CH402152A - Wechselstromgenerator - Google Patents

Wechselstromgenerator

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Publication number
CH402152A
CH402152A CH336662A CH336662A CH402152A CH 402152 A CH402152 A CH 402152A CH 336662 A CH336662 A CH 336662A CH 336662 A CH336662 A CH 336662A CH 402152 A CH402152 A CH 402152A
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CH
Switzerland
Prior art keywords
stator
poles
rotor
group
flux
Prior art date
Application number
CH336662A
Other languages
English (en)
Inventor
M Terry Stanley
O Burson Bob
Original Assignee
Phelon Co Inc
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Publication date
Application filed by Phelon Co Inc filed Critical Phelon Co Inc
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Publication of CH402152A publication Critical patent/CH402152A/de

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/18Synchronous generators having windings each turn of which co-operates only with poles of one polarity, e.g. homopolar generators
    • H02K19/20Synchronous generators having windings each turn of which co-operates only with poles of one polarity, e.g. homopolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Description


  Wechselstromgenerator    Die Erfindung bezweckt einen Wechselstromgene  rator zu schaffen, der keine beweglichen Kontakte,  wie Gleitringe,     Kommutatoren    oder dergleichen auf  weist und sich daher besonders gut dazu eignet,  gegebenenfalls auf einfache Weise gegen die Einwir  kung von Wasser oder schädlicher Atmosphäre ge  schützt werden zu können.

   Der Wechselstromgene  rator nach der Erfindung zeichnet sich aus durch  einen ringförmigen     Stator,    der eine Reihe von in  Winkelabstand voneinander befindlichen Polen auf  weist, die sich radial nach aussen erstrecken, durch  einen Rotor, der einen sich in axialer Richtung       erstre::

  kenden    Flansch aufweist, der die     Statorpole     umgibt, durch eine ringförmige Feldwicklung, die  koaxial auf dem     Stator    angebracht ist und bei ihrer  Erregung einen magnetischen Fluss erzeugt, der über  die     Statorpole    zum genannten Rotor fliesst, durch  vom     Rotorflansch    sich nach innen sich erstreckende  Pole, die bei der Drehung des Rotors in und ausser  Ausrichtung mit den     Statorpolen    kommen und da  durch die     Reluktanz    der durch die     Statorpole    hin  durch führenden Wege des Flusses ändern und somit  auch den durch die     Statorpole    hindurch gehenden  Fluss,

   und durch eine Mehrzahl von     Armaturwicklun-          gen,    von denen jede einen der     Statorpole    umgibt,  so dass durch die Flussänderung eine Spannung in  ihr induziert wird.  



  Ein derartiger Wechselstromgenerator eignet sich  z. B. sehr gut, um als     Hilfsstromquelle    für einen  Verbrennungsmotor oder dergleichen verwendet zu  werden, wobei sein Rotor zugleich als Schwungrad  für die Motorwelle dienen kann. Der Generator kann  dabei so gebaut werden, dass er praktisch nicht mehr  Platz beansprucht als übliche auf solchen Motoren  vorgesehene Schwungräder.  



  In der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel    des Erfindungsgegenstandes und eine Variante darge  stellt. Es ist:       Fig.    1 eine Stirnansicht eines     Wechselstromgene-          rators;          Fig.    2 ein Schnitt gemäss Linie 2-2 von     Fig.    1,  in etwas kleinerem     Massstabe,    wobei auch Teile einer  Maschinenwelle und eines Maschinengestells gezeigt  sind, auf denen der Rotor, respektive der     Stator    des  Generator angebracht sind;

         Fig.    3 ein halber Schnitt gemäss Linie 3-3 von       Fig.    2, unter Wegbrechung einiger Teile zur     Sicht-          barmachung    anderer Teile, und unter schematischer  Andeutung der     Wicklungen;          Fig.    4 ein Schema der elektrischen     Verbindungen     der Wicklungen des Generators;         Fig.    5 eine halbe Stirnansicht einer Variante des       Stators,    die beim Generator nach     Fig.    1 verwendbar  ist; und       Fig.    6 ein Schnitt gemäss Linie 6-6 von     Fig.    5.

      In den     Fig.    1 ist ein Wechselstromgenerator 10  gezeigt, der eine bevorzugte Ausführungsform der Er  findung darstellt. Der Wechselstromgenerator 10     um-          fasst    einen Rotor 12, der als Schwungrad ausgebildet  und geeignet ist, an einer Maschinenwelle oder der  gleichen angebracht zu werden; der Generator 10  umfasst ferner einen     Stator    14, der geeignet ist an  dem stationären Teil, d. h. dem Gestell, einer Maschi  ne koaxial zu der den Rotor tragenden Welle ange  bracht zu werden.

   Der Generator kann beispielsweise  so auf einer Maschine montiert sein, wie dies in     Fig.    2  gezeigt ist, nach der der Rotor 12 an der Welle 16  und der     Stator    14 am     Gestellteil    18 montiert ist.  Das     Gestellteil    18 kann einen Teil eines Motorblockes  bilden und die Welle 16 kann von eine Kurbelwelle  angetrieben werden und im     Gestellteil    18 mittels eines  Kugellagers 20 gelagert sein. Eine Drehung der Welle      16 wird demnach eine Drehung des Rotors 12 relativ  zum     Stator    14 zur Folge haben.  



  Dem     Stator    sind Mittel zugeordnet, um ein magne  tisches Feld zu erzeugen, das durch verschiedene  Teile des Generators hindurch geht und     eine    Anzahl  von     Armaturwicklungen,    die so angeordnet sind, dass  in denselben elektrische Ströme induziert werden als  Folge von Änderungen des mit ihnen verketteten ma  gnetischen Flusses. Die Änderungen des magnetischen  Flusses, die notwendig sind, um die Ströme in den       Armaturwicklungen    zu induzieren, werden durch auf  dem Rotor angebrachte Mittel hervorgerufen, welche  mit dem     Stator    zusammenarbeiten, um die     Reluktanz     der Flusswege durch die     Armaturwicklungen    zu ver  ändern.

   Die Konstruktion und die Anordnung der  zusammenarbeitenden Rotor- und     Statorteile    und die  elektrische Zusammenschaltung der verschiedenen       Armaturwicklungen    ist derart, dass das eine     Brei-          oder    mehrphasige Ausgangsspannung erzeugt wird.  Diese Ausgangsspannung kann direkt als     Speisequelle     für verschiedene Hilfsgeräte des Motors dienen, oder  kann gleichgerichtet werden, um eine Batterie zu  laden und dergleichen mehr.  



  Wie erwähnt, hat der Rotor 12 die Form eines  Schwungrades. Aus     Fig.    2 ist ersichtlich, dass der  dargestellte Rotor 12 eine im wesentlichen axial ge  richtete Nabe 22, eine Scheibe 24 und einen Flansch  26 aufweist, der sich vom Umfang der Scheibe 24  aus in gleicher Richtung wie die Nabe 22 erstreckt.  Nabe, Scheibe und Flansch begrenzen eine ringförmi  ge     Ausnehmung    28, die den     Stator    14 aufnimmt.  Vorzugsweise bestehen Nabe, Scheibe und Flansch  aus einem einzigen Stück, wie dargestellt, das durch  Giessen oder Schmieden erzeugt worden sein kann.  Das einzige Stück besteht aus geeignetem magne  tischem Material, z. B.

   Eisen oder Stahl, das einen  Weg von kleiner magnetischer     Reluktanz    für den  vom     Stator    erzeugten Fluss bildet; wobei es wichtig       ist_,    dass Flansch, Scheibe und Nabe einen Teil des  Magnetkreises bilden.  



  Obwohl im Rahmen der     Erfindung    auch verschie  dene andere Mittel vorgesehen werden können, um  den Rotor 12 auf der Welle 16 zu befestigen, ist die  Nabe 22 des dargestellten Rotors an ihrem in     Fig.    2  rechten Ende mit einer konischen Bohrung 30 ver  sehen, die einen entsprechend konischen Teil der Wel  le 16 aufnimmt. Die Nabe 22 ist durch einen Keil 32  gegen Drehung gesichert, welcher Keil 32 in einer  Nut 34 der Nabe und in einer entsprechenden Nut der  Welle 16 sitzt, die in     Fig.    2 gezeigt ist.

   Links von der  konischen Bohrung 30 ist die Nabe 22 mit einer  erweiterten Bohrung 36 versehen, die das mit Ge  winde versehene Ende der Welle 36 aufnimmt, sowie  eine Mutter 38 und eine     Unterlegscheibe    40, die zur  Fixierung des Rotors auf dem Schaft dienen. Wie  aus     Fig.    1 - 3 hervorgeht, ist ferner auf dem     Flansch     26 des Rotors 12, ein ringförmiger Zahnkranz 42  befestigt, z. B. durch     Press-Sitz,    welcher den Rotor 12  umgebende Zahnkranz z.

   B. dazu bestimmt ist, mit  dem     Ritzel    eines Startmotors oder     dergelichen    zu-         sammenzuarbeiten.    Der Zahnkranz 42 ist jedoch für  die Erfindung nicht wesentlich und kann, wenn ge  wünscht, weggelassen werden.  



  Es ist zu bemerken, dass der Rotor 12 infolge der  Anordnung seiner Teile ein relativ grosses     Trägheits-          moment    um die Achse der Welle 16 hat, so dass er,  abgesehen von seiner flussverändernden Funktion in  bezug auf den     Stator    14, auch als Schwungrad wirkt  in bezug auf die Welle 16, und daher benützt werden       kann,    um das üblicherweise beim Motor angewendete  Schwungrad zu ersetzen. Es ist ferner zu bemerken,       dass    sowohl der Rotor als der     Stator    so gebaut ist,  dass beide nur relativ wenig Platz beanspruchen.  Tatsächlich sind ihre Abmessungen derart, dass sie  nur wenig, wenn überhaupt etwas mehr Raum bean  spruchen als ein übliches Schwungrad.  



  Zum Zwecke eine Veränderung der     Reluktanz     der Flusswege herbeizuführen, welche die Armatur  wicklungen mit dem     Stator    verketten, weist der  Flansch 26 eine Mehrzahl von um einen Winkel ge  geneinander versetzten, Polen oder Zähnen 44 auf,  die im Kreis angeordnet sind und sich vom Körper  des Flansches aus nach innen erstrecken.

   Um die       Hysteresis-    und     Wirbelstromverluste    zu verringern,  die infolge des variablen Flusses in den Polen 44       auftreten,    sind diese Pole vorzugsweise mit einem  besonderen Ring 46 versehen, der aus verschiedenen  Lagen von Blech besteht und am Körper des Flan  sches 16 im     Press-Sitz    angebracht ist, wie     Fig.    2 am  besten zeigt. Um den Ring 46 aufzunehmen ist die  innere Oberfläche des Flansches 26 so bearbeitet,       dass    diese Oberfläche 48 zylindrisch ist und inner  halb des Flansches 26 eine Schulter 50 aufweist.

    Beim Zusammensetzen des Ringes mit der Schulter  des Flansches, wird der Ring so weit in den Flansch  gepresst, bis die innere, oder linksseitige Stirnfläche  des Ringes 46 an der Schulter 50 liegt, wie in     Fig.    2  dargestellt ist.  



  Die Konstruktion des     Stators    14 geht am besten  aus den     Fig.    2 und 3 hervor. Aus diesen Figuren ist  ersichtlich, dass der     Stator    ein inneres, ringförmiges  Glied 52 und ein äusseres, ringförmiges Glied 54       umfasst.    Diese beiden Glieder bestehen aus magne  tischem Material und bilden einen Teil eines Wegs  für das magnetische Feld, das im Generator besteht.  Das innere Glied 52 ist vorzugsweise von fester Bau  weise und mit einer zylindrischen Bohrung 56 ver  sehen, die einen Teil der     Rotornabe    22 aufnimmt und  eine entsprechende äussere, zylindrische Oberfläche  hat.

   Die Bohrung 56 ist geeignet, koaxial mit der       Rotornabenoberfläche    58 angeordnet zu werden, und  hat in     bezug    auf den Durchmesser dieser Oberfläche  58 einen solchen Durchmesser, dass ein dünner Luft  spalt 60 zwischen der Bohrung 56 und der Oberfläche  58 gebildet ist.  



  Die äussere Oberfläche des inneren     Statorgliedes     54 ist unterteilt in einen ersten axialen Teil, der das  äussere Glied 54 aufnimmt und trägt, und einen  zweiten axialen Teil, der die nachfolgend beschriebene  Feldwicklung aufnimmt und trägt. Der erste axiale      Teil ist vorzugsweise mit einer zylindrischen Fläche 62  versehen und der zweite axiale Teil mit einer zylin  drischen Fläche 64, wobei die Fläche 64 von     grösse-          rem    Durchmesser ist als die Fläche 62 und von  letzterer durch eine radiale Schulter 66 getrennt ist.  Wie gezeigt ist ist das äussere     Statorglied    vorzugs  weise lamelliert und mit einer zentralen, zylindrischen  Bohrung versehen, welche auf die Oberfläche des  inneren Ringes 52 passt.

   Wie aus     Fig.    3 ersichtlich,  ist das äussere     Statorglied    54 in bezug auf das innere       Statorglied    52 durch einen Keil 68 gegen Drehung  gesichert. Man kann aber auch andere, geeignete  Mittel zum     winkelmässigen    Befestigen des Aussen  gliedes am     Innengliede    benützen, die beiden Glieder  könnten z. B. durch Presse-Sitz verbunden sein.  



  Um das äussere     Statorglied    54 axial in dem inneren       Statorglied    52 festzulegen und auch um ein     Mittel     zur Montage des     Stators    an dem     Gestellteil    18 vorzu  sehen, ist dem     Stator    ein Montagering 70 zugeordnet.

    Wie aus     Fig.    2 ersichtlich, ist der Montagering 70  koaxial mit der Achse des     Stators    und des Rotors  und mit dem     Stator    durch eine Mehrzahl von     Schrau-          beq    72 verbunden, welche sich axial durch das innere       Statorglied    52 erstrecken und in den Montagering 70  eingeschraubt sind. Die Köpfe der Schrauben 72 sind  in auf der linken Seite des inneren     Statorgliedes     vorgesehenen     Ausnehmungen    74 aufgenommen.

   An  seinem inneren oder linken Ende ist der Montagering  70 mit einer     Ausnehmung    versehen, die zur Auf  nahme des rechten Endes des inneren     Statorgliedes    52  dient, und weist dieser Ring 70 ferner eine Ringrippe  76 auf, die das zugeordnete Ende dieses Gliedes 52  umgibt. Die Rippe 78 hat eine ringförmige Anschlag  fläche 78, welche mit der äusseren Stirnfläche des       äusseren        Statorgliedes    54 in Berührung ist.

   Das äus  sere     Statorglied    54 ist daher axial auf dem inneren       Statorglied    52 festgeklemmt durch     Eingriff    mit der  Schulter 66 auf seiner inneren oder linken Seite und  durch     Eingriff    mit der Anschlagfläche 78 an seiner  äusseren oder rechten Seite. An seinem rechten Ende  hat der Montagering einen ringförmigen Absatz 80,  der in eine entsprechende, ringförmige     Ausnehmung     des     Gestellteiles    18 eingreift. um den Montagering 70  und den     Stator    14 koaxial zur Achse der Welle 16 zu  halten.

   Der Montagering 70 weist zu seiner Befesti  gung am     Gestellteil    18 eine Mehrzahl von gelochten  Lappen 82 auf, die sich von seinem Körper aus nach  aussen erstrecken, um     Bolzen    oder andere zu seiner  Befestigung am     Gestellteil    18 dienende Vorrichtungen  aufzunehmen. Der Montagering 70 bildet keinen Teil  des Magnetkreises und besteht vorzugsweise aus nicht  magnetischem Material, wie z. B. Aluminium, um ein  Streuen des Magnetflusses zum Motorgestell zu ver  meiden.  



  Wie am besten aus     Fig.    1 und 3 ersichtlich, weist  das äussere     Statorglied    54 eine Mehrzahl von radial  nach aussen vorstehenden Zähnen oder Polen 84 auf,  von denen jeder eine     Armaturwicklung    86 aufnimmt  und von derselben umgeben ist. Die     Statorpole    84  sind winkelmässig gegeneinander versetzt angeordnet    und haben äussere Stirnflächen 88, welche nur einen  kleinen Abstand von den inneren Stirnflächen 90  der     Rotorpole    44 haben, wenn die     Rotorpole    mit  ihnen bei der Rotation des Rotors ausgerichtet sind.

    Wenn ein     Rotorpol    44 mit einem entsprechenden       Statorpol    84 radial ausgerichtet ist, ist also ein schma  ler Luftspalt zwischen diesen Polen 44 und 84 vor  handen.  



  Die     Armaturwicklungen    können an den zugehö  rigen     Statorpolen    84 durch verschiedene passende Mit  tel befestigt sein, aber in dem bevorzugten und darge  stellten Fall werden sie an ihrem Platz festgehalten  durch eine Mehrzahl von Halteelementen 91. Die  Elemente 91 bestehen aus im wesentlichen flachen  Stücken oder Streifen aus nichtmagnetischem Ma  terial, wobei jedes derselben den Raum zwischen  einem zugeordneten Paar von benachbarten     Stator-          polen    84 überbrückt und an seinen in Umfangs  richtung entgegengesetzten Enden in an den Seiten  der     Statorpole    vorgesehene Nuten eingreift, wie ge  zeigt.

   Die Halteelemente selbst werden vorzugsweise  durch die Reibung zwischen denselben und den zuge  hörigen Polen an ihrem Platz gehalten, obwohl hierzu  auch andere Mittel benützt werden können.  



  Vorzugsweise haben die Stirnflächen 90 der Rotor  pole 44 in Umfangsrichtung die gleiche Länge wie  die Stirnflächen 88 der     Statorpole    84.     Angenommen          dass    - wie dies auch tatsächlich der Fall ist - ein  magnetischer Fluss vom     Stator    zum Rotor fliesst,  so ist es nach     Fig.    3 offensichtlich, dass bei der Dre  hung des Rotors 12 die Pole 84 des     Stators    14 ab  wechselnd in und ausser Ausrichtung mit den Rotor  polen 44 kommen.

   Wenn ein betrachteter     Statorpol    84  genau winkelmässig mit einem     Rotorpol    44 ausge  richtet ist, hat der Flussweg durch diesen Pol eine  minimale     Reluktanz    und der totale, durch den Pol  gehende Fluss einen Maximalwert. Wenn dagegen  der     Statorpol    84 in der Mitte zwischen zwei benach  barten     Rotorpolen    liegt, ist die     Reluktanz    des     Fluss-          weges    durch den Pol verhältnismässig     gross    und der  totale Fluss durch den Pol wird einen     minimalen    Wert  haben, der annähernd Null ist.

   Zwischen diesen bei  den Stellungen des     Statorpoles    in bezug auf den       Rotorpol    werden die     Reluktanz    des Flussweges und  der totale Fluss durch den     Statorpol    Zwischenwerte  haben. Dementsprechend wird durch die Drehung des  Rotors der Fluss durch die verschiedenen     Statorpole     84 geändert, so dass in der     Armaturwicklungen,    die  auf diesen Polen sitzen, elektrische Ströme oder       EMK's    induziert werden.  



  Die Mittel zur Errichtung eines magnetischen Fel  des im Generator umfassen eine     ringförmige    Wick  lung 92, welche vorgesehen ist, um mit Gleichstrom  erregt zu werden. Die Erregung der Wicklung 92 kann  von einer äusseren Stromquelle aus bewirkt werden  oder man kann hierzu den Ausgangsstrom der Gene  ratorwicklungen verwenden, nach Gleichrichtung des  selben. Im dargestellten Beispiel ist die Wicklung 92  als eine einzige Spule dargestellt, die im Falle von  Selbsterregung vorgesehen sein kann, für Serie- oder      für Parallelschaltung mit der Belastung.

   Obwohl nicht  dargestellt, ist es auch vorgesehen die Wicklung aus  zwei Teilen oder Spulen zusammenzusetzen, wobei  der eine Teil oder Spule mit der Belastung in Serie,  der andere dagegen parallel geschaltet ist     (Compound-          schaltung).     



  Die dargestellte Feldwicklung 92 umgibt das in  nere     Statorglied    52 und ist zwischen der linken Seite  des äusseren     Statorgliedes    54 und der Scheibe 24  des Rotors 12 angeordnet, wie aus     Fig.    2 ersichtlich  ist.

   Die     Wicklung    92 hat eine zentrale Öffnung, mit  der sie auf der zylindrischen Oberfläche 64 des inne  ren     Statorgliedes    52 sitzt und wird axial auf diesem       Gliede    festgehalten durch eine Mehrzahl von Halte  elementen 94, die auf dem     Stator    14 mittels der  Schrauben 72 befestigt sind und an der linken Seite  der Wicklung 92 anliegen, wie in     Fig.    2 gezeigt ist,  um die Wicklung 92 am äusseren     Statorglied    54  festzuhalten. Die Wicklung 92 ist in     radilaer    Richtung  vorzugsweise flach und erstreckt sich im Wesentlichen  bis zu den äusseren Stirnflächen der     Statorpole    84.  



  Wenn die Wicklung 92 erregt ist, erzeugt sie im  Generator einen im Wesentlichen     torisch    verlaufenden  magnetischen Fluss, wobei     Torusachse    mit der ge  meinsamen Achse des Rotors 12 und des     Stators    14  zusammenfällt. In     Fig.    2 ist der Magnetkreis im     Sta-          tor    14 und im Rotor 12 gestrichelt angedeutet.

   Ange  nommen, dass der Fluss allgemein in Richtung von  den     Statorpolen    84 zu den     Rotorpolen    44 fliesst,  dann wird der Fluss von einem     Statorpol    84 über  einen Luftspalt zu einem     Rotorpol    44, dann axial  längs des     Rotorflansches    26 und dann radial einwärts  in der     Rotorplatte    24 strömen. Der Fluss überquert  dann den Luftspalt 60 und dringt in das innere     Stator-          glied    52 ein, von wo er zum Körper des äusseren       Statorgliedes    54 und zurück zum     Statorpol    84 kommt.

    Man wird bemerken, dass das den Magnetfluss leiten  de Material so angeordnet ist, dass der Magnetkreis  die Feldwicklung 92 eng umschliesst. Es ergibt sich  daraus eine Verminderung der gesamten     Reluktanz     des Magnetkreises und eine Verminderung der Streu  ung. Die     Reluktanz    des Magnetkreises kann ferner  vermindert werden, indem man den Luftspalt 60  klein macht, was wegen der koaxialen Anordnung  der gegenüberliegenden Flächen leicht möglich ist.  



  Es ist ferner zu bemerken, dass die     Flussänderun-          gen    im wesentlichen auf die     Statorpole    84 und die       Rotorpole    44 beschränkt sind, während auf den ande  ren Teilen des Magnetkreises der Fluss stets gleich  gerichtet und im Wesentlichen konstant ist; d. h. dass  der magnetische Fluss im Flansch 26, in der Scheibe  24 und in der Nabe 22 sich im Wesentlichen nicht  ändert. Auch im inneren     Statorglied    52 und in dem  jenigen Teil des     äusseren        Statorgliedes    54, der sich  radial einwärts der Pole 84 befindet, ist die Schwan  kung des Flusses gering.

   Infolgedessen sind     Hystere-          sis-    und     Wirbelstromverluste    in diesen Teilen des  Wechselstromgenerators praktisch vermieden, so dass  dieselben aus vollem, d. h. nicht lamelliertem Mate  rial bestehen können. Dies vermindert in starkem    Masse das Brummen oder  Eisengeräusch , da die ge  räuscherzeugenden Flussänderungen nur in den Polen  stattfinden, die aber nur einen kleinen Teil des gan  zen Magnetkreises darstellen, was somit zu einem  ruhigen Arbeiten beiträgt. Darüber hinaus haben die  Flussänderungen, die in den Rotor- und     Statorpolen     auftreten keine nennenswerte Wirkung auf den mit  der Feldwicklung 92 verketteten Fluss, so dass wenig  oder keine Spannung in der Feldwicklung induziert  wird.

   Eine solche induzierte Spannung hätte, falls  vorhanden, die Neigung der angelegten Feldspannung  entgegenwirken, so dass eine hohe Spannung angelegt  werden müsste, um die gewünschte Anzahl von     Feld-          Amperewindungen    aufrecht zu erhalten.  



  Wie früher erwähnt worden ist, ist ein Wechsel  stromgenerator 10 zur Lieferung einer mehrphasigen  Ausgangsspannung vorgesehen. Um dies zu erzielen,  sind die Rotor- und     Statorpole    so angeordnet; dass  während eine Gruppe von     Statorpolen    mit entspre  chenden     Rotorpolen    ausgerichtet ist, andere Gruppen  von     Statorpolen    sich in anderen Stellungen gegenüber  anderen     Rotorpolen    befinden.

   Demzufolge werden  die Ströme und Spannungen, die in den Armatur  wicklungen der einen Gruppe von     Statorpolen    erzeugt  werden, die nicht in Phase stehen mit den Strömen  und Spannungen, die in anderen Gruppen von     Stator-          polen    erzeugt werden.  



  Im dargestellten Generator sind beispielsweise Ro  tor und     Statorpole    so angeordnet, dass sich eine  dreiphasige Ausgangsspannung ergibt. Die     Statorpole     84 und die zugeordneten     Armaturwicklungen    86 sind  in drei Gruppen unterteilt, und ihre Beziehung zu  den     Rotorpolen    44 ist so, dass wenn die Pole der  einen Gruppe winkelmässig genau mit den entspre  chenden     Rotorpolen    44 ausgerichtete sind, die Pole  einer der beiden anderen zwei Gruppen um     -f-120     elektrische Grade aus der genauen Ausrichtung mit  denselben oder anderen     Rotorpolen    verschoben sind,

    während die Pole der anderen Gruppe um -120 elek  trische Grade aus der genauen Ausrichtung mit den  selben oder anderen     Rotorpolen    verschoben sind. In  folgedessen werden die Ströme und Spannungen, die  in den Wicklungen einer Gruppe erzeugt werden, um       -I-    bzw. - l20      e1.    ausser Phase sein mit den Strömen  und Spannungen, die in den Wicklungen der beiden  anderen Gruppen induziert werden.  



  Obwohl verschiedene Anordnungen der     Stator-          und        Rotorpole    vorgesehen werden können, um solch  eine Phasenbeziehung zwischen den drei Gruppen  der     Statorpole    und Wicklungen zu erzielen, ist die  bevorzugte in     Fig.    1 gezeigt.

   Gemäss     Fig.    1 sind die       Rotorpole    44 in Umfangsrichtung des     Rotorflansches     26 in gleichen Winkelabständen voneinander angeord  net, und sind die     Statorpole    84 ebenfalls in Umfangs  richtung des äusseren     Statorgliedes    54 um gleiche  Winkelabstände gegeneinander versetzt, die aber klei  ner sind als die Winkelstände des Rotors.

   Ange  nommen, dass der Winkelabstand zwischen benach  barten     Rotorpolen    44 gleich 360      e1.    ist, wie in     Fig.    1  angegeben ist, beträgt der Winkelabstand zwischen      benachbarten     Statorpolen    84 nur 240      el.    Wenn     Stator     und Rotor sich in der in     Fig.    1 gezeigten Lage befin  den, ist jeder dritte     Statorpol        @    84 genau ausgerichtet  mit einem entsprechenden     Rotorpol    44.

       In        Fig.    1  sind diese     Statorpole    und ihre zugeordneten Wicklun  gen mit dem Buchstaben a bezeichnet und bildet  zusammen die oben genannte erste Pol- und Wick  lungsgruppe.  



  Angenommen, dass der Rotor 12 im Uhrzeiger  sinne gedreht wird, wie in     Fig.    1 durch einen Pfeil  angedeutet ist, werden die     Statorpole    und     -wicklun-          gen,    die in     Fig.    1 mit dem Buchstaben c bezeichnet  sind, sich der Ausrichtung mit anderen     Rotorpolen     nähern. Gleichzeitig werden sich die mit b bezeichne  ten Wicklungen und Pole, sich von einer Ausrichtung  mit denjenigen     Rotorpolen    entfernen, denen sich die  mit c bezeichneten Wicklungen und Pole in bezug  auf die Ausrichtung nähern. Die mit b, respektive c,  bezeichneten Wicklungen und Pole bilden, die zweite,  respektive die dritte oben erwähnte Gruppe.  



  Unter den in     Fig.    1 gezeigten Bedingungen, wird  die     Reluktanz    der Magnetwege durch die einzelnen       Statorpole    der Gruppe a einen Minimalwert haben,  die     Reluktanz    der Magnetwege durch die     Statorpole     der Gruppe c wird abnehmen und die     Reluktanz     der Magnetwege durch die     Statorpole    der Gruppe b  wird abnehmen. Infolgedessen wird der Fluss durch  die Pole und Wicklungen der Gruppe a einen Maxi  malwert haben, der Fluss durch die Pole und Wick  lungen der Gruppe a einen Maximalwert haben, der  Fluss durch die Pole und Wicklungen der Gruppe c  wird zunehmen und der Fluss durch die Pole und  Wicklungen der Gruppe b wird abnehmen.

   Ange  nommen, dass infolge der Drehung des Rotors der  Fluss in jedem     Statorpol        sinusförmig    variiert, wie dies  angenähert auch der Fall ist, so werden die in den       Armaturwicklungen    induzierten Spannungen ebenfalls       sinusförmig        veriieren,    wobei die in jeder     Wicklung     induzierte Spannung in der Phase dem zugehörigen  Fluss um 90  voraneilt.

   Ferner ist die Phasenbezie  hung zwischen den in den drei Gruppen von Wick  lungen induzierten Spannungen derart, dass die von  den Wicklungen der Gruppe c erzeugte Spannung  der in den Wicklungen der Gruppe a erzeugten  Spannung um 120  nacheilt, während die in den  Wicklungen der Gruppe b erzeugte Spannung der in  den Wicklungen der Gruppe a erzeugten Spannung  um 120  voreilt.  



  Wie in     Fig.    1 gezeigt, sind die Wicklungen jeder  der drei Gruppen vorzugsweise elektrisch in Serie  geschaltet, indem die Wicklungen der Gruppe a durch  Leiter 100, die Wicklungen der Gruppe b durch Leiter  102 und die Wicklungen der Gruppe c durch Lei  ter 104 miteinander verbunden sind.     Fig.    4 zeigt  schematisch die elektrischen Verbindungen der Wick  lungen; es ist ersichtlich, dass die drei Gruppen von       seriegeschalteten    Wicklungen in der üblichen Stern  schaltung miteinander verbunden sind. Anstelle der  Sternschaltung könnten die drei Gruppen von     serie-          geschalteten    Wicklungen auch in Dreieck geschaltet    werden.

   Zur Abnahme der dreiphasigen Ausgangs  spannung des Generators und zur Zuführung. des  Gleichstromes für die     Felderregung    dienen Leiter,  die in den     Fig.    1 und 2 mit<B>106</B>     bezeichnet    sind. Es  ist     klar,    dass die     Ausgangsspannung    von der Stärke  des magnetischen Feldes abhängt, das durch die       Feldwicklung    92 erregt wird, und daher     einfach    durch  Änderung der der Feldwicklung 92 zugeführten Span  nung verändert werden kann.  



  Ein wichtiges Merkmal des beschriebenen     Gene-          rators    ist, dass er leicht und auf wirtschaftliche Weise  gegen Wasser oder andere     Fluiden    geschützt werden  kann.     Fig.    5 und 6 zeigen einen wasserdicht gemach  ten     Stator    110 der im Generator 10 anstelle des  in den     Fig.    1, 2 und 3 gezeigten     Stators        verwendet     werden kann.

   Der     Stator    110 ist dem oben beschrie  benen     Stator    14 gleich, abgesehen von einem zusätz  lichen     wesserdichten    Überzug, der die Feldwicklung  92, die     Armaturwicklungen    86 und mindestens einen  Teil des übrigen     Stators    umgibt, um die Feld- und       Armaturwicklungen    vollständig von der umgebenden  Atmosphäre abzudichten.     In        Fig.    5 und 6 ist das       Überzugsmaterial    bei 112 gezeigt. Dieses Material ist  vorzugsweise     Epoxy    oder ein anderes, für derartige  Zwecke übliches Material.

   Das Material kann an  dem     Stator    unter Benützung einer Form angebracht  werden ,in welchem Falle das     überzugsmaterial    um  die verschiedenen Teile des     Stators    gegossen wird.  Man kann stattdessen auch den     Stator    in ein Bad  von     überzugsmaterial    eintauchen.  



  Nach dem Guss- oder Tauchverfahren muss jeg  liches Material, das an den Stirnflächen 88 der Pole  84 haftet, entfernt werden, um ein     Zusammentreffen     mit den     Rotorpolen    44 zu vermeiden. In gleicher  Weise muss jegliches     Überzugsmaterial    entfernt wer  den, das an der Bohrung 56 haftet, um eine Störung  der     Rotornabe    22 zu vermeiden. Da der Generator  keine beweglichen Kontakte aufweist, umgibt das       Überzugsmaterial    alle stromführenden Elemente und  gewährleistet dadurch einen höheren Grad von Was  serdichtheit, als er im allgemeinen mit anderen elek  trischen Generatoren erzielbar ist.

   Der Rotor 12 kann  gegebenenfalls auch mit einem Überzug versehen  werden, um ein Rasten zu verhindern; da der Rotor  jedoch keine stromführenden Elemente trägt ist dies  nicht nötig, um eine vollständige und wirksame Was  sersicherheit des Generators zu gewährleisten.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Wechselstromgenerator, gekennzeichnet durch ei nen ringförmigen Stator (14), der eine Reihe von in Winkelabstand voneinander befindlichen Polen (84) aufweist, die sich radial nach aussen erstrecken, durch einen Rotor (12), der .einen sich in axialer Richtung erstreckenden Flansch (26) aufweist, der die Statorpole (84) umgibt, durch eine ringförmige Feld wicklung (92), die koaxial auf dem Stator angebracht ist und bei ihrer Erregung einen magnetischen Fluss erzeugt, der über die Statorpole (84) zum genannten Rotorflansch (26) fliesst, durch vom Rotorflansch (26) sich nach innen erstreckende Pole (44), die bei der Drehung des Rotors (12)
    in und ausser Ausrichtung mit den Statorpolen (84) kommen und dadurch die Reluktanz der durch die Statorpole hindurch führen den Wege des Flusses ändern und somit auch den durch die Statorpole hindurch gehenden Fluss; und durch eine Mehrzahl von Armaturwicklungen (86), von denen jede einen der Statorpole (84) umgibt, so dass durch die Flussänderung eine Spannung in ihr induziert wird. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Generator nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Stator- und Rotorpole (84, 44) so angeordnet sind, dass wenn eine Gruppe (a) von Statorpolen (84) mit entsprechenden Rotorpolen (44) ausgerichtet ist, andere Gruppen (b, c) von Statorpolen in anderen Lagen in bezug auf die glei chen oder andere Rotorpole (44) sind, so dass die Spannung, die in den Armaturwicklungen (86) einer jeden Gruppe induziert wird, nicht in Phase ist mit der Spannung die in den Armaturwicklungen einer jeden anderen Gruppe induziert wird,
    und dass die Armaturwicklungen jeder Gruppe untereinander serie- oder parallelgeschaltet sind, so dass eine mehrphasige Ausgangsspannung erzeugt wird. 2.
    Generator nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass benachbarte Rotorpole (44) einen 360 elektrische Grade darstellenden Winkelabstand voneinander haben, während benachbarte Rotorpole (44) einen 240 elektrische Grade darstellenden Win kelabstand voneinander haben, so dass wenn eine durch jeden dritten Statorpol gebildete Gruppe (a) von Statorpolen mit entsprechenden Rotorpolen aus gerichtet ist, zwei andere Gruppen (b, c)
    von Stator- polen um plus respektive minus 120 elektrische Gra de ausser Ausrichtung mit entsprechenden Rotorpolen sind und somit die in den Armaturwicklungen (86) jeder Gruppe von Statorpolen induzierte Spannung um 120 gegenüber den in den Armaturwicklun- gen der beiden anderen Gruppen induzierten Span nungen phasenverschoben ist, und dass elektrische Leiter (100, 102, 104) der Armaturwicklungen jeder Gruppe in Serie miteinander verbunden, so dass eine dreiphasige Ausgangsspannung erzeugt wird. 3.
    Generator nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass ein Überzugsmaterial (112) derart am Stator (14) angebracht ist, dass die Feldwicklung (93) und die Armaturwicklungen (86) von der sie umgebenden Atmosphäre abgedichtet sind. 4.
    Generator nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Rotorflansch (26) über eine Scheibe (24) mit einer Rotornabe (22) verbunden ist, die dazu bestimmt ist, auf einer Welle (16) einer Maschine befestigt zu werden, dass der ringförmige Stator (14) die Rotornabe (22) umgibt, dass Mittel (70) vorgesehen sind, die dazu bestimmt sind, den Stator an einem Gestellteil (18) der Maschine zu befestigen, dass das von der Feldwicklung (93) er zeugte magnetische Feld in einem torusartigen Gebiet verläuft,
    dessen Torusachse mit der Rotorachse zu sammenfällt, und in dem der aus ferromagnetischem Material bestehende Rotor einen Flussweg von gerin ger Reluktanz bildet. 5.
    Generator nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Stator (14) ein inneres und ein äusseres Glied (52, bzw. 54) aus ferromagnetischem Material aufweist, die in einer ringförmigen Ausneh- mung (28) des Rotors (12) angeordnet sind und eine Nabe (22) des Rotors koaxial umgeben, dass diese Nabe (22) eine zylindrische Aussenfläche hat, die von einer zylindrischen Bohrung (56) des Stators (14) umgeben ist unter Freilassung eines schmalen Luft spaltes zwischen Nabe und Stator, dass das äussere Statorglied (54) auf dem inneren Statorglied (52) sitzt und letzteres eine Schulter (66)
    besitzt, die an einer Stirnfläche des äusseren Statorgliedes (54) anliegt, und dass ein Montagering (70) aus nichtmagneti schem Material mit dem Inneren Statorglied (52) ver bunden ist und einen Anschlag (78) aufweist, der an der anderen Stirnfläche des äusseren Statorgliedes (54) anliegt, um letzteres axial auf dem inneren Stator- glied (52) festzuhalten. 6.
    Generator nach Unteranspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der Umfang des inneren Stator- gliedes (52) zwei zylindrische Oberflächen (62, 64) von verschiedenem Durchmesser aufweist, die durch die Schulter (6) voneinander getrennt sind, dass das äussere Statorglied (54) auf der zylindrischen Ober fläche (62) von kleinerem Durchmesser sitzt, und dass die Feldwicklung (92) auf der zylindrischen Oberfläche (64) von grösserem Durchmesser sitzt. 7.
    Generator nach Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass der Montagering (70) mit dem inneren Statorglied (52) durch eine Mehrzahl von Schrauben (72) verbunden ist, die in axialer Richtung durch dieses Statorglied (52) hindurch gehen und in den Montagering (70) eingeschraubt sind, und dass diese Schrauben (72) zugleich zur Befestigung einer Mehrzahl von Halteelementen (94) für die Feld wicklung (92) dienen, wobei die Halteelemente teil weise an einer Seite der Feldwicklung anliegen und sie zwischen sich und dem äusseren Statorglied (54) festhalten.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2827722A1 (de) * 1978-03-10 1979-09-13 Volpi Spa Getriebemotor, insbesondere fuer den antrieb von personen- und lastenaufzuegen u.dgl.
DE3825349A1 (de) * 1987-08-06 1989-02-23 Velasco Sesena D Lor Fernandez Tragbarer variabler hochfrequenzgenerator
FR2646571A1 (fr) * 1989-02-25 1990-11-02 Licentia Gmbh Amenagements structurels d'un moteur a reluctance permettant d'ameliorer le refroidissement et reduisant le bruit d'air

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