DE2745516A1

DE2745516A1 - Anordnung zur verminderung der ankerrueckwirkung in rotierenden elektrischen maschinen

Info

Publication number: DE2745516A1
Application number: DE19772745516
Authority: DE
Inventors: Wisnu Dipl Ing Bhongbhibhat; Andreas Prof Boehringer; Siegfried Dipl Ing Haussmann; Ivan Dr Ing Ilic; Hans-Dieter Dr Ing Schmid
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-10-10
Filing date: 1977-10-10
Publication date: 1979-04-19
Also published as: YU236878A; YU40964B

Description

Beschreibung und Patentansprüche
Anordnung zur Verminderung der Ankerrückwirkung in rotierenden elektrischen Maschinen Bei Kommutatormaschinen (für Gleich- oder Einphasenwechselstrom) und bei Synchronmaschinen stellt die Ankerrückwirkung ein grundsätzliches Problem dar. Der von der Ankerdurchflutung in der Maschine hervorgerufene Fluß bewirkt eine Verzerrung und infolge Sättigungserscheinungen auch eine SchwächungXdes Erregerfeldes, was wiederum einen Spannungsverlust im Ankerkreis bzw. insgesamt gesehen einen Verlust an Maschinenleistung zur Folge hat. Man ist daher bestrebt, die Ankerrückwirkung in erträglichen Grenzen zu halten. Aus diesem Grunde werden beispielsweise die vorgenannten Maschinen mit einem wesentlich größeren Luftspalt zwischen Hauptpol und Anker ausgeführt, als dies aus rein mechanischen Gründen notwendig wäre. Dies macht jedoch eine größere Erregerdurchflutung erforderlich,wodurch wiederum eine Vergrößerung der Maschine bedingt wird. Die Maschine wird dadurch selbstverständlich auch teurer.
Der Schlüsselgedanke der vorliegenden Erfindung zur Verminderung der Ankerrückwirkung von rotierenden elektrischen Maschinen liegt nun darin, daß entsprechend Fig. 1 die Eisenbleche (1) in den Polen (2) und Jochen (3) des die Erregerwicklung (4) tragenden Maschinenteils (Erregerteil) parallel zur Rotationsachse angeordnet und jeweils durch unmagnetisches oder magnetisch nur schwach leitendes Material (5) voneinander getrennt und getrennt geführt sind, so daß der von der Ankerdurchflutung (6) im Erregerteil hervorgerufene magnetische Fluß in diesem Erregerteil einen hohen magnetischen Widerstand vorfindet.
Zur Ausbildung eines magnetischen Rückschlusses wird der erfindungsgemäß aufgebaute Eisenkern eines jeden Poles entsprechend Fig. 2 an der Polkernwurzel (7) in Richtung der Rotationsachse in zwei Hälften aufgeteilt und jede Hälfte für sich als Joch (3) durchgehend zu je einem der beiden benachbarten Pole geführt. Falls notwendig, werden die Eisenbleche (1) am Polschuh (8) entsprechend dem gewünschten Polbedeckungsverhältnis aufgespreizt und in dieser Lage festgehalten. Dabei können für die Eisenbleche auch Materialien verwendet werden, welche eine magnetische Vorzugsrichtung in Richtung des Feldlinienweges des Erregerflusses aufweisen.
Des weiteren können die Eisenbleche (1), wie in Fig. 3 dargestellt, beispielsweise bereits im Zuge ihrer Herstellung mit unmagnetischem oder magnetisch nur schwach leitendem Material (5) der erforderlichen Dicke beschichtet werden, so daß sie nur noch in erfindungsgemäßer Weise aufeinandergeschichtet, zusammengeklebt und zu einem Erregerteilsegment (9), beispielsweise entsprechend Fig. 2, ausgeformt werden müssen.
Eine zusätzliche Möglichkeit, die Ankerrückwirkung noch weiter zu verringern, besteht darin, daß zwischen den beiden Eisenkernhälften (10) eines jeden Hauptpoles entsprechend Fig. 4 ein Abstand (11) eingehalten wird, welcher größer ist als der in diesem Bereich gegebene Abstand der einzelnen Bleche untereinander und daß der Abstand zwischen den beiden Eisenkernhälften eines jeden Hauptpoles entweder leergehalten oder mit unmagnetischem oder magnetisch nur schwach leitendem Material ausgefüllt wird.Der typische Induktionsverlauf (12) im Luftspalt (16) eines derart aufgebauten Hauptpoles ist im unteren Teil von Fig. 4 dargestellt. Dabei ist mit (13) die Felderregerkurve des Ankers, mit (14) der allein von der Ankerdurchflutung (6) und mit (15) der allein von der Erregerdurchflutung (4) herrührende Induktionsverlauf im Luftspalt (16) gekennzeichnet.
Wendepole können bei einer erfindungsgemäß aufgebauten Maschine ebenfalls vorgesehen werden. Eines der möglichen Ausführungsbeispiele zeigt Fig. 5. Hier wird der Wendepol (17) aus zwei Teilsegmenten (18) zusammengesetzt, welche in der gezeichneten Art innerhalb des Hauptpolsegments angeordnet sind. Der Wendepolfluß schließt sich dann hier im Gegensatz zur klassischen Ausführung der Maschine nicht mehr über die Polkernwurzel des benachbarten Hauptpoles sondern über den Luftspalt zwi--schen Anker und dem dem jeweiligen Hauptpol zugewandten Ende des Wendepolsegments. Dabei können die Wendepolsegmente in derselben Weise wie die Hauptpolsegmente ausgeführt werden, wobei der Abstand zwischen den Wendepol-Eisenblechen auch geringer oder ganz zu Null gewählt werden kann. Des weiteren können die Wendepolsegmente massiv aufgebaut und die einander zugehörigen Teile eines jeden Wendepols gegebenenfalls zu einem einzigen Teil zusammengefaßt werden. Bei letzterem ist dann auch der Obergang auf eine geblechte Ausführung senkrecht zur Rotationsachse möglich.Eine weitere Ausführungsform für die Wendepole zeigt Fig. 6. Hier ist das Wendepolsystem (19) in massiver oder geblechter Ausführung einseitig in axialer Verlängerung zum Hauptpolsystem (20) angeordnet, und zwar derart, daß die Wendepole (17) in der axialen Verlängerung der Lücken zwischen je zwei Hauptpolen liegen. Eine weitere Möglichkeit ist die, auf beiden Seiten des Hauptpolsystems (20) ein derartiges Wendepolsystem (19) anzuordnen. Die einander gegenüberliegenden, gleichnamigen Wendepole können dann noch durch magnetisch gut leitende Stege verbunden werden, welche auf diese Weise die Polschuhe von auf der gesamten aktiven Ankerlänge wirksamen Wendepolen bilden.
Den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäß ausgeführten Gleichstrommaschine ohne Wendepole zeigt Fig. 7.
In Fig. 8 ist eine Innenpol-Synchronmaschine mit erfindungsgemäß aufgebautem Rotor (21) dargestellt. Die Ankerrückwirkung in Querachse und somit die zugehörige synchrone Reaktanz ist hier wesentlich kleiner als bei einer normal ausgeführten Maschine.
Alle oben genannten Anordnungen könen mit geschrägten oder ungeschrägten Rotoren und/oder Statoren ausgeführt werden.
Le e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Anordnung zur Verminderung der Ankerrückwirkung in elektrischen Maschinen dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung des von der Ankerdurchflutung in rotierenden elektrischen Maschinen hervorgerufenen magnetischen Flusses, welcher das mit der Erregerdurchflutung fest verkoppelte Bauteil, das sogenannte Erregerteil bzw. Erregersystem, durchsetzt, die Eisenbleche in den Polschuhen, Polkernen und Jochen des Erregerteils parallel zur Rotationsachse angeordnet und jeweils durch unmagnetische oder magnetisch nur schwach leitende Stoffe so weit voneinander getrennt und getrennt geführt sind, daß der von der Ankerdurchflutung im Erregerteil hervorgerufene magnetische Fluß in diesem Erregerteil auf allen ihm dort möglichen Wegen einen sehr hohen magnetischen Widerstand vorfindet.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern eines jeden Poles an der Polkernwurzel in Richtung der Rotationsachse in zwei Hälften aufgeteilt ist und jede Hälfte für sich als Joch durchgehend zu je einem der beiden benachbarten Pole geführt wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern eines jeden Poles an der Polkernwurzel zunächst in Richtung der Rotationsachse in zwei Hälften aufgeteilt ist und daß diese Hälften, wiederum in Richtung der Rotationsachse in einen größeren, in Richtung der Polkernmitte gelegenen, und in einen kleineren, von der Polkernmitte entfernten Teil gegliedert sind und daß die genannten größeren Teile jeweils für sich als Joch durchgehend zu je einem der beiden benachbarten Pole geführt sind und daß die beiden kleineren Teile jeweils für sich bis zur Mitte der nächstfolgenden Pollücke geführt sind und dort zusammen mit dem jeweils vom gegenüberliegenden Pol kommenden, kleineren Teil den Kern eines sogenannten Wendepols bilden.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch unmagnetische oder magnetisch nur schwach leitende Stoffe ausgefüllten Abstände zwischen den Eisenblechen der zum magnetischen Kreis der Wendepole gehörigen, kleineren Teile des Erregersystems geringer gehalten sind als jene Abstände, welche zwischen den Eisenblechen der zum magnetischen Kreis der Hauptpole gehörigen, größeren Teile des Erregersystems bestehen.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen den Eisenblechen der zum magnetischen Kreis der Wendepole gehörigen, kleineren Teile des Erregersystems so klein wie konstruktiv in einfacher Weise realisierbar gehalten werden.
6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zum magnetischen Kreis der Wendepole gehörigen kleineren Teile des Erregersystems ungeblecht und aus massivem, magnetisch gut leitendem Material aufgebaut sind.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zur Mitte der Pol lücke führenden Teile eines jeden Wendepols zu einem mechanisch und magnetisch fest verbundenen Teil zusammengefügt werden.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zum magnetischen Kreis der Wendepole gehörigen Teile des Erregersystems nicht massiv, sondern senkrecht zur Rotationsachse geblecht ausgeführt werden.
9. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Etsenbleche vorzugsweise Materialien mit magnetischer Vorzugsrichtung in Richtung des Feldlinienweges des Erregerflusses und des Wendepolflusses verwendet werden.
10. Anordnung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Eisenbleche des zum magnetischen Kreis der Hauptpole gehörigen Teils des Erregersystems vorzugsweise Materialien mit magnetischer Vorzugsrichtung in Richtung des Feldlinienweges des Erregerflusses verwendet werden.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Eisenkernhälften eines jeden Hauptpoles ein Abstand eingehalten wird, welcher größer ist als der in diesem Bereich gegebene Abstand der einzelnen Bleche der beiden Eisenkernhälften untereinander und daß der Abstand zwischen den beiden Eisenkernhälften eines jeden Hauptpoles leergehalten oder mit unmagnetischem oder magnetisch nur schwach leitendem Material ausgefüllt ist.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenbleche am Polschuh in einer das gewünschte Polbedeckungsverhältnis ergebenden aufgespreizten Lage gehalten sind.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Eisenbleche verwendet werden, welche bereits im Zuge ihrer Herstellung mit unmagnetischem oder magnetisch nur schwach leitendem Material der an der betreffenden Stelle erforderlichen Dicke beschichtet worden sind.
14. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zum magnetischen Kreis der Wendepole gehörige Teil des Erregersystems in massiver oder geblechter Ausführung einseitig in axialer Verlängerung des zum magnetischen Kreis der Hauptpole gehörigen Teils des Erregersystems angeordnet wird, derart, daß die Wendepole in der axialen Verlängerung der Lücken zwischen je zwei Hauptpolen liegen.
15. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des zum magnetischen Kreis der Hauptpole gehörigen Teils des Erregersystems je ein Wendepolsystem entsprechend Anspruch 14 angeordnet wird, dessen gleichnamige Pole in axialer Richtung einander gegenüberstehen.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die in axialer Richtung einander gegenüberliegenden, gleichnamigen Wendepole durch magnetisch gut leitende Stege verbunden sind, welche derart die Polschuhe von auf der gesamten aktiven Ankerlänge wirksamen Wendepolen bilden.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß für die Eisenbleche des zum magnetischen Kreis der Hauptpole gehörigen Teils des Erregersystems vorzugsweise Materialien mit magnetischer Vorzugsrichtung in Richtung des Feldlinienweges des Erregerflusses verwendet werden.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Eisenkernhälften eines jeden Hauptpoles ein Abstand eingehalten wird, welcher größer ist als der in diesem Bereich gegebene Abstand der einzelnen Bleche der beiden Eisenkernhälften untereinander und daß der Abstand zwischen den beiden Eisenkernhälften eines jeden Hauptpoles leergehalten oder mit unmagnetischem oder magnetisch nur schwach leitendem Material ausgefüllt ist.
19. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenbleche am Polschuh in einer das gewünschte Polbedeckungsverhältnis ergebenden aufgesprcizten Lage gehalten sind.
20. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß Eisenbleche verwendet werden, welche bereits im Zuge ihrer Herstellung mit unmagnetischem oder magnetisch nur schwach leitendem Material der an der betreffenden Stelle erforderlichen Dicke beschichtet worden sind.
21. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregersystem von Kommutatormaschinen für Gleich- und Einphasenwechselstrom nach diesem Prinzip ausgeführt ist.
22. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2 und 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerteil von Synchronmascliinen nach diesem Prinzip ausgeführt ist.
23. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorblechpaket relativ zum Stator bzw.

zur Rotorachse eine Schrägung aufweist.
24. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorblechpaket relativ zur Rotorachse eine Schrägung aufweist.
25. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotor- und Statorblechpaket relativ zur Rotorachse einander entgegengesetzte Schrägungen aufweisen.