DE2854027C3 - Gleichpolige, dynamoelektrische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine gleichpolige dynamoelektrische Maschine mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Die im Hauptpatent beschriebene, gleichpolige dynamoelektrische Maschine ist infolge ihres neuen Steuerungssystems nur bei vertikaler Lage ihrer Maschinenachse betriebsfähig und weist eine nach unten gerichtete Abtriebswelle auf. Dementsprechend ist die Montage der zur erfindungsgemäQen Steuerung der Maschine vorgesehenen Einrichtungen etwas schwierig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. eine gleichpolige dynamoelektrische Maschine gemäß der Hauptanmeldung derart zu verbessern, daß die Montage der für die erfindungsgemäße Steuerung erforderlichen Einrichtungen vereinfacht wird.

Gemäß der Darstellung wird diese Aufgabe gelost, indem eine gleichpolige dynamoelektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff die im Kenn/eichen des Patentanspruchs aufgezeigten Merkmale aufweist. Durch die Anordnung des Rotors in der Weise, daß die Antriebswelle nach oben fuhrt und durch die Ausbildung des Stators aus einem zweiteiligen Gehäuse wird cmc wesentliche Vereinfachung der Montage der gleichpoligen dynamoelektrischen Maschine erzielt, indem ·ι einem Gehäuseteil zunächst der Rotor montiert wird. ,, anderen Gehäuseteil die Steuerungseinrichtungen montiert werden und hierauf die beiden Gehäuseteüe verbunden werden, wobei sie zwischen sich die Feldspule mit ihrem Kupfennantel aufnehmen.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläuterf,

Die Figur zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine gleichpolige dynamoelektrische Maschine mit dem erfindungsgemäß ausgeführten zweiteiligen Gehäuse.

Die in der Figur gezeigte gleichpolige dynamoelektrische Maschine 10 ist im Nachfolgenden in ihrer Funktionsweise als Motor beschrieben. Der Motor 10 mit dem Stator 12 und dem Rotor 14 weist den Kontaktteil 16 und eine Kontaktplatte 18 auf. Der Kontaktteil 16 und die Kontaktplatte 18 können unmittelbar mit den beiden entgegengesetzten Polen einer Gleichstromquelle niedriger Spannung, wie z. B. einer Wärmemaschine oder einer Batterie verbunden sein. Die Wännemaschine kann von der Art sein, die flüssiges Natrium bei unterschiedlichen Temperaturen in von einer Membrane getrennten Bereichen aufweist um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen. Die bevorzugte Batterie kann eine Natrium-Schwefel-Batterie sein, jedoch können auch andere Batteriebauarten verwendet werden, die eine für den Motor 10 geeignete niedrige Spannung liefern.

Der Stator 12 besteht aus einem ersten Gehäuseteil 20 und aus einem zweiten Gehäuseteil 22. Der erste Gehäuseteil 20 steht bei 23 kl elektrischem Kontakt mit der Kontaktplatte 18. Der Stator 12 weist weiterhin eine ringförmige Feldspule 24 auf, die von einem leitenden Kupfermantel 26 umschlossen ist Der Kupfermantel 26 wird von zwei identischen, einen u-förmigen Querschnitt aufweisenden Ringteilen gebildet. Ein Rohr (nicht gezeigt) zum Zuführen von Kühlmittel in den Kupfermantel 26 kann ggfs. vorgesehen werden. Selbstverständlich sind auch andere bekannte Kühltechniken anwendbar um den Wirkungsgrad und die Lebensdauer des Motors 10 zu verbessern.

Die Feldspule 24 erzeugt ein Magnetfeld, das in der Figur mit gestrichelten Linien 28 angedeutet ist. Die Richtung des Magnetfeldes kann den in der Figur an den Linien 28 angegebenen Pfeilen entsprechen oder in Abhängigkeit von der Richtung des Stromflusses in der Feldspule 24 auch entgegengesetzt gerichtet sein. Der erste Gehäuseteil 20 besteht aus einem ferromagnetischen und elektrisch leitenden Material während der zweite Gehäuseteil 22 ebenso ferromagnetisch, jedoch nicht unbedingt elektrisch leitend sein muß. Ein hierfür geeignetes Material ist Eisen mit einem möglichst geringen Anteil an Kohlenstoff.

Der erste Gehäuseteil 20 ist bei 30 gegenüber dem /weiten Gehäuseteil 22 elektrisch isoliert. Weiterhin ist der /weite Gehäuseteil 22 bei 32 gegenüber dem Kontaktteil 16 elektrisch isoliert. Die Isolation un den Stellen 30 und 32 kann aus Hülsen aus isolierendem Kunststoffmatcrial wie /um Beispiel hochicniperaturfestem Polyamid oder Tetrafluoräthylen bestehen. Der entscheidende Faktor bei der Wahl des Materials des Kunststoffes ist die Forderung, daß dieses Matcn.il geeignet sein muß. den im Motor 10 auftretenden Temperaturen /u widerstehen, die infolge der elektrischen Widerstandsverlliste wahrend eines Stromflusscs durch diese Maschinen entstehen

Der Cichauscteil 20 und der Gehäuseteil 22 bilden zusammen eine Statoroffnung 34. deren Achse 36 die Achse des Motors 10 bildet

Der Rotor 14 besteht aus einem Wellcnteil 38 und

einem Rotorkopf 40. Der Rotorkopf 40 ist in der Statoröffnung 34, einen ringförmigen Spalt bildend, angeordnet Der Wellenteil 38 ist über Wälzlager 44 und 46 im Gehäuseteil 20 drehbar gelagert und weist ein kerbverzahntes Ende 42 auf. Da die beiden Wälzlager, das Rollenlager 46 und das Kugellager 44 mit Schmierstoff versehen werden massen, ist am Ende des Wellenteiles 38 eine Wellendichtung 48 vorgesehen.

Der Rotorkopf 40 ist mit einer sich von unten erstreckenden konzentrischen Rotoröffnung Sd verse- ίο hen, ir die der Kontaktteil 16 einen ringförmigen Spalt bildend einragt Dieser ringförmige Spalt zwischen dem Steuerteil 16 und der Rotoröffnung 50 liegt konzentrisch und radial innerhalb des ringförmigen Spaltes 52 zwischen dem Rotorkopf 40 und der Statoröffnung 34. ι s

Ein ringförmiger Raum 54 wird zwischen dem Kontaktteil 16, dem Gehäuseteil 22 und dem Rotorkopf 40 gebildet In diesem Raum 54 ist ein flüssiges Metall 56, vorzugsweise Quecksilber eingefüllt Der Raum 54, in dem das flüssige Metall 56 angeo>dnet ist steht in Verbindung mit den beiden ringförmigen Spalten 50 und 52. Eine Verdrängungseinrichtung 58 ist ebenso in dem Raum 54 angeordnet Sie besteht aus einem ringförmigen Faltenbalg 60, vorzugsweise aus Metall, dessen obere und untere Enden abgedichtet mit Dichtringen 62 und 64 verbunden sind. Über einen Anschluß 59, der durch den unteren Dichtring 64 führt kann der ringförmige Faltenbalg 60 mit einem Druckmittel, Druckluft oder Druckflüssigkeit bewegt werden.

Der Kupfermantel 26 der Feldspule 24 ist an seiner dem Rotorkopf 40 gegenüberliegenden Seite mit einer hochleitfähigen Beschichtung aus Nickel mit aufgedampftem Rhodium versehen, um ein Benetzen durch das flüssige Metall 56 zu verbessern und hierdurch den elektrischen Widerstand und auftretenden Verschleiß auf ein Minimum zu reduzieren. Bei der in der Figur gezeigten Lage des flüssigen Metalls 56 besteht zwischen dem Kontaktteil 16 und der Kontaktplatte 18 nahezu ein unendlich hoher Widerstand. Wird die Verdrängungseinrichtung 51$ mit einem Druckmittel ■>» beaufschlagt so wird das flüssige Metall 56 in die ringförmigen Spalten 50 und 52 verlagert. Sobald sich das flüssige Metall 56 in den ringförmigen Spalten 50 und 52 befindet, wird eine elektrisch-leitende Verbindung zwischen dem Kontaktteil 16, dem Rotorkopf 40 J~> und dem Mantel 26 der Feldspule 24 hergestellt und es erfolgt ein Stromfluß vom Kontaktteil 16 zur Kontaktplatte 18 der in der Figur in Strich-Punkt-Linien 66 angedeutet ist Wird das flüssige Metall soweit verlagert daß es bis ans obere Ende 68 des ringförmigen Spaltes 50 gelangt so beneut es auch die gesamte zur Statoröffnung 34 liegende Seite des Kupfermantels 26 und führt zu einer elektrisch leitenden Verbindung von geringstern Widerstand. Bei dem hierbei auftretenden maximalen Stromfluß durch den gleichpoligen dynamoelektrischen Motor 10 wird ein maximales Drehmoment erzeugt Je geringer die leitende Verbindung zwischen dem Kontaktteil 16 und dem Kupfermantel 26 wird, desto geringer wird das erzeugte Drehmoment des Motors 10. Bei steigender Drehzahl des Rotors 14 nimmt die Menge des flüssigen Metalls 56 im inneren ringförmigen Spalt 50 ab und im äußeren ringförmigen Spalt 52 infolge der einwirkenden Zentrifugalkraft zu.

Die Verringerung der Menge des flüssigen Metalls 56 im inneren ringförmigen Spalt 50 führt zu einer Erhöhung des Widerstandes gegen einen Stromfluß zwischen dem Kontaktteil 16 und dem Rotorkopf 40. Dadurch verringert sich das Drehmoment des Motors 10 in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Rotors 14.

Die Verringerung des Drehmomentes des Motors JO in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Rotors 14 ist ein durchaus wünschenswertes Merkmal für einen Motor, der als Antriebsmotor für ein Kraftfahrzeug verwendet werden soll.

Über die Verdrängungseinrichtung 58 kann das erzeugte Drehmoment entsprechend den Anforderungen gesteuert werden, so daß auch bei höheren Winkelgeschwindigkeiten beide ringförmigen Spalten 50 und 52 von dem Flüssigen Metall 56 ausgefüllt sind.

Neben der bereits erwähnten Isolierung 30 zwischen dem Gehäuseteil 20 und dem Gehäuseteil 22 ist das Gehäuseteil 20 gegenüber dem Kupfermantel 26 der Feldspule 24 und einem Teil des Rotorkopfes 40 über eine Isolierung 70,72 und 74 elektrisch isoliert. Dadurch wird erreicht, daß der Stromfluß (s. Strich-Punkt-Linie 50) nahezu senkrecht zu dem von der Feldspule 20 erzeugten Magnetfeld (s. gestrichelte Linien 28) verläuft. Der obere Teil 74 der Isolierung kann hierbei gleichzeitig als Dichtung gegen den Austritt des flüssigen Metalls 56 um den Spalt 52 ausgelegt sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche: IS Γ..

1. Gleichpolige dynamoelektrische Maschine mit einem Stator und einer Feldspule, die konzentrisch zur Achse der Statoröffnung angeordnet ist und einem Rotor, dessen Kopf einen ringförmigen Spalt mit der Statoröffnung bildet und mit der Welle um seine senkrechte Achse drehbar im Gehäuse gelagert ist und wobei der Stator und der Rotor aus ferromagnetischem Material bestehen und ein to Kontaktteil in eine öffnung im Rotorkopf einragt so daß konzentrisch zur Achse und radial innerhalb des ringförmigen Spaltes zwischen dem Rotorkopf und der Statoröffnung ein zweiter ringförmiger Spalt gebildet wird und ein flüssiges Metall in die Räume is zwischen den Rotor, dem Stator und dem Kontaktteil über eine steuerbare Verdrängungseinrichtung mehr oder weniger verlagerbar ist, «ach Patent

2854026, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenteil (38) des Rotors (14) nach oben gerichtet ist und der Stator (12) aus zwei Gehäuseteilen (20 und 22) gebildet ist, die voneinander (bei 30) elektrisch isoliert sind und zwischen ihren stufenförmigen Absätzen die Feldspule (24) mit ihrem Kupfermantel (26) aufnehmen.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerteil (16) gegenüber (bei 32) dem Gehäuseteil (22) elektrisch isoliert ist.

3. Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseteil (20) gegenüber (bei 70, 72) dem Kupfermantel (26) der Feldspule (24) und einem Teil des Rotorkopfes (40) elektrisch isoliert ist.

4. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende (74) der « Isolierung (70, 72) als Flüssigkeitsdichtung gegen den Austritt des flüssigen Metalles (56) aus dem ringförmigen Spalt (22) ausgebildet ist.