-
Elektromagnetischer Generator Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen
Generator, der mit Erregerwicklungen versehene Polschuhe und einen Anker aufweist.
-
Bekannte elektromagnetische Generatoren weisen einen Ständer und einen
in dem Ständer umlaufenden, angetriebenen Läufer auf.
-
Je nach Ausführung enthält entweder der Läufer Polschuhe mit einer
Erregerwicklung, so daß die zu erzeugende 5spannung der dann den Anker bildenden
Ständerwicklung entnehmbar ist, oder es enthält umgekehrt der Ständer Polschuhe
mit einer Erregerwicklung, so daß die zu erzeugende Spannung der dann den Anker
bildenden Läuferwicklung über Schleifringe oder Kommutatoren entnehmbar ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau von elektromagnetischen
Generatoren, insbesondere von elektromagnetischen Generatoren kleiner Leistung,
zu vereinfachen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Welle,
an der eine Scheibe aus magnetisierbarem Material befestigt ist, die auf einem ersten
koaxial zu der gelle liegenden Kreis symmetrisch ver, teilt die parallel zu der
Welle angeordneten Polachuhe auSwelat, durch eine zu der Welle exzentrisch angeordnete
Ankerwelle, an der eine Ankerscheibe aus magnetisierbarem Material befestigt
ist,
die auf einem zweiten koaxial zu der Ankerwelle liegenden Kreis symmetrisch verteilt
parallel zu der Ankerwelle polschuhartig ausgebildete und mit Wicklungen versehene
Kerne aufweist, deren freie Enden im wesentlichen in derselben Ebene liegen wie
die freien Enden der Polschuhe, und durch ein die Welle mit der Ankerwelle verbindendes
Getriebe.
-
Bei der Erfindung ist von dem bisher verwendeten Prinzip des Auf-
und Abbaus der elektromagnetischen Felder zwischen Erregerwicklung und Anker im
wesentlichen in Radialrichtung des Generators übergegangen auf das Prinzip des Auf-
und Abbaus dieser Felder im wesentlichen in Axialrichtung des Generators.
-
Der Generator nach der Erfindung wirkt nach Art eines Transformators
mit Röhrenwicklungen. Sein Wirkungsgrad wird dadurch im Vergleich zu bekannten elektromagnetischen
Generatoren, insbesondere im Vergleich zu Asynchron-Generatoren, verbessert.
-
Die Wechselwirkung der Felder kommt dadurch zustande, daß Polschuhe
einerseits und Kerne andererseits sich auf exzentrisch angeordneten Kreisen bewegen,
wodurch beim Umlauf der Generatorwelle die Polschuhe und die zugehörigen Kerne sich
zyklisch annähern und entfernen. Das Getriebe hat die Aufgabe, Scheibe und Ankerscheibe
im Gleichlauf zu halten und die anziehenden und abstoßenden Kräfte der Felder zu
kompensieren. Dieses wirkt sich folgendermaßen aus: Die Felder der Scheibe wirken
in Drehrichtung, die Felder der Ankerscheibe entgegen der Drehrichtung.
-
Die dadurch entstehenden Kräfte heben sich zum großten Teil im Getriebe
auf. Durch diese teilweise Aufhebung der Kräfte ergibt sich die Möglichkeit, den
Generator leichter anzutreiben, so daß der Wirkungsgrad höher liegt als bei denbisher
bekannten Generatoren. Es entateht ein "elektromagnetischer Generator mit SFnchron-Eompensation-Antrieb".
Ein weiterer Vorteil bestent darin, daß der Aufbau von Polschuh und Kern mit zugehörigen
Wicklungen und ihre Anbringung an die Scheibe aus magnetisierbarem Material einfacher
sind als das Wickeln der bekannten Ständer und/oder Läuferwicklungen in Nuten.
-
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind Welle und Ankerwelle
in Axialrichtung des Generators nebeneinander angeordnet und weisen an den einander
gegenüberliegenden Stirnseiten die Scheibe mit den Polschuhen und die Ankerscheibe
mit den Kernen auf, wobei das Getriebe eine parallel zu Welle und Ankerwelle angeordnete
Getriebewelle aufweist. Diese Ausgestaltung macht besonders die einfache Ausführung
des Generators nach der Erfindung deutlich, der praktisch aus zwei Wellenstümpfen
mit angeflanschten Scheiben aus magnetisierbarem Material mit Kernen einerseits
und Polschuhen andererseits besteht.
-
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die
Ankerwelle als Hohlwelle ausgebildet sowie exzentrisch um die Welle gelagert und
weist einen gehäuseartig aufgeweiteten Teil auf, der die Ankerscheibe bildet und
in dem die Scheibe mit den Polschuhen angeordnet ist. Es ist weiterhin vorteilhaft,
wenn der gehäuse artig aufgeweitete Teil zwei jeweils mit Kernen versehene Ankerscheiben
bildet und wenn die in dem gehäuseartig aufgeweiteten Teil angeordnete Scheibe auf
beiden Seiten Polschuhe aufweist. Bei dieser Weiterbildung besteht ein Vorteil darin,
daß auf beiden Seiten der Scheibe Polschuhe angeordnet sein können. Ein weiterer
Vorteil besteht darin, daß die Wicklungen nicht mehr durch ein besonderes Gehäuse
abgedeckt zu werden brauchen. Bei der zuletzt genannten Ausgestaltung der Erfindung
kann auch die Welle hohl ausgeführt und exzentrisch um die Ankerwelle angeordnet
sein.
-
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung
einen elektromagnetischen Generator mit in Axialrichtung des Generators nebeneinander
angeordneten Welle und Ankerwelle; Fig. 2 in schematischer Darstellung einen elektromagnetischen
Generator mit einer als Hohlwelle
ausgebildeten, innerhalb einer
anderen Welle exzentrisch gelagerten Ankerwelle; Fig. 3 im Diagramm die Lage der
Polschuhe und Kerne.
-
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einem Lager
11 eine Welle 12 gelagert, die an einer Stirnseite eine Scheibe 13 aus magnetisierbarem
Material aufweist. An der Scheibe 13 sind auf einem Kreis symmetrisch Polschuhe
14 befestigt, von denen jeder eine Erregerwicklung 15 trägt. Die Erregerwicklungen
15 sind über Schleifringe 16 gespeist, die auf der Welle 12 befestigt sind.
-
In einem weiteren Lager 21 ist eine Ankerwelle 22 gelagert, die parallel
zu der Welle 12 angeordnet ist. Die Ankerwelle 22 weist an der der Scheibe 13 zugewandten
Stirnseite eine Ankerscheibe 23 aus magnetisierbarem Material auf. An der Ankerscheibe
23 sind auf einem Kreis Kerne 24 befestigt, von denen jeder eine.Wicklung 25 trägt.
Die freien Enden der Kerne 24 liegen - abgesehen von einem Luftspalt - in derselben
Ebene wie die freien Enden der Polschuhe 14. Die Wicklungen 25 sind mit Schleifringen
26 verbunden, die auf der Ankerwelle 22 befestigt sind.
-
An der welle 12 ist ein Zahnrad 17 befestigt, das über einen Zahnriemen
18 mit einem Zahnrad 31 eines Getriebes 30 verbunden ist. An der Ankerwelle 22 ist
ein Zahnrad 27 befestigt, das über einen Zahnriemen 28 mit einem Zahnrad 32 des
Getriebes 30 verbunden ist. Zahnrad 31 und Zahnrad 32 sind auf einer Welle 33 befestigt,
die in Lagern 34, 35 gelagert ist.
-
Mit den vorgenannten Element ;.c;t So Wirl@@@gsweise des elektromagnetischen
Genera@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@ @@@@@@ auf das in Fig. 3 enthaltene Diagramm bezug @@@@@@@@@@@@@
Xsi Die Scheibe 13 weist auf einem Kreis 41, dessen Mitteipunkt sr- die welle 12
gebildet ist, symmetrisch verteilt sechs Polschuhe 14 auf die durch Kreise 42 bis
47 dargestellt sind. Die Ankerscheibe 23 weist aut einem Kreis 51, dessen gegenüber
dem Mittelpunkt des
Kreises 41 versetzter Mittelpunkt durch die
Ankerwelle 22 gebildet ist, sechs Kerne 24 auf, die durch Kreise 52 bis 57 dargestellt
sind. In dem dargestellten Zeitpunkt ist der Kern 52 mit dem Polschuh 42 deckungßgleich;
die Kerne 53 und 57 überdecken die Polschuhe 43 und 47 noch zu einem wesentlichen
Teil; die Kerne 54 und 56 überdecken die Polschuhe 44 und 46 zu einem geringen Teil;
der Kern 55 liegt in Axialrichtung gesehen neben dem Polschuh 45. Drehen sich nun
die Wellen 12 und 22 um 60 im Gegenuhrzeigersinn, gelangt der Kern 52 an die Stelle
des Kerns 53, der Kern 53 an die Stelle des Kerns 54 usw.; der :Polschuh 42 gelangt
an die Stelle des Polschuhs 43, der Polschuh 43 an die Stelle des Polschuhs 44 usw.
Bei einer weiteren Drehung der Wellen 12 und 22 um 60° gelangt der Kern 52 an die
Stelle des Kerns 54, der Kern 53 an die Stelle des Kerns 55 usw.; der Polschuh 42
gelangt an die Stelle des Polschuhs 44, der Polschuh 43 an die Stelle des Polschuhs
45 usw. Mit anderen Worten: Die im Ausführungsbeispiel vorgesehenen sechs Polscnuhe
14 kommen mit den sechs Kernen 24 zyklisch zur Deckung und außer Deckung, wodurch
zyklisch eine Erregung der auf den Kernen 24 enthaltenen Wicklungen 25 stattfindet.
Die Zahl der Kerne 24 kann von der Zahl der Polschuhe 14 verschieden sein, wodurch
sich Kerne und Polschuhe nicht paarweise, sondern im Wechsel annähern und entfernen.
Die Durchmesser der Kreise 41 und 51 können verschieden sein, obwohl gleiche Durchmesser
bevorzugt werden. Auch die Querschnitte der Kerne 24 und der Polschuhe 14 können
unterschiedlich sein.
-
Bei dem in Fig. 2 dargestellten AusfXlrungsbeispiel ist die Scheibe
13 aus magnetisierbarem Material etwa mittig an der Welle 12 befestigt, die in zwei
Lagern 11 gelagert ist. Die Scheibe 13 weist auf beiden Blächen Polschuhe 14 auf.
-
Die Ankerwelle 22 ist als Hohlwelle ausgebildet, die mit Hilfe zweier
Lager 21 exzentrisch um die Welle, 12 gelagert ist. Die Ankerwelle 22 weist einen
gehäuseartig aufgeweiteten Teil 29 auf. Dieser Teil 29 bildet einmal zwei mit den
Kernen 24
versehene Ankerscheiben 23; zum anderen umgibt dieser
Teil 29 die Scheibe 13. Auf diese Weise entsteht ein Doppelgenerator, dessen Spannungen
von den getrennten Schleifringen 26 abnehmbar sind. Es ist auch möglich, nur eine
Hälfte dieses Doppelgenerators vorzusehen. Die Wirkungsweise des in Fig. 2 dargestellten
Ausführungsbeispiels ist identisch mit der vorstehend anhand der Fig. 1 beschriebenen
Wirkungsweise. Die Erregerwicklung 15 kann mit Wechselstrom oder mit Gleichstrom
gespeist sein, wodurch ein Asynchron- oder ein Synchrongenerator entsteht. Werden
beim Speisen der Erregerwicklung 15 mit Gleichstrom die Schleifringe 26 durch Kommutatoren
ersetzt, entsteht ein Gleichstromgenerator.
-
Bei dem Getriebe 30, welches die beiden Wellen 12 und 22 verbindet,
handelt es sich um ein übliches Getriebe. Es kann je nach Anwendungsfall Abtriebswellen
aufweisen, deren Drehzahl im Verhältnis 1 : 1 - wie beschrieben - oder 1 : 2 und
dergleichen aufweist, um die Zwischenstellungen zu vermeiden, die vorstehend anhand
der Fig. 1 beschrieben wurden, oder um den Generator als Frequenzgenerator betrteiben
zu können. Die Zahl und die Form der Polschuhe 14 und der Kerne 24 kann --wie bei
den bekannten Generatoren - dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt werden.