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Unipolarmaschine Bei Unipolarmaschinen für große Ströme macht nicht
nur die Aufhebung der Rückwirkung des Stromes auf das Maschinenfeld Schwierigkeiten,
sondern die Abnahme derart großer Ströme überhaupt, weil die bisherigen Ausführungen
von Unipolarmaschinen entsprechend große Schleifflächen nicht unterzubringen gestatten.
Es ist bereits bei Unipolarmaschinen bekannt, die Ankerrückwirkung dadurch aufzuheben,
daß man zwei oder mehrere hintereinandergeschaltete Scheibenanker zwischen den Polen
eines festen Magnetgestells in entgegengesetzter Richtung umlaufen läßt. Diese Ausführung
läßt jedoch die Anordnung größerer Stromabnahmeflächen und -bürsten praktisch nicht
zu und bietet auch sonst konstruktiv verwickelte Verhältnisse.
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Die Erfindung ermöglicht eine praktisch vollständige Aufhebung der
Ankerrückwirkung in der Maschine, macht aber zugleich auch die Anordnung der notwendigen
großen Schleifflächen für die Stromabnahme ohne weiteres möglich. Gegenüber den
bisher bekannten Ausführungen lassen sich sowohl doppelte Spannung als auch doppelte
Leistung erzielen. Ferner ergibt sich im ganzen gleichzeitig eine mechanisch einfache
Konstruktion mit sehr günstiger Anordnung und Ausnutzung der einzelnen Teile der
Maschine. Nach der Erfindung ist der Träger des magnetischen Flusses der Maschine,
das sogenannte Magnetgestell, selbst aus zwei gegeneinander umlaufenden Teilen gebildet,
von denen jeder mit Stromabnahmevorrichtungen versehen ist.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
erläutert. In Fig. I bedeuten I und 2 die beiden Teile des Magnetgestells, die in
entgegengesetzter Richtung umlaufen. 3 bzw. q. sind die Naben beider Läufer, die
in die Wellenstummel 5 bzw. 6 übergehen, welche in den Lagern 7 bzw. 8 gelagert
sind. 9 und io sind die Läuferarme,
II bzw. I2 die Läuferkränze.
Die Erregerwicklung der Maschine ist mit I3 bezeichnet. Sie ist mit dem einen Umlaufteil
I des Magnetgestells fest verbunden und läuft mit diesem um. Gespeist wird sie über
die Leitungen I4 und die Schleifringe I5. Die Abnahme des in der Maschine erzeugten
Stromes erfolgt an den Außen- und Innenzylinderflächen der Kranzteile der Läufer
zu beiden Seiten des Luftspaltes I6, der nach einer zur Maschinenachse konzentrischen
Konusfläche verläuft. Auf der Außenzylinderfläche der Kränze schleifen die feststehenden
Bürsten I7 und I8, zur Stromabnahme an der Innenseite der Kränze dienen mit dem
Läufer I fest verbundene und mitumlaufende Teile I9, die Bürsten 2O tragen, welche
auf dem Läufer 2 schleifen. Wie die eingezeichneten Induktionspfeile zeigen, sind
bei dieser Schaltung der Stromabnahmeeinrichtung die Läufer hintereinandergeschaltet,
die Ankerrückwirkungen beider Läufer heben sich gegenseitig auf. Dadurch, daß die
Erregerwicklung I3 und die Stromabnahmevorrichtungen an der Innenseite der Läufer
an dem einen Läufer selbst mitumlaufend angeordnet sind, entfällt jede Notwendigkeit,
innerhalb der Maschine ruhende Teile zum Tragen der Erregerwicklung und der Stromabnahmevorrichtungen
vorzusehen. Nur die Lager 7 und 8, die Stromabnahmebürsten I7 und I8 und die Bürsten
für die Erregerstromzuleitung müssen in diesem Fall feststehend angeordnet werden.
Das Innere der Maschine besteht dagegen lediglich aus umlaufenden Teilen, ist daher
konstruktiv einfach durchzubilden und erfordert auch ein Mindestmaß an Platz und
Baustoff.
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Wie ersichtlich, bietet die Erfindung in einfacher Weise die Möglichkeit,
die Stromabnahme an den zylindrischen Kranzflächen der umlaufenden Magnetgestellteile
selbst vorzusehen, also an den größten zur Verfügung stehenden Flächen am größten
Durchmesser der Maschine überhaupt. Die Abnahme auch großer Ströme bietet hier also
keine Schwierigkeit.
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Die konische Ausbildung des Luftspalts hat vor allem den Vorteil,
daß sie weniger Erregeramperewindungen für den Luftspalt erfordert, weil die Kraftliniendichte
in diesem entsprechend kleiner ist als bei senkrecht zum Kraftfluß liegendem Luftspalt.
Ferner ermöglicht der konisch geformte Luftspalt eine entsprechend vergrößerte Schleiffläche
für die Bürsten 2O an der Läuferinnenfläche. Dadurch kann an der Innenfläche eine
gleich große Bürstenschleiffläche gewonnen werden wie an der Kranzaußenfläche, trotzdem
der Durchmesser der Innenfläche kleiner ist. Diese Vergrößerung der Schleiffläche
für die Bürsten 2O ist im wesentlichen nur bei der Ausführung mit einer mit dem
Kranz fest verbundenen Stromabnahmevorrichtung I9 möglich, weil nur in diesem Fall
wegen des Wegfalls der Übergangsverluste an der festen Verbindung die Kontaktstelle
entsprechend schmal bemessen werden kann.
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Wird der Luftspalt nach einem Doppelkonus entsprechend Fig. 2 ausgebildet,
so können auch bei Erreger-AW sparendem Luftspalt gleich breite Schleifflächen an
beiden Kränzen innen und außen erhalten werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 3. Außer durch
den achsensenkrechten Luftspalt I6 unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel
von dem nach Fig. I dadurch, daß hier die Erregerwicklung I3 und die Innenbürsten
I9 und 2O ruhend angeordnet sind. Zum Tragen der zweckmäßig zweiteilig ausgebildeten
Erregerwicklung und der Innenbürsten dient hier ein zwischen beiden Läufern liegender,
als Doppelkonus ausgebildeter Teil 2I, der zugleich die magnetische Brücke zwischen
beiden Läufern bildet. Getragen wird dieser Teil von der Achse 22, auf der auch
beide Umlaufteile bei 7 und 8 gelagert sind. Die Stützlager für die Achse 22 sind
mit 23 und 24 bezeichnet. Der Luftspalt 25 zwischen dem ruhenden Teil 2I und den
beiden Läufern I und 2 hat Doppelkonusform, wodurch auch in diesem Fall der Amperewindungsbedarf
für den Luftspalt herabgesetzt wird. Beide Innenbürsten stehen im Raum still und
schleifen auf den zugehörigen Stromabnahmeflächen der Läufer I und 2.
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Um die Bürstenübergangsverluste, die bei den geringen Spannungen der
Maschine besonders ins Gewicht fallen, klein zu halten, können die Schleifflächen
der Läufer mit einem Belag zur Verbesserung der Stromabnahme versehen sein. Zweckmäßig
kann z. B. eine Aufspritzung oder Plattierung von Kupfer, Zink od. dgl. vorgesehen
werden. Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Kohleschleiffläche, die z. B.
in Form eines ungeteilten oder geteilten Ringes auf die Kranzfläche aufgebracht
wird. Zur Verbesserung Der Stromabnahme können in an sich bekannter Weise spiralige
Nuten auf der Schleiffläche angeordnet werden.
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Die Zugänglichkeit der Innenbürsten wird durch die in den gezeichneten
Beispielen gezeigte Ausführung der Läuferräder mit Armen und Ausnehmungen zwischen
diesen ermöglicht. Zur Änderung des Bürstendruckes der Innenbürsten während des
Laufes der Maschine können erforderlichenfalls geeignete mechanische Kraftübertragungsmittel
vorgesehen werden, die beispielsweise durch die hohl ausgeführte Achse hindurch
betätigt werden. Der Antrieb beider Läufer kann gegebenenfalls auch von ein und
derselben Seite erfolgen. Zu diesem Zweck kann der eine Läufer als die Welle des
andren Läufers umfassende Hohlwelle ausgebildet sein. Beide Wellen sind z. B'. .durch
Zahnräder miteinander so gekuppelt, daß sie in entgegengesetztem Sinn umlaufen.
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Für die verschiedenen Erregungsarten ergibt die Erfindung günstige
Möglichkeiten. Sie läßt in einfacher Weise die Verwendung von permanentmagnetischem
Werkstoff für das Magnetgestell oder einen Teil desselben zu, so daß unter Umständen
eine eigene Erregerwicklung entfallen kann. Zweckentsprechend läßt sich eine Fremderregung
anordnen, .die, da sie mit einer wesentlich höheren Spannung .gespeist werden kann;
als sie die Unipolarmaschine erzeugt, nur schwache Züführungs- i Leabel erfordert.
Grundsätzlich ist aber auch Nebenschlußerregung
möglich. Besonders
vorteilhaft läßt sich bei der Erfindung eine Hauptschluß- bzw. Kompounderregung
anordnen. Diese kann unmittelbar in die Verbindungsleitung zwischen den beiden Innenbürsten
eingeschaltet werden. Diese Anordnung kann daher auch dort wo die Innenbürsten und
die Erregerwicklung mit dem einen Läuferteil umlaufen, ohne weiteres angewendet
werden. Unter Umständen genügt es, hierbei nur einem Teil der Bürsten einen lastabhängigen
Strom zu entnehmen.