DE2224551A1 - Wechselstromgenerator - Google Patents

Description

Dipl.-ING. WILFRID RAECK PATENTANWALT 222Λ551

7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003 *· £ £ *» U 3 |

18. Mai 1972 / k

- B 75 -

1. Roy William BROWNING,

"Hydewood", Maldon Road, Gay Bowers, Danbury, Essex·

2. Peter Roy Pattinson BROWNING,

22 Simmons Way, Danbury, Essex / England

Wechselstromgenerator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einphasen- oder Mehrphasen-Wechselstromgenerator, bestehend aus wenigstens einem Ständer mit einem zylindrischen Ständerkörper, Feldwicklungen, von denen Abschnitte in Schlitzen des Ständerkörpers untergebracht sind, mindestens einem auf einer Welle angeordneten Anker, der Ankerwicklungen oder leitende Abschnitte aufweist, die bei der Drehbewegung des Ankers dicht an den Feldwicklungen vorbeilaufen, wobei die Welle und der Anker sowie der Ständerkörper eine gemeinsame Achse aufweisen und der Ständer weitgehend oder ausschließlich aus magnetischem Material besteht. Eine Maschine dieser Art kann als Motor dienen und über ihre Welle Lefetung ab-

209850/0802

geben, wenn die Feldwicklungen entsprechend erregt werden; sie kann andererseits als Generator dienen und über die Feldwicklungen elektrischen Strom liefern, wenn der Anker über seine Welle angetrieben wird.

Bei einer bekannten Maschine dieser Art ist der Anker innerhalb des hohl ausgeführten Ständerkörpers angeordnet, und die Schlitze im Ständerkörper sowie die die Ankerwicklungen aufnehmenden Schlitze oder die leitenden Abschnitte im Ankerkörper verlaufen im wesentlichen parallel zu der gemeinsamen Längsachse· Der Ständerkörper besteht gewöhnlich aus dünnen Blechringen, die miteinander vernietet oder verschweißt sind·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine abgeänderte Bauart einer Maschine der vorgenannten Art anzugeben, die unter verschiedenen Gesichtspunkten Vorteile mit sich bringt, beispielsweise hinsichtlich eines wirtschaftlichen Aufbaues oder eines vereinfachten Einbaues bei beschränkten Platzverhältnissen·

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Schlitze in einer oder zwei im wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Längsachse verlaufenden Stirnflächen des Ständerkörpers etwa radial bezüglich der gemeinsamen Achse angeordnet sind, Falls nur ein Anker

209850/0802

und nur ein Ständer vorgesehen sind, so bewirkt die magnetische Anziehungskraft zwischen Anker und Ständer einen axial gerichteten Schub, der auf die Welle und deren Lager wirkt und die praktische Anwendungsmöglichkeit der Maschine nachteilig einschränkt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, können in einer Maschine nach der Erfindung ein oder mehrere Anker und ein oder mehrere Ständerkörper vorgesehen und so angeordnet sein, daß die magnetischen Anziehungskräfte gegeneinander ausgleichen oder aufheben und auf die Welle praktischkeine resultierende axiale Schubkraft mehr einwirkt.

Vorzugsweise ist zwischen zwei Ständern ein einziger Anker vorgesehen. Die Welle kann in Axialrichtung beweglich sein, oder auf der Welle können ein oder mehrere Anker axial beweglich gehaltert sein, beispielsweise in einer Richtung unter Federvorspannung stehen und aufgrund der magnetischen Anziehungskraft in entgegengesetzter Richtung beweglich sein. Die Axialbewegungen können, zur Durchführung verschiedener Arbeitsgänge verwendet werden, beispielsweise zum Anlegen oder Löschen einer Bremse.

Bei einer anderen Ausfuhrungsform kann ein Ständer zwischen zwei derart auf der Welle befestigten Ankern angeordnet sein, daß die magnetischen Anziehungskräfte keine nennenswerte resultierende Kraft in Axialrichtung der Welle erzeugen. Es ist auch möglich, eine Mehrzahl von auf der Welle

209850/0802

befestigten Ankern und eine Mehrzahl derart angeordneter Ständer vorzusehen, daß die magnetischen Anziehungskräfte in Axialrichtung der Welle keine nennenswerte resultierende Kraft erzeugen.

Werden zwei oder mehrere Ständer verwendet, so kann wenigstens ein Ständer mit Feldwicklungen ausgestattet sein, während wenigstens ein anderer Ständer keine Feldwicklungen trägt, sondern vollständig oder überwiegend aus magnetischem Material bestehen.

Für einige Anwendungszwecke 1st es vorteilhaft, mindestens einen Anker vorzusehen, dessen zylindrischer Ankerkörper vollständig oder nahezu vollständig aus magnetischem Material besteht und Schlitze aufweist, die sich in einer oder zwei etwa s-enkrechten, zur gemeinsamen Achse verlaufenden Stirnflächen des Ankers im wesentlichen radial bezüglich der gemeinsamen Achse erstrecken und Ankerwicklungen oder -leiter aufnehmen·

Für andere Anwendungszwecke wird bevorzugt, mindestens einen Anker vorzusehen, der vollständig oder weitgehend aus elektrisch-leitendem Material besteht und nur wenig oder gar kein magnetisches Material enthält» Dieser Anker besteht vorzugsweise aus einem Scheibenkörper aus Kupfer, Aluminium, Messing oder anderem nicht magnetischen, elektrisch-leitenden Material und enthält Einsätze aus

2098S0/8802

B 75 - 5 -

Weicheisen, Stahl oder anderem magnetischem Material»

Es ist auf einfache Weise möglich, die Anzahl der Einsätze gleich groß wie die Anzahl der Magnetpole in der Feldwicklung zu machen und unter gleichen Winkelabständen so anzuordnen, daß die Maschine als ein mit Synchrondrehzahl laufender Reluktanzmotor arbeitet, wobei z.B. bei einer vierpoligen Maschine die Einsätze unter Winkelabständen von 90° oder bei einer sechspoligen Maschine unter Winkelabständen von 60° zueinander stehen. Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Einsätze bogenförmig so gestaltet sind, daß der Krümmungsmittelpunkt auf der gemeinsamen Achse liegt. In diesem Fall kann das nicht-magnetische Material zwei kreisringförmige Abschnitt bilden, die miteinander durch Abschnitte verbunden sind, die radial zwischen den Enden der Einsätze hindurchlaufen·

Die Erfindung ist nachfolgend anhand praktischer Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 einen teileisen Längsschnitt durch Ständer, Rotor und Welle einer Bauweise nach derErfindung,

Fig. 2 eine Endansicht mit Blickrichtung entsprechend Pfeil A in Flg. 1 mit teilweise abgebrochen dargestelltem Anker,

Fig. 3, 4 und 5 Längsschnitte verschiedener Ausfuhrungsformen und Anordnungen von Ständern und Ankern in Maschinen

nach der Erfindung,

209850/0802

Fig. 6 eine axiale Draufsicht auf einen abgeänderten

Anker,
Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 6.

In den Figuren sind Teile von Maschinen gemäß der Erfindung dargestellt, die jeweils wenigstens einen zylindrischen Ständerkörper 10, Feldwicklungen 11 mit in Schlitzen des oder der Ständerkörper untergebrachten Wicklungsabschnitten und wenigstens einen Ankerkörper 12 (Fig. 1 bis 5) oder 19 (Fig. 6 und 7) aufweisen, der mittels einer Nabe 21 auf einer Welle 13 befestigt ist. Ferner sind entweder Ankerwicklungen bzw. -leiter 14 vorgesehen, die ganz oder teilweise in dem oder den Ankerkörpern 12 (Fig. 1 bis 5} untergebracht sind, oder der Ankerkörper 19 enthält Einsätze 20 aus magnetischem Material, die sich bei Drehung des Ankers dicht an den Feldwicklungen 11 vorbeibewegen· Die Ankerkörper 12 und die Ständerkörper 10 können einen geschichteten Aufbau besitzen und bestehen vollständig oder überwiegend aus magnetischem Material und besitzen eine gemeinsame Drehachse, die mit der Achse der Welle 13 zusammenfällt. Die Ankerkörper 12 sind auf den zugeordneten Wellen 13 mit Hilfe entsprechender Naben 21 und Armkreuze oder Scheiben 15 gehaltert. Die Schlitze sind in den Ständerkörpern 10 sowie die Schlitze in den Rotorkörpern 12 erstrecken sich im wesentlichen radial in deren Stirn-

—■/—

209850/0802

flächen, die im wesentlichen senkrecht zur Achse der Welle 13 verlaufen·

In Fig. 1 und 2 sind nur ein Ständer und ein Anker gezeigt,

-n
so daß die magnetische Anziehungskraft auf die Welle 13 einen

Axialschub in Richtung des Pfeiles A bewirkt.

Fig. 3 und 5 zeigen eine Anordnung mit zwei Ankerkörpern-12, die jeweils in der Nähe eines Endes eines einzigen Ständerkörpers 10 angeordnet sind, der in seinen beiden Stirnflächen Schlitze und Feldwicklungen 11 enthält.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung mit zwei Ständerkörpern 10, die jeweils in der Nähe eines Endes eines einzigen Ankerkörpers 12 angeordnet sind, dessen Stirnflächen Schlitze und Leiter 14 enthalten.

Gemäß Fig· 5 ist einer der Ankerkörper 12 auf der Welle 13 axial beweglich, jedoch mitdrehend mit Hilfe einer Tragscheibe 15 gehaltert und durch eine Druckfeder 16 vorbelastet, die sich an einem Bund 17 abstützt. Die Feder 16 drückt die Tragscheibe 15 gegen eine ortsfeste Reibscheibe 18, die auf einem nicht gezeigten Maschinenrahmen oder einer anderen Halterung befestigt ist* Durch Erregung der Feldwicklung werden die axial beweglichen Bauteile aufgrund der magnetischen Anziehungskraft in die durch einen nicht gezeigten Anschlag

209 8 5 0/0802

bestimmte eingezeichnete Endstellung auf der Welle 13 bewegt, so daß der Anker zusammen mit der Welle 13 rotieren kann. Wenn die Feldwicklung nicht erregt ist, drückt die' Feder 16 die axial bewegliche Scheibe 15 gegen die Reibscheibe 18, so daß die Drehbewegung des Ankers und der Welle 13 verzögert werden»

Es läßt sich leicht einsehen, daß in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 3, 4, und 5 die magnetischen Anziehungskräfte zwischen den Ankerkörpern 12 und den 'Ständerkörpern IO einander ausgleichen, so daß auf die Welle 13 keine nennenswerte resultierende Axialkraft einwirkt.

Der in Fig. 6 und 7 gezeigte Anker besitzt Scheibenform und besteht aus einem Körper 19 aus Kupfer, Aluminium, Messing oder einem anderen nicht-magnetischen, elektrischleitenden Material mit vier Einsätzen 20 aus Weicheisen, Stahl oder anderem magnetischen, Material· Der gezeigte. Anker ist für eine vierpolige Maschine bestimmt, bmi. der die Anzahl der Einsätze 20 der Anzahl der Magnetpole in der Feldwicklung entspricht. Die Einsätze sind zueinander jeweils um 90° versetzt, so daß die Maschine als Reluktanzmotor arbeitet, der mit Synchrondrehzahl umläuft. Die Einsätze 20 haben Bogenform, wobei der Krümmungsmittelpunkt der Bogen mit der Drehachse zusammenfällt. Das nicht-magnetische Material des Körpers 19 bildet zwei kreisringförmige Abschnitte, die untereinander durch Abschnitte verbunden

209850/0802 "^A

B 75 - 9 -

sind, die radial zwischen den Enden der Einsätze 20 hindurchlaufen. Zur Befestigung des Ankers auf der in Fig. 6 und 7 nicht gezeigten Welle dient eine Nabe 21. Die Anzahl, Größe und Form der Einsätze läßt sich entsprechend den an den Motor zu stellenden Anforderungen ändern, so daß beispielsweise für eine sechspolige Maschine sechs untereinander gleiche Einsätze unter gleichen Winkelabständen von jeweils 60° vorgesehen werden. Bei einer anderen Ausführungsform können die Einsätze relativ klein sein oder vollständig fortgelassen werden, so daß der Anker vollständig oder" weitgehend aus elektrisch-leitendem Material besteht, in dem sich nur wenig oder gar kein magnetisches Material befindet. Wenn in einer Maschine zwei Ständerkörper 10 vorgesehen sind, so können sämtliche Feldwicklungen 11 in einem untergebracht werden, so daß der andere Ständerkörper ausschließlich oder weitgehend aus magnetischem Material besteht. « .

Selbstverständlich kann die Anzahl der Ständer- und Ankerkörper auch größer sein als in den dargestellten Ausführungsbeispielen· Darüber hinaus sind auch zahlreiche andere Abänderungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

2 0 9850/0802

Claims (1)

Dipl.-ing. WILFRID RAECK PATENTANWALT 222 A 551 7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE β · TELEFON (0711) 244003

1. R.W. BROWNING, ._ft

2. P.R.P. BROWNING. * 18. Mai 1972 / k

-B 75 -

Ansprüche

( 1.JEinphasen- oder Mehrphasen-Wecheelstromgenerator, bestehend aus wenigstens einem Ständer mit einem zylindrischen Ständerkörper, Feldwicklungen, von denen Abschnitte in Schlitzen des Ständerkörpers untergebracht sind, mindestens einem auf einer Welle angeordneten Anker, der Ankerwicklungen oder leitende Abschnitte aufweist, die bei Drehbewegung des Ankers dicht an den Feldwicklungen vorbeilaufen, wobei die Welle und der Anker sowie der Ständerkörper eine gemeinsame Achse aufweisen und der Ständer weltgehend oder ausschließlich aus magnetischem Material besteht, dadurch gekennzefchnet,daß die Schlitze in einer oder zwei im wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Längsachse verlaufenden Stirnflächen des Ständerkörpers (10) und etwa radial bezüglich der gemeinsamen Achse angeordnet sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadunch gekennzeichnet, daß sie einen einzigen Anker (12) und einen einzigen Ständer (10) enthält.

209850/0802

3, Maschine nach Anspruc hl, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anker (12) zwischen zwei Ständern (10) so angeordnet ist, daß die magnetischen Anziehungskräfte im wesentlichen keine resultierende Kraft in Axialrichtung des Ankers erzeugen.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ständer (10) zwischen zwei derart auf der Welle (13) gehalterten Ankern (12) angeordnet ist, daß die magnetischen Anziehungskräfte im wesentlichen keine in axialer Richtung der Welle (13) resultierende Kraft erzeugen.

5* Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Ankern (12) auf der Welle (13) gehaltert und eine Mehrzahl von Ständern (10) derart angeordnet sind, daß die magnetischen Anziehungskräfte im wesentlichen keine in Axialrichtung der Welle resultierende Kraft erzeugen.

6, Maschine nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Ständer (1O) mit Feldwicklungen (11) versehen ist und wenigstens ein anderer Ständer keine Feldwicklungen trägt und vollständig oder weltgehend aus magnetischem Material besteht»

7. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Anker (12) vorgesehen ist, der einen vollständig oder im wesentlichen aus magnetischem

209850/0802

B 75 -12- ΔΔΔ^ΌΟ \

Material bestehenden zylindrischen Rotorkörper aufweist und in einer oder zwei im wesentlichen senkrecht zur gemeinsamen Längsachse verlaufenden Stirnflächen Schlitze enthält, die etwa radial bezüglich der gemeinsamen Achse angeordnet sind und Ankerwicklungen oder -leiter (14) aufnehmen.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Anker (12) vollständig oder weitgehend aus elektrisch-leitendem Material mit wenig oder keinem magnetischem Material besteht.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Anker (19) ein scheibenförmiger Körper aus Kupfer, Aluminium, Messing oder anderem nichtmagnetischem, elektrisch-leitendem Material besteht, und Einsätze (20) aus Weicheisen*(Stahl oder anderem magnetischem Material enthält.

10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Einsätze (20) mit der Anzahl der magnetischen Pole der Feldwicklung und der Polteiiung Übereinstimmt, so daß die Maschine als mit Synchrondrehzahl umlaufender Reluktanzmotor arbeitet*

11. Maschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (20) Bogenform besitzen und ihr Krümmungemittelpunkt mit der gemeinsamen LMngeachse sucansRenf&llt.

209*50/0802 -/-..

12, Maschine nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-magnetische Material zwei Kreisringabschnitte bildet, die untereinander durch zwischen den Enden der Einsätze radial hindurchlaufende Abschnitte verbunden sind*

209850/0802

Leerseite