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Elektrische Axialluftspaltmaschine Die Erfindung bezieht sich auf
eine elektrische Axialluftspaltmaschine mit einem.scheibenförmigen Anker, der eine
Wicklung aus Flachleitern trägt, deren aktive Spulenseiten eine ringförinige Fläche
auf der Ankerscheibe bedecken, an die sich innen und außen ringfönnige Flächen anschließen,
die von den Wickelkopfabschnitten der Wicklungsleiter bedeckt sind, und mit einem
der Ankerscheibe gegenüberliegenden Erregerpolkranz mit permanenter Magnetisierung.
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Bei bekannten Maschinen dieser Art hat der Erregerpolkranz im wesentlichen
die Ausdehnung der von den aktiven Spulenseiten bedeckten ringförinigen Fläche,
da ein Magnetfeld in den von den Wickelkopfabschnitten bedeckten Flächen nutzlos
oder sogar nachteilig wäre. Daher kann nur ein Teil der radialen Ausdehnung der
Maschine zur Unterbringung der permanenten Erregerpole ausgenutzt werden, und das
erzeugte Magnetfeld ist entsprechend begrenzt.
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Die Erregerpole können hierbei getrennte Permanentmagnete sein, die
mit abwechselnder Polung in einem Kranz angeordnet sind und ausgeprägte Pole darstellen.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, bei derartigen Maschinen Ringe aus hartem
Ferrit zu verwenden, in welche die Magnetpole durch remanente Magnetisierung »eingeprägt«
sind; es wurde aber festgestellt, daß diese Lösung zwar im Hinblick auf die größere
Einfachheit vorteilhaft ist, aber sehr schnell zu einer Grenze führt, wenn es erwünscht
ist, die Leistung und den energetischen Wirkungsgrad der Maschinen zu vergrößern,
weil der Nutzfluß in dem Luftspalt nicht ausreicht.
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Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Axialluftspaltmaschine
der eingangs angegebenen Art, bei welcher unter sonst gleichen Bedingungen ein wesentlich
stärkerer Nutzfluß im Bereich der aktiven Spulenseiten erzeugt werden kann.
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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß an dem Erregerpolkranz,
der sich in radialer Richtung mindestens über die gleiche Höhe wie die Ankerscheibe
erstreckt, massive Polschuhe angebracht sind, die sich zur Ankerscheibe hin wenigstens
in radialer Richtung allmählich derart verjüngen, daß ihre Polflächen im wesentlichen
die gleiche radiale Erstreckung wie die von den aktiven Spulenseiten bedeckte ringförmige
Fläche haben.
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Die Erfindung ermöglicht es, den bisher nicht ausgenutzten Raum der
Maschine zur Unterbringung der Erregermagnete mit auszunutzen. Da diese dann eine
wesentlich größere radiale Erstreckung haben, können sie auch einen entsprechend
stärkeren Magnetfluß erzeugen. Durch die Polschuhe wird dieser Magnetfluß auf das
Gebiet der aktiven Spulenseiten konzentriert, so daß er praktisch vollständig als
Nutzfluß wirkt.
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Damit kann die Leistung der Maschine ohne Vergrößerung der Außenabmessungen
erhöht werden. Es ist zu bemerken, daß die Verwendung von Polschuhen bei Radialluftspaltmaschinen
mit Trommelanker bereits bekannt ist, um damit eine Flußkonzentration auf die nutzbaren
Polflächen in der Laufrichtung des Trommelumfangs zu bewirken. Bei entsprechender
Anwendung auf - eine Axialluftspaltmaschine würde diese Flußkonzentration
also senkrecht zu der nach der Erfindung bewirkten Flußkonzentration liegen und
eine ganz andere Wirkung als diese ergeben.
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Eine Ausführungsform nach der Erfindung besteht darin, daß die permanenten
Erregerpole in einen Ring aus einem magnetisch remanenten Material mit hoher Koerzitivkraft
eingeprägt sind, daß die Polschuhe aus einem nichtremanenten, magrietisch weichen
Material bestehen und eine der Polfläche gegenüberliegende große Grundfläche haben,
mit der sie auf die Stellen des permanenten Polringes aufgesetzt sind, an denen
sich die Erregerpole befinden.
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Eine andere Ausführungsform nach der Erfindung besteht darin, daß
die permanenten Erregerpole in die Breitseiten von sekorförmigen Magneten aus einem
remanenten Magnetmaterial mit hoher Koeizitivkraft eingeprägt sind und daß die massiven
Polschuhe gleichfalls sektorförmig ausgebildet und zwischen die Erregerpolmagnete
eingefügt sind.
Die mit der praktischen Anwendung der Erfindung
erzielte Verbesserung läßt sich aus folgendem Zahlenbeispiel erkennen: Bei einer
Wicklungsscheibe mit einem Außendurchmesser von 122 mm ist die nutzbare Fläche der
radialen Leiter etwa 56,5 cm2. Bei einem Ferritring mit dieser ringfönnigen
Oberfläche, einem Innendurchmesser von 58 mm und einer Induktion von
2500 Gauß hat in einer achtpoligen Maschine der Magnetfluß pro Pol eine Stärke
in der Größenordnung von 16 500 Gauß - CM2 (die Rechnung ergibt
1.7 700, doch muß ein gewisser Verlust berücksichtigt werden, weil sich die
in das Ferrit »eingeprägten Pole nicht absolut genau aneinanderfügen). Wenn diese
Oberfläche von 56,5 CM2 für die Polflächen der pyramidenförmigen Polmassen
in dem Luftspalt beibehalten wird, jedoch der Außendurchmesser des Ferritringes
auf 122 mm vergrößert und der Innendurchmesser auf 45 mm verringert werden, verfügt
man auf diesem Ring über eine nutzbare Fläche von etwa 100 CM2, was unter
den gleichen Bedingungen dann pro Pol einen Magnetfluß von etwa 25 000 Gauß
- cm2 in dem Luftspalt ergibt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Darin zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine nach der Erfindung ausgeführte
Maschine, F i g. 2 ein typisches Ausführungsbeispiel einer gedruckten Wicklung
für die Maschine und F 1 g. 1,
F i g. 3 eine schematische Darstellung
zur Erläuterung des Aufbaus der in F i g. 1 im Schnitt gezeigten Erregeranordnung,
F i g. 4 eine Teilansicht ähnlich F i g. 3 von einer anderen Ausführungsform
der Erregeranordnung, F i g. 5 eine perspektivische Ansicht eines Magnetelements
der Anordnung nach F i g. 4 und F i g. 6 eine perspektivische Ansicht
eines Polmassenelements der Anordnung nach F i g. 4.
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Die in F i g. 1 gezeigte Maschine ist eine Gleichstrommaschine
mit einem Läufer 1, der durch eine gedruckte Wicklung der in F i
g. 2 gezeigten Art gebildet ist. Der Läufer ist mittels einer Nabe 2 auf
einer Welle 3 angebracht und zwischen zwei Ständerelementen eingeschlossen,
von denen das eine Element 4 ein einfaches ringförmiges Magnetjoch zum Schließen
des durch den Läufer 1 hindurchgehenden Flusses ist. Dieses Joch wird von
einer Trägerplatte 8 getragen. Das andere Ständerelement enthält acht Erregerpole,
die weiter unten noch genauer beschrieben werden.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten doppelseitigen Wicklung enthält jeder
Spulenseitenleiter in an sich bekannterWeise einen annähernd radialen und sektorförmigen
mittleren Abschnitt 11, der an seinen beiden Enden durch geneigte oder gekrümmte
Ab- j
schnitte 12 und 13 verlängert ist, welche in Kontaktstücken 14
bzw. 15 an dem äußeren bzw. dem inneren Umfang des isolierenden Ringes enden,
auf dem die Wicklung gebildet ist. Diese Kontaktstücke dienen, wie bekannt zur Herstellung
der Verbindungen von der einen zur anderen Seite, beispielsweise durch Metallisierung
von Löchern, die durch das Isoliermaterial und durch die Kontaktstücke hindurchgeführt
sind, wodurch der elektromechanische Wicklungsverlauf vervollständigt wird, der
durch die i Wahl der Neigungen der Leiterabschnitte 12 und 13
vorbereitet
ist. Bei dem in F i g. 2 gezeigten Beispiel handelt es sich um eine Wellenwicklung
mit einundvierzig Windungen für eine Maschine mit acht Erregerpolen. Die radialen
Leiterabschnitte 11 stellen die aktiven Spulenseiten dar, während die Abschnitte
12 und 13 mit den Kontaktstücken 15 und 16 die Wickelköpfe
der Wicklung bilden.
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Der Erreger enthält einen Ring 5 aus magnetisch hartem Ferrit,
(wie aus der unteren Hälfte der Halbansicht von F i g. 3 erkennbar ist) glatte
Magnetpole durch eine magnetische Behandlung gebildet worden sind, die eine remanente
Magnetisierung des Ferrits zur Folge hatte. Es sind z. B. acht Pole mit abwechselnder
magnetischer Bezeichnung N und S auf dem Umfang einer Fläche
des Ringes 5 angebracht. Die Magnetisierung erfolgt in der Querrichtung,
so daß auf der Rückseite des Ringes Pole der entgegengesetzten Bezeichnung erscheinen.
Auf dieser Rückseite ist ein magnetischer Rückschluß vorzugsweise eine ringförmige
Jochplatte 6, angebracht. Die dein Luftspalt zugewandte Vorderseite ist mit
pyramidenförmigen Polschuhen 7 versehen, deren Querschnitt in F i
g. 1 erkennbar ist und deren Stirnansicht in F i g. 3 im oberen Teil
der Halbansicht dargestellt ist. Durch diese Polschuhe 7 aus einem magnetisch
weichen Material wird offensichtlich der Magnetfluß, für jeden Pol auf eine Luftspaltfläche
begrenzt, deren nutzbare radiale Höhe der radialen Ausdehnung der aktiven Spulenseiten
11 der Wicklung von F i g. 2 entspricht. Der Erreger wird von einer
Trägerplatte 10 getragen.
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Bürsten der bei 9 gezeigten Art wirken nüt der Läuferwicklung
zusammen; sie sind beispielsweise durch das Joch 4 der Maschine hindurchgeführt.
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In Abänderung des beschriebenen Erregerauf#aus kann man gemäß -F i
g. 4 bis 6 unter Erzielung der gleichen Wirkung den Ring aus abwechselnd
angeordneten Elementen, nämlich Magnete 25 und Polschuhen 27 herstellen;
diese Elemente sind perspektivisch in F i g. 5 bzw. 6 schematisch
dargestellt. Die Magnete 25 sind so magnetisiert, daß sie ihre Pole
N
und S auf den Breitseiten 26 aufweisen, und die Polschuhe
27 sind so geformt, daß sie auf ihrer dem Luftspalt zugewandten Vorderseite
einen hervorspringenden Abschnitt von pyramidenförmiger Gestalt aufweisen, so daß
sie also eine Polfläche 18 besitzen, deren Höhe an die Abmessung des aktiven
Teils der gedruckten Wicklung angepaßt ist. Diese Polfläche schließt sich an den
Hauptteil des Polschuhes über abgeschrägte Flächen 19 und 20 an, so daß schließlich
diese Anordnung nach dem Zusammenbau die gleiche Form wie diejenige von F i
g. 1
bis 3 hat, mit der Ausnahme, daß es dann nicht mehr erforderlich
ist, einen magnetischen Rückschluß etwa in Form des hinteren Jochrings
6 an dem Erreger vorzusehen.
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Für die praktische Ausführung ist es nicht zwingend, daß die Polflächen
der pyramidenförmigen Vorsprünge zur Konzentrierung des Flusses die bei den beschriebenen
Beispielen dargestellte sektorförmige Gestalt (Trapez mit kreisbodenförmig gekrümmten
Basen) haben; man kann vielmehr die Polschuhe so formen, daß gleichzeitig die Verteilung
des Magnetfeldes für jeden Pol in dem Luftspalt bestimmt wird.