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h'lagnetelektrische Igaschine mit umlaufendem Eisenkern und ruhender,
rahmenförmiger Ankerwicklung, die in mittleren Nuten der Polstücke untergebracht
ist. Gegenstand der Erfindung ist eine magnetelektrische Maschine mit umlaufendem
Eisenkern und ruhender rahmenförmiger Ankerwicklung, die in mittleren Nuten der
Polstücke untergebracht ist.
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Die Erfindung bezweckt, eine magnetelektrische Maschine zu schaffen,
die in sehr kleinen Abmessungen ausgeführt werden kann und eine erhöhte Leistung
sowie einen erhöhten Wirkungsgrad besitzt.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Breite der
die 'Ankerwicklung aufnehmenden Nuten ungefähr gleich gewählt wird dem Abstand zweier
nufeinanderfolgender ungleichnamiger Pole, und zwar klein im, Verhältnis zu dem
Umfang der einzelnen Polzacken, während der sich drehende Eisenkern eine Breite
besitzt, die etwa dem Abstand zweier aufeinanderfolg--nder ungleichnamiger Pole
-f- der Breite eines Polzackens gleichkommt.
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Diese Anordnung ermöglicht es dem die Ankerspule in wechselnder Richtung
durchsetzenden induzierenden Kraftlinienfluß, sich über ein Kraftlinienschlußstück
von konstanter Ausdehnung zu schließen und während der Drehung des Eisenkernes annähernd
konstant zu bleiben, und zwar in jeder Stellung des sich drehenden Eisenkernes.
Die in dieser Weise erhaltene Magnetisierung ist größer (etwa im Verhältnis x :
2), konstanter und andauernder als bei Maschinen ähnlicher Bauart, da die Verluste
durch Hysteresis vermieden sind.
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Die Zeichnung zeigt schematisch zwei Ausführungsbeispiele der. Erfindung.
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Abb. i ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht der Maschine.
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Abb. 2 ist eine schematische Vorderansicht, welche besonders dazu
dient, die Wirkung verständlich zu machen.
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Abb. 3 ist ein wagerechter Schnitt nach der Linie A-A der Abb. 2.
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Abb. q. ist die perspektivische Ansicht eines Gleichstromkommutators,
welchen man an der Maschine anbringen kann, wenn er Gleichstrom liefern soll.
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Abb. 5 ist ein Aufriß einer mehrpoligen Maschine.
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Abb. 6 ist ein Schnitt durch A-A der Abb. 5, wobei das sich drehende
Eisen fortgenommen gedacht ist.
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Abb.7 zeigt gesondert das sich drehende Eisen.
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Wie die Abb. i, 2 und 3 zeigen, setzt sich die Maschine aus einem
U-förmigen Magneten a zusammen, zwischen dessen Schenkel zwei unter Umständen unterteilte
Polmassen aus weichem Eisen b1, b2 angebracht sind.
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Die Polmassen bi, b2 sind so ausgespart, daß sie zwischen
sich eine zylindrische Aushöhlung lassen, in der ein durch eine Achse d getragenes
weiches
Eisenstück c sich drehen kann. Dieses weiche .Eisenstück, welches man vorteilhaft
ebenfalls aus übereinander geschichteten Blechen herstellen kann, hat eine längliche
Form entsprechend einer seiner Durchmesserlinien; es wird erhalten, indem man einen
Zylinder von wenig kleinerem Durchmesser als derjenige der zylindrischen Aushöhlung
der Polmassen dreht, und indem man ihm, hierauf von beiden Seiten zwei symmetrisch
gelegene Abschnitte wegnimmt. Die Polmassen b1 und b2 haben senkrecht zu ihrer Trennungsebene
zwei Längsnuten e1, c2, welche gerade breit genug sind, um die feste Ankerspule
aufzunehmen.
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Diese durch f dargestellte Spule hat die Form eines Rahmens, der das
sich drehende Eisen c vollständig umhüllt, ohne es zu berühren.
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Die Ebene der mittleren Spiralen des Rahmens f fällt, wie man sieht,
mit der Ebene der Achse d zusammen (Abb. 2,); um diese Achse in ihrer Drehbewegung
nicht zu hindern, ist es notwendig, dem den Rahmen bildenden Draht eine gewisse
Krümmung in seiner Mitte und beiderseits der Achse zu geben, wie es in Abb. i in
g, g dargestellt ist.
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Zu dem gleichen Zweck kann. man auch den Rahmen aus zwei übereinandergelegten
und in ihrer Mitte passend gekrümmten Teilen herstellen.
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Augenscheinlich könnten die Polmassen, das sich drehende Eisen und
der Rahmen um go.° gegenüber der abgebildeten Stellung versetzt sein, d. h. so,
daß die Achse d mit der Symmetrieachse des Magneten zusammenfallen würde.
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Das sich drehende Eisen c kann infolge seiner länglichen Form während
einer einzigen Umdrehung um seine Achse d zwei fest bestimmte Stellungen beiderseits
der Nuten e1 und e2 einnehmen, in welchen die magnetische Kraft, die. quer
durch den festen Rahmen f geht, am größten ist.
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Diese Stellungen, welche entsprechend =-i und 2-2 (Abb. 2) liegen,
zeigen, daß beispielsweise in der Stellung i-i die Kraftlinien Nord-Süd des Magneten
den festen Rahmen f von oben nach unten durchqueren (Pfeilrichtung in vollen Linien),
während in der Stellung 2-2 diese gleichen Kraftlinien Nord-Süd den festen Rahmen
von unten nach oben durchqueren (punktierte Pfeilrichtung). Es wird also. ein Wechselstrom
von der Frequenz 2 pro Umdrehung entstehen.
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Die Maschine nach Abb. 5 bis 7 besitzt vier Polnassen b1, b2, b3,
b4, welche symmetrisch unter go ° zueinander angeordnet sind. Diese Massen sind
fest verbunden mit vier kreisförmigen Magneten dl, a2; 0, a4, deren gleichnamige
Pole aneinander grenzen, so daß die Polarität der Polmassen wechselt. - -In den
Polmassen sind Kerben angebracht, in welche die leicht gebogenen Enden der Rahmen
f1, f2, f3, f4 eingreifen, aus denen die Ankerspulen bestehen. Jede Kerbe
nimmt derart die Enden zweier benachbarter Rahmen auf.
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Wie in der oben beschriebenen zweipoligen Maschine soll die Ebene
der Spiralwicklungen senkrecht zu den neutralen Linien stehen, d. h. senkrecht zu
den von den Polen gleich weit entfernten Mittellinien. Die Richtung der Wicklung
soll derart sein, daß der Strom in den beiden Drahtbündeln, die in der gleichen
Kerbe liegen, in der gleichen Richtung strömt.
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Das Innere der Polmassen ist derart ausgehöhlt, daß sie das Gehäuse
für das sich drehende Eisen c (Abb. 7) bilden. Dieses hat in dem dargestellten Beispiel
die, Form eines vierzackigen Sterns.
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In der Stellung der Abb. 5 durchströmen die Kraftlinien Nord-Süd die
Rahmen, wie durch die Pfeile angedeutet. Die Wirkungen addieren sich in jedem dieser
Rahmen.
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Angenommen, daß das Eisen eine Achtelumdrehung macht, indem es aus
der Stellung x-x in die Stellung y-y übergeht, so werden alle Kraftlinien umgekehrt
werden. Das gleiche wird eintreten, wenn das Eisen von y-y nach x-x nach einer Viertelumdrehung
übergeht usw. Man erhält also einen Wechselstrom von vierfacher Frequenz pro Umdrehung
des Ankers c. An Stelle von vier Polmassen könnte mail deren sechs, acht usw. nehmen.
Wenn allgemein 2 p die Polzahl ist und n die Umdrehungszahl je Sekunde, so ist die
Frequenz der neuen Maschine gleich 2 p n.
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Was die Kerben betrifft, so ist es wertvoll, dieselben so eng wie
möglich zu machen und die Zwischenräume, welche die Polmassen trennen, gleich ihrer
Breite zu nehmen.
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Die Zahnbreite des sich drehenden Eisens soll mindestens einem der
vollen Teile der Polmassen gleich sein und höchstens gleich dieser Breite, vermehrt
um die Breite der Kerbe. Im letzten Fall unterliegt die Reduktanz der magnetischen
Kreise, die durch die Magnete, die Massen und das sich drehende Eisen gebildet werden,
während der Umdrehungen des drehenden Eisens kleinen Schwankungen, was zur Erzielung
eines .:streng sinusoidalen Stromes vorteilhaft ist.
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Soll die Maschine Gleichstrom abgeben, so erhält sie in üblicher Weise
einen Stromwender nach Abb.-q.: Auf einer isolierenden Muffe h, die auf der Achse
d. der Maschine angebracht ist, sind zwei Ringe i, j aufgekeilt, welche nur ein
Drittel der Länge der Maschine einnehmen und in zwei ineinandergreifendeStege il,
i2, j1, j2endigen, von denen jeder ein Viertel des Umfanges einnimmt. Der Wechselstrom
des schematisch durch f dargestellten Ankerrahmens wird durch zwei Bürsten. k1;
k2 zu -den Ringen i, y geführt,
Der umgeformte Strom wird mittels
zweier anderer Bürsten h, 12 abgenommen; die auf den Stegen aufliegen und um 9o
° oder eine Viertelumdrehung zueinander versetzt sind.
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Da der Strom viermal pro Umdrehung des Ankers seine Richtung wechselt,
werden die Verbindungen zwischen dem Rahmen f und dem von h, 12 abgezweigten Verbrauchsstrom
viermal je Umdrehung umgekehrt.