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Feldmagnet für Turbogeneratoren Bei. umlaufenden Feldmagneten von
Turbogeneratanen, denen Wicklung aus einer Anzahl konzentrischer Spulen, besteht,
die über radiale Nuten gleicher Weite und Teilung verteilt sind, war bisher bei
einem gegebenen Läuferdurchmesser und einer gegebenen Spulenzahl der gesamten Amperewindungszahl
je Pol dadurch eine Grenze gesetzt, daß mit Vergrößerung der Spulenwindungszahl
und damit zunehmender Nutentiefe oder Nutenweite schließlich der Zahnquerschnitt
an, seiner engsten Stelle für die notwendige mechanische Festigkeit. des Zahnes
und für den Durchgang des erforderlichen 'magnetischen Nutzflusses zu schwäch wird.
Andererseits besteht aber das Bedürfnis, die Amperewindungszahl bzw. bei bestimmter
Erregerstromstärke. die Windungszahl eines in seinem Durchmesser, seiner Spulenzahl
und der maximal zulässiger Nutenweite unabänderlich ausgelegten. Induktorkörpers
über die bisher erreichbaren Grenzen hinaus noch weiter zu erhöhen. Die diesem Zweck
dienende bekannte konische Ausbildung des Nuten- und: Spulenquerschnittes oder seine
Breitenabstufung führt zwar dazu, daß ein genügender Zahnquerschnitt an der engsten
Stelle gewahrt bleibt, aber die Spulen können dann nicht mehr fortlaufend mit einem
Flachleiter einheitlichen. Profils ,gewickelt werden, wodurch sich große wicklungstechnische
Schwierigkeiten ergeben. Ebensowenig ist es möglich, durch eine vergrößerte oder
unregelmäßige Nutenteilung eine größere Amperewin.dungszahl in den Nuten bei gegebenem
Läuferdurchmesser unterzubringen, ohne die mechanischen oder magnetischen Verhältnisse
des Läuferkörpers ungünstig- zu gestalten.
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Nach der Erfindung wird jedoch die angestrebte Wirkung erreicht, ohne
von - der für die Erleichterung der Nutenfräsung erwünschten
Gleichheit
der Teilung und Breite aller Nuten des Läuferkörpers sowie der Verwendung eines
einheitlichen Leiterprofils für alle Spulen abzugehen und ohne den für die mechanische
Festigkeit oder für den Durchgang des magnetischen Nutzflusses benötigten Querschnitt
der Zähne oder des Ballens zu unterschreiten. Erfindungsgemäß ist die Anordnung
derart getroffen, daß die Erhöhung der Amperewindungen je Pol zumindest bei einem
Teil der vorhandenen Feldspulen durch Vergrößerung der Windungszahl nur jeder zweiten
Feldspule vorgenommen und der Raum hierfür durch Vertiefung der Nuten, in denen
diese Feldspulen mit vermehrter Windungszahl liegen, gewonnen wird.
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Es sind geblätterte Ankerkerne elektrischer Maschinen bekannt, bei
denen die Zahnköpfe des Ankereisens der Länge nach durch flache Nuten geschlitzt
sind, die außerdem zur Aufnahme einzelner Leiter der Ankerwicklung verwendet werden,
die mit einzelnen Leitern der in den eigentlichen, wesentlich tieferen Wicklungsnuten
liegenden Leitergruppen der Wicklung zu Windungen zusammengeschlossen werden,, so
daß der Ankerkörper im Querschnitt ein Bild ergibt, bei dem über den ganzen Umfang
regelmäßig eine tiefe Nut mit einer wesentlich flacheren Nut im Zahnkopf abwechselt.
Die Schlitzung der Zahnköpfe durch flache Nuten hat jedoch bei dieser bekannter.
Anordnung den Zweck, die Wirbelstromverluste in den Zahnköpfen zu verringern. Bei
den normal ausgenutzten Induktorkörpern von Turbogeneratoren ist dagegen jeder Zahn
bereits so schmal, daß eine weitere Schwächung der Zähne für die Aufnahyne zusätzlicher
Windungen nicht in Betracht kommt und daher die Aufgabe, die Amperewindungen zu
vergrößern, die Bedingung zur Voraussetzung hat, daß an der Zahl, Weite und Teilung
der Nuten bei dem Induktorkörper gegebenen Durchmessers nichts geändert wird.
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Die Abbildung zeigt im Querschnitt beispielsweise einen zweipoligen
Induktor mit den Polen P1 und P2 und 16 Nuten bzw. 8 Spulen je Pol, der entsprechend
der Erfindung die gegenüber einem Induktor bisheriger Ausführung gleicher Dimension
und Erregerstromstärke gewünschte erhöhte Windungszahl je Pol aufweist. Der Polbereich
am Umfang ist mit u, der Nutenbereich an jeder Seite des Poles mit b bezeichnet.
Sämtliche Nuten haben gleiche Teilung sowie gleiche Weite und. sind radial gerichtet.
Von der Spule in der Nut 2 ab wechselt am Umfang erfindungsgemäß fortlaufend bis
zur neutralen Zone X-Y eine Spule von normaler Windungszahl w1 mit einer Spule vom
größerer Windungszahl w2, und der Raum für die hierdurch erzielte Vergrößerung der.
gesamten Windungszahl je Pol ist dadurch gewonnen, daß ausschließlich die Nuten
3, 5 und 7, in denen die Spulen w2 liegen, eine größere Tiefe k2 erhalten als die
übrigen Nuten r; z, q., 6 und 8 mit der normalen Tiefe 1z1. Aus der Zeichnung erkennt
man, daß durch den Wechsel von Spulen verschiedener Höhe und Windungszahl bzw. von
Nuten verschiedener Tiefe der Querschnitt der Zähne an der engsten Stelle bei d
nicht durch die tiefere Nut geschmälert -wird, viel-
mehr für den Durchgang
des Zahnnutzflusses als auch für die erforderliche mechanische Festigkeit voll erhalten
geblieben ist und die letztere sogar noch erhöht wurde. Die Tiefe h1 der Nuten r,
a, q., 6 und 8 ist gleich, ebenso die Tiefe lt. für die Nutengruppen 3, 5, 7, obgleich
für die Nuten der letztgenannten Gruppe ohne Nachteil auch die Nutentiefe bzw. die
Höhe der darin lagernden. Spulen gewünschtenfalls verschieden gewählt werden
könnte.
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Damit an der neutralen Zone .nicht zwei tiefere Nuten unimittelbar
aufeinanderfolgen, wodurch eine Zahnschwächung eintreten würde, die gerade vermieden
werden soll, und um ferner in der neutralen Zone einen ausreichenden Ballenquerschnitt
einerseits für die dort herrschende höchste magnetische Belastung des Ballens und
andererseits für eine genügende Steifigkeit mit Rücksicht auf die kritische Drehzahllage
dies Induktors zu erhalten, und schließlich, um an. den Wickelköpfen der Kühlluft
einen freien stirnseitigen Zutritt zu gewähren, wird die an die neutrale Zone unmittelbar
angrenzende erste Feldspule Pol mit der normalen geringeren Windungszahl ausgeführt,
also in Nuten mit der kleineren Tiefe hl gelagert, so daß dort zwei je zu einem
Pol ;gehörende Spulen geringerer Windungszahl und Höhe aufeinanderfolgen und der
Wechsel mit der Spule größerer Windungszahl und Höhe erst bei der Nut 7 beginnt.
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Da es häufig nicht ratsam ist, auch den wirksamen Querschnitt der
Pole P, und P2, die eine hohe Sättigung besitzen, durch tiefere Bemessung der- an
beide Polflanken angrenzenden Nuten r zu schwächen, ist es vorteilhaft, die jeder
Polflanke zunächst liegende Feldspule mit der geringeren Windungszahl w, auszuführen,
also irr nicht vertiefte Nuten r 7.u lagern, gleichgültig, ob es sich um eine gerade
oder ungerade Spulenzahl je Pol handelt. Bei gerader Spulenzahl je P.ol ergäbe sich
dann, da, wie bereits erwähnt wurde, an der neutralen Zone zwei Spulen geringerer
VPindunrgszahl nebenein:z;nderliegen sollen, daß zwei .auf jede Polflanke unmittelbar
folgende Spulen die kleinere Winditngszahl und die zugehörigen Nuten r und a die
kleinere Tiefe hl
aufweisen. Dies ist auch mit Rücksicht auf den
ersten Zahn x, der .sich am die Polbereiche anschließt, günstig, weil dieser von
allen Zähnen am höchste. gesättigt ist und durch eine höhere. Windungszahl in der
angrenzenden Nut 2 nicht noch höher magnetisch beansprucht werden darf. Aus diesem
Grunde wird man selbst bei Induktoren mit ungerader Spulenzahl je Pol auch noch
der auf jede Polflanke folgenden. zweiten Spule die kleinere Windungszahl und daher
der zugehörigen Nut 2 die ;geringere Tiefe hl geben.
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Die Aufeinanderfolge von zwei Nuten abwelchender Tiefe bringt es mit
sich, daß der dazwischenliegende Zahn durch die Differenz des Flankendruckes der
beiden. benachbarten Nutenverschlußkeile infolge einseitiger Belastung durch die
Spulen verschiedenen Gewichtes auf Biegung beansprucht werden würde. Dieses Biegungsmoment
läßt sich beseitigen oder zumindest in erträglichen Grenzen. halten, wenn es ganz
oder teilweise dadurch kompensiert wird, daß male die Nutenverschlußkeile k2 der
tieferen Nuten. aus einem Material ausführt, das ein geringeres spezifisches Gewicht
besitzt als das Material der Keile k1 für die Nuten geringerer Tiefe. Man könnte
also beispielsweise die Keile k, aus Bronze, die Keile k2 aber aus Aluminium oder
einer Aluminiumlegierung herstellen.