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Stator für eine elektrische Maschine mit einer Leistung bis zu einigen
hundert Watt Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stator für elektrische
Maschinen mit einer Leistung bis zu einigen hundert Watt, insbesondere für einen
Generator, mit einem magnetischen Kreis, der wenigstens aus zwei in derAchsenrichtungdesRotors
herausnehmbaren, am Umfang geschlossenen ringförmigen Jochen besteht, auf denen
am Innenumfang je die Hälfte der Gesamtzahl der in der Achsenrichtung vorspringenden
Polkerne derart angebracht ist, daß im zusammengesetzten Zustand des Stators am
Innenumfang Pole wechselnder Polarität gebildet werden können. Längs dieser Pole
ist der Rotor drehbar.
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Es sind Fahrraddynamos, die mit einem solchen magnetischen Kreistyp
versehen sind, bekannt. Die Statorjoche mit zugehörigen Ankerpolen bestehen dabei
je aus einem ringförmigen Kanal mit rinnenförmigem Querschnitt. Im zusammengesetzten
Zustand bilden diese Teile gemeinsam einen ringförmigen Käfig, wobei im Kanal eine
einzige ringförmige Spule liegt. Ein Kreis dieser Art bietet den Vorteil, daß der
Stator grundsätzlich nur aus drei vorher fertiggestellten Teilen besteht, d. h.
aus den beiden Statorjochen mit Polen und einer einzigen Spule, und auf einfache
Weise montiert und auseinandergenommen werden kann. Das Montieren erfolgt derart,
daß die Statorjoche in axialer Richtung nacheinander über die Spule geschoben werden,
bis die Joche sich aneinander anschließen und mechanisch und magnetisch ein Ganzes
bilden.
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Die Erfindung betrifft einen Stator dieser Art, der neben dem obenerwähnten
Vorteil noch Eigenschaften besitzt, welche die Anwendung für größere Leistungen
als
die von Fahrraddynamos, z. B. bis einige hundert Watt, ermöglichen.
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Beim erfindungsgemäß ausgebildeten Stator sind die Statorjoche mit
den zugehörigen Polkernen dazu je aus einer Anzahl mit ihren Flächen senkrecht zur
Rotorwelle liegenden Blechstreifen aufgebaut; die sich in der Achserrichtung erstreckenden
Polkerne bestehen gleichfalls aus in dieser Richtung aufeinandergestapelten Blechstreifen.
Letztere können als Paket mittels einer Anzahl kleiner Bolzen auf dem anderen Teil
der Polkerne befestigt werden. Selbstverständlich können die Polkerne noch mit Polschuhen
versehen sein. Weiter besteht die Wicklung aus einer einzigen, als Formspule ausgebildeten
Wellenwicklung, die derart gebogen und angeordnet ist, daß die Längsseiten dieser
Wicklung sich in der Achserrichtung des Rotors erstrecken, wobei jeder Statorpolkern-in
der Windungsfläche dieser Wicklung liegt und an drei Seiten von Wicklungsteilen
umfaßt wird.
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Da das Lamellieren eines magnetischen Kreises an sich bekannt ist,
muß das Charakteristische der vorliegenden Erfindung in der Anwendung dieses bekannten
Mittels für einen spezifischen Zweck gesehen werden, nämlich um einen magnetischen
Kreistyp, der grundsätzlich aus nur drei Teilen aufgebaut werden ,kann, der aber
in den bestehenden Ausführungsformen nicht oder höchstens nur durch Anwendung von
technisch verhältnismäßig verwickelten Maßnahmen für höhere Leistungen als die z.
B. eines Fahrraddvnamos verwendbar ist, in verhältnismäßig einfacher Weise auch
für diese höheren Leistungen geeignet zu machen. Zu diesem Zweck braucht beim Statorkreis
nach der Erfindung nur eine größere Zahl flacher Blechstreifen von gleicher Form
aufeinandergestapelt zu werden.
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Ein anderes wichtiges Kennzeichen ist die Anwendung einer Wellenwicklung
als Formspule. Was hier unter Wellenwicklung verstanden wird, ist am deutlichsten
ersichtlich an Hand einer Wicklung, deren mit den Polen des Rotors zusammenwirkende
Leiter längs der Erzeugenden einer Kreiszylinderoberfläche gelegen sind und bei
der jedes Ende jedes Leiters mit dem nächstliegenden Ende des in der nebenliegenden
Pollücke angeordneten Leiters verbunden ist. Der Raum zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Leitern dient dann zur Aufnahme eines Statorpolkerns.
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Da bei Anwendung einer Wellenwicklung der Statorkreis senkrecht zur
Rotorwelle magnetisch ein Ganzes bilden muß, können, um dies zu erreichen, die vorspringenden
Polkernenden jedes Joches in magnetischem Kontakt mit dem anderen Joch stehen. Ein
sich daraus ergebender kennzeichnender Vorteil neben dem bereits erwähnten, der
dem Typ im allgemeinen eigentümlich ist, besteht darin, daß der Kraftlinienweg zwischen
Rotör und Stator für diesen Typ so klein wie möglich ist, da er sich ausschließlich
in Ebenen senkrecht zur Rotorwelle und daher praktisch nicht auch in Richtung der
Rotorwelle durch die Jochteile und die Polkerne erstreckt. Die Ebenen, in denen
die Kraftlinien laufen, fallen daher, wie es für andere Typen von Statoren an sich
bereits bekannt ist, mit den Flächen der Lamellen zusammen, d. h. die Kraftlinier
nehmen den günstigsten Weg durch das Blechstreifenpaket, wobei es nicht vorkommt,
daß sie senkrecht zur Fläche der Lamellen aus dem Paket austreten.
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Infolge des kleineren Kraftlinienweges ist die Streuung und damit
die für die gleiche Leistung erforderliche magnetische Materialmenge außerdem geringer
als bei Anwendung einer ringförmigen Spule.
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Wenn das Vorhandensein eines etwas längeren Kraftlinienweges und das
daraus resultierende Wegfallen einiger Vorteile praktisch keine Nachteile mit sich
bringt, ist es nicht erforderlich, daß die vorspringenden Enden der Polkerne jedes
Statorbleches in magnetischem Kontakt mit dem anderen Joch stehen. Es ist daher
auch möglich, die Polkernenden frei in den Innenraum des Stators vorspringen zu
lassen und den magnetischen Kontakt über die Verbindungsstelle zwischen den beiden
Statorjochen zu bewirken.
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Bei Anwendung einer Wellenwicklung werden die Kopfenden der Wicklung
in der Achserrichtung außerhalb der Joche zu liegen kommen, wenn die Polkerne in
der Achserrichtung ebenso lang wie die Gesamthöhe des Stators im zusammengesetzten
Zustand sind. Falls dies schwer durchführbar sein sollte, kann die Polkernlänge
etwas kleiner oder können die Joche je etwas breiter gewählt werden, so daß der
freigewordene Raum zum Unterbringen der Kopfenden der Wicklung verwendet werden
kann. Es ist aber auch möglich, die erstgenannte Polkernlänge einzuhalten und ,
sogar größer zu machen und zwischen den Statorjochen einen flachen Ring aus magnetischem
oder nichtmagnetischem Werkstoff von solcher Dicke anzubringen, daß die Kopfenden
der Wicklung in dem durch das Zurückschieben der Polkernenden verfügbar gewordenen
Raum angebracht werden können. In den beiden letzten Fällen ragen daher keine Teile
der Wicklung aus dem Stator hervor und es ergibt sich gleichsam eine glatte Dose,
an deren Ober- und Unterfläche die Kopfenden der Wicklung sichtbar sind.
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Der Außenumfang des Stators kann verschiedene Formen haben, z. B.
er kann rund, viereckig, rechtwinklig oder vieleckig sein.
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Die Erfindung wird an Hand der einige Ausführungsbeispiele darstellenden
Zeichnung erläutert.
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In der Fig. i ist ein Stator, der eine Wellenwicklung besitzt, in
einem halben Querschnitt schaubildlich dargestellt.
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Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen schematisch verschiedene Möglichkeiten
für die Abmessungen der Spulen, der Polkerne und der Statorhöhe im Zusammenhang'miteinander.
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In der Ausführungsform nach Fig. i ist eine einzige, als Formspule
ausgebildete Wellenwicklung 9 dargestellt, die derart gekrümmt ist, daß die Längsseiten
io dieser Wicklung sich in der Achserrichtung des mit dem Stator zusammenwirkenden
Rotors erstrecken. Jeder Statorpolkern ii bzw. 12 greift in den Raum zwischen zwei
Längsseiten io ein und die axial vorspringenden Polenden jedes Joches, wie es in
der Figur bei 13 angedeutet ist, stehen in magnetischem Kontakt mit dem anderen
Joch. Die Polkerne sind mit Polschuhen 14 versehen. Dadurch, daß die beiden Statorhälften
15 und 16 in axialer Richtung auseinandergeschoben werden, wird die Spule ohne weiteres
gelöst:
Wie aus der Figur ersichtlich ist, wird durch diese Bauart
außerdem die Möglichkeit geschaffen; einen verhältnismäßig großen Rotordurchmesser
anzuwenden, da die Pole mir wenig aus der Spule emporzuragen brauchen.
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In Fig. 2 ist getrennt noch ein Teil der Ansicht der Innenseite des
Stators dargestellt, bei der die Befestigung der Polkerne schematisch durch die
gezeichneten Kreise angegeben ist.
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In Fig. 3 ist dargestellt, auf welche «'eise die vorspringenden Spulenköpfe
17 aus Fig.2 gegen Beschädigung geschützt werden können. Es ist dies dadurch erreichbar,
daß die Länge der Polkerne 18, i9 in Richtung der Rotorwelle verkleinert wird, so
daß die Spulenköpfe in den dadurch frei gewordenen Räuinen untergebracht werden
können. Falls die Induktion in den Polkernen durch diese Maßnahme nachteilig beeinflußt
würde, ist es auch möglich, die erwähnte Polkernlänge unverändert zu lassen und
die Breite 2o der Statorjoche 21 und 22 im gewünschten 'Maße zu vergrößern.
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:roch einfacher ist es aber, eine Vergrößerung der gesamten Jochbreite
durch Anwendung eines besonderen Ringes 23 zu erzielen, der nicht mit Polen versehen
ist. In Fig. 4 ist dieser Ring zwischen den beiden Jochen angebracht. Die Länge
der Polkerne kann dabei gleich der nach Fig. 2 gewählt sein; diese Länge ist durch
eine gestrichelte Linie angedeutet.
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Da es nur erforderlich ist, daß der Stator in Ebenen senkrecht zur
Rotorwelle in magnetischer Hinsicht ein Ganzes bildet, kann der Ring 23 aus magnetischem
oder aus nichtmagnetischem Werkstoff bestehen.