DE2600889C3 - Gleichstom-Unipolargenerator - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Unipolargenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Unipolargenerator ist aus der DE-PS 07 157 bekannt. Dabei geht das Erregerfeld zwischen zwei parallelen radialen Rotorflächen axial durch den ^hr> Stator, und im Eintrittsbereich des Feldes ist der Stator, bezogen auf die Drehachse des Rotors, in Sektoren unterteilt, die abwechselnd aus gut und schlecht magnetisch leitendem Material bestehen, so daß dort die magnetischen Flußdichten entsprechend verschieden sind. Die Verbindungsleitungen verlaufen teils in Umfangsrichtung in den radialen Randbereichen des von dem Rotor gelieferten magnetischen Feldes, teils radial durch die Sektoren geringer Flußdichte. Bei dieser Bauart tragen die magnetisch schlecht leitenden Sektoren zur Stromerzeugung nicht bei, so daß ein entsprechend großer Anteil des verfügbaren Feldquerschnitts ungenutzt bleibt und die Strombelastbarkeit des Generators entsprechend vermindert ist Außerdem erfordert die Herstellung eines in Sektoren unterteilten Stators einen beträchtlichen Aufwand.

Andere bekannte Unipolargeneratoren (ETZ 61 (1940), Seiten 351 -360; FR-PS 5 78 826; Proc. IEE, IEE Reviews Vol. 119/1972, Seiten 1016/17) arbeiten mit Schleifkontakten zur Abnahme des erzeugten Gleichstromes und sind so ausgebildet, daß eine Reihenschaltung mehrerer Leiterelemente nur möglich ist, wenn man eine entsprechend große Anzahl von Schleifkontakten vorsieht Da man die Anzahl der Schleifkontakte aus Gründen des Raumbedarfs, des Wartungsaufwandes, der Betriebssicherheit und der Kosten nicht beliebig steigern kann, sind nur verhältnismäßig niedrige Gesamtspannungen möglich, und die Schleifkontakte müssen entsprechend hohe Stromstärken verarbeiten, so daß ihre Standzeit und ihre Betriebssicherheit grundsätzlich unbefriedigend sind.

Bei einem anderen bekannten Unipolargenerator (DE-PS 20 64 235) ist zur Ermöglichung einer Reihenschaltung unter Vermeidung von Schleifkontakten eine zusätzliche Gegeninduktionswicklung vorgesehen, durch die ein störender axialer Anteil eines Erregerfeldes in einen die Leiterelemente nicht beaufschlagenden entfernten Bereich verlegt werden soll. Diese Maßnahme ist räumlich und baulich aufwendig; ihr Erfolg erscheint zweifelhaft.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Unipolargenerator zu schaffen, der bei einfachem Aufbau und guter Ausnutzung des Bauvolumens ebenfalls eine Reihenschaltung von Leiterelementen ohne Verwendung von Schleifkontakten ermöglicht.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1

Bei dem erfindungsgemäßen Unipolargenerator wird durch die Ausbildung des Stators als insgesamt magnetisch gut leitende Scheibe nicht nur die Fertigung vereinfacht, sondern auch bei gegebener magnetischer Erregung der für die Induktion wirksame Fluß erhöht. Der gesamte ringförmige Feld-Eintrittsbereich der Statorscheibe kann mit Leiterelementen belegt werden, so daß bei gegebener Baugröße eine höhere Strombelastbarkeit erzielt wird. Der erfindungsgemäße Unipolargenerator ist ferner außerordentlich einfach, robust und unempfindlich aufgebaut. Er kann demgemäß mit geringen Kosten hergestellt werden und erfordert praktisch keine Wartung. Die Stromzufuhr zur Erregerwicklung erfolgt in der üblichen Weise über Schleifkontakte, die jedoch völlig unproblematisch sind, da man den Erregerstrom mit hoher Spannung und mit entsprechend geringer Stromstärke zuführen kann. Man braucht also die Schleifkontakte (Kohlebürsten) für die Erregerwicklung nur etwa in den gleichen Abständen auszuwechseln wie bei üblichen elektrischen Maschinen mit ähnlich belasteten Schleifkontakten. Der Erregerwicklung des Generators wird ein entsprechend der jeweiligen Belastung des Generators ansteigender Strom zugeführt, um dadurch den bei zunehmender

Stromentnahme ansteigenden Spannungsabfall am Innenwiderstand des Generators zu kompensieren. Diese belastungsabhängige Steuerung der Erregung läßt sich ohne weiteres so gestalten, daß 'n einem weiten Bereich von Lastströmen die Generatorspannung praktisch konstant bleibt

Um die Verluste gering zu halten, ist es in an sich bekannter Weise zweckmäßig, den Erregerfluß aus dem Stator über ein magnetisch leitendes Rückschlußelement und einen Rückschluß-Luftspalt zum Gegenpol des Rotors rückzuschließen. Die Luftspaltverluste können noch weiter herabgesetzt werden, wenn in dem Rückschlußluftspalt magnetisch leitende Schleifkontakte vorgesehen sind. Im allgemeinen werden jedoch derartige magnetisch leitende Schleifkontakte nicht erforderlich sein.

Bei den Leiterelementen wird zweckmäßigerweise das andere Ende des Induktionsabschnitts in einem von dem Erregerfeld im wesentlichen freien Raum auf der dem Rotor zugewandten Seite der Scheibe angeordnet Da die Stator-Scheibe an einer Stirnseite des Rotors angeordnet ist, kann man ohne weiteres eine Anschlußleitung für dieses andere Ende des Induktionsabschnitts in den feldfreien Raum heranführen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Unipolarger.erator und

F i g. 2 eine schematische Teil-Draufsicht in Richtung des Pfeils IIder Fig. 1.

Die Figuren zeigen einen Gleichstrom-Unipolargenerator mit einem kreiszylindrischen Rotor 1 aus magnetisch leitendem Material, der wegen des Fehlens von Wirbelströmen auch massiv ausgeführt sein kann. Der Rotor 1 ist in einem Stator 3 um eine Drehachse 5 drehantreibbar gelagert Der Antrieb ist nicht dargestellt An seinem Umfang trägt der Rotor 1 eine koaxial angeordnete Zylinder-Erregerwicklung 7. Der Stator 3 hat an dem in F i g. 1 oberen einen axialen Ende 9 des Rotors 1 eine zum Rotor 1 koaxiale magnetisch leitende Scheibe 11. Auf der dem Rotor 1 zugewandten, in F i g. 1 unteren Seite der Scheibe 11 sind im Eintrittsbereich des mit der Erregerwicklung 7 herstellbaren Erregerfeldes mehrere Leiterelemente 13 vorgesehen. Wie insbesondere auch aus Fig.2 zu erkennen ist, hat jedes der Leiterelemente 13 einen radial verlaufenden Induktionsabschnitt 15, dessen Enden mit stationären Anschlüssen 17,19 verbunden sind. An dem in F i g. 1 äußeren einen Ende des Induktionsabschnitts 15 ist jedes Leiterelement mit seinem zugeordneten Anschluß 19 über eine das magnetisch leitende Material des Stators 3 und den darin verlaufenden Erregerfluß durchquerende Anschlußleitung 21 verbunden. Das andere, in F i g. 1 innere Ende des Induktionsabschnitts 15 liegt in einem von dem Erregerfeld im wesentlichen freien Raum auf der dem Rotor 1 zugewandten Seite der Scheibe 11 und ist dort über eine ebenfalls die Scheibe 11 durchquerende zweite Anschlußleitung 23 mit dem zugeordneten Anschluß 17 verbunden.

Die vorstehende Beschreibung gilt für alle Leiterelemente, so insbesondere auch für das in F i g. 1 links dargestellte weitere Leiterelement 13/1 mit entsprechenden Anschlüssen 17/1 und 19/1. Die beiden Leiterelemente 13 und 13/1 sind an ihren Anschlüssen durch Verbindungsleitungen 25 und 27 in Reihe geschaltet; diese Verbindungsleitungen sind in einen Schaltkasten 29 geführt Man erkennt, daß auch mehrere Leiterelemente in Reihe geschaltet werden können, im Grenzfall sämtlicher Leiterelemente der Scheiben.

Zur Belüftung ist in einem Gehäuseansatz 31 ein Lüfterrad 33 auf der Welle 35 des Rotors 1 befestigt.

Der Erregerfluß wird aus dem in F i g. 1 oberen Teil 37 des Stators 3 über ein magnetisch leitendes Rückschlußelement 39, hier in Form eines (geteilten) Zylindermantels aus magnetisch leitendem Materia), und einen Rückschluß-Luftspalt 41 zu dem in F i g. 1 unten liegenden Gegenpol des Rotors 1 rückgeschlossen. Um den magnetischen Widerstand im Rückschluß-Luftspalt 41 zu vermindern, kann dort ein magnetisch leitender Schleifkontakt 43 vorgesehen sein.

Die Schleifkontakte zur Zuführung des Erregerstromes für die Zylinderwicklung 7 können beliebig ausgeführt sein. In Fig. 1 ist rein schematisch angedeutet, daß beispielsweise in dem Rückschlußelement 39 eine Führung 47 für einen Schleifkontakt 49 vorgesehen sein kann. Der Schleifkontakt 49 schleift auf einem metallischen Schleifring 51, der unter Zwischenlage eines Isolierstücks 53 am Rotor 1 befestigt ist und an die Erregerwicklung 7 angeschlossen ist Das andere Ende der Erregerwicklung 7 kann beispielsweise am Körper des Rotors 1 liegen, so daß die Stromzufuhr dann über die Welle 37 von außen her erfolgen kann. Als Speisespannung für die Erregerwicklung 7 kann auch eine Teilspannung der erzeugten Generatorspannung verwendet werden, wie es bei selbsterregten Generatoren bekannt ist.

Zu den magnetischen Schleifkontakten 43 ist noch zu bemerken, daß sie natürlich in größerer Anzahl vorgesehen werden können, um eine gewünschte gleichmäßige Verringerung des magnetischen Widerstandes im Rückfluß-Luftspalt 41 zu erzielen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gleichstrom-Unipolar-Generator mit einem magnetisch leitenden Rotor, einer dem Rotor koaxial zugeordneten Zylinder-Erregerwicklung, die einen axial in einen ringförmigen Eintrittsbereich des Stators eintretenden magnetischen Fluß erzeugt,

einem dem Rotor axial gegenüberliegenden Stator, einer Mehrzahl von an dem Stator im Eintrittsbereich des magnetischen Flusses radial angeordneten Leiterelementen, die über in Bereichen geringer Flußdichte verlaufende Verbindungsleitungen in Reihe geschaltet sind, wobei an den Enden der '5 Reihenschaltung die Ausgangsspannung abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stator (3) irn Bereich einer Außenfläche (9) des Rotors (1) eine zum Rotor koaxiale magnetische leitende Scheibe (11) aufweist, daß die Lehrelemente (13) jeweils einen auf der dem Rotor (1) zugewandten Seite der Scheibe (11) radial verlaufenden Induktionsabschnitt (15) aufweisen,

daß der Rotor (1) und die Scheibe (11) so ausgebildet ^ sind, daß das axial in die Scheibe (11) eintretende rotierende Erregerfeld in ihr im Eintrittsbereich radial verläuft, derart, daß nur die Induktionsabschnitte (15) induzierbar sind,

daß der Erregerstrom über Bürsten (49) und Schleifringe (51) der mit dem Rotor (1) fest verbundenen Erregerwicklung zuführbar und proportional dem Belastungsstrom des Generators steuerbar ist.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsabschnitte (15) wenigstens an ihrem einen Ende (19) über eine das magnetisch leitende Material des Stators (3) durchquerende Anschlußleitung (21) angeschlossen sind.

3. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des jeweiligen Induktionsabschnitts (15) radial so nahe der Achse angeordnet ist, daß es in einem von dem Erregerfeld im wesentlichen freien Raum auf der dem Rotor (1) zugewandten Seite der Scheibe (11) liegt.

4. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerfluß im Stator (3) über ein magnetisch leitendes Rückschlußelement (39) und einen Rückschluß-Luft- ⁵ⁿ spalt (41) zum Gegenpol des Rotors (1) rückgeschlossen ist.

5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rückschluß-Luftspalt (41) magnetisch leitende Schleifkontakte (43) vorgesehen sind.