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Ho chfrequenzmaschine. Bekanntlich ist die erreichbare Frequenz bei
Hochfrequenzmaschinen gegeben durch die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors und die
Größe der Polteilung. Will man die Pole, die aus Kupfer, Isolation und Eisen bestehen,
verkleinern, so kann man bekanntlich nur das Metall verkleinern, da eine bestimmte
Isolation vorhanden sein muß. Infolgedessen ist man in der Verkleinerung der Pole
beschränkt, wenn die Leistung der Maschine nicht unter ein Mindestmaß herabgedrückt
«-erden soll.
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Die Erfindung hat eine Hochfrequenzniaschine zum Gegenstand, die sich
durch die direkte Erzeugung verhältnismäßig kurzer Wellenlängen auszeichnet, die
bei den bisher bekannten 'Maschinen in der Größenordnung von et«=a 30
000 m gegeben waren. Zu diesem Zweck wird als Hochfrequenzinaschine eine
Gleichpolmaschine verwendet, bei welcher der Gesanitkraftfluß auch in den Rotorzähnen
konstant bleibt und infolgedessen der Rotor aus massivem Eisen hergestellt «-erden
kann.
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Durch besondere Formgebung der Pole des Rotors und Stators und durch
Verdrehen der 1-!eiden Statorringe der normalen Gleichpoltype um gewisse Beträge
gegeneinander lassen sieh direkt mit der Maschine höhere Frequenzen erzeugen, als
es bisher direkt in5glich war.
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Die normale Hochfrequenzgleichpohnaschine (Ab. i) besteht aus einem
gezahnten Rotor a ohne Wicklung, welcher achsial vom magnetischen Kraftfluß durchsetzt
wird, da die Erregerwicklung b rings um die :'Mitte des Rotors gelegt ist. Direkt
am Luftspalt der Maschine ist im Stator beiderseits die Hochfrequenzwicklung c untergebracht,
und zwar gewöhnlich als einfache Zickzackwicklung (Abb. 2).
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Stellt man dem gezahnten Rotor einen Stator mit geschlossenen Nuten
gegenüber, so bleibt der Kraftfluß im Rotor gleichmäßig; man hat also die Möglichkeit,
einen massiven Rotor verwenden zu können, ohne fürchten zu müssen, daß im Rotor
große Verluste verursacht werden.
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Ein Weg, eine höhere Frequenz zu erzielen, als der Polzahl entspricht,
besteht darin, daß man die Pole des Rotors wesentlich schmaler macht, als es den
Zähnen des Stators entspricht und die beiden Statorringe um einen Bruchteil der
Statorzahnbreite verdreht. Will inan beispielsweise mit der Maschine eine dreifach
höhere Frequenz erzielen, als es der Teilung entsprechen würde, so verringert man
nur die Breite der Rotorzähne so weit, claß die Breite des Kraftflusses auf % der
Statorzahnbreite sinkt (Abb. 3) und verdreht die beiden Statorringe, «-elche die
Wicklung tragen, un; l/; oder 2/, der Polbreite. Eine E.M.K. der 'Maschine wird
nur dann erzeugt, wenn ein "Zahn an einem Leiter vorbeigeht. Durch das Verdrehen
der Statorhälften gegeneinander kann man leicht erreichen, daß die E. 'I. K. der
einen Statorbälfte (Abb. d.' sich mit der E.M.K. der anderen Statorhälfte (Abb.
@) zu einer E. 'M. K. nach Abb. 6 zusammensetzt. Arbeitet man mit einer derartigen
E. T NI. K. auf einen Resonanzkreis, so erhält man einen reinen sinusförmigen Strom
dreifacher Frequenz, wie der Polteilung entspricht, da der Resonanzkreis auch während
des einen Drittels der Zeit, während «#elcher keine Energie von der Maschine nachgeliefert
wird, weiterschwingt.
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Eine etwa auftretende E. M. K. der Grundfrequenz der Maschine wird
durch das Verdrehen der Rotorhälften, besonders bei Verdrehung um 2I3 der Polbreite,
gleichzeitig wesentlich geschwächt, so daß sie nicht stört.
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Macht man nicht die Zähne, sondern die
Lücken zwischen
den Zähnen (Abb. 7) schma-1er, so erhält man naturgemäß ähnliche Verhältnisse.
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Gibt man den Zähnen eine noch schmalere Zahnbreite als wie beschrieben,
so kann man natürlich auch noch höhere Frequenzen erzeugen. Durch noch weitere Verdrehung
der Statorflächen kann die Grundfrequenz dabei auch noch weitgehender unterdrückt
werden.
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Eine andere Art, durch Abänderung der normalen Gleichpolmaschine höhere
Frequenzen, als der Polteilung entspricht, zu erzeugen, kann man leicht dadurch
erreichen, daß man die Zähne unsymmetrisch (Abb. 8) ausbildet, d. h. so formt, daß
der Luftspalt sich nach der einen Seite anders ändert als nach der anderen; die
Kraftliniendichte ist dann bei richtiger Erregung nicht mehr gleichförmig über den
Polzahn verteilt, sondern nimmt an der einen Seite des Zahnes schneller zu als an
der anderen. Die Kurvenform der E. M. K. der Maschine wird natürlich dadurch unsymmetrisch
(Abb.9).
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Schrägt man die Rotor zähne auf der einen Seite des Rotors entgegengesetzt
ab als auf der anderen, wie Abb. 8 andeutet und in den Abb. 9 und io mit Bezug auf
die erzeugte E. k Z. K. dargestellt ist, und schaltet die beiden Wicklungen der
Statorhälften gegeneinander, so hebt sich die E. M. K. nicht auf, sondern es entsteht
eine Kurve nach Abb. i i, welche in einem Resonanzkreis einen Strom dreifacher Frequenz
erzeugt. Durch Verdrehen der Statorhälften kann man unter Umständen die Energie
dabei auf ein Maximum bringen.
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Verzichtet man auf einen konstanten Kraftfluß im Rotor, den man dann
aber lamellieren muß, so kann. man durch unsymmetrische Ausbildung der Statorzähne
die Wirkung der unsymmetrischen Rotorzähne noch unterstützen.
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Auch eine Verdopplung der Frequenz kann man durch einfache Abänderung
der normalen Gleichpolmaschine erhalten: Rückt man jede zweite Nut vom Luftspalt
iveg und wickelt die Maschine so, daß alle Drähte am Luftspalt gleichsinnig laufen
(Abb. 12), so hat man zunächst die Möglichkeit, die Pole selbst kleiner zu machen,
als wenn man sämtliche Nuten an den Luftspalt heranlegt, da größere Eisenquerschnitte
zur Verfügung stehen als bei normaler Anordnung sämtlicher Nuten am Luftspalt. Damit
hat man die Möglichkeit, bei gleicher Anfangsgeschwindigkeit eine Maschine beträchtlich
höherer Frequenz als bisher zu bauen.
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Die Kurvenform der E. M. K. -wird jedoch zu beiden Seiten der Nullinie
unsymmetrisch (Abb. 13), da eine Streuung für die Nuten verschieden ist. Will man
die Möglichkeit, durch diese besondere Kurvenform eine höhere Frequenz zu erzeugen,
nicht ausnutzen, sondern eine möglichst sinusförmige E. M. K. erhalten, so schaltet
man die beiden Hälften des Stators so zusammen, daß sich die Ungleichheiten aufheben
und eine sinusförmige E. M. K. entsteht (Abb. -q.).
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Schaltet man jedoch die beiden Statorhälften gegeneinander, und zwar
so, daß die E. M. K. der Leiter, welche nahe am Luftspalt liegen -der einen Seite
des Stators -, gegen die E. M. K: der Leiter, -welche entfernter vom Luftspalt liegen
- der anderen Seite des Stators -, wirken, so heben sich die Spannungen nicht vollständig
auf, und man erhält eine E. M. K. der doppelten Frequenz (Abb. 15) . .
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'Auch wenn man die eine Statorhälfte um eine halbe Zahnbreite verschiebt,
erhält man eine E. M. K. (Abb. 16), welche in einem Resonanzsystem einen Strom doppelter
Frequenz erzeugt.
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Technisch äquivalent für die Verdrehung der Statorhälften ist selbstverständlich
auch die Verdrehung der Rotor hälften.