DE2537548C3 - Elektrische Unipolarmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektrische Unipolarmaschine, insbesondere einen Motor, bestehend aus jeweils zwei in axialer Richtung hintereinanderliegenden, auf einer WqIIe isoliert angeordneten rotierenden Zylindern, die von jeweils zwei entsprechenden stehenden Zylindern umgeben sind, aus einer stehenden, in der Mitte angeordneten, sich bis zu einem kleineren Durchmesser als den Her Zylinder erstreckenden gleichstromdurchflossenen, insbesondere supraleitenden Erregerwicklung und aus Gleitkontakten, insbesondere Flüssigkeitsgleitkontakten, welche die stehenden und rotierenden Zylinder jeweils untereinander verbinden. Eine derartige Maschine ist aus den »Proceedings of the IEEE«, Januar 1973, S. 103 und 104, bekannt. Bei der dort in F i g. 26 abgebildeten Unipolarmaschine sind jeweils mehrere Zylinder sowohl im stehenden als auch im rotierenden Teil konzentrisch zueinanderliepend angeordnet, und 'cwcüs zwei Z^v!inder üc^cn in sxiäler Richtung hintereinander. Da die feststehende Erregerwicklung in der axialen Mitte der Maschine auf einem kleineren Durchmesser als dem der Zyiinder liegt, besteht die Tragkonstruktion für die rotierenden Zyiinder, um die Montage der Erregerwicklung zu ermöglichen, aus einem glockenförmig ausgebildeten Körper, der einseitig von einer rotierenden Welle getragen wird Es tritt jedoch an jedem der beiden in axialer Richtung jeweils hintereinanderliegenden Zylinder das halbe Drehmoment auf, so daß die Kräfteverteilung bei einem derartig unsymmetrisch ausgebildeten Tragkörper sehr ungünstig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Unipolarmaschine konstruktiv so auszubilden, daß die auftretenden Kräfte in einfacher Weise aufgenommen werden können, ohne daß darunter die Montage der einzelnen Teile leidet Zur Lösung dieser Aufgabe werden gemäß der Erfindung die rotierenden Zylinder von einer Läufernabe getragen, die durch eine in einer radialen Ebene liegenden Teilfuge in axialer Richtung mittig geteilt ist, während das die stehenden Zylinder tragende Gehäuse in Umfangsrichtung durch eine in eimer axialen Ebene liegenden Teilfuge geteilt ist, und die in einer mittigen Aussparung der Läufernabe angeordnete, als einteiliger Ring ausgebildete Erregerwicklung stützt sich jeweils in der Teilfuge des Gehäuses ab und ist an diesem durch längs des Umfanges verteilt angeordnete Bolzen ausgerichtet und befestigt.

Auf diese Weise erhält man einen symmetrisch aufgebauten Läuferkörper, bei dem sich jeder rotierende Zylinder unmittelbar auf der Welle abstützen kann. Durch die Teilfuge in der axialen Mitte des Läufers kann die stehende Erregerwicklung ohne Schwierigkeit zwischen die beiden Läuferhälften eingesetzt werden, die dann miteinander verbunden werden und in die die Welle eingezogen wird. Der somit komplette Läufer wird danach in das untere Gehäuseteil eingebracht, wobei sich die Erregerwicklung auf der Teilfuge des Gehäuses abstützt. Die genaue Ausrichtung der Erregerwicklung erfolgt dann nach der Montage der restlichen Gehäuseteile durch die längs des Umfanges des Gehäuses angeordneten Bolzen, durch welche die Erregerwicklung ebenfalls im Gehäuse befestigt ist.

Diese Form des konstruktiven Aufbaues der Unipolarmaschine ist völlig unabhängig davon, ob jeweils mehrere Zylinder konzentrisch zueinander angeordnet sind, oder ob statt der durchgehend, aus gut elektrisch leitendem Metall gebildeten Zylinder längs der Zylindermantelwand jeweils verteilte Leiter nach Art einer Wicklung vorgesehen sind. Außerdem kann die Erregerwicklung zu zwei konzentrisch zueinander liegenden Teilerrregerwicklungen mit verschiedenen Durchmessern aufgeteilt sein, zwischen denen die Gleitkontakte, insbesondere Flüssigkeitsgleitkontakte, angeordnet sind, da dann diese in einem Bereich geringer oder auf Null herabgesetzter Feldstärke liegen.

Es empfiehlt sich, die elektrischen Zuleitungen für die Erregerwicklung durch das Innere eines Rohres zu führen, welches an der Stelle der Abstützung der Erregerwicklung in der Teilfuge des Gehäuses angeordnet ist. Da die Erregerwicklung zur Erzielung einer großen Leistung der Unipolarmaschine im allgemeinen als supraleitende Wicklung ausgebildet und mit ihrem Kryortaten zu einem Konstruktionsteil zusammengefaßt ist, wird man auch die Kühlmittelzuleitung in zweckmäßiger Weise durch das Innere dieses Rohres oder eines auf der gegenüberliegenden Teilfuge liptjpnHpn Rohres führen.

Im folgenden sei die Erfindung noch anhand des in dien F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Die F i g. 1 zeigt in der oberen Hälfte einen Längsschnitt durch eine gemäß der Erfindung aufgebaute elektrische Unipolarmaschine, in der unteren Hälfte ist eine Aufsicht auf die Erregerwicklung dargestellt Fig.2 zeigt, bei weggelassenem Läufer, einen Schnitt der Linie II— II in Fig. 1, bei dem der Kyrostat mit der Erregerwicklung nicht, geschnitten dargesteüt ist

Bei einer elektrischen Unipolarmaschine 1, die als Motor für einen Schiffsantrieb verwendet wird, sind die stromführenden Teile zylinderförmig ausgebildet, So besteht der rotierende, von der Welle 2 angetriebene Teil aus zwei in axialer Richtung hintereinanderliegenden Zylindern 3 und 4, die isoliert auf der Läufernabe 5 befestigt sind. Die rotierenden Zylinder 3 und 4 werden von zwei ebenfalls in axialer Richtung hintereinanderliegend angeordneten entsprechenden stellenden Zylindern 6 und 7 umgeben. Diese stehenden Zylinder 6 und 7 sind in einem ebenfalls stehenden Gehäuse 8 angeordnet Die Verbindung zwischen den rotierenden und stehenden Zylindern erfolgt über nur schematisch angedeutete Flüssigkeitsgleitkontakte 9, die jeweils einen Ringkanal 10 enthalten, der mit einer elektrisch 2s leitfähigen metallischen Flüssigkeit gefüllt ist, wobei noch zusätzliche, nicht dargestellte seitlicht Abdichtungsmittel vorgesehen sein können, die ein Austreten der metallischen Flüssigkeit aus dem Ringkanal 10 verhindern.

Zur Erzeugung des Magnetfeldes der Unipolarmaschine 1 dient eine Erregerwicklung 11, die in der axialen Mitte der Maschine angeordnet ist und auf einem kleinreren Durchmesser als die rotierenden Zylinder 3 und 4 und die Flüssigkeitsgleitkontakte 9 liegt

Diese Erregerwicklung 11 ist als supraleitende Erregerwicklung ausgebildet und liegt in einem Kyrostaten, mit dem sie ein einziges Konstruktionsteil bildet.

Die Läufernabe 5 ist in axialer Richtung mittig geteilt und besteht somit aus zwei symmetrischen Läuferhälften 12 und 13_r die an der Teilfuge 14 durch Bolzen 15 zusammengehalten werden. Die Form der Läufernabe 5 bildet eine mittige Aussparung 16, in welcher die Erregerwicklung 11 liegt Das Gehäuse 8 des stehenden Teils ist ebenfalls geteilt, aber in Umfangsrichtung, so daß die Teilfuge 17 in der Höhe der Mitte der Welle 2 liegt

Für die Zuführung der elektrischen Leitungen und des Kühlmittels zur Erregerwicklung 11, die als einteiliger Ring ausgebildet ist dient ein Rohr 19, durch dessen Inneres die Zuleitungen geführt werden. Das Rohr 19 erstreckt sich an der Stelle der Teilfuge 17 im Gehäuse 8 von der äußeren Mantelfläche 18 der Erregerwicklung U bis über den Außendurchmesser des Gehäuses 8 hinaus und ist außen mit seitlichen Platten 20 versehen, mittels deren sich die Erregerwicklung 11 auf der Teilfuge 17 abstützt Weiterhin sind auf der äußer?n Mantelfläche 18 der Erregerwicklung 11 zwei Versteifungsringe 21 angeordnet, zwischen denen längs des Umfanges verteilt Winkelteile 22 liegen, die Gewindelöcher zur Aufnahme von Bolzen 23 aufweisen, die im Gehäuse S befestigt sind.

Der Zusammenbau der einzelnen Teile der Unipolarmaschine 1 bereitet somit keinerlei Schwierigkeiten. Zunächst wird die einteilige Erregerwicklung Il nebst dem sie umgebenden Kyrostaten in die Aussparung 16 der einen Läuferhälfte 12 eingelegt und die zweite Läuferhälfte 13 wird mit den Bolzen 15 an der ersten Läuferhälfte 12 befestigt. Dann wird die Welle 2 eingezogen. Die komplette Läufernabe 5 mit der Welle 2 und der Erregerwicklung U wird nun in das untere Gehäuseteil 24 eingebracht. Dabei stützt sich die Erregerwicklung Il mit Hilfe der Platten 20 auf der Teilfuge 17 ab. Nun wird das Gehäuse 8 durch Aufsetzen der oberen Gehäusehälfte 25 geschlossen. Mittels der Bolzen 23 wird schließlich die Erregerwicklung Ii genau gegenüber dem Läufer und dem Gehäuse 8 ausgerichtet und am Gehäuse 8 befestigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrische Unipolarmaschine, insbesondere Motor, bestehend aus jeweils zwei in axialer Richtung hintereinanderliegenden, auf einer Welle isoliert angeordneten rotierenden Zylindern, die von jeweils zwei entsprechenden stehenden Zylindern umgeben sind, aus einer stehenden, in der Mitte angeordneten, sich bis zu einem kleineren Durchmesser als den der Zylinder erstreckenden gleichstromdurchflossenen, insbesondere supraleitenden, Erregerwicklung und aus Gleitkontakten, insbesondere Flüssigkeitsgleitkontakten, welche die stehenden und rotierenden Zylinder jeweils untereinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden Zylinder (3,4) von einer Läufernabe (5) getragen werden, die durrch eine in einer radialen Eöene liegenden Teilfuge (14) in axialer Richtung mittig geteilt ist, während das die stehenden Zylinder (6, 7) tragende Gehäuse (8) in Umfangsrichtung durch eine in einer axialen Ebene liegenden Teilfuge (17) geteilt ist, und daß die in einer mittigen Aussparung (16) der Läufernabe (5) angeordnete, als einteiliger Ring ausgebildete Erregerwicklung (11) sich jeweils in der Teilfuge (17) des Gehäuses (8) abstützt und an diesem durch längs des Umfanges verteilt angeordete Bolzen (23) ausgerichtet und befestigt ist.

2. Elektrische Unipolarmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abstützung der Erregerwicklung (11) in der Teilfuge (17) des Gehäuses (8) ein Rohr (19) vorgesehen ist, durch dessen Inneres die elektrischen Zuleitungen für die Erregerwicklung (11) geführt sind.

3. Elektrische Unipilarmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei supraleitender Erregerwicklung (11) auch die Kühlmittelzuleitung zu dem die Erregerwicklung (11) umgebenden Kyrostaten durch das Innere des Rohres (19) geführt ist.

4. Elektrische Unipolarmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (11) zu zwei konzentrisch zueinander liegenden Teilerregerwicklungen mit verschiedenen Durchmessern aufgeteilt ist, zwischen denen die Gleitkontakte (9) angeordnet sind.