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Dynamoelektrische lllaschine für Wechselstrom. Die Erfindung bezieht
sich auf eine dynamoelektrische Maschine für Wechselstrom derjenigen Art, bei der
zwischen gegenüberliegenden = Flächen der den Hauptkraftlinienstrom leitenden Abschnitte
eine Mehrzahl feststehender und beweglicher Reihen von magnetisch leitenden Abschnitten
angeordnet sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Einrichtung so getroffen,
daß die Abschnitte in den beweglichen Reihen eine andere Winkelteilung als die Abschnitte
in den ortsfesten Reihen besitzen. Hierdurch wird erreicht, daß die magnetischen
Kraftlinieriströme mit höherer Winkelgeschwindigkeit rotieren als die unilaufenden
leitenden Abschnitte. Es wird somit-ein magnetisches Dreh- und Wechselfeld erzeugt,
welches sich schneller dreht als das das magnetische Feld erzeugende Drehelement.--
-Der magnetische Widerstand wird somit-an verschiedenen "Teilen der Maschine zur
selben Zeit unterschiedlich verändert. Infolge der Erhöhung dieses magnetischen
Widerstandes an der verschiedenen Winkelteilung der feststehenden und umlaufenden
Abschnitte wird der vom Belastungsstrom herrührende entgegengesetzte Kraftlinienstrom
verringert.
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Die Abschnitte in den, beweglichen und ortsfesten Reihen werden zweckmäßig
so angeordnet, daß gleichzeitig eine Mehrzahl -von offenen und geschlossenen magnetischen
Kraftlinienstromkreisen entstehen. -Bei der vorzugsweise zur Anwendungkommenden
Ausführungsform ist die Einrichtung so getroffen; daßi -wenn einige Abschnitte aller
Reihen in eirein Teile 'der Maschine in 'Übereinstimmung liegen,. ' die Abschnitte
aller Reihen -- in einem anderen Teile versetzt angeordnet sind. - Die- Übereinstimmungsebene
der Abschnitte läuft hierbei mit einer höheren Winkelgeschwindigkeit um als die
das 'Feld erzeugenden rotierenden Abschnitte.
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Die Zeichnung veranschaulicht Zwei- und Dreiphasenwicklungen. Fig.
z ist ein teilweise schematischer Querschnitt durch eine Ausführungsform der Maschine;
und Fig. 2 ist ein Querschnitt hierzu; Fig. 3 veranschaulicht die induzierten Wicklungen
.der Maschine, .und " Fig. q: zeigt eine teilweise Abwicklung; Fig.: 5 veranschaulicht
die Lage der Teile des magnetischen Kreises; wenn dieser geschlossen, -und Fig.
6, wenn er- geöffnet ist-; Fig. -7 veranschauliche im Längsschnitt eine -weitere
Ausführungsform mit- einer Vielfach-Luftspalt-Anordnung,- und Fig. 8 ist ein Querschnitt
nach A-A der Fig. -7; Fig. g zeigt eine Einzelheit; Fig. ga, gb, gc sind
Querschnitte eifies der Arme in Fig. g nach den Linien a, -b und c; Fig. =o ist
eine' verkleinerte Ansicht der Spulen der induzierten Wicklungen bei der Maschine
nach Fig. 7, und Fig.:xr ist eine Abwicklung eines Teiles- des - magnetischen Stromkreises
der- Maschine.
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Die Maschine- der -Erfindung kann entweder als-Motor oder als Generator
verwendet werden, in- welch letzterer Verwendung sie beschrieben werden soll. -
Die Wicklungen der Maschine können so verbunden sein;- daß sie entweder Ein- oder
Mehrphasenströme erzeugen. In den Zeichnungen sind eine'Zwei- und eine Dreiphasenwicklung
gezeigt: - - -Die in den Fig. i bis 6 dargestellte Maschine
besteht
im allgemeinen aus einem ortsfesten Gehäuse mit zwei Seitenplatten 2, die mit den
Lagern 3 für die Welle ¢ und den Rahmen 5 versehen sind. Auf der Welle 4 ist ein
Eisenkern 6 befestigt, der einen Leiter für den magnetischen Kraftlinienstrom bildet.
Um den Eisenkern herum ist in einem geringen Abstand die Spule 7 der Magnetwicklung
angeordnet, welche ortsfest ist und durch geeignete Mittel, wie Bolzen oder Stangen
8, von dem Rahmen 5 getragen wird.' Die Wicklung 7 wird durch einen direkten Strom
von einer geeigneten Kraftquelle aus erregt, der auf der einen Seite des Kerns 6
einen Nord- und auf der anderen einen Südpol erzeugt. An gegenüberliegenden -Seiten
des Kerns 6 sind die Lamellenglieder =a, 13 befestigt; welche einen Teil des magnetischen
Stromkreises bilden. Diese Glieder sind vornehmlich, obgleich nicht erforderlich,
an ihrem. Umfang mit in gleichen Abständen stehenden Zähnen oder den magnetischen
Kraftlinienstrom leitenden Vorsprüngen 14 versehen, In Linie mit den umlaufenden
Gliedern 12, 13 sind in einem Abstande von ihnen die stehenden Anker 15, 16 an dem
Rahmen 5 befestigt, _ die gleichfalls zweckmäßig lamellenartig und mit in gleichen
Abständen angeordneten Zähnen oder den magnetischen Kraftlinienstrom leitenden Vorsprüngen
17 versehen sind. Die Zahl der Zähne auf dem ortsfesten Teile weicht von derjenigen
auf dem rotierenden ab, wie dies später beschrieben werden wird. Die Anker sind
mit Schlitzen 18 versehen, in welchen die Wicklungen des Induktionsstromes angeordnet
sind. An dem rotierenden Teile können gewünschtenfalls gleichfalls Wicklungen angebracht
werden oder überhaupt nur an diesem. Die dargestellte Maschine ist zeit einer Zweiphasenwicklung
versehen, von der jede Phase aus vier Wicklungsgruppen besteht und wobei die aufeinanderfolgenden
Gruppen in jeder Phase entgegengesetzt gewickelt sind. Die zu zwei Phasengrüppen
gehörenden Wicklungen sind so angeordnet, daß sie sich, wie in Fig. 4 dar- 1 gestellt,
überlappen, woselbst die starken schwarzen Linien die Wicklungen der einen Phase
und die helleren dünnen Linien die Wicklungen der andern Phäse darstellen. Die veranschaulichte
Maschine ist eine vierpolige;. bei der sich die gleichen Pole diametral gegenüberliegen
und die zu der gleichen Phase gehörenden Gruppen, wie in Fig. 3 angegeben, in Quadratur
angeordnet sind. Die Gruppen z= gehören zu einer und die Gruppen 22 zu der anderen
Phase, wobei die aufeinanderfolgenden Gruppen in jeder Phase in bezug aufeinander
umgekehrt sind,. -um aufeinander folgende Nord-und Südpole zu erzeugen. , _ - .
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Zwischen -den drehbaren und ortsfesten-I Gliedern 12, 13 und 15, 16
sind mehrere Ma-1 gnetkreislamellen angeordnet, welche bewirken, daß der. magnetische
Kreislauf in einigen i Teilen der Maschine geschlossen und in anderen Teilen derselben
gänzlich unterbrochen ist. An den umlaufenden Lamellengliedern z2, 13 sind mittels
einer Platte 23 aus Messing oder anderem diamagnetischen Material eine oder mehrere
Reihen lamellenartiger Stangen oder Zähne 24., 25 befestigt, wobei die entsprechenden
Stangen jeder Reihe miteinander und mit den Zähnen auf dem drehbaren Teil, i an
dem sie befestigt sind, radial in gleicher Ebene liegen. Die beiden Stangenreihen
haben einen radialen Abstand, und jede Reihe bildet eineh Kreis von regelmäßig in
Abständen stehenden Stangen. An dem ortsfesten Teil der Maschine sind mittels der
Arme 26 aus diamagnetischem, Material eine oder mehrere Reihen lamellenartiger Stangen
oder Zähne 27, -28 befestigt, . die zwischen und gegenüber den Stangenreihen 24,
25 liegen. Die ortsfesten Stangen 27, 28 liegen in gleicher Flucht mit 'den Zähnen
auf dem ortsfesten Gliede, und die Stangen in den beiden Reihen liegen in radialer
.Richtung in einem. Abstand voneinander. Zwischen den Zähnen der ortsfesten Glieder
15 und des umlaufenden Gliedes x2 befinden sich daher vier Stangenkreise,
wobei die Stangen von zwei der Reihen ortsfest sind und mit den Zähnen des oitsfesten
Gliedes in gleicher Linie liegen, während die Stangen der anderen beiden Reihen
beweglich -sind und mit den Zähnen des umlaufenden Gliedes in gleicher Flucht liegen.
Den Zähnen des drehbaren Teiles- liegt somit eine Reihe von ortsfesten Stangen gegenüber,
dann kommt eine Reihe umlaufender Stangen, dann eine Reihe ortsfetter Stangen, dann
wieder eine i Reihe umlaufender Stangen und darauf folgen die Zähne des ortsfesten
Gliedes. Die Stangen der verschiedenen Reihen liegen in kadialer Richtung nahe zusammen,
so daß, wenn ein Teil der Stangen aller Reihen sich in gleicher Flucht befindet,
ein geschlossener magnetischer Kreislauf hergestellt wird. Die Breite der wirksamen
Oberfläche einer jeden Stange und eines jeden Zahnes ist etwas kleiner als die Hälfte
der Teilung der Stangen oder Zähne, derart, daß, wenn die Stangen. oder -Zähne versetzt
liegen, eine völlige Unterbrechung des magnetischen - Kreislaufes herbeigeführt
wird.
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Die verschiedenen. auf einer Seite der Maschine, das ist auf -der
Seite des positiven Poles N, vorhandenen Zähne sind bei einer vierpoligen Maschine
so angeordnet; daß die Ebenen, in der - die Zähne in Linie, liegen, auf der gegenüberliegenden
Seite, das ist auf der Seite des negativen Poles S, sich in der Mitte oder, go°
vor den gleichen Ebeilen-der
Zähne' auf . der Seite des . positiven
Polgis befinden. 'Nimirit man - z. B. :in Fig: 2 an; - äaß die"Zähne auf: der linken
Seite der Maschine in Schnittebene in gleicher Flucht liegen, so werden die Zähne
auf der rechten Seite in einer im rechten Winkel zu diesem Schnitt liegenden Ebene
in Übereinstimmung sein. Hierdurch werden zwei positive Drehpole auf der einen Seite
der Maschine und zwei negative Drehpole auf der anderen Seite erzeugt, wobei die
Pole im. Viereck liegen.
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Die Wicklungen 21,.22. für den Induktionsstrom liegen in: den Schlitzen
der beiden ortsfesten Glieder 15,, !6, so daB die Wicklungen der Wirkung der vier
sich drehenden Pole ausgesetzt sind, deren Nord- und - Südpole nacheinander in die
Wicklungen schneiden. Aus Fig . i ist zu ersehen, daß bei einer Beweung des umlaufenden
Gliedes um die Entfernung- einer halben Zahnteilung die -Übereinstimmungsebene der-Zähne
sich über einen Bogen -von 9o°= bewegt -oder eine vollständige Umdrehung bei --einer
Bewegung der Zähne um die ,Entfernung der doppelten Zahnteilung ausführt.: Die Übereinstimmungsebene
der Zähne schreitet von Zahn zu.Zahn auf` dem ortsfesten Gliede': sowie das umlaufende
Glied sich; dreht, oder schrittweise und gleichmäßig .um das ortsfeste Glied..herum
fort und da die.: aufeinanderfolgenden Pole das entgegengesetzte Vorzeichen haben,
so werden die induzjerten Wicklungen auf dem Anker einem rotierenden, wechselnden
- Feld unterwoffen. Die Drehungsrichtung des mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden
Feldes kann dieselbe sein wie die :des Inäuktorg- oder rotierenden Teiles, sie kann
aber auch entgegengesetzt sein.
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-Auf der Zeichnung - sind .die -Induktionswicklungen in . jedem abwechselnden
Schlitz angeordnet gezeigt, der. entsprechend tiefer ausgebildet- ist,- jedoch können
die Wicklungen auch in den aufeinanderfolgenden Schlitzen, den dritten Schlitzen
usw. untergebracht 'werden-, was von der gewünschten Art- und Weise abhängt, in
der. . die Wicklungen angeordnet oder verteilt werden. sollen. Die .Zähne 14 des
drehbaren Gliedes und die Zähne 17 des ortsfesten Gliedes können weggelassen werden,
und die Oberflächen dieser Glieder können gewünschtenfalls glatt: sein, wobei sie
den Stangen in den vqrschiedenen Reihen ermöglichen, den magnetischen Kreislauf
zu öffnen und zu schließen. Diese Änderung wird die Leistung der. Maschine dadurch
verringern, -daß' die wirksame Erzeugungseinrichtung. und der Widerstand des magnetischen
Kreislaufes in -der oder den Ebenen, in denen die Zähne versetzt: sind, verringert
wird.- .
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.Nimmt man an, . daß die Magnetisierungswieklung so angeordnet ist;-.
daß auf.der: "linken Seite des:Rotors der'.-NordpolN_.und auf seiner rechten -Seite
der Südpol S .hergestellt wird, so wird- das ortsfeste Glied x5 Südpolarität, wie
durch S angegeben, und der Stator i6 Nordpolarität, wie durch N angedeutet, erhalten.
Befinden sich die verschiedenen Zähne auf der linken Seite der Maschine in der Lage
nach Fig. i,: so befinden sich die Zähne .auf der rechten Seite in derselben relativen
Lage und 9o° voraus. In dieser Lage geht die Hälfte des ganzen magnetischen Kraftlinienstromes,
durch jede der in Übereinstimmung liegenden Zahngruppen - auf der linken Seite,
durch die ortsfesten Glieder und den Rähmen und alsdann zurück durch die in Übereinstimmung
befindlichen Zahngruppen auf der rechten Seite: Die Wicklungsgruppen in jeder Phase
sind in mechanischem-Viereck angeordnet, und die aufeinanderfolgenden Gruppen sind
in entgegengesetzten Richtungen verbunden. Die Kraftlinienströme, welche die Wicklungen
schneiden, liegen ebenfalls .in mechanischem Viereck und .haben -entgegengesetzte
Polarität. Infolge- des hohen Widerstandes des magnetischen Kreislaufes in diesen
Teilen, wo die Zähne nicht in Übereinstimmung liegen, kann ein sehr starker Magnetisierungsstrornverwendet
werden, der einen starken Kräftlinienstrom erzeugt. und die Zirkulation eines starken
Stromes in den induzierten Wicklungen ermöglicht:. _ Bei 'der in Fig. 7 bis i= dargestellten
Ausführungsform wirdt der in der- Längsrichtung angeordnete vielfache Luftspalt
benutzt. Die Maschine besteht aus einem. Rahmen, der sich aus den Seitenplatten
43, 44 aus magnetischem Material -und den Verbindungssektoren 45: aus Messing oder
einem anderen nichtmagnetischen Material zusammensetzt. Die Seitenplatten 43, 44
sind - mit `Büchsen 46, in welchen die Lager für die Welle 47 angeordnet sind und
mit Büchsen 48 versehen, welche die magnetisch verstärkte Welle umgeben, und auf
denen -die Wicklungen 51, 52, 53, 54 vorgesehen sind. Die Welle 47 wirkt als Leiter
für den .gesamten magnetischen Kzaftlinienstrom und ist-für diesen Zweck. im Durchmesser-
verstärkt.
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Auf jeder Endplatte 43, 4: sind die Polschuhe 55; 56 angeordnet-,
deren Zahl und relative Lage von. der - Bauart der -Maschine und',dem zu erzeugenden
Strom abhängig ist. Beim .Ausführungsbeispiel sind sechs Polschuhe 55 auf der Seitenplatte
43 und sechs Polschuhe 56 auf = der Seitenplatte. 44 vorgesehen: -=Die Polschuhe
55, 56 sind in der Richtung- -der Maschinenachse paarweise in gleicher Flucht angeordnet,
und-die Polschuhe auf jeder Platte sind.- in der Umfangsrichtung in .Abständen voneinander
angeordnet. An den Polschuhen befinden, sich die Wicklungen 57. Bei der dargestellten
Ausführungsform handelt: .es sich nm , eine Dreiphasenaüordnnng, ' bei-=der-;,die.
Spulen-
auf jeder Seite der Maschine paarweise miteinander verbunden sind, wobei -die- diametral
gegenüberliegenden Spulen das eine Paar bilden und die Wicklungen in einer Spule
mit Bezug auf -die andere -in. jedem Paar umgekehrt sind.
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Zwischen den Polschuhen der Maschine sind eine Mehrzahl radial verlaufender
-lamellenartiger Stangen oder Zähne angeordnet, welche in bezug aufeinander beweglich
sind, um .den magnetischen Stromkreis zwischen den Polschuhen völlig zu öffnen und
zu schließen. An jedem Sektor 45 sind eine Mehrzahl ortsfester Stangen oder Zähne
58 vorgesehen, die in einer oder mehreren ringsherum gehenden Reihen liegen. Die
Stangen, in jeder Reihe stehen in der Umfangsrichtung in gleichmäßiger Teilung voneinander,
und die verschiedenen Reihen haben in der Längsrichtung einen Abstand voneinander.
Bei dem dargestellten . Ausführungsbeispiel sind drei Reihen von fünf Stangen auf
jedem Sektor 4.5 angeordnet.
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Auf der Welle 47 ist -ein nichtmagnetisoher Armkranz 59 befestigt,
an welchem eine Mehrzahl in radialer Richtung verlaufender und lamellenartiger Stangen
6= sitzen, die in einer oder - mehreren ringsherum gehenden Reihen angeordnet sind.
Die Stangen 61 liegen::zwisehen den Polschuhen und den festen Stangen und bewirken
infolge ihrer verschiedenen Lagen das Öffnen und Schließen des magnetischen Stromkreises
durch die betreffenden Polschuhpaare. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sind vier Reihen von Stangen- 6i vorhanden, und in jeder Reihe befinden sich 31
Stangen. Die Teilung der Stangen in jeder Reihe ist dieselbe wie: die Teilung der
Stangen auf einem der Sektoren, so daß, wenn sich die Welle in der richtigen Lage
befindet, fünf der Stangen 61 einer jeden Reihe mit den Stangen 58 in gleicher Flucht
liegen, welche ' wiederum mit einem Paar Polschuhe in gleicher Linie liegen, so
daß der magnetische.-Stromkreis- durch dieses Paar Polschuhe geschlossen wird. Bei
dem .dargestellten Ausführungsbeispiel sind -sechs Paar Polschuhe vorhanden, und
die ortsfesten Stangen sind so angeordnet, däß die beweglichen Stangen mit den ortsfesten
Stangen übereinstimmen; welche mit einem Paar Polschuhe in- einem Zeitpunkt in gleicher
Flucht liegen. Wenn die Stangen zwischen einem Paar Polschulie in gleicher Flucht
liegen, so sind sie zwischen den diametral gegenüberliegenden Polschuhpaaren versetzt
und zwischen den anderen vier Paaren von Polschuhen'teilweise abgestuft. Die Zähne
58 und 61 werden vorzugsweise aus Lamellen hergestellt, die um einen mittleren Bolzen
angeordnet sind und müssen infolge ihrer radialen Lage' gegen die Mitte - hin kleiner
als &egen den Umfang hin ausgeführt werden. Genau genommen sollten die Zähnekeilförmig
verlaufen, jedoch erhalten sie üehufs----einfacherer Herstellung eine-stufenweise-
abgesetzte Form, die in der Breite nach. außen hin zunimmt.