DE287559C

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Publication number: DE287559C
Application number: DENDAT287559D
Authority: DE
Priority date: 1913-08-18
Also published as: GB191417331A; FR475501A

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Das vorliegende Verfahren bezieht sich auf Maschinen, in denen die Frequenz der, erzeugten Ströme nicht durch die Polzahl der Maschine bzw. deren Polteilung und Umfangs-

. 5 geschwindigkeit bestimmt wird, sondern durch Schwingungen, und zwar pulsierende Änderungen des magnetischen Schlusses in den Feldkreisen der Maschine, bewirkt wird.
Das Verfahren besteht darin, daß, ζ. Β. bei

ίο feststehendem Polrad vom Rotor aus, die Polkanten der aufeinanderfolgenden Pole entgegengesetzter Polarität durch unter verschiedenen Phasen wirkenden magnetischen Schluß direkt in der Rotoroberfläche magnetisch überbrückt werden.

Äußerlich sind die hierzu dienenden Ein-

. richtungen dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Stator- und Rotoroberflächen in Richtung der Bewegung verschieden unterteilt sind, und die Eisenoberfläche des Rotors Segmente bildet, \velche die Polkanten der Stator-

• pole nacheinander folgend unter verschiedenen Phasen überbrücken.

Bei den bekannten Methoden zur Erzeu- §^un§; von Schwingungen durch einen von der Polteilung verschieden unterteilten Rotor handelt es sich immer darum, durch zugespitzte oder gezahnte Pole und einen gezahnten Rotor den magnetischen Widerstand des radial in den Rotor eintretenden Feldes pulsierend zu machen.

Jene Maschinen haben verschiedene Nachteile: Erstens müssen die durch das innere Rotoreisen gehenden Schwingungen, auch wenn dasselbe gut unterteilt ist, starke Dämpfungen erfahren, und hierin sind diese Maschinen sogar den Unipolarmaschinen mit gezahntem Rotor unterlegen. Zweitens zeigt sich, wie dies s.chon bei Unipolarmaschinen bekannt ist, daß bei enger. Zahnung diese kartenförmige Verteilung des Feldes sich sehr verwischt und nur noch ganz schwache Schwingungen auftreten. Drittens gestattet jenes Prinzip auch nicht, zur Erzeugung von Gegenamperewindungen irgendwelche geschlossenen Windungen auf den Rotor zu legen, da diese die nutzbaren Schwingungen selbst abdämpfen würden, so daß derartige Maschinen nur ganz schwache Leistungen zu erzeugen imstande sind.

Bei dem vorliegenden Verfahren hingegen liegt das wirksame Rotoreisen lediglich in der Rotoroberfläche, und zwar j eweils , in dem Segment, welches gerade den Schlitz überbrückt, der die Polkanten zweier Statorpole trennt; die jeweils unter den Statorpolen liegenden Segmente hingegen sind inaktiv. Das Statorfeld schließt sich tangential über die betreffenden Rotorsegmente.

Die frei bleibenden Zwischenräume können mit Kupfer oder sonstigem elektrisch leitenden Metall ausgefüllt sein, oder mit Windungen oder Stäben, die in irgendwelcher Weise untereinander oder in sich verbunden sein können. Die in denselben induzierten Gegenamperewindungen vergrößern einerseits die Pulsationen an sich und bei Belastung der Maschine das erzeugte Drehmoment und ihre Leistung.

Die beiliegende schematische Zeichnung, Fig. ι und 2, veranschaulicht beispielsweise einige Einrichtungen nach dem Verfahren.

Die Schnitte von Stator und Rotor sind hierbei der Klarheit halber abgerollt, in gerader Linie gezeichnet.

In Fig. ι bezeichnet 5" den Stator, R den Rotor. Die eingezeichneten Pole des Stators sind durch die fortlaufenden Ziffern i, 2, 3, 4, 5 bezeichnet, die Statorspulen sind beispielsweise in Serie und so verbunden, daß ein den Klemmen a-a zugeführter Strom N- und 6"-PoIe erzeugt. Der Rotor R trägt hier Zähne b b b, deren Teilung hier z. B. V₂ der Polteilung des Stators ist.. In der gezeichneten Stellung wird das vom Pol 3 beispielsweise zu den beiden Polen 2 und 4 gehende Feld über die Oberfläche der beiden eingeschriebenen Zähne b b, welche die gegenüberliegenden Schlitze magnetisch überbrücken, geschlossen. In der um V₂ Rotorteilung folgenden Stellung liegt dem Statorschlitz ein Rotorschlitz gegenüber, so daß die genannte Überbrückung aufgehoben wird. Dann kann sich nur noch ein Teil des Feldes radial über die Zähne und den inneren Rotorkörper schließen, wodurch die Schwingung abgeschwächt wird. Legt man dann aber in die Rotornuten Windungen oder Kupferstäbe d, wie durch die Schraffierung angedeutet ist, und die irgendwie auch untereinander verbunden sein können, so wird der letztgenannte Teil des Feldes durch die in diesen induzierten Ströme abgeschnitten, so daß, von Streuung abgesehen, lediglich der erstgenannte Teil des Feldes zur Wirkung kommt.

Die magnetischen Überbrückungen können durch die Eisenoberflächen der Rotorzähne bewirkt werden, oder aber auch durch einzelne eingesetzte Schlußstücke c c, wie sie in Fig. 1 • rechts noch eingezeichnet sind. In diesem Falle kann der übrige Rotorkörper aus elektrisch leitendem Metall bestehen, wie durch die Schraffierung angedeutet ist. In dem soliden Metall bilden sich dann dieselben Gegenamperewindungen wie in einer kurzgeschlossenen Wicklung aus, die auch hier einerseits zur Aufhebung der Rotorstreuung, und andererseits bei Belastung zur Aufnahme der der Belastung entsprechenden Kompensationsströme dienen.

Die Verhältnisse für die Einrichtungen können sehr verschieden gewählt werden. Die Zahl der Rotorteilungen kann, wie in Fig. 1, größer sein, könnte aber auch gleich oder kleiner sein als die Zahl der Statorteilungen, vorausgesetzt, daß die Größen der Teilungen verschieden sind, so daß sie unter verschiedenen Phasen nacheinander wirken. Auch die Teilungen des Stators oder des Rotors unter sich können verschieden sein. Hierdurch lassen sich dann eventuell noch andere neue Wirkungen erzielen.

In Fig. 2 z. B. hat der Stator zwei Teilungen, die sich, abwechselnd wie 1: 2 verhalten, und der Rotor eine Teilung gleich der größeren Statorteilung, also die doppelte der kleineren Statorteilung. In der gezeichneten Stellung schließt sich das Feld des Poles 4 über b b und die beiden benachbarten Pole 3 und 5, der magnetische Kreis der Pole 2 und 6 hingegen ist offen. In der um V2 Rotorteilung nächstfolgenden Stellung ist. das Umgekehrte der Fall. Man erhält dann den interessanten Fall, daß das Feld in den Polen 2, 6 ... bzw. 4, 8 ... abwechselnd im entgegengesetzten Sinne pulsiert, und dabei das Feld in den Polen i, 3, 5 ... sich abwechselnd über den einen und den anderen Nachbarpol schließt und in diesen Polen selbst nicht mehr pulsiert.

Legt man dann die induzierte Wicklung α-α nur auf die Pole 2, 4, 6 . . ., und zwar so geschaltet, als wenn dieses Pole verschiedener Polarität wären, so addieren sich in dieser die induzierten Ströme bzw. Spannungen. Zur Erregung hingegen muß man der Maschine eine zweite Wicklung geben, deren Spulen so geschaltet sind, daß ζ. B. ι, 3, 5, 7 JV-P öle und 2,4,6 5"-PoIe werden. In dieser Erregerwicklung wird dann jedoch keine Spannung induziert, und .es ist nicht erforderlich, wie bei sonstigen Maschinen mit schwingendem Felde, der Erregerquelle eine Drosselspule vorzuschalten. In den Polen 2, 4, 6 . . .treten zunächst Schwingungen auf, aber im entgegengesetzten Sinne, so daß die in den Erregerspulen induzierten Spannungen sich aufheben. In den Polen 1, 3, 5, 7 . . . treten überhaupt keine Schwingungen auf, und man könnte j egliehe induzierte Spannung von dem Erregerkreis fernhalten, indem man nur diese Pole zur Erregung benutzt, und die Erregerwicklung e-e als Folgepolwicklung ausführt und nur auf diese Pole wickelt.

Letzteres kann von praktischem Werte sein, Wenn die Maschinen mit Gleichstrom von 100 bis 200 Volt erregt werden, was zu ziemlich hohen Windungszahlen und damit sonst hohen Spannungen an den Erregerklemmen führen kann. Das konstante Feld in den Erregerpolen i> 3; 5; 7 · ■ ■ bat den Vorteil, daß diese Pole stark gesättigt und deshalb mit schwachem Querschnitt ausgeführt werden können, wie in der Fig. 2 angedeutet ist.

Auch für Zwecke der drahtlosen Telephonie bzw. Zeichengebung durch Beeinflussung des Erregerkreises bietet eine derartige Anordnung wesentliche Vorteile. Für derartige Zwecke wird man die Erregerspulen am zweckmäßigsten, wieder als Folgepolwicklung geschältet, auf die induzierten Pole 2, 4, 6 ... legen, so daß sie die induzierte Wicklungdirekt beeinflussen, ohne daß induzierte Spännung an den Erregerklemmen auftritt. Oder man kann die induzierten Spulen auch gruppenweise, z. B. im Viereck, so zusammen-

schalten, daß an zwei diametralen Punkten die induzierten Spannungen sich aufheben, an den zwei anderen sich addieren, und die ersteren als Erregerklemmen, die zweiten für den Verbrauchskreis benutzen.

Im übrigen gilt für die Fig. 2 alles bereits für Fig. ι Gesagte. Die wirksamen Eisenteile sind zweckmäßig aus Blechen zusammenzusetzen. Prinzipiell, z. B. für geringere Leistungen, könnte der Rotor aber auch aus solidem Eisen oder Stahl ausgeführt sein, da sich dann immer noch ein schwaches Feld in der äußersten Peripherie der Rotorsegmente schließen kann. Eine derartige Anordnung würde.

bei der Benutzung von eingefrästen Nuten zu einer sehr einfachen Rotorausführung führen. ^: während ein Rotor aus zusammengesetzten Blechen wirksamer sein würde. Bei der anderen Anordnung mit eingesetzten Segmenten c c könnte der Rotor im übrigen als solides Stahlbronzerad ausgeführt werden und hierdurch eine sehr einfache solide Form erhalten. In Fig. 3 ist die Zahl der Rotorteilungen gleich der Zahl der Statorteilungen. Der Stator hat hierbei zwei Teilungen, die sich abwechselnd wie ι: 3 verhalten, und der Rotor eine Teilung gleich ²/₃ der größeren Statorteilung, also die doppelte der kleineren Stator-. teilung. In der gezeichneten Stellung schließt sich dann z. B. das Feld des Poles 2 über den rechts liegenden Pol 3, und in der um V₂ Rotorteilung nächstfolgenden Stellung über den links liegenden Pol 1.

Legt man dann die induzierte Wicklung a-a

z. B. wieder nur auf die Pole 2, 4, 6 . . ., die Erregerwicklung e-e auf die Pole 1, 3, 5 . . ., und zwar so geschaltet, daß 1, 5, 9 ... TV-Pole. 3, 7, 11 ... 6"-PoIe werden, so bilden die induzierten Pole 2, 4, 6 ... wieder Folgepole, und zwar abwechselnd zu dem einerseits liegenden N-PoI und dem andererseits liegenden .S^--PoL z. B. Pole 2, 6, 10 ... würden in der gezeichneten Stellung TV-Pole und in der nächsten Stellung S-PoIe, Pole 4, 8, 12 ... würden in der gezeichneten Stellung S-PoIe und in der . nächsten TV-Pole.

Die Folge hiervon ist, daß das induzierende Feld in den induzierten Spulen der Wicklung α nicht nur pulsiert, sondern ein reines Wechselfeld wird, und zur Erzeugung einer gleichen E. M. K. die Amplitude der Feldschwingung auf weniger als die Hälfte reduziert werden kann.

Für Zwecke der drahtlosen Telephonie bzw. Zeichengebung durch Beeinflussung des Erregerkreises bietet diese Ausführung die weiteren Vorteile, daß infolge des zulässigen schwächeren Feldes auch die Erregerwicklung" eine kleinere Selbstinduktion erhält und deshalb leichter zu beeinflussen ist.

Das Verfahren kann zur Erzeugung hoher . oder auch normaler Frequenzen benutzt werden, und ebensowohl in Generatoren wie in Motoren, d. h. sowohl zur Umformung mechanischer Energie in elektrische, wie umgekehrt. Desgleichen kann natürlich auch in umgekehrter Ausführung der Rotor als Polrad und der Stator als Schlußkörper benutzt werden.

Die Erregung kann durch Gleichstrom, wie Wechselstrom, wie auch, z. B. zu Zwecken der drahtlosen Telephonie oder sonstigen, durch pulsierenden Strom bewirkt werden.

Schließlich können zur Verstärkung der Schwingungen oder zu sonstigen Zwecken natürlich auch hier bekannte Mittel, wie Kondensatoren in Parallel- oder Serienschaltung zum Verbrauchsstromkreis u. dgl., benutzt werden. Hierdurch läßt sich dann auch in besonders einfacher Weise der Spannungsabfall bei Belastung kompensieren, indem, bei geeigneter Ausführung, die Rotorstreuung an sich bei dem Verfahren verschwindend niedrig gehalten werden kann, und nur noch für die induzierten Statorwindungen zwischen den Polkanten eine größere Streuung auftritt, deren Rückwirkung auf die Spannung bis zur Grenze der Eisensättigung aber durch einen richtig bemessenen Kondensator in Serienschaltung vollkommen aufgehoben werden kann.

Claims

Patent-An Sprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Ströme hoher Frequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Polkanten entgegengesetzter Polarität eines Polrades von einem Schlußkörper, dessen Eisenoberfläche Segmente bildet, nacheinander folgend unter verschiedenen Phasen ma-. gnetisch überbrückt werden.

2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen genuteten magnetischen Schlußkörper, dessen Nuten mit Kupfer oder sonstigem leitenden Metall ausgefüllt sind oder mit Windungen oder Stäben, die in irgendwelcher Weise untereinander verbunden oder in sich geschlossen sein können.

3. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schlußkörper, bestehend aus geeigneten, magnetischen Schlußstücken, die von irgendwelchem elektrisch leitenden Metall umgeben oder von einem Metallrad gehalten sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.