DE646239C - Elektrische Maschine - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Maschine, bei der ein über den Ständer und Läufer geleiteter magnetischer Gleichfluß in Zusammenarbeit mit einem von durch zwei oder mehrere entgegengesetzt geschaltete Spulen geleiteten Wechselstrom erzeugten magnetischen Wechselfluß ein Drehfeld ergibt, das den Läufer mit großem Zugmoment aus der Ruhe synchron mitnimmt.

Maschinen, die durch. Zusammenarbeit eines durch Dauer- oder Elektromagnet© erzeugten Gleichflusses mit einem Wechselstrommagnetfiuß Anfahr- und Drehbewegungen ausführen sollen, sind zwar an sich bekannt. Diese bekannten Ausführungen besitzen aber Mängel, die im wesentlichen darin bestehen, daß diese unnötig kompliziert im Aufbau sind, einen sehr schlechten Wirkungsgrad besitzen, nicht oder unbestimmt anlaufen, Nullpunkte der Drehmomentskurve ein Außertrittfallen zulassen, sich zum Teil auch nicht als Generator benutzen lassen oder Gleich- und Wechselstrom zum Antrieb erfordern, zum Teil asynchrone Elemente für den Anlauf benötigen. Ferner liegt der Permanentmagnet im Einflußbereich des Wechselstromes und wird dadurch bei Stillstand geschwächt, umgepolt oder zierstört, wenn der Wechselstrom dann noch fließt. Die Leistung der bekannten Ausführungen ist auch sehr gering, so daß, sie für größere Leistungen nicht brauchbar sind.

Diese Mängel werden dadurch behoben, daß bei einer Maschine, deren Läufer zwischen zwei gleichachsigen Paaren von ringförmig ausgebildeten, mit mindestens je einem SchenkeJL eines Magneten in Verbindung stehenden Polkränzen gleicher Polzahl angeordnet ist, wobei 'die Ständer- und Läuferpole gegeneinander so versetzt sind, daß, wenn die Pole des einen Polkranzpaares die mit ihnen zusammenarbeitenden Läuferpole höchstens einseitig bis zur Mitte überdecken, die entsprechenden Pole des anderen Polkranzpaares die zugeordneten Läuferpole von der anderen Seite höchstens bis zur Mitte überdecken, und bei dem innerhalb des freien Raumes zwischen den Ständerpolkranzpaaren je eine Erregerspule gleichachsig zum Läufer angeordnet ist, wie sie bereits als Laut-Sprecher vorgeschlagen worden ist, gemäß der Erfindung die beiden Erregerspulen gegensinnig geschaltet sind.

■ Alle durch den elektrischen Strom erreichten Bewegungen sind eigentlich nur magnetische Wirkungen, wie auch jede elektrische Maschine eine Magnetmaschine ist. Nach dem Erfindungsgedanken wird der erforderliche Magnetismus einer Maschine vorweg permanent gestellt, und der in .den Spulen fließende Strom bewirkt lediglich, die Führung der Magnetkräfte, derart, 'daß der Läufer an- und umläuft. Es ist der permanente Energieinhalt an allen Läufer- und Ständerpolen zugleich wirksam, die am Läuferumfang treibend wirkenden Impulse sind die doppelten wie bei bekannten Maschinen dieser Art, das Drehmoment besitzt einen größeren konstanten

Teil und einen kleineren schwankenden Teil als die bekannten Synchronmotoren. Hierbei ist es vorteilhaft, besonders kräftige Permanentmagnete zu verwenden. Die Wirkungsweise der Maschine sei an Hand der Figuren beschrieben. Die der Über?' sichtlichkeit wegen zum Teil schaubildlich gehaltenen Figuren zeigen: Fig. ι einen Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt, Fig. 3 die Stellung der Pole zum Läufer und die Lage der Spulen, Fig. 4 und 5 Systeme mit axial nebeneinander angeordneten Paaren von Ständerpolkränzen. Die Zeichen sind: A Anker, Pi Pole innen, Pa Pole außen, S Spule, M Magnet, D Drehpunkt, H Hülse aus Messing.

Der Läufer .(4 (Fig. 1 bis 5), der an seinen äußeren Polen von den Polen des Ständers Pa von jeder Seite gleich weit überdeckt ist, wird durch den permanenten Fluß nach beiden Seiten gleich stark gezogen, die gleiche Wirkung üben die inneren Pole/³/ des Ständers auf den Läufer aus. Der Läufer wird daher in einer straffen Mittellage zwischen den Polen gehalten. Sobald die innerhalb der Polkränze gelegenen Erregerspulen mit Wechselstrom gespeist werden, wird der Fluß an den inneren Polkränzen geschwächt, an den äußeren verstärkt bzw. der an den inneren verstärkt und der an den äußeren geschwächt. Bei Stromeinsatz wird somit die den Läufer in der Mittellage haltende Kraft mit zunehmendem Strom geschwächt und wird Null, wenn der Strom im Maximum ist. Mit abnehmendem Strom nimmt die magnetische Mittellagekraft wieder zu usf.

Das von den Permanentmagneten ausgeübte Moment wirkt so, als wenn es durch vom Wechselstrom durchflossene Spulen erzeugt würde, die um go'^J gegenüber den vom Wechselstrom durchftossenen Spulen S und S' versetzt sind, hierbei folgt der Anker der augenblicklichen Stärke des Wechselflusses entsprechend einer bestimmten Amplitude der Feldstärkenveränderung·, es wirken auf den Läufer also zwei um 90⁰ zueinander versetzte magnetische Wechselflüsse. Hierdurch ergibt sich ein zwischen einem Größt- und einem Kleinstwert schwankender Drehmomentverlauf, ohne daß wie bei den bekannten einphasig· gespeisten Motoren während jeder Halbperiode das Drehmoment auf den Nullwert sinkt. Durch die gegensinnige Schaltung der Erregerspulen wird erreicht, daß immer ein innerer und ein äußerer Polkranz zugleich auf den Läufer antreibend wirken, wodurch ein besserer Gleichlauf erzielt wird, weil die Hebellängen für die angreifenden Kräfte gleichbleiben.

Der permanente Fluß, der den Anker in Ruhe von beiden Seiten gleich stark zieht, möge eine Felddichte von 20 000 Gauß haben, er verteilt sich etwa zur Hälfte auf den äußeren und zur Hälfte auf den inneren Polkranz. Bei Stromfluß in den Spulen S und 5' wird ζ-..B. die am Minuspol liegende äußere Hälfte der inneren zugelegt und bei den am Pluspol liegenden Polkränzen die innen liegende Hälfte der äußeren zugelegt, hierdurch werden alle Pole, die z. B. in Linksdrehung wirken, geschwächt, wie die in Rechtsdrehung wirkenden verstärkt werden; der Stromfluß in den Spulen wirkt gleichzeitig auf den Anker im gleichen Sinne, so daß der Anker mit starkem Drehmoment anzieht. Bei abfallendem Strom setzt die Mittellagekraft der nächsten Mittellage ein und zieht den Anker bis dorthin, um bei Stromwendung im gleichen Drehsinn weiterzuwirken.

Die Drehzahl ist an die Wechselfrequenz gebunden und deshalb die Maschine besonders als Gleichrichter mit in an sich bekannter Weise auf der Welle angebrachtem Stromwender für Ladezwecke vorteilhaft zu verwenden, weil nur eine Maschine nötig ist, diese nur synchron laufen kann und immer sicher allein synchron anläuft. Wenn über den Stromwender Gleichstrom in die Maschine geleitet wird, arbeitet sie als Gleichstrommotor, angetrieben von außen ist diese dann ein Generator für Gleich- oder Wechselstrom. Ebenso ist die Maschine für Mehrphasenbetrieb zu bauen. Bei z. B. Drehstromanwendung läuft der Motor wie eine Sechsphasenmaschine, der Wirkungsgrad ist noch besser und die Drehrichtung eindeutig wie bei bekannten Drehstrommotoren gegeben.

Selbstverständlich kann der Permanentmagnet auch durch Elektromagnete ersetzt werden, es kann auch durch die Spulen 5 und S' Gleichstrom geleitet werden und auf dem Joch eine Wechselstromspule liegen. Die Wirkungen sind nach dem Erfindungsprinzip immer die gleichen. Es können auch kurze Stromimpulse wechselnder Richtung gegeben werden, der Läufer folgt dann schrittweise, und der Drehsinn ist von der Stromrichtung bestimmt. Für Kleinstleistungen können die Poltöpfe oder der Läufer oder beide selbst Permanentmagnete sein.

Wird in das Drehfeld eine Aluminium-, Eisen-, Kupfer- oder Stahlscheibe oder Trommel gebracht, so wird sie mitgenommen.

Ein Drehfeld wird auch erreicht, wenn der Strom der einen der* zwei innerhalb der Polkränze angeordneten Spulen eine Phasenverschiebung erhält, oder es wird auf eine Spule eine Kurzschlußspule gelegt, hierdurch läßt sich auch eine bestimmte Drehrichtung festlegen, dies ist auch durch Versetzen der Pole iao oder durch Ansätze an den Ständer- bzw. Läuferpolen möglich.

Die erforderliche Polüberdeckung kann durch Versetzen der Ständerpole, der Läuferpole oder beider erfolgen. Die Ständerpolkränze bilden Poltöpfe, die gleichzeitig zur S Lagerung der Welle dienen können. Die Poltöpfe und der unbewickelte Läufer werden vorteilhafterweise aus Dynamoblech, gestanzt und gepreßt. Für den Permanentmagneten wird zweckmäßig ein Material hoher Remanenz und Koerzitivkraft, für die Boltöpfe und den Läufer ein Material mit hoher Pienraeabilität, aber kleiner Hysfceresisschleife verwendet.

Normal sind die Poltöpfe und der Läufer

aus Weicheisen mit den eben genannten Eigenschaften großer Aufnahmefähigkeit und schnellem Freigieben magnetischer Kraftlinien. Wird die Maschine ohne Magnet eingeschaltet, dann läuft der Läufer nicht, wird nun ein Magnet dem System genähert, dann läuft der Anker schon an, wenn er noch handbreit vom System entfernt ist, das Drehmoment ist noch gering und nimmt zu bis zur festen Anlage des Magneten. Wird der Magnet wieder entfernt, so läuft der Läufer weiter. Wird der Magnet nun umgekehrt dem System genähert, so bleibt der Läufer stehen, weil diese magnetische Richtung gegen die Drehrichtung gerichtet ist? und läuft dann entgegengesetzt um. Die Drehzahl ist in allen Fällen nur synchron dem Wechselstrom, eine andere Drehzahl kann der Läufer nicht annehmen.

Im Vergleich mit bisher bekannten Maschinen mit gemischter Anwendung permanenter und !elektrischer Magnetkräfte zeigt sich, daß die permanente Magnetkraft entweder am Ständer oder am Läufer benutzt wird, niemals aber an beiden zugleich. Es wurde also "bisher ein stehendes und ein wechselndes Magnetfeld angewandt. Wenn schon die permanente Magnetenergie mit in Anspruch genommen wurde, so geschah das in allen bekannten Fällen nicht so sehr, um den Wirkungsgrad zu vierbessern, sondern um den Anlauf mit einer Phase zu ermöglichen oder den synchronen Lauf zu sichern, vielleicht war auch an Verbesserung der Wirkung gedacht; die Erfolge sind jedenfalls geringe geblieben, an Leistungen von etwa ¹Z₂ PS ist nicht gedacht.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrische Maschine, bei der der

   Läufer zwischen zwei gleichachsigen Paaren von ringförmig ausgebildeten, mit je einem Schenkel eines Magneten in Verbindung stehenden Polkränzen gleicher Polzahl angeordnet ist, deren Ständer- und Läuferpole gegeneinander so versetzt sind, daß, wenn die Pole des einen Polkranzpaares die mit ihnen zusammenarbeitenden Läuferpole höchstens einseitig· bis zur Mitte überdecken, die entsprechenden Pole des anderen Polkranzpaares die zugeordneten Läuferpole von der anderen Seite hochstens bis zur Mitte überdecken und bei der innerhalb des freien Raumes zwischen den Ständerpolkranzpaaren je eine Erregerspule gleichachsig zum Läufer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Erregerspulen gegensinnig geschaltet sind.
2. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Paare von 'Ständerpolkränzen axial nebeneinander angeordnet sind (Fig. 4 und s).
3. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch ι aind 2, dadurch gekennzeichnet» daß der Magnet ein Permanentmagnet ist.
4. 4. Elektrische Maschine nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß über das Magnetjoch eine mit Wechselstrom gespeiste zusätzliche Erregerspule gelegt ist und die zwischen den Polkranzreihen angeordneten Erregerspulen mit Gleichstrom gespeist sind.
5. 5. Elektrische Maschine nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Kurzschlußspule auf einer go der Erregerspulen oder durch erhöhte Induktivität einer der Erregerspulen oder durch Versetzen der Pole oder durch Ansätze an den Ständer- bzw. Läuferpolen eine bestimmte Drehrichtung festgelegt wird.
6. 6. Elektrische Maschine nach Anspruch ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vereinigung mehrerer Systeme zu einer Maschine mehrere Phasen aufgenommen und abgegeben werden.
7. 7. Elektrische Maschine nach Anspruch ι bis 6 als Gleichstrommotor oder Gleichstromgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle ein Stromwender für den Erregerstrom angeordnet ist.
8. 8. Elektrische Maschine nach Anspruch ι bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf der Welle angeordneter no Stromwender als Gleich- oder Wechselrichter für andere Stromverbraucher dient.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen