DE2126395A1 - Elektrische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit Polstücken zugeordneten Wicklungen. Sie bezieht sich insbesondere auf Dynamos, Synchrongeneratoren und Motoren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine anzugeben, die einen verbesserten Wirkungsgrad hat.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß Wechselstrom führende Wicklungen Polstücken zugeordnet sind, die aus magnetisch weichem Ferritmaterial bestehen.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.

Fig. 1(a) ist eine Draufsicht auf den Stator mit den Polstücken für eine elektrische

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Maschine gemäß einer Ausführungsform

der Erfindung,
Fig. i(b) ist eine Draufsicht auf den Rotor für

die elektrische Maschine, Fig. 2 ist ein Axialschnitt der elektrischen

Maschine selbst, und Fig. 3, 4 und 5 zeigen grafische Darstellungen zur

Verdeutlichung der guten Eigenschaften

der Maschine.

Das zu beschreibende Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung betrifft einen Synchrongenerator. Zunächst sei auf die Fig. i(a) Bezug genommen. Der Stator weist eine Scheibe 1 aus magnetisch weichem Ferritmaterial auf, die acht Polstücke 2 bis 9 in Form zylindrischer Säulen hält, die ebenfalls aus magnetisch weichem Ferritmaterial bestehen. Jedes der Polstücke 2 bis 9 ist 1,25 cm lang und 9 mm im Durchmesser. Die ganze Anordnung kann dadurch hergestellt werden, daß die Polstücke 2 bis 9 an der Scheibe 1 angebracht werden, oder indem das Ganze als Einheit z.B. durch Sintern hergestellt wird.

Beispiele von magnetisch weichen Ferritmaterialien sind in der USA-Patentschrift 2 452 530 beschrieben, sie weisen Zinkferrit mit einem niedrigen Curie-Punkt in Kombination mit einem oder mehreren kubischen Ferriten wie beispielsweise Nickelferrit von höherem Curie-Punkt auf. Die Produkte

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haben hohe magnetische Permeabilität und niedrige magnetische Verluste. Ihre Curie-Punkte liegen zwischen 40° und 250°C. Die britische Patentschrift 701 364 beschreibt weitere Beispiele von magnetisch weichen Ferritmaterialien auf der Basis von jenen, die in der USA-Patentschrift 2 452 530 beschrieben sind.

Ein Rotor 10 (Fig. 1(b)) besteht aus einem Ring, dessen Außendurchmesser der gleiche ist wie der der Scheibe des Stators, nämlich 5,1 cm, und der aus magnetisch hartem Ferritmaterial besteht. Der Rotor 10 ist so magnetisiert, daß acht Domänen rund um die öffnung gebildet sind, wobei benachbarte Domänen in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert sind, während die Pole auf den oberen und unteren Flächen des Rotors 10 liegen. Beispiele von magnetisch harten Ferritmaterialien sind in der britischen Patentschrift 708 127 beschrieben.

Ein Axialschnitt des Synchrongenerators selbst ist in Fig. 2 gezeigt, aus der sich ergibt, daß der Rotor 10 gegenüber den Polstücken 2 bis 9 und koaxial zu der Scheibe 1 des Stators angeordnet ist. Der Rotor 10 ist auf einer Scheibe 11 aus Stahl befestigt und wird durch eine Welle 12 gedreht, die durch eine Energiequelle angetrieben ist, deren Energie in elektrische Energie umgewandelt werden soll. Die Polstücke 2 bis 9 tragen in der bekannten Weise Wicklungen, d.h. daß benachbarte Polstücke Wicklungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn tragen, die in Reihe ge-

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schaltet sind. Zur Erzielung des größten Wirkungsgrades muß der Spalt zwischen den Polstücken 2 bis 9 und dem Rotor 10 so gering wie möglich sein,und bei diesem Ausführungs-

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beispiel beträgt er 3,05 χ 10 cm.

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung und zeigt eine Familie von Kurven der Ausgangsspannung (V) in Abhängigkeit von der Rotorgeschwindigkeit (S) für unterschiedliche Lasten für den zuvor beschriebenen Synchrongenerator. Die Ordinate (V) ist in V «« kalibriert, und die Abszisse ist in Tausendern von Umdrehungen pro Minute geeicht. Es ist zu ersehen, daß sich die Linearität mit zunehmendem Lastwiderstand in Richtung auf Lastfreiheit verbessert, woraus sich ergibt, daß der Synchrongenerator zur Verwendung als Tachogenerator geeignet ist.

In Fig. 4 ist grafisch die Spitzenleistung (P) gegenüber der Geschwindigkeit (S) aufgetragen. Die Ordinate (P) ist in Watt und die Abszisse in Tausendern von Umdrehungen pro Minute geeicht. Es ist zu ersehen, daß der Verlauf linear ist und eine Leistung von ungefähr 100 Watt bei ungefähr 14 000 Umdrehungen pro Minute gibt, wobei ganz klar noch kein Begrenzungseffekt in bezug auf die Geschwindigkeit erreicht wurde. Die bei irgendeiner bestimmten Geschwindigkeit mit dem eingangs beschriebenen Synchrongenerator erzielbare Spitzenleistung ist ungefähr zehnmal größer als die mit einem herkömmlichen Synchrongenerator erzielbare, der PolstUcke aus laminiertem Eisen zur Vermei-

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dung von Eisenverlusten und Wirbelstromverlusten aufweist. Es wird erwartet, daß die mit dem zuvor beschriebenen Synchrongenerator erzielbaren Spitzenleistungen erhöht werden können, indem die Durchmesser der Polstücke 2 bis 9 (und der Ringweite des Rotors 10) vergrößert werden, so daß mehr des Rotors 10 bei irgendeiner bestimmten Zeit bedeckt ist.

Fig. 5 ist ein Diagramm und zeigt die Güte des Synchrongenerators bei einer Nominalgeschwindigkeit von 12 500 Umdrehungen pro Minute. Drei Kurven sind gezeigt: die Änderung der Spitzenleistung (P) mit der Last (L); die Änderung der Ausgangsspannung (V) mit der Last (L); und die Änderung des Stromes (A) mit der Last (L). Die Ordinate (P, A,und V) ist in Watt, Effektivstrom in Ampere und Effektivspannung in Volt geeicht, während die Abszisse (L) in Ohm geeicht ist.

Der zuvor beschriebene Synchrongenerator kann abgewandelt werden. Z.B. kann der Rotor 10 durch Irgendeinen anderen passenden permanent magnetisierten Kern ersetzt werden, und die Zahl und die Form der Polstücke 2 bis 9 kann geändert werden. Darüber hinaus kann die Erfindung bei beliebigen elektrischen Maschinen, z.B. Motoren, angewandt werden, die Wicklungen haben, die Wechselstrom führen und Polstücken zugeordnet sind. Tatsächlich kann der zuvor beschriebene Synchrongenerator als Motor betrieben werden, indem die Wicklungen auf den Poletücken 2 bis 9

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mit Wechselstrom gespeist werden. Es wurde gefunden, daß Maschinen gemäß der Erfindung einen beträchtlich höheren Wirkungsgrad haben als herkömmliche Maschinen, die z.B. Polstücke aus laminiertem Eisen verwenden. Diese verbesserten Eigenschaften ergeben sich durch die Verwendung von Polstücken, die aus magnetisch weichem Ferritmaterial bestehen, was zur Vermeidung von z.B. Eisenverlusten und Wirbelstromverlusten führt.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   ^ Elektrische Maschine mit Polstücken zugeordneten Wicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß Wechselstrom führende Wicklungen Polstücken zugeordnet sind, die aus magnetisch weichem Ferritmaterial bestehen.
2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine ein Synchrongenerator ist.
3. 3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine ein Motor ist.
4. 4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Permanentmagneten aus magnetisch hartem Ferritmaterial.

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