DE2804166A1 - ELECTRICAL MACHINE CAN BE USED AS A DRIVE MOTOR OR GENERATOR - Google Patents
ELECTRICAL MACHINE CAN BE USED AS A DRIVE MOTOR OR GENERATORInfo
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. Hans Langoscli Dr.-Ing. Heinz HosenthienPatent attorneys Dipl.-Ing. Hans Langoscli Dr.-Ing. Heinz Hosenthien
7000 Stuttgart 1 Herdweg 62 Telsfcn (0711) 296523 28041667000 Stuttgart 1 Herdweg 62 Telsfcn (0711) 296523 2804166
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Moteurs filectriques POLICOMoteurs filectriques POLICO
73, rue de Lagny73, rue de Lagny
F-75O2O Paris /FrankreichF-75O2O Paris / France
Als Antriebsmotor oder Generator verwendbare elektrische Maschine Electrical machine that can be used as a drive motor or generator
Die Erfindung betrifft eine als Antriebsmotor oder Generator verwendbare elektrische Maschine mit mindestens zwei unterschiedlichen Drehmoment-Drehzahlkurven, die einen Anker mit Wicklung aufweist, der in einem Stator mit Wicklungen tragenden Polschuhen angeordnet ist und mit Permanentmagneten. The invention relates to an electrical machine which can be used as a drive motor or generator and has at least two different torque-speed curves, which has an armature with winding, which is arranged in a stator with winding-bearing pole shoes and with permanent magnets.
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Bei der Verwendung einer solchen elektrischen Maschine kann man nach Wahl eine Drehmoment-Drehzahlkurve mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl oder mit niedrigem Drehmoment und hoher Drehzahl wählen. Man benötigt beispielsweise solche Motoren für den Magnetbandantrieb, die zum Lesen an einem Magnetknopf mit langsamer aber sehr konstanter Geschwindigkeit vorbeigeführt werden. Um eine sehr konstante Bandgeschwindigkeit zu erreichen, ist ein hohes Drehmoment erforderlich, das bei einer Umspulung bei höherer Geschwindigkeit nicht mehr so hoch und auch nicht mehr so exakt zusein braucht.When using such an electrical machine, you can choose to use a torque-speed curve Select high torque and low speed or low torque and high speed. For example, you need such motors for the magnetic tape drive, which are moved past a magnetic button for reading at a slow but very constant speed. Around To achieve a very constant tape speed, a high torque is required, which is the case with a rewinding at higher speeds no longer needs to be so high and also no longer needs to be so precise.
Aus der US-PS 3 753 068 ist eine elektrische Maschine bekannt, die als Motor mit zwei Drehmoment-Drehzahlkurven verwendbar ist. Sie weist einen Anker mit Wicklung auf, der mit einem Magnetfeld eines Stators zusammenwirkt, der aus zwei in Längsseite hintereinander angeordneten Statorteilen zusammensetzt ist. Eines der Statorteile weist Permanentmagnete auf, die in Umfangsrichtung über einen Teil der Länge des Ankers verteilt angeordnet sind. Der andere Statorteil trägt Statorwicklungen und Polschuhe, die sich ebenfalls in Umfangsrichtung über den restlichen Teil des Ankers erstrecken. Dies erfordert eine sehr große Baulänge der Maschine.From US Pat. No. 3,753,068 an electrical machine is known which can be used as a motor with two torque-speed curves is. It has an armature with a winding, which interacts with a magnetic field of a stator, which consists of two in Long side one behind the other arranged stator parts is composed. One of the stator parts has permanent magnets which are arranged distributed in the circumferential direction over part of the length of the armature. The other The stator part carries stator windings and pole shoes, which also extend in the circumferential direction over the remaining part of the anchor. This requires a very large overall length of the machine.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, die ein kleines Bauvolumen und ein geringes Gewicht aufweist.The object of the present invention is to provide an electrical machine according to the preamble of the main claim create that has a small volume and a low weight.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß jeder Polschuh mindestens eine Ausnehmung aufweist, die langgestreckt und in Richtung zum Anker offen ausgebildet ist und daß in jeder Ausnehmung ein länglicher Permanentmagnet mit gegenüberliegenden Polen angeordnet ist, wobei eine Polseite dem Anker zu und die andere dem Grund der Ausnehmung zugekehrt ist.To solve this problem, the invention provides that each pole piece has at least one recess which elongated and open in the direction of the armature and that an elongated permanent magnet in each recess is arranged with opposite poles, with one pole side towards the armature and the other towards the bottom of the Is facing recess.
Der mit einer Wicklung versehene Anker ist über seine ganze Länge von Polschuhen umgeben, die die Statorwicklungen tragen. Jeder Polschuh weist auf seiner dem. Anker zugewandten Seite eine langgestreckte Aussparung auf, in der ein langgestreckter Permanentmagnet angeordnet ist, der seinerseits zwei gegenüberliegende Pole aufweist, wovon einer dem Anker zugekehrt naheliegt.The armature provided with a winding is surrounded over its entire length by pole pieces, which form the stator windings wear. Each pole piece points to its. Armature facing side an elongated recess in which an elongated permanent magnet is arranged, which in turn has two opposite poles, of which one that is close to the anchor.
Die Herstellung und die Montage sind besonders einfach, wenn jede Ausnehmung und jeder Magnet einen Rechteckquerschnitt aufweist, dessen Längsseite radial zum Anker gerichtet ist. Die Magnete sind daher langgestreckt quader-Production and assembly are particularly simple when each recess and each magnet has a rectangular cross-section has, the long side of which is directed radially to the armature. The magnets are therefore elongated cuboid
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förmig, wobei alle Oberflächenseiten eben sind. Es ist damit eine besonders rationelle und preiswerte Herstellung und eine einfache Montage möglich.shaped, with all surface sides being flat. It is thus a particularly efficient and inexpensive manufacture and simple assembly possible.
Für den Fall, daß man einen besonderen Schutz der Dauermagnete gegen eine Entmagnetisierung haben will, kann man eine zusätzliche Wicklung mit in Nuten angeordneten Leitern in der dem Anker zugekehrten Polfläche vorsehen. Die zusätzliche Wicklung ist so angeschlossen, daß der gesamte Induktionsstrom für den Motor durchfließt, und zwar entgegengesetzt zur Ankerinduktion. Die zusätzliche Wicklung ist dazu bestimmt, daß durch ihre magnetische Wirkung die entmagnetisierende quergerichtete Wirkung des Ankers aufgehoben wird.In the event that you want to have a special protection of the permanent magnets against demagnetization, you can provide an additional winding with conductors arranged in slots in the pole face facing the armature. The additional Winding is connected in such a way that the entire induction current for the motor flows through it, in the opposite direction for armature induction. The additional winding is intended that, through its magnetic effect, the demagnetizing transverse effect of the armature is canceled.
Es ist außerdem möglich, wenn eine sehr gute Stabilisierung der Geschwindigkeit angestrebt wird, die den Polschuh umschließende Wicklung aus zwei Einzelwicklungen zusammenzusetzen, von denen eine parallel zum Anker und die andere in Reihe mit dem Anker geschaltet ist.It is also possible if a very good stabilization of the speed is sought, which encloses the pole piece Winding composed of two individual windings, one of which is parallel to the armature and the other is connected in series with the armature.
Zum besseren Verständnis und zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:For a better understanding and for a more detailed explanation of the invention, a preferred embodiment is described below and in the accompanying drawings explained in more detail. It shows:
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Fig. 1 einen Längsschnitt durch eineFig. 1 is a longitudinal section through a
elektrische Maschine nach der Erfindung,electrical machine according to the invention,
Fig. 2 einen Tei!querschnitt des Stators gemäß der Linie II-II in Fig. 1 und2 shows a partial cross section of the stator according to the line II-II in Fig. 1 and
Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechendenFIG. 3 shows one of FIG. 2 corresponding
Tei!querschnitt einer anderen Ausführungsform. Partial cross section of another embodiment.
Beim Ausführungsbeispiel sind nur die erfindungswesentlichen Teile näher beschrieben, nicht dagegen die allgemein bekannten üblichen Ausbildungen von Lagergehäuse, Ankerwicklung und dgl.In the exemplary embodiment, only those that are essential to the invention are Parts described in more detail, but not the well-known customary designs of bearing housing, armature winding and the like
In einem Gehäuse 1 ist über eine Welle 2 ein Anker 3 mit einer Ankerwicklung frei drehbar gelagert. Im Ausführungsbeispiel weist der Stator des Motors vier langgestreckte PoI-schuhe 4 auf, die über'Sehrauben 5 innen im Gehäuse 1 gehalten sind. Jeder Polschuh 4 erstreckt sich über die gesamte Länge des Ankers 3 und er kann, wie dies allgemein bekannt ist, aus Weicheisen oder auch aus ausgestanzten und zusammengefügten Blechernes tehen. Weiter weist jeder Polschuh 4 das übliche Profil auf, nämlich einen Körper 4a und Polschuhränder 4b, die sich in Umfangsrichtung parallel und nahe zum Anker 3 erstrecken, der in den Fig. 2 und 3 selber nicht dargestellt ist. Der Polschuhkörper 4a istAn armature 3 with an armature winding is freely rotatably mounted in a housing 1 via a shaft 2. In the exemplary embodiment If the stator of the motor has four elongated PoI shoes 4, which are held inside the housing 1 by means of screws 5 are. Each pole piece 4 extends over the entire length of the armature 3 and, as in general, it can is known to be made of soft iron or of punched and joined sheet metal. Next everyone knows Pole shoe 4 has the usual profile, namely a body 4a and pole shoe edges 4b, which are parallel in the circumferential direction and extend close to the anchor 3, which is not shown in Figs. 2 and 3 itself. The pole shoe body 4a is
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von einer Wicklung 6 aus elektrisch leitendem isolierten Draht umschlossen, wobei diese Wicklungen 6 durch die Polränder 4b gehalten sind.enclosed by a winding 6 made of electrically conductive insulated wire, these windings 6 by the Pole edges 4b are held.
Die Polfläche 7, die durch den Polkörper 4a und die Polränder 4b gebildet ist erstreckt sich entlang der Oberfläche des Ankers 3 , so daß eine möglichst geringeThe pole face 7 through the pole body 4a and the pole edges 4b is formed extends along the surface of the armature 3, so that as little as possible
Spaltbreite erreicht wird. Dadurch wird erreicht, daß das durch die Wicklung 6 und die Polschuhe 4 erzeugte Magnetfeld über der ganzen Länge des Ankers 3 verteilt ist.Gap width is reached. This ensures that the magnetic field generated by the winding 6 and the pole shoes 4 is distributed over the entire length of the armature 3.
Jeder Polschuh 4 ist mit einer länglichen Ausnehmung 8 versehen, die sich über dessen ganze Länge erstreckt und die in Richtung zum Anker 3 hin offen ist. Jede Ausnehmung 8 mündet daher in der Polfläche 7. Die Ausnehmungen 8 haben einen Rechteckquerschnitt, wobei die größere Längsseite 9 des Querschnitts radial verläuft.Each pole piece 4 is provided with an elongated recess 8 which extends over its entire length and which is open in the direction of the armature 3. Each recess 8 therefore opens into the pole face 7. The recesses 8 have a rectangular cross-section, with the larger long side 9 of the cross section extends radially.
In jeder Ausnehmung 8 ist ein Permanentmagnet 10 angeordnet mit sich gegenüberliegenden Polen, von denen einer dem Anker 3 und der andere dem Grund der Ausnehmung 8 zugekehrt ist, wie es aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist. Diese Permanentmagnete 10 können in beliebiger Art hergestellt werden, beispielsweise aus Spezialguß, als Sintermagnet, Keramikmagnet oder als Ferrox-Dur. Ein Vorteil der ErfindungIn each recess 8, a permanent magnet 10 is arranged with opposing poles, one of which is the Armature 3 and the other facing the bottom of the recess 8, as can be seen from FIGS. These Permanent magnets 10 can be produced in any way, for example from special casting, as a sintered magnet, Ceramic magnet or as Ferrox-Dur. An advantage of the invention
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besteht gerade darin, daß die verschiedensten Permanentmagnete verwendet werden können. Durch die Wahl des Rechteckquerschnitts ist es möglich, die Längsseite 9 relativ groß auszubilden, damit ein ausreichend großer Abstand zwischen den Polen N-S gewährleistet ist. Dadurch wird gleichzeitig auch ein guter Schutz gegen entmagnetisierende Felder erreicht, die immer vorhanden sind, da die Magnete im Innern von Polschuhen 4 angeordnet sind.consists precisely in the fact that the most diverse permanent magnets can be used. By choosing the rectangular cross-section, it is possible to make the longitudinal side 9 relatively to train large, so that a sufficiently large distance between the poles N-S is guaranteed. This will At the same time, a good protection against demagnetizing fields is achieved, which are always present because the magnets are arranged in the interior of pole pieces 4.
Die dem Anker 3 zugekehrte Polseite 11 kann in Ergänzung der Polfläche 7 der Polschuhränder 4b konkav ausgebildet sein. Dies muß aber nicht unbedingt der Fall sein. Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß die Magnete 10 auf der Polseite 11 keine besondere Ausformung benötigen. Man kann einfach im Querschnitt rechteckige Magnete 10 mit ebenen Flächen verwenden mit einfacher Quaderform. Solche Magnete 10 sind besonders einfach und billig herstellbar.The pole side 11 facing the armature 3 can supplement of the pole face 7 of the pole shoe edges 4b may be concave. But this does not necessarily have to be the case. It An advantage of the invention is that the magnets 10 on the pole side 11 do not require any special shaping. One can simply use magnets 10 with a rectangular cross-section with flat surfaces and a simple cuboid shape. Such magnets 10 are particularly easy and inexpensive to manufacture.
Die Magnete 10 können in den Ausnehmungen 8 beliebig befestigt sein, beispielsweise durch Kleben. Durch die Magnete 10, die sich über die gesamte Länge des Ankers 3 erstrecken, wird vorteilhaft gleichzeitig über deren gesamte Länge ein gleichmäßiges Magnetfeld erreicht- Von Polschuh 4 zu Polschuh 4 sind die Polaritäten der Magnete" 10 immer entgegengesetzt, so daß in umfangsrichtung des Ankers 3 die Polari-The magnets 10 can be fastened in any way in the recesses 8, for example by gluing. Through the magnets 10, which extend over the entire length of the armature 3, is advantageously a simultaneously over its entire length uniform magnetic field achieved - from pole piece 4 to pole piece 4, the polarities of the magnets "10 are always opposite, so that in the circumferential direction of the armature 3 the polar
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täten immer die gleiche Reihenfolge N-S - W-S .... aufweisen.would always have the same order N-S - W-S ....
Es sei bemerkt, daß die Konstruktion des erfindungsgemäßen Motors eine exakte konzentrische Anordnung von Anker 3 und Polschuhen 4 erforderlich macht, wie dies allgemein bei Motoren bekannt ist. Der Einbau der Magnete in die Ausnehmungen 8 der Polschuhe 4 bringt keinerlei zusätzliche Schwierigkeiten.It should be noted that the construction of the invention Motors requires an exact concentric arrangement of armature 3 and pole pieces 4, as is generally the case is known in engines. The installation of the magnets in the recesses 8 of the pole shoes 4 does not bring any additional Trouble.
Durch an sich bekannte Mittel können außerhalb dem erfindungsgemäßen Motor, die nicht in den Zeichnungen dargestellt sind, die Stromstärke des in den Wicklungen 6 fließenden Stroms geregelt werden. Diese Mittel können elektrische oder elektronische Mittel sein. Man kann weiter das auf den Anker 3 v/irkende Magnetfeld modifizieren, beispielsweise durch einen zusätzlichen magnetischen Fluß, durch die das von den Magneten 10 erzeugte Magnetfeld veränderbar ist und es erlaubt, beim Motorbetrieb der Maschine wenigstens zwei unterschiedliche Drehmoment-Geschwindigkeitskurven zu erreichen.By means known per se, outside the inventive Motor, which are not shown in the drawings, the amperage of the in the windings 6 flowing current can be regulated. These means can be electrical or electronic means. One can go further modify the magnetic field acting on the armature 3, for example by means of an additional magnetic flux, by which the magnetic field generated by the magnet 10 can be changed and it allows the engine to operate Machine to achieve at least two different torque-speed curves.
Es sei hervorgehoben, daß die vorliegende Erfindung weder auf die Anzahl der verwendeten Polschuhe 4, noch auf die Variation des Magnetflusses beschränkt ist. Man kann, wennIt should be emphasized that the present invention neither on the number of pole pieces used 4, nor on the Variation of the magnetic flux is limited. You can, if
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man dies wünscht, die Drehzahl des Motors auch noch durch alle bekannten üblichen Möglichkeiten variieren.if this is desired, the speed of the motor can also be varied by all known customary possibilities.
In allen Fällen sind bei der erfindungsgemäßen Ausbildung kleine Abmessungen, insbesondere Längenabmessungen möglich, da durch die Verwendung der Magnete 10 keine zusätzliche axiale Länge und auch keine dickeren Polschuhe 4 erforderlich sind, da die Magnete 10 in den Polschuhen 4 praktisch ohne jegliches zusätzliches Volumen unterbringbar sind. Aus diesem Grund können auch die Radialabmessungen klein gehalten werden. Weiter kann man, wenn sich die Polschuhe 4 über die gesamte länge des Ankers 3 erstrecken, diesen Anker 3 in entsprechender Länge ausführen, wodurch die Anlaufträgheit des Motors klein gehalten werden kann. Umgekehrt kann man, wenn man einen langen Anker 3 zuläßt, die Wicklungen 6 entsprechend kleiner ausbilden.In all cases, small dimensions, in particular length dimensions, are possible in the design according to the invention, since the use of the magnets 10 means that no additional axial length and also no thicker pole shoes 4 are required are, since the magnets 10 can be accommodated in the pole pieces 4 practically without any additional volume. For this reason, the radial dimensions can also be kept small. You can continue when the pole shoes 4 Extend over the entire length of the armature 3, run this armature 3 in an appropriate length, whereby the starting inertia of the motor can be kept small. Conversely, if one allows a long armature 3, the windings 6 train accordingly smaller.
Dadurch, daß die Magnete 10 in den Polschuhen 4 untergebracht sind, kann man die Anlaufträgheit des Motors gegenüber einer Ausführung, bei der die Magnete und die Polschuhe in Achsrichtung hintereinander angeordnet sind, um etwa 30 % verkleinern. Characterized in that the magnets 10 are housed in the pole pieces 4, you can the starting inertia of the motor against a Version in which the magnets and the pole shoes are arranged one behind the other in the axial direction, reduce the size by about 30%.
Weiter kann die Konzentrizität von Stator und Anker wesentlich einfacher einhalten als bei einer Ausführung, bei derThe concentricity of the stator and armature can also be significant easier to comply with than with a version where
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die Dauermagnete 10 und die Polschuhe 4 in Achsrichtung hintereinander angeordnet sind.the permanent magnets 10 and the pole shoes 4 are arranged one behind the other in the axial direction.
Bei der örfindungsgemäßen Ausbildung der elektrischen Maschine gibt es zwei bevorzugte Ausführungsformen. Die Wicklung 6 kann wie in Fig. 2 dargestellt, einstückig ausgebildet sein oder aber wie in Fig. 3 dargestellt, kann jede Wicklung 6 aus zwei Teilen 6a und 6b bestehen, die jeweils gemeinsam um den Polschuhkörper 4a angeordnet sind. Die Wicklungen 6a können parallel zum Anker 3 und die Wicklungen 6b können in Reihe mit dem Anker 3 angeordnet sein.With the proper training of the electrical Machine there are two preferred embodiments. the Winding 6 can, as shown in FIG. 2, be formed in one piece or, as shown in FIG. 3, can each winding 6 consists of two parts 6a and 6b, which are each arranged together around the pole piece 4a. The windings 6a can be arranged parallel to the armature 3 and the windings 6b can be arranged in series with the armature 3 be.
Die erfindungsgemäßen Vorteile können auch bei Doppelschluß motoren verwendet werden. Die eine oder andere Form der Aus bildung von Induktionswicklungen können mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden, wie dies anschließend bezüglich der Ausbildungsform der Fig. 3 erläutert wird.The advantages of the invention can also be used in double-circuit motors. One or the other form of Aus Formation of induction windings can be done with other embodiments can be combined, as will be explained below with respect to the embodiment of FIG.
In der Polfläche 7 der Polschuhränder 4b beiderseits der Dauermagnete 10 sind Nuten 12 vorgesehen, in denen Leiter 13 einer Zusatzwicklung angeordnet sind. Die Leiter 13 erstrecken sich über die gesamte Länge der Polschuhe 4 in den Nuten 12 und erstrecken sich in Kreisumfangsrichtung zwischen jedem Polschuhrand 4b eines Polschuhs 4 und demIn the pole face 7 of the pole shoe edges 4b on both sides of the permanent magnets 10 grooves 12 are provided in which conductors 13 of an additional winding are arranged. The conductors 13 extend over the entire length of the pole shoes 4 in the grooves 12 and extend in the circumferential direction between each pole piece edge 4b of a pole piece 4 and the
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benachbarten Polschuhrand 4b des anschließenden benachbarten Polschuhs 4. Es handelt sich dabei um eine Kompensationswicklung, die so angeschlossen ist, daß der gesamte Erregerstrom sie durchfließen. Diese Konstruktion bringt keine Schwierigkeiten, so daß sich eine nähere Beschreibung erübrigt. Die Leiter der zusätzlichen Wicklung sind so angeordnet, daß sie in entgegengesetztem Sinn stromdurchflossen sind, wie die Leitungen der Wicklungen 6 der Polschuhe 4 unterhalb der Polschuhränder 4b. Die zusätzliche Wicklung bewirkt einen magnetischen Effekt, der die entmagnetisierende Wirkung der querverlaufenden Induktion aufhebt.adjacent pole shoe edge 4b of the adjacent adjacent pole shoe 4. This is a compensation winding, which is connected in such a way that the entire excitation current flows through it. This construction brings no difficulties, so a more detailed description is unnecessary. The conductors of the additional winding are like this arranged that current flows through them in the opposite sense are, like the lines of the windings 6 of the pole pieces 4 below the pole piece edges 4b. The additional Winding causes a magnetic effect that is demagnetizing The effect of the transverse induction cancels.
Dank dieser Verbesserung kann man, wenn man dies wünscht, eine bessere Abschirmung der Magnete 10 gegen die Entmagnetisierung erreichen, und zwar bei den bekannten Ausbildungen und auch bei vorübergehendem Überstrom. Überdies sind die Kennlinien einer solchen Maschine wesentlich linearer.Thanks to this improvement, it is possible, if one so wishes, to better shield the magnets 10 against demagnetization achieve, namely with the known training and also with temporary overcurrent. Moreover, they are Characteristic curves of such a machine are much more linear.
Verwendet man eine Maschine gemäß der Fig. 3 als Generator, so kann man mit Hilfe der zusätzlichen Wicklung eine überkompensation erreichen, die insbesondere bei Windgeneratoren vorteilhaft ist.If a machine according to FIG. 3 is used as a generator, overcompensation can be achieved with the aid of the additional winding Achieve, which is particularly advantageous in wind generators.
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Die erfindungsgemäße Maschine kann auch als Wechselstromgenerator
mit Dauermagneten verwendet werden. Der in
Fig. .1 dargestellte Kollektor ist dann durch entsprechende Kollektorringe ersetzt und der Anker 3 ist mit Wicklungen
versehen, die der Anzahl der Pole des Stators entsprechen.The machine according to the invention can also be used as an alternating current generator with permanent magnets. The in
Fig. 1 shown collector is then replaced by corresponding collector rings and the armature 3 is provided with windings which correspond to the number of poles of the stator.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1978
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- 1978-02-01 DE DE19782804166 patent/DE2804166A1/en not_active Ceased
- 1978-02-02 JP JP992578A patent/JPS53124705A/en active Pending
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