DE730531C

DE730531C - Multipole electrical machine

Info

Publication number: DE730531C
Application number: DEA89141D
Authority: DE
Inventors: Karl Herglotz
Original assignee: Askania Werke AG
Current assignee: Askania Werke AG
Priority date: 1939-03-11
Filing date: 1939-03-11
Publication date: 1943-01-28

Description

Vielpolige elektrische Maschine Vielpolige elektrische Maschinen, bei denen eine Relativbewegung zwischen einem magnetischen Erregerfeld mit ausgeprägten Polen und einem bewickelten Anker stattfindet, dessen sämtliche Wicklungsteile vom Ankerstrom durchflo.s,sen ,sind, hat man bisher meist in der bei elektrischen Maschinen auch sonst üblichen Weisse gebaut, indem alle Pole mit der durch die Zahl,der Pole gegebenen Polteilung bzw. alle Nuten entsprechend der Nubenteilung radial am Umfang des Rotors bzw: Stators verteilt sowie durch die gleichen senkrecht zur Maschinenachse verlaufenden Ebenen seitlich begrenzt waren. Langsam laufende Maschinen mit hoher Polzahl ließen sich daher nur mit entsprechend großem Außendurchmesser ausführen.Multi-pole electrical machine Multi-pole electrical machines, in which a relative movement between a magnetic excitation field with pronounced Poland and a wound armature takes place, all winding parts of which from Up to now, armature current has mostly flowed through it in electrical machines also otherwise customary whites built by putting all poles with those denoted by the number, the poles given pole pitch or all slots according to the slot pitch radially on the circumference of the rotor or stator distributed as well as through the same perpendicular to the machine axis running levels were laterally limited. Slow running machines with high The number of poles can therefore only be implemented with a correspondingly large outer diameter.

Es sind Maschinen der sog. Gleichpoltype bekannt, bei denen eine drehbare Erregerfeldspule zwei in Richtung der Maschinenachse hintereinanderliegende ungleichnamige Pole erzeugt, deren jeder m eine Anzahl von Einzelpolen unterteilt ist, wobei ein Statorjo.ch.aus Weicheisen eine der Zahl der Einzelpole entsprechende Zahl von Weicheisenzähnen besitzt, die je zur Hälfte den Polen der Erregerfeldspule zugeordnet sind. Bei diesen Maschinen schließt sich also der Erregerkraftfluß der Feldspule über den in Richtung der Maschinenachse verlaufenden Teil des Statorjochs. Sobald die Erregerfeldspule erregt wird, hat diese das Bestreben, sich so zum Statorjoch ,einzustellen, daß der magnetische Leitwert des Kraftlinienweges zwischen Rotor und Stator am größten wird. Damit nun nach Erreichen dieser Stellung eine. weitere Drehung des Rotors ermöglicht wiTd,@ ist die Maschine mit zwei oder mehr Erregerspulen ausgerüstet, wobei die Einzelpole sämtlicher Erregerfeldspulen gegeneinander räumlich versetzt angeordnet- sind. Hat also die eine Erregerfeldspule sich in Richtung des größten magnetischen Leitwertes reingestellt, so stehen die zusätzlichen Feldspulen so zum, Stator, daß der größte magnetische Leitwert des ihnen zuggeordneten Kraftlinienweges noch nicht erreicht ist. Durch nacheinanderfolgendes wechselweises Magnetisieren der Erregerfel.dspulen wird nun eine fortlaufende Drehung des Rotors, erreicht. Die Anordnung der Einzelpole jeder ErregeHeldspule auf in Richtung der Maschinenachsehintereinanderliegenden Polkränzen ist für die Maschinen der Gleichpoltype zwangsläufig bedingt durch ihre spezielle Wirkungsweise.There are machines of the so-called. Homopolar type known in which a rotatable Excitation field coil two unlike one behind the other in the direction of the machine axis Poles are generated, each of which m is divided into a number of individual poles, one being Statorjo.ch. Made of soft iron a number of soft iron teeth corresponding to the number of individual poles possesses, half of which are assigned to the poles of the excitation field coil. With these Machines thus closes the excitation force flow of the field coil over the in the direction the machine axis running part of the stator yoke. As soon as the excitation field coil is excited, this endeavors to adjust to the stator yoke in such a way that the magnetic conductance of the force line path between rotor and stator is greatest will. So now after reaching this position a. further rotation of the rotor enables wiTd, @ if the machine is equipped with two or more excitation coils, whereby the individual poles of all excitation field coils are spatially offset from one another are arranged. So does one field coil move in the direction of the largest magnetic conductance is set, the additional field coils are Stator that the greatest magnetic conductance of the force line path assigned to them has not yet been reached. By successive alternating magnetization the exciter field coil a continuous rotation of the rotor is now achieved. The arrangement of the individual poles of each excitation coil on one behind the other in the direction of the machine axis For machines of the homopolar type, pole wreaths are inevitably due to their special mode of action.

Es ist weiter eine Maschine bekannt mit zweipoligem Erregerfeld und einem Anker, der zwei in Achsrichtung hintereinanderliegende, gegeneinander versetzte Polkränze besitzt, von denen immer nur ein Teil der bewickelten Pole derart an Spannung gelegt wird, daß die gerade an Spannung gelegten und sich dem Erregerfeld nähernden bewickelten Ankerpole so magnetisiert werden, daß dem Norderregerpol sich immer ein Ankersüdpol nähert, währenddem Süderregerpol sich ein Ankernordpol nähert, unabhängig davon, auf welchem Polkranz die sich nähernden Pole liegen, wobei nach jeder Halbdrehung des Ankers eine Umpolung der Ankerwicklungsteile stattfindet.There is also a known machine with a two-pole excitation field and an anchor, which has two axially arranged one behind the other, against each other has staggered polar wreaths, of which only a part of the wound poles in this way is put on tension that the just put on tension and the exciter field approaching wound armature poles are magnetized so that the Norderregerpol an anchor south pole always approaches, while the south exciter pole approaches an anchor north pole, regardless of the pole ring on which the approaching poles lie, with after every half turn of the armature a polarity reversal of the armature winding parts takes place.

Es ist weiterhin bei Maschinen der eingangs erwähnten, zu verbessernden Bauart bekannt, benachbarte runde Polkerne gegeneinander und gegen ihre zugehörigen Polschuhe in Richtung der Maschinenachse zu versetzen, um auf diese Weise Wickelraum zwischen den Polkernen zu gewinnen und dadurch dein Durchmesser der Maschine zu verkleinern.It is still to be improved in machines of the type mentioned at the beginning Design known, adjacent round pole cores against each other and against their associated To offset pole shoes in the direction of the machine axis in order to create winding space between the pole cores and thereby your diameter of the machine zoom out.

Eine darüber leinausgehende beträchtliche Durchmesserverr eng erung läßt sich erfindungsgemäß dadurch erzielen, d:aß ,die in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Pole oder Nuten auf zwei oder mehrere um die gesamte axiale Pol- bzw. Nutenlänge in Richtung der Maschinenachse hintereinanderliegende Pol-bzw. Nutenkränze verteilt sind und-alle Pole bzw. Nuten radial zur Maschinenachse unter Wahrung der winkelmäßig gemessenen Pol-bzw. Nutteilung verschoben sind, derart, daß die bewickelten oder unbewickelten Pole bzw. Nuten jedes Pol- bzw. Nutkranzes an ihrem Fuß aneinander angrenzen, wobei jeder Pol-Z:> Nutkranz mit einer der gesamten Polzahl entsprechend ausgebildeten Wicklung magnetisch gekoppelt ist. Man kann auf diese Weise bei einer n-poligen Maschine den Durchmesser einer poligen Maschinc erhalten. Die Erfindung läßt sich in gleicher Weise bei runden und rechteckigen Polen anwenden.A considerable reduction in diameter going beyond this can be achieved according to the invention by dividing the poles or grooves which follow one another in the circumferential direction on two or more pole or grooves lying one behind the other around the entire axial pole or groove length in the direction of the machine axis. Grooves are distributed and all poles or grooves are radially to the machine axis while maintaining the angularly measured pole or. Slot pitch are shifted in such a way that the wound or unwound poles or slots of each pole or slot wreath adjoin one another at their foot, each pole-Z:> slot wreath being magnetically coupled to a winding designed corresponding to the total number of poles. In this way, with an n-pole machine, you can measure the diameter of a Poligen Maschinc received. The invention can be applied in the same way to round and rectangular poles.

In den Abb. i bis 6 sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar beziehen sich die Abb. i bis auf das erste und die Abb. 5 und 6 auf das zweite Ausführungsbeispiel.In Figs. I to 6 are two exemplary embodiments of the subject matter of the invention Fig. i refer to the first and Fig. 5 and FIG. 6 to the second embodiment.

Abb. i ist ein Querschnitt und Abb. 2 :ein Längsschnitt einer erfindungsgemäß aufgebauten i2poligen Maschine. 2o ist der Stator mit den zwölf ausgeprägten, in ihrer Polarität abwechselnden Erregerpolen a, b, c ... k, L, von denen jeder mit einer Erregerwicklung versehen ist. Die Polteilung im Stator beträgt Die Wicklung des Rotors 21 ist ebenfalls als ausgeprägte Polwicklung ausgebildet. Die Pole des Rotors liegen aber nicht auf einem einzigen Polkranz, sondern auf zwei in Richtung der Rotor %velle 23 hintereinander angeordneten Polkränzen, von denen jeder sechs Pole 1, 3, 5, ;, 9, 11 bzw. 2, 4, 6, 8, io, 12 trägt. Es muß dabei, in der Umfangsrichtung des Rotors gesehen, ebenfalls wie im Stator immer ein Nordpol mit einem Südpol abwechseln. Dementsprechend sind, wenn die geradzahligen Pole 2, .l, 6 usw. als Nordpole angenommen sind, die ungeradzahligen Pole Südpole bzw. umgekehrt. Die Polteilung zwischen einem Pol des einen Polkranzes und einem in der Umfangsrichtung des Rotors folgenden nächsten Pol beträgt ivie im Stator 3o°. Bei der dargestellten Anordnung, bei der .alle Nordpole und alle Südpole auf je einem Polkranz angeordnet sind, wirkt der Rotor wie ein zweipoliger -N7agnet.Fig. I is a cross section and Fig. 2: a longitudinal section of an i2-pole machine constructed according to the invention. 2o is the stator with the twelve distinct, polarity alternating exciter poles a, b, c ... k, L, each of which is provided with an exciter winding. The pole pitch in the stator is The winding of the rotor 21 is also designed as a pronounced pole winding. The poles of the rotor are not on a single pole ring, but on two pole rings arranged one behind the other in the direction of the rotor shaft 23, each of which has six poles 1, 3, 5,;, 9, 11 or 2, 4, 6, 8, io, 12 carries. Seen in the circumferential direction of the rotor, a north pole must always alternate with a south pole, as in the stator. Accordingly, if the even-numbered poles 2, 1, 6, etc. are assumed to be north poles, the odd-numbered poles are south poles or vice versa. The pole pitch between one pole of the one pole ring and the next pole following in the circumferential direction of the rotor is 3o ° in the stator. In the arrangement shown, in which all north poles and all south poles are each arranged on a pole ring, the rotor acts like a two-pole N7 magnet.

Die Herstellung des erfindungsgemäß aufgebauten Rotors kann man sich so vorstellen, daß, ausgehend von der üblichen Anordnung der Pole 1, 2, 3 usw. auf einem einzigen Polkranz, wie in Abb. ;l, oben, dargestellt, die Pole unter Beibehaltung der winkelmäßig gemessenen Polteilung (p =Polzahl ) radial auf die Achse des Polkranzes hin verschoben werden (vgl. Abb..l, unten), wobei jeder zweite Pol, z. B. die Pole 2, q., 6, gleichzeitig in axialer Richtung um eine ganze Pollänge verschoben wird, wie in Abb.2 dargestellt. Die Pole können so weit radial verschoben werden, bis die seitlichen unteren Kanten der Wicklungen je zweier benachbarter Pole desselben Polkranzes nahezu aneinanderstaßen. Man sieht, daß die bewickelten Pole der axial hintereinanderliegenden Polkränze, in axialer Richtung gesehen, einander überschneiden. Aus Abb. ,4, unten, ergibt sich, daß bei der Benutzung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bauart sich der Durchmesser des Rotorpolkra.nzes beträchtlich verringern läßt gegenüber der üblichen Anordnung aller bewickelten Pole auf einem einzigen Polkranz.The manufacture of the rotor constructed according to the invention can be imagined in such a way that, starting from the usual arrangement of the poles 1, 2, 3 etc. on a single pole ring, as shown in Fig. 1, above, the poles while maintaining the angular measured pole pitch (p = number of poles) are shifted radially on the axis of the pole ring (see Fig..l, below), with every second pole, z. B. the poles 2, q., 6, is shifted at the same time in the axial direction by a whole pole length, as shown in Fig.2. The poles can be shifted radially until the lateral lower edges of the windings of two adjacent poles of the same pole ring almost touched one another. It can be seen that the wound poles of the axially one behind the other pole rings, seen in the axial direction, overlap one another. From Fig. 4, bottom, it can be seen that when using the design proposed according to the invention, the diameter of the rotor pole ring can be reduced considerably compared to the usual arrangement of all wound poles on a single pole ring.

Die Statorpole erstrecken sich gemäß Abb. 2 über die ganze magnetisch wirksame Länge der Rotorpole.The stator poles extend magnetically over the whole as shown in Fig. 2 effective length of the rotor poles.

Abb.3 zeigt eine andere Ausführungsform, wobei jeder der hintereinand@erliegenden Polkränze mit einer gesonderten Statorwicklung 2o' bzw. 20" magnetisch gekoppelt ist. Dic Wicklungen der einzelnen Pole beider Polkränze sind in üblicher Weise z. B. hintereinanderges.cUaltet. Zwischen je zwei hintereinandergesebalteten Polwicklungen der beiden Polkränze sind Anzapfungen vorgesehen und die Anzapfungen zu den Segmenten eines Kollektors 24 hingeführt, auf dem Bürstenpaare 25 schleifen.Fig.3 shows another embodiment, with each of the one behind the other @ Pole rings magnetically coupled to a separate stator winding 2o 'or 20 " is. Dic windings of the individual poles of both pole rings are in the usual way, for. B. one behind the other. Between two pole windings that are split one behind the other The two polar rings are provided with taps and the taps for the segments a collector 24, on which brush pairs 25 grind.

Wie ohne weiteres ersichtlich, ergibt sich bei der dargestellten Bauart ein geringerer Durchmesser, als wenn alle Polwicklungen des Rotors auf einem einiigen Polkranz untergebracht wären.As can be seen without further ado, this results in the design shown a smaller diameter than if all the pole windings of the Rotor would be housed on a single pole wreath.

Die Abb. 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein geringerer Durchmesser der Maschine dadurch erreicht wird, daß nicht wie in den Abb. i und 2 die bewickelten Pole, sondern die bewickelten Nuten unter Wahrung der Nutteilung auf zwei oder mehrere in axialer Richtung hintereinanderlieg ,ende Nutkränze verteilt sind. Die Abb. 5 zeigt in ihrem oberen Teil einen Ausschnitt aus einem normal bewickelten Nutkranz mit den Zähnen 30, 31, 32 und der zwischen je zwei Zähnen liegenden Wicklung 34 34@-Man kann sich dabei wieder in entsprechender Weise, wie es bei dem vorerwähnten Ausführungsbeispiel für die Pole erläutert war, vorstellen, daß die Zähne 30, 34 32, 33 aus der üblichen Anordnung auf einem einzigen Nutkranz, wie in Abb. 5, obein, dargestellt, unter Wahrung der winkelmäßig gemessenen Nutteilung (z = Zahl der Zähne bzw. Nuten') radial auf die Achse .des Nutkranz:es hin verschoben werden (vgl. Abb. 5), wobei jeder zweite Zahn, z. B. 3 i, 33, gleichzeitig in axialer Richtung um eine ganze Zahnlänge verschoben wird. Dadurch werden zwei Nutkränze gebildet, von denen in Abb. 6 :ein Ausschnitt in Draufsicht dargestellt ist. Die bewickelten Nuten der einzelnen Kränze überschneiden dabei einander, in axialer Richtung gesehen. Die Zähne können so weit radial verschoben werden, daß zwischen zwei Zähnen gerade noch genügender Raum zur Unterbringung der Nutwi.cklumg vorhanden ist. Gemäß Abb. 6 wird die Wicklung gekröpft beim Übergang von dem ,einen Nutkranz auf den anderen. Der mit dem Nutkranz magnetisch gekoppelte Wicklungsteil des Stators könnte beispielsweise ein in Abb. i und 2 dargestellter, mit ausgeprägten Poleri versehener Polkranz sein.Figs. 5 and 6 show an embodiment in which a smaller diameter of the machine is achieved by not using the wound poles as in Figs one behind the other, end groove rings are distributed. Fig. 5 shows in its upper part a section of a normally wound groove ring with the teeth 30, 31, 32 and the winding 34 34 @ between each two teeth - you can again in the same way as in the aforementioned Embodiment for the pole was explained, imagine that the teeth 30, 34, 32, 33 from the usual arrangement on a single groove ring, as shown in Fig. 5, obein, while maintaining the angularly measured groove pitch (z = number of teeth or . Grooves') radially the axis .des groove ring: it can be shifted towards (see. Fig. 5), with every second tooth, z. B. 3 i, 33, is simultaneously shifted in the axial direction by a whole tooth length. As a result, two groove rings are formed, of which in Fig. 6: a section is shown in plan view. The wound grooves of the individual rings overlap one another, seen in the axial direction. The teeth can be moved radially so far that there is just enough space between two teeth to accommodate the Nutwi.cklumg. According to Fig. 6, the winding is cranked at the transition from one groove ring to the other. The winding part of the stator magnetically coupled to the slot ring could, for example, be a pole ring provided with pronounced poling, as shown in FIGS. 1 and 2.

Erfindungsgemäß ausgebildete Maschinen jeder Leistung lassen sich überall dort mit Vorteil verwenden, wo es auf die Unterbringua-ig .einer Maschine auf engsten Raum ankommt. Ein besonderen Anwendungsgebiet der Erfindung ergibt sich als Empfängermotor für elektrische Winkelfernübertragungssysteme.Machines designed according to the invention of any performance can be Use with advantage wherever there is a need to accommodate a machine in the tightest of spaces. A special field of application of the invention results as a receiver motor for electrical angular remote transmission systems.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind verschiedener Abänderungen fähig. So könnten natürlich die innenliegenden Pol- bzw. Mutkränze samt Kollektor als Stator und der äußere Polkranz als Rotor ausgebildet sein, wobei dann die Schleifbürsten mit dem außenliegenden Rotor drehbar sein müßten. Weiterhin könnten auch mehr als zwei axiale hinterenandexliegende Polkränze benutzt werden. Bei drei Kränzen hätte zwe:ckmäßigerweise jeder Kranz 1/3 der gesamten Pol- bzw. Nutzahl aufzunehmen. Eine solche Maschine könnte in gleicher Weise mit Gleich- und Wechselstrom betrieben werden. Bei bestimmten Maschinentypen könnte auch an Stelle der innenliegenden Wicklung die äußere von axial hintereinanderliegenden Pol- bzw. Nutkränzen getragen werden.The illustrated embodiments are various modifications able to. So, of course, the inner pole or rim wreaths including the collector could be used be designed as a stator and the outer pole ring as a rotor, in which case the grinding brushes would have to be rotatable with the outer rotor. Furthermore, more than two axially posterior andexposed pole rings can be used. With three wreaths would have for the purpose of taking each ring 1/3 of the total number of poles or slots. One Such a machine could be operated in the same way with direct and alternating current will. With certain machine types, the internal winding could also be used the outer ones are supported by axially one behind the other pole or slot rings.

Die Erfindung läßt sich in gleicher Weise auch für permanente Magnetpole ausbilden.The invention can be used in the same way for permanent magnetic poles form.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Multi-pole electrical machine in which one Relative movement between a magnetic excitation field with pronounced poles and a wound armature takes place, all winding parts of which from the armature current are traversed and in the circumferential direction successive poles against each other are shifted in the direction of the machine axis and, seen in the axial direction, overlap one another, characterized in that the successive ones in the circumferential direction Poles or slots on two or more of the entire axial pole or slot length In the direction of the machine axis, one behind the other pole or slot rings distributed and all poles or slots are radial to the machine axis while maintaining the angular measured pole or slot pitch are shifted in such a way that the wound or unwound poles or slots of each pole or slot ring. at their feet together adjoin, with each pole or slot ring. with one corresponding to the total number of poles formed winding is magnetically coupled.

2. Electrical machine according to claim i, characterized in that the one behind the other in the axial direction Pole or slot rings within the magnetically coupled with the pole or slot rings Winding are arranged.

3. Electrical machine according to claim i or 2, characterized characterized in that the winding magnetically coupled to the pole or slot rings extends over the entire axial length of the poles or slots. . Electric Machine according to claims i to 3, characterized by two pole or groove rims with each half pole or Number of uses.