wicklungen 50 bis 53 usw. verbin- gegen Erde am geeignetsten. Wegen einem besserei det. dehnt sich auf diese Weise periodisch aus und Obcrflächen-zu-Volumcnverhältnis bei dieser Anord zieht sich periodisch zusammen, bewegt sich zwi- nung ist darüber hinaus die Entfernung von Wärm sehen den Bedingungen von Fig. 9 und 10, um einen 60 aus der Maschine weniger schwierig als bei der Ma Wechselstrom in jeder Wicklung zu induzieren, wo- schinc gemäß der britischen Patentschrift 933 925.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 Patentansprüche: einem induzierenden Teil mit ringförmig und koaxial 1. Elektrischer Generator mit einem induzier- mit der Welle angeordneten Magneten_ und im Luftten Teil und in diesem angeordneten ringförmi- spalt im Abstand voneinander angeordneten Krafüi- £cn Ankerwicklungen sowie einem induzierenden nienleitstücken hoher Permeabilität, die den Magnet-Teil mit ringförmig und koaxial mit der Welle 5 fluß abwechselnd innerhalb und außerhalb der Anangcordneten Magneten und im Luftspalt im Ab- kerwicklung kurzschließen. stand voneinander angeordneten Kraftlinienlcit- Ein derartiger Generator ist im wesentlichen aus stücken hoher Permeabilität, die den Magnetfluß der deutschen Patentschrift 61 388 bekannt. Jedoch abwechselnd innerhalb und außerhalb der Anker- sind bei dem bekannten Generator weder der Rotor wicklung kurzschließen, dadurch gekenn- io noch der Stator elektrisch isolierend ausgebildet, so zeichnet, daß die einzelnen Magnete (11, 40) daß er für die Erzeugung von hohen Spannungen aus einer Vielzahl von durch Folien (42) gegen- nicht geeignet ist. einander isolierter axial-magnetisierter Pcrma- Der Erfindung liegt dem bekannten Generator ge- nentmagnete (41) bestehen und die Kraftlinien- genüber die Aufgabe zugrunde, diesen dahin zu ver- lcitstücke sowie der Statorkern elektrisch isolie- 15 bessern, daß er sowohl zur Erzeugung niedriger rend ausgebildet sind. Spannungen als auch von hohen Spannungen, insbe-

1. Generator nach Anspruch I, dadurch ge- sondere mehrphasiger Ströme, geeignet ist.
kennzeichnet, daß die Permanentmagnete (41) als Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erdünne Ringscheiben aus Barium- oder Strontium- findung besteht bei einem elektrischen Generator der ferrit und die magnetischen Schaltelemente (30 20 eingangs beschriebenen Art darin, daß die einzelnen bis 36) aus elektrisch, isolierendem Werkstoff mit Magnete aus einer Vielzahl von durch Folien gegenciner relativ hohen magnetischen Permeabilität einander isolierter axial magnetisierter Permanenlausgebildet sind. magnete bestehen und die Kraftlinienleitstücke sowie

3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch der StatorKern elektrisch isolierend ausgebildet sind, gekennzeichnet, daß zwischen den Magneten (II) 25 Die Konstruktionselemente des erfindungsgemäßen Abstandhalter (12) aus Weicheisen angeordnet Generators vermitteln einen hohen elektrischen sind, die in als Magnetpolstücke wirkende, radial Widerstand.

nach außen vorspringende Rolorzähne (13) en- Ein erfindungsgemäßer Generator erzeugt einen

den, die zueinander und in Längsrichtung des Wechselstrom, der jedoch nicht notwendigerweise

Generators ausgerichtet, eine Umfangsreihe bil- 30 eine vollkommene Sinuswellenform haben muß. Wo

den, daß zwischen den Zähnen (13) nichtmagne- eine Gleichspannung gefordert ist, kann der Genera-

tischcr Werkstoff (14), vorzugsweise aus einer tor mit einer bekannten Gleichrichter- und Glät-

Mischung von isolierendem Fiberglas oder Epo- tungsschaltung verbunden werden, um eine Gleich-

xydharz, angeordnet ist und daß an der inneren spannung zu schaffen. Gegebenenfalls können auch

Oberflüche eines den Körper des Stators (S) bil- 35 verschiedene Stufen des Generators in Kaskade ge-

denden, in Vertiefungen voneinander isolierte schaltet werden, um einen hohen Wert für diese

Wicklungen (20 bis 25) tragenden Rohres (26) Gleichspannung zu erreichen.

aus Isoliermaterial die einen elektrischen Isolator Vorteilhaft kann der Generator so ausgelegt werbildenden langgestreckten, magnetischen Schalt- den, daß er eine relativ hohe Frequenz erzeugt, z. B. elemente (30 bis 36) aus Werkstoff mit einer re- 40 in dem Bereich von 5000 bis 6000 Hz. Es können lativ hohen magnetischen Permeabilität befestigt verschiedene Stufen des Generators in einer versetzsind, die derart angeordnet sind, daß nebeneinan- ten Phasenbeziehung zueinander angeordnet werden, der angeordnete Zahn-Paare durch je ein Schalt- um ein Vielphasensystem zu schaffen. In der nachelement überbrückbar sind. stehenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels ist

4. Generator nach Anspruch 3, dadurch ge- 45 ein Dreiphasensystem angenommen, obwohl ein grökennzeichnet. daß die Schaltelemente (30 bis 36) ßerer Wirkungsgrad — und ein glatterer Ausgang, dreiphasig versetzt angeordnet sind. wenn eine Gleichspannung das Endziel ist — mit

5. Generator nach einem der Ansprüche 1 einem System von noch mehr Phasen, z. B. einem bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zwölfphasensystem, erreichbar sein kann.

einem inneren Stator (S') und einem äußeren 50 In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bestehen Stator (S") ein rohrartiger Rotor (R') angeordnet die Permanentmagnete aus dünnen Scheiben und die ist, daß zwischen benachbarten Magneten (40) magnetischen Schaltelemente aus elektrisch isolieren-Distanzstücke (43) aus Weicheisen angeordnet dem Werkstoff. Der Werkstoff wird unter dem Gesind, die in vorspringende Zähne (44) enden, daß sichtspunkt eines verhältnismäßig hohen elektrischen der äußere Stator (S") aus einer Reihe von mit je 55 Widerstands ausgewählt. Durch eine derartige Auseinem äußeren magnetischen Nebenschluß (58) gestaltung des Generators können extrem hohe Spangegenüber den Statorzähnen (44) versehenen· nungen erzeugt werden.

Wicklungen (50 bis 53) besteht und daß der Ro- An Hand der Zeichnungen werden beispielsweise

tor (R') Brückenteil-Paare (60) und zwischen die- Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung versen Nebenschluß-Schaltelemente (61) trägt, 60 anschaulicht und sie soll gleichzeitig zur Klärung der welche in den Raum zwischen je einem Zahn- Unterschiede hinsichtlich Funktion und Bauweise Paar (44) vorspringen. zwischen der vorliegenden Erfindung und dem Stand

der Technik dienen.

F i g. 1 ist ein Längsschnitt eines aufgebrochenen 65 Stückes eines ersten erfindungsgemäßen Generators

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen längs der Linie I-I von Fig. 2;

:nerator mit einem induzierten Teil und in diesem Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II von

Geordneten ringförmigen Ankerwicklungen sowie Fig. 1;