DE1903634A1

DE1903634A1 - Elektrische Kollektormaschine,insbesondere fuer Motoren mit scheibenfoermigem Laeufer

Info

Publication number: DE1903634A1
Application number: DE19691903634
Authority: DE
Inventors: Georges Darrieus
Original assignee: Compagnie Electro Mecanique SA
Current assignee: Compagnie Electro Mecanique SA
Priority date: 1968-01-29
Filing date: 1969-01-24
Publication date: 1969-09-18
Also published as: GB1261556A; SE370475B; CH486155A; US3539817A; FR1553312A; NL6901462A

Description

5969-68;Dr.Sd/hs
CEM 1290

Compagnie Electro-Mecanique Paris, Prankreich

Elektrische Kollektormaschine, insbesondere für Motoren mit scheibenförmigem Läufer

Die Erfindung bezieht sich .auf elektrische Kollektormaschinen für Motoren mit scheibenförmigem Läufer.

Es sind bereits verschieden Fortschritte bezüglich der Materialauswahl und bezüglich der Bauweise von elektrischen Maschinen mit scheibenförmigem Läufer gemacht worden, welche sich unter anderem als Antriebsmotoren, insbesondere für Kraftfahrzeuge eignen.

Durch die Erfindung wird eine Art von derartigen scheibenförmigen Motoren vorgeschlagen, die sich aus mechanischen und ■aus elektrischen Gründen besonders gut zum Antrieb von Fahrzeu- ;gen eignet.

; Zu diesem Zweck ist die,insbesondere als Motor zum An-• trieb von Kraftfahrzeugen verwendbare Kollektormaschine dadurch !gekennzeichnet, daß sie im gleichen Luftspalt zwei scheibenförmige Anker besitzt, die sich gegenläufig drehen und deren Wickjlungen von gleich großen aber entgegengesetzt gerichteten Strömen durchflossen werden.

ί Wenn die beiden Anker die Funktion eines Motors und !Generators ausüben, tragen sie zur Gesamtleistung der Maschine •gleichmäßig bei und bewerkstelligen wegen der entgegengesetzten !Wirkungen der Ampere-Windungszahlen der beiden Anker eine vollständige Kompensation ihrer Ankerrückwirkungen auf den äußeren !magnetischen Kreis.

j · Dieses Resultat, das bei Maschinen großer Leistung und schwieriger Kommutierung oder zur Ermöglichung eines großen Geschwindigkeitsbereich durch Feldschwächung erstrebt wurde, wird

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gewöhnlich durch Verwendung einer auf die Pole verteilten Kompensationswicklung erreicht. Bei der erfindungsgemäßen Maschine kompensieren sich aber diese Ankerrückwirkungen von selbst, ohne Benutzung irgendwelcher zusätzlicher Wicklungen.

Ferner werden Kosten, Raum und zusätzliche Verluste durch die Vermeidung solcher zusätzlichen Windungen erspart und die Erregerpole können kürzer ausgeführt werden. Außerdem tritt auch keine Vergrößerung des Blindleitwertes mehr auf.

Im übrigen ist wegen der Kompensation der Ankerrückwirkungen keine Änderung des Erregerfeldes mehr notwendig, welches (im Belastungsfalle und bei Leerlauf) die gleiche Verteilung über die Polflächen beibehält. Es können also auch keine Instabi- w litäten auftreten, wie man sie insbesondere bei schnellen Motoren als Folge von Feldverzerrungen beobachtet.

Die große Nähe der beiden entgegengesetzte Vorzeichen besitzenden Strombelegungen in den beiden Ankern hat zur Folge, daß bereits in geringer Entfernung die beiden Strombelegungen sich praktisch gegenseitig aufheben.

Im folgenden werden an Hand der Zeichnung verschiedene ^: Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden.

Figur 1 stellt einen Axialschnitt durch einen Flach- ; motor mit zwei scheibenförmigen Ankern gemäfl der Erfindung dar.

Figur 2 stellt ebenfalls im Axialschnitt eine andere Ausführungsform der Erfindung dar.

Figur J5 veranschaulicht einen quer zur Achse des Motors verlaufenden Schnitt und veranschaulicht die Wirkungsweise eines Motors nach Figur 2.

Figur 4 zeigt in einer Ansicht von oben die Benutzung eines gemäß der Erfindung ausgeführten Motors für den Antrieb von Kraftfahrzeugen.

Figur 5 zeigt die Antriebseinrichtung nach Figur 4 in der Seitenansicht.

Figur 6 veranschaulicht von oben gesehen eine andere Ausführungsform einer Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs unter Benutzung eines Motors gemäß der Erfindung

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Der in Figur 1 im ganzen mit 1 bezeichnete Motor ent- ' hält zwei Gehäuseschalen, die zusammen einen geschlossenen magnetischen Kreis für den Erregerfluß bilden. Die Gehäusehälften j3 und 4 tragen die Polkränze der Erregerpole 5 und 6, welche um die Achse der Maschine herum verteilt sind. Diese Erregerpole sind ihrerseits mit Wicklungen 7 und 8 versehen.

Ein gemäß der Erfindung ausgeführter Flachmotor enthält zwei scheibenförmige Anker 9 und 10, welche in an. sich bekannter i Weise mit Wicklungen ausgerüstet sind. Diese Ankerwicklungen sind an die Kollektorbürsten 11 und 12 angeschlossen.

Die scheibenförmigen Anker 9 und 10 sind im Luftspalt zwischen den Polen 5 und 6 angeordnet, wie Figur 1 erkennen läßt. Diese Anker sind auf den Wellen Ij5 und l4 fest angebracht und drehen sich in ihrem Lagern in entgegengestztem Sinne.

Die Ankerwicklungen werden über die auf den Kollektorlamellen schleifenden Bürsten 11 und 12 mit gleich großen aber entgegengesetzt gerichteten Strömen gespeist, so daß die beiden Anker die Funktion eines Motors bzw. eines Generators ausüben und gleiche Leistungsbeträge beisteuern. Wegen der entgegengesetzten Richtungen der Ampere-Windungen erreicht man eine vollständige Kompensation der Ankerrückwirkung auf den äußeren magnetischen ; Kreis. I

Die Reaktanzspannung, welche in Flachmotoren wegen des Fehlens von Eisen im Läufer ohnehin sehr klein ist, wird im vorliegenden Falle noch verkleinert, wodurch die ganzen Vorteile der ausgezeichneten Kommutierung bei dieser Maschinentype noch betont ! werden.

Wenn überhaupt bei großen Maschinen oder zur Erreichung einer stärkeren Erregung magnetische Materialien in den Rotor eingeführt werden sollen, werden analoge Anordnungen an den Kommutatorpolen vorgesehen, um bei jeder Belastung den Fluß an der! Kommutierungsstelle zum Verschwinden zu bringen. Die gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Maschinen eignen „sich besonders gut für diesen vollständigen Kompensationsvorgang.

Es genügt zu diesem Zweck in den Kommutierungszonen

längs derjenigen Linien, an welchen die einander entgegenwirkenden

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; magnetomotorischen Kräfte vorhanden sind, magnetische Elemente j vorzusehen, welche die Ausbildung entsprechender Pole sowie die !Schließung des Streuflusses über die Luft verhindern. Diese magnetischen Elemente führen bei geeigneter Formgebung den Fluß _;außerhalb der Ankerwicklungen und zwar insbesondere außerhalb der I Kommutierungszonen. Hierdurch wird in den von den Erregerpolen !bedeckten Zonen eine gegenseitige Kompensation der beiden Strom-I be1egungen erreicht.

j Für die Anordnung und die Formgebung der magnetischen Elemente ist zu beachten, daß sie eine mehr oder weniger glelch- !förmige Verbindung zwischen den Teilen des Feldes herstellen müssen, welche die einzelnen Strombelegungen erzeugen.

¹ An Hand der Figur 2 und 5 wird eine Anwendung dieses Prinzips nunmehr erläutert werden," wobei in diesen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet sind wie in Figur 1.

j In Figur 3 veranschaulichen die punktierten Linien a, jb, c, d, e, f, a sowie a¹, b¹, c^f, d^r, e^f, f¹, a^f die in der j Kommutierung befindlichen Windungen."

> Wenn man die Vereinfachung einführt, daß nur ein geringer Fluß zwischen den beiden Wicklungslagen verläuft, stimmen die bei-! ! den Strombelegungen nicht exakt überein. Wenn die beiden Strombe- I ;legungen jedes Ankers jedoch sehr nahe benachbart sind, ist die ; äußere Wirkung diejenige einer einzigen Strombelegung, in welcher ^; die Verteilung der Stromfäden derjenigen in zur genannten konzentrischen Wickelköpfen entspricht, d.h. derjenigen Verteilung ! !die in Figur J mit durchlaufenden Zeilen angedeutet ist. j

Bei dieser Stromverteilung tritt in de» Zwischenraum j zwischen den Ankern ein Streufeld auf, wie es durch die punktierten Pfeile in Figur JS angedeutet ist. Dabei wird vorausgesetzt, daß das Streufeld an dieses Intervall angrenzt und in jedem Punk- !te proportional der linearen Dichte in der einen oder anderen Strombelegung ist.

I In der Nähe von seinem äußeren Ende gabelt sich jedes dieser Elemente in zwei gekrümmte Fortsätze 16 und 17 die längs der in der Kommutierung befindlichen Abschnitte verlaufen und zum Umfang des Rotors führen. Der durch die radial verlaufende Mitte

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des Elementes übertragende PIuS nimmt progressiv längs der Evolvente zu.

Am Umfang sind ringförmige Segmente 18 vorgesehen, die den gesamten radial verlaufenden PIuS aufnehmen und ihn von Pol zu Pol weiterleiten.

Um längs der Evolventen 16 und 17 nicht nur den PIuS : sondern auch die örtlichen magnetischen Potentiale zu konser- ; vieren und zwar für jedes Teilfeld, ist es noch nötig diese Elemente schräg zum PeId mit einer Spule zu umwickeln, deren äuSere magnetomotorische Kraft das äußere Potential dem mittleren inneren Potential des Eisens vergleichbar macht.

Da andererseits in klassischen Maschinen mit Kommutierungspolen das äuSere Joch, über das sich der PIuS unter Bildung eines Streuflusses schließt, mit von einer Spule 19 erzeugten zusätzlichen Ampere-Windungen versehen ist, wird der ganze AnkerfluS auf ein Volumen begrenzt, welches die beiden Rotoren umschließt, ohne daS ein Teil des Plusses die Kommutierungsabschnitte durchsetzt oder dort elektromotorische Kräfte infolge der Rotation entwickelt.

Der Einfachheit halber wurde oben angenommen, daS die Streuflüsse von der Mitte nach außen und von der Mitte nach innen des Umfangs des mittleren Radius geleitet wurden.

Wenn mehr Raum im Inneren zur Verfügung steht, wird es schwierig, Elemente wie den Ring l8 unterzubringen und es können dann die PartialfIUsse längs fa oder a'b* nach außen geleitet werden und dadurch den inneren Teil der Anordnung entlasten.

Die oben beschriebenen Anordnungen ermöglichen noch ; eine bessere Kompensation als im klassischen Falle und eine theo- ; retisch vollständige Lösung des Kommutierungsproblems bei jeder

Belastung (konstant oder schnell veränderlich), ohne daß sich ' im Auöenraüm die Ströme bemerkbar machen.

Im übrigen kann man in der Praxis auf alle oder einen Teil der theoretisch mögliohen Verfeinerungen verzichten, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen.

Beispielswelse können die Reaktanzspannungen von den

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gewöhnlichen Kommutierungspolen abgenommen werden, die außerhalb des Volumens der beiden Anker zwischen den Hauptpolen angebracht sind. Die Wirkung der Kommutierungspole kann auf die Teile beschränkt werden, die mehr oder weniger radial zu den in der Kommutierung befindlichen Abschnitten liegen und im Prinzip können die magnetomotorischen Gegenkräfte der gegenüber befindlichen 'Hilfspole den Kommutierungspolen entgegen wirken. Die so gewonnenen Reaktanzspannungen genügen zur Gesamtkompensation der Reaktanz, die bei Scheibenankern ohnehin gering ist.

'■■ Für den Antrieb von Kraftfahrzeugen kann ein einziger Motor benutzt werden, welcher mit seiner Achse entweder in der Längsrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet werden kann, wie es in Figur 4 und 5 dargestellt ist, oder quer zur Längsachse des Kraftfahrzeugs, wie es die Figur 6 veranschaulicht.

Im Falle der Figur 4 und 5 sind auf den Achsen IJ und des Motors Zahnräder 21 und 22 fest angebracht, welche in auf den Zwischenwellen 25 und 26 fest angebrachte Zahnräder 23 und 24 \ eingreifen. Diese Wellen 25 und 26 treiben über Kegelräder 27 und j 28 die transversal verlaufenden Radachsen 29 und JO an unter !gleichzeitiger Herabsetzung der Drehzahl.

j Bei der in Figur 6 dargestellten Anordnung liegt die ; Motorachse transversal zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs und I die Zahnräder 21 und 22 treiben die Radachsen 29 und JO über j Untersetzungsgetriebe an, welche mit Jl und J2 bezeichnet sind. Um den gleichen Drehsinn bei beiden Rädern zu erhalten, befindet j sich in dem einen Zahnradgetriebe noch ein zusätzliches Zahnrad i

33. · j

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die verschiedenen j

Ausführungsbeispiele der Zeichnung nicht in beschränkendem Sinne j zu verstehen sind,und daß zahlreiche andere Ausführungsformen ! möglich sind.

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Claims

Patentansprüche

1. Elektrische Kollektormaschine für Motoren mit schei-j benförmigem Läufer zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, dadurch! gekennzeichnet, daß im gleichen Luftspalt zwei in entgegengesetztem Sinne umlaufende scheibenförmige Anker vorhanden sind, deren Wicklungen von gleich großen aber entgegengesetzt gerichteten Strömen durchflossen werden, zum Zwecke durch die gegensinnige Wirkung der Ampere-Windungen beider Ankersoheiben die Ankerrückwirkung auf den äußeren magnetischen Kreis aufzuheben, i

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur vollständigen Kompensation der Blindspannungskomponente der Anker in dem Zwischenraum zwi- ;

: sehen den Ankern magnetische Elemente längs der Kommutierungszonen vorgesehen sind, welche die Streuflüsse aufnehmen und sie ivon den in der Kommutierung befindlichen Windungen fernhalten.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anker zum Zweck des Antriebs eines Kraftfahrzeugs an zwei Räder der Antriebsachse des Fahrzeugs über die Geschwindigkeit herabsetzende Getriebe angekuppelt sind.

:

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei in der Fahrzeug-Längsachse lie-

: gender Maschinenachse jedes Untersetzungsgetriebe zwei Paare von Zahnrädern enthält, von denen das eine aus ZyIInderrädern und das andere aus Kegelrädern besteht, zum Zwecke die beiden Räder des Kraftfahrzeugs, beispielsweise Über quer zur Fahrzeug-Längsachse liegende Kardanwellen anzutreiben.

5. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei quer zur Fahrzeug-Längsachse

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liegender Maschineachse die beiden Untersetzungsgetriebe aus i Zylinderrädern bestehen,und daß im einen Untersetzungsgetriebe 'ein zusätzliches Zahrad vorhanden ist.

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