DE188528C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. März 1906 ab.

Gegenstand der Erfindung ist eine Unipolarmaschine, welche sich insbesondere für Wechselstrombetrieb eignet. Bei einem von einer Unipolarmaschine gebildeten Wechselstromerzeuger hat die Umlaufszahl des Ankers keinen Einfluß auf die Frequenz der erzeugten Ströme, sondern bloß auf die Spannung. Die Frequenz ist ausschließlich durch die Frequenz des Magnetfeldes bestimmt.

ίο Dies bietet bei den üblichen Periodenzahlen vor den gewöhnlich gebrauchten Stromerzeugern einen großen Vorteil, weil die Maschine nicht aus dem Synchronismus fallen kann; denn da die Maschine keine synchrone Umlaufszahl besitzt, so arbeitet sie bei jeder Geschwindigkeit und liefert dabei Ströme von der Frequenz derjenigen, welche ihrem Felde geliefert werden. Die Maschine eignet sich besonders für den Antrieb durch Dampfturbinen, da dabei die üblichen Periodenzahlen auch bei noch so hoher Geschwindigkeit erhalten werden können. Andererseits können mit einem solchen Stromerzeuger in praktisch brauchbarer Weise Wechselströme von außerordentlich geringer Frequenz, z. B. von drei oder vier Perioden, erzeugt werden. Als Motor kann die Maschine mit Strömen beliebiger Frequenz und mit beliebiger Geschwindigkeit betrieben werden und arbeitet bei allen Belastungen und Geschwindigkeiten funkenlos. .

Bisher hat man den Feldmagneten der für Wechselstrombefrieb bestimmten Unipolarmaschinen aus Eisenblechen aufgebaut, welche sämtlich untereinander und zur Maschinenachse parallel waren, während der Ankerkörper ähnlich dem Kollektor einer Gleichstrommaschine aus radial gestellten, mit der Welle leitend verbundenen, voneinander jedoch zweckmäßig durch isolierende Zwischenlagen getrennten Leitern aufgebaut war, auf deren äußerem Umfange durch einen Ring vereinigte Bürsten schleiften; der zweite Pol wurde durch einen auf der Welle aufsitzenden Schleifring gebildet. .

Gemäß der Erfindung werden zwei derartige Ankerkörper verwendet, deren Leiter jedoch von der Welle isoliert sind und auch untereinander isoliert sein müssen. Auf beiden Ankerkörpern schleifen am äußeren Umfange Bürsten. Diese Ankerleiter sind nun · paarweise hintereinander geschaltet, wodurch eine Erhöhung der Spannung ohne Vergrößerung des Ankerradius und der Umfangsgeschwindigkeit erzielt wird. Damit sich jedoch die in zwei hintereinander geschalteten Ankerleitern induzierten Spannungen tatsächlich summieren und nicht etwa entgegenwirken, werden beide Ankerkörper in entgegengesetzt gerichtete Felder gebracht. Diese Anordnung gestattet, durch passende Verbindung der einzelnen Bürsten verschiedene Spannungen zu erzielen und insbesondere durch Hintereinanderschaltung sämtlicher Bürsten eine hohe elektromotorische Kraft zu erreichen. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind ferner die den Feldmagneten bildenden Bleche nicht sämtlich untereinander parallel, sondern der Feldmagnet besteht aus mehreren radial gestellten Teilen, die aus untereinander und zur Achse parallelen Blechen aufgebaut sind. Hierdurch

wird eine große Materialersparnis erzielt, etwa wie bei Maschinen mit ausgeprägten Polen durch die Vermehrung der Polzahl.

Fig. ι zeigt einen Längsschnitt durch die Achse der Maschine, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie 2-2 der Fig. I, Fig. 3 die Endansicht eines der beiden bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Ankerkörper und Fig. 4 eine schematisch dargestellte Abwicklung der Ankerleiter und Bürstenverbindungen.

In Fig. 1 und 2 ist d der Feldmagnet, welcher aus Eisenblechen aufgebaut ist. Er besteht aus mehreren, z. B. vier Teilen b, um den Zusammenbau zu erleichtern. Jeder Teil b besteht aus aufeinander gelegten Blechen, und zwar sind diese parallel zur Achse angeordnet. Mit ihren inneren Enden stoßen die einzelnen Teile ganz oder nahe aneinander, so daß dieselben einen nahezu geschlossenen magnetischen Ring bilden. An einzelnen Stellen ist der Ring durch Luftzwischenräume c unterbrochen, um Wirbelströme zu vermeiden, wovon noch später die Rede sein wird. Die einzelnen Teile b gehen radial auseinander und werden durch die Rahmen d zusammengehalten. Die Zwischenräume zwischen den Teilen b gestatten Zutritt zu den Bürsten, e e'. sind die Feldspulen.

/ ist die Ankerwelle, welche in Lagern g g' auf entgegengesetzten Seiten der Maschine ruht. Die Lager bestehen aus nichtmagnetischem Stoffe, um eine Streuung des magnetischen Kraftflusses durch die Ankerwelle zu vermeiden. Nahe den beiden Enden der letzteren sind zwei Ankernaben h h' aufgekeilt. Die Nabe h besitzt zwei Preßringe i, zwischen welchen die Ankerleiter k voneinander und von den Preßringen isoliert festgeklemmt werden. Der Aufbau dieses Ankerkörpers hat, wie schon erwähnt, große Ähnlichkeit mit demjenigen des Kollektors einer· Gleichstrommaschine. Fig. 3 zeigt die Endansicht dieses Ankerkörpers. Die einzelnen Leiter k sind sektorförmig und aneinander gereiht zu einem Körper vereinigt. Sie bestehen aus einem magnetischen Stoffe, wie Eisen oder Stahl. Zusammen mit dem Magnetgestell bilden sie einen nahezu ganz geschlossenen Kreislauf für den Kraftschluß, welchen die Feldspule e erregt. Ein gleicher Kreislauf für die Feldspule e' führt durch die Ankerleiter k', welche in gleicher Weise auf der Nabe h' angeordnet sind. Da die Luftspalten senkrecht zur Ankerwelle verlaufen, so können sie kleiner als sonst gemacht werden, da auf die Lagerabnutzung nicht Rücksicht zu nehmen ist.

Da die Kraftlinien beide Reihen Ankerleiter k und k' parallel zur Achse durchsetzen, so wird in diesen beim Umlauf eine elektromotorische Kraft in radialer Richtung induziert, und zwar ist bei passender Schaltung der Feldspulen e und e' die elektromotorische Kraft in den Leitern k im gleichen Augenblicke nach innen gerichtet, in welchem sie in den Leitern Ar' nach außen gerichtet ist. Dies ist der Fall, wenn die Kraftlinien in beiden Ankerkörpern entgegengesetzte Richtung haben. Es ist dann möglich, je einen Leiter k und je einen Leiter k' durch Verbindung der inneren Enden in Reihe zu schalten. Hierzu dienen die Verbindungsleiter/ (Fig. 1), welche von derauf die Welle aufgekeilten Nabem getragen werden; letztere besteht aus einem nichtmagnetischen Stoffe, um die Streuung zur Ankerwelle zu vermeiden. Auf dem äußeren Umfange der Leiter k k' schleifen die Bürsten nn'\ von anderen Vorrichtungen zur Stromableitung ist bei dem gewählten Ausführungsbeispiel abgesehen worden. Da die Leiter k und k! zu zweit in Reihe geschaltet sind, so ist die Spannungsdifferenz zwischen einer Bürste η und einer Bürste n', welche gleichzeitig auf zwei in Reihe geschalteten Leitern schleifen, doppelt so groß wie die elektromotorische Kraft, die in einem Leiter induziert wird. Die gesamte Klemmenspannung der Maschine kann nun erhöht werden, indem man Bürsten von beiden Seiten der Maschine in Reihe verbindet. Diese Verbindungen werden durch Leiter ο hergestellt, welche in Löchern oder offenen Nuten 0' (Fig. 2) am inneren Umfange des Feldmagneten d angeordnet sind. Die Verbindungsleiter Z und ο heben gegenseitig ihre Selbstinduktion auf.

Die Fig. 4 zeigt schematisch eine Abwicklung der beiden Ankerkörper, und ihrer Verbindungen. Die Magnetspulen sind durch die Spule e vertreten, welche beispielsweise an eine Erregermaschine ρ angeschlossen ist, die Wechselstrom liefert. Die Verbindungsleiter / sind durch voll ausgezogene Linien, die Rückleiter 0 durch gestrichelte Linien angedeutet. Es sind beispielsweise für jeden Ankerkörper zwölf Bürstensätze vorgesehen und alle in Reihe geschaltet, so daß die Klemmenspannung 24 Mal so groß ist wie die elektromotorische Kraft, die in einem einzelnen Leiter induziert wird. Durch Änderung der Bürstenverbindungen könnte eine andere Klemmenspannung erhalten werden. Der Übersichtlichkeit wegen ist jede Bürste des einen Ankerkörpers mit derjenigen Bürste des anderen Ankerkörpers verbunden gezeichnet, welche der mit der ersteren in der gleichen Zylinderseite liegenden Bürste benachbart ist. Da bei dieser Anordnung die maximale Spannungsdifferenz jedes Ankerkörpers zwischen zwei benachbarten Bürsten auftritt, so werden die Bürsten bei der wirk-

lichen Ausführung vorteilhafter so verbunden, daß die maximale Spannungsdifferenz zwischen solchen Bürsten auftritt, welche auf entgegengesetzten Seiten des Ankerkörpers liegen. Die erforderliche Verbindungsweise ergibt sich ohne weiteres.

Maschinen der beschriebenen Art können mit Fremd- oder mit Eigenerfegung arbeiten, und zwar im letzteren Falle als Nebenschluß-,

ίο Reihenschluß-oder Kompoundmaschinen, doch muß im Falle der Selbsterregung wie bei allen asynchronen Stromerzeugern gleichzeitig eine Synchronmaschine vorhanden sein, welche die Periodenzahl bestimmt. In jedem Augen-

t5 blicke ist zwar nur ein Teil der Ankerleiter im Stromkreis, dafür kann aber die Stromdichte so hoch gewählt werden, daß die Leistung für die Gewichtseinheit die gleiche ist, wie wenn alle Ankerleiter stets eingeschaltet wären.

Da alle Ankerleiter in einem gleichförmigen Feld rotieren, so wird in allen jederzeit die gleiche elektromotorische Kraft induziert. Daher gibt es keine Kurzschlüsse unter den Bürsten, und es ist ein funkenfreier Gang gesichert. Außerdem ändern sich die Ströme in benachbarten Ankerleitern, während sie an den Bürsten vorbeistreichen, derart, daß die Selbstinduktion wechselseitig aufgehoben wird.

Da der magnetische Kraftfluß parallel zur Maschinenachse verläuft, so ist es zur Vermeidung von Wirbelströmen erforderlich, den leitenden Zusammenhang aller Leiter, welche um die Welle herumgehen, zu unterbrechen. Würden z. B, Schleifringe zur Stromabnahme verwendet, so müßten diese irgendwo isoliert unterbrochen sein. Aus diesem Grunde ist auch der Zusammenhang des Magnetringes durch die Luftzwischenräume c unterbrochen. In den Ankerkörpern werden die Wirbelströme durch die Isolation zwischen den einzelnen Ankerleitern vermieden.

Claims (3)

Patent-An Sprüche:

1. Unipolarmaschine für Wechselstrom mit kollektorartig aufgebautem Ankerkörper, dessen aus magnetischem Material bestehende Leiter parallel zur Achse vom 50' magnetischen Kraftflusse durchsetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkörper aus zwei gleichartigen, mit je einem Bürstensatze versehenen Teilen besteht, die von entgegengesetzten Kraftflüssen durchsetzt werden und deren von der Achse und voneinander isolierte Leiter paarweise durch Verbindungsleiter verbunden sind, zum Zweck, die Bürsten in verschiedener Weise, z. B. sämtlich hintereinander schalten zu können.

2. Unipolarmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bürsten verbindenden Leiter zur Verringerung der Selbstinduktion im Feldmagneten möglichst nahe an die Verbindungsleiter gelegt sind.

3. Unipolarmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Feldmagnet aus mehreren radial gestellten Teilen (b) besteht, welche sich, jeder für sich aus untereinander und zur Achse parallelen Blechen aufgebaut, an ihren inneren Enden zu einem ein gleichförmiges Unipolarfeld erzeugenden Ringe vereinigen, dessen elektrischer Zusammenhang zweckmäßig an einzelnen Stellen (c) unterbrochen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.