DE32817C - Construction of the armature and magnets in dynamo-electric machines - Google Patents

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21: Elektrische Apparate.CLASS 21: Electrical apparatus.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 3. Mai 1883 ab.Patented in the German Empire on May 3, 1883.

Die vorliegende Erfindung betrifft einige Neuerungen an dynamo - elektrischen und elektro-dynamischen Maschinen, zum Zwecke, dieselben leistungsfähiger zu machen und einige der bekannten Uebelstände dieser Maschinen zu beseitigen.The present invention relates to some Innovations in dynamo - electrical and electro-dynamic machines, for the purpose of to make them more efficient, and some of the well-known drawbacks of these machines to eliminate.

Zu diesem Zwecke wird entweder der Kern des rotirenden Pacinotti'schen Ringankers kastenförmig hohl und ähnlich werden die Kerne der inducirenden Elektromagneten constrain,- oder der inducirte Theil des Ankers besteht nur aus neben einander liegenden Stäben, die durch ein eigenthümlich ausgebildetes, stark magnetisches Feld rotiren; um letzteres auch bei kleineren Maschinen mit einfachen Mitteln herzustellen, werden Polverlängerungen von besonderer Gestalt benutzt.For this purpose either the core of the rotating Pacinotti ring anchor is used The cores of the inductive electromagnets become box-shaped, hollow and similar, or the induced part of the anchor consists only of bars lying next to one another, which rotate through a peculiarly developed, strong magnetic field; about the latter too to produce with simple means for smaller machines, pole extensions of special shape used.

Die Construction des rotireuden Ankers der vorliegenden Maschine ähnelt im allgemeinen der des. Pacinotti'schen Ringes.The construction of the rotating armature of the present machine is generally similar that of the Pacinotti ring.

Bekanntlich ist bei einem solchen ein Ring von weichem Eisen durch Ausschnitte auf seinem Umfang gekennzeichnet, derart, dafs an dem Ring Abtheilungen gebildet werden, welche mit isolirtem Draht bewickelt werden. Die bekannten Nachtheile eines solchen Pa ei nottischen Ringes sollen aber durch die vorliegende Reconstruction vermieden werden, und zwar dadurch, dafs 1. die Länge des unwirksamen Drahtes auf dem Ring möglichst reducirt, 2. der Ring selbst möglichst fest mit der Welle der Maschine verbunden wird, 3. der Ring eine solche Querschnittsform erhält, dafs der Draht auf demselben nur mit denjenigen Theilen in Berührung kommt, deren Polarität einen Strom nur nach einSr bestimmten Richtung erzeugen und auf diese Weise das Auftreten Foucault-'-scher Ströme verhindern, endlich sollen die Inductionsströme in den einzelnen Abtheilungen der Bewickelung vermindert werden, gleichzeitig soll aber auch die sich entwickelnde Wärme rasch abgeführt werden.It is known that such a ring is made of soft iron through cutouts its circumference, in such a way that divisions are formed on the ring, which wound with insulated wire. Not to mention the well-known disadvantages of such a pa Ringes should be avoided by the present reconstruction, namely in that 1. the length of the ineffective wire on the ring is reduced as much as possible, 2. the ring itself is connected as firmly as possible to the shaft of the machine, 3. the ring has such a cross-sectional shape that the wire on it only with those parts comes into contact, the polarity of which carries a current only in a certain direction and in this way prevent the occurrence of Foucault currents, finite should the induction currents in the individual sections of the winding be reduced, At the same time, however, the heat that develops should also be dissipated quickly.

Zu. diesem Zwecke wird der Ring im Querschnitt in Form eines hohlen Kastens construirt, dessen Seiten bis auf ein kurzes Stück ununterbrochen sind. Um die Oberfläche des Ringes möglichst zu vergröfsern, kann man ihn mit rings umlaufenden Nuthen versehen. Wird der Draht auf einen solchen Ring aufgewickelt, so wird er in diesen Nuthen durch nichtmagnetische Bänder oder Reifen gehalten.To. for this purpose the ring is constructed in cross section in the form of a hollow box, the sides of which are unbroken except for a short piece. To the surface of the To enlarge the ring as much as possible, it can be provided with circumferential grooves. If the wire is wound onto such a ring, it will pass through these grooves held by non-magnetic tapes or hoops.

Noch besser aber kann man Blechplatten auf den Ring aufreihen, die nach der Form des Ringes ausgeschnitten oder ausgestanzt sind, oder auch Metallband oder Streifen in der Form des Ringes biegen und nun die zu je einer Abtheilung gehörigen Platten zusammen verbinden. Die Platten werden von einander isolirt oder doch so aus einander gehalten, dafs ein Zwischenraum zwischen ihnen verbleibt.Even better, however, you can line up sheet metal plates on the ring according to the shape of the ring are cut out or punched out, or metal tape or strips in Bend the shape of the ring and then join the plates belonging to each section together associate. The plates are insulated from one another or at least held apart in such a way that that a space remains between them.

Der auf solche Weise zusammengesetzte Ringanker kann in beliebigen Gröfsen hergestellt werden, wobei seine Wirksamkeit nicht wie bei vielen anderen Ankern durch Vergröfserung des Ringdurchmessers vermindert wird; er zeichnet sich besonders dadurch aus, dafs eine hohe elektromotorische Kraft bei 'geringem inneren Widerstand und mäfsiger Tourenzahl erreicht wird, und dafs er infolge seiner Masse namentlich bei gröfseren Dimensionen weniger durch momentane Äenderungen im Widerstände oder durch Gegenströme imThe ring anchor assembled in this way can be produced in any size its effectiveness not, as with many other anchors, through enlargement the ring diameter is reduced; it is particularly distinguished by the fact that it has a high electromotive force with a small amount of electromotive force internal resistance and a moderate number of revolutions is achieved, and that, owing to its mass, it is particularly large in the case of larger dimensions less by momentary changes in the resistance or by countercurrents in the

Stromkreise oder durch momentane Geschwindigkeitsänderungen des treibenden Motors beeinflufst wird.Circuits or influenced by momentary changes in the speed of the driving motor will.

Die inducirenden Elektromagnete werden in ähnlicher Weise construirt wie der Ringanker. Die Kerne derselben, von denen man mehrere anwenden kann, sind hohl und ebenfalls an einer Stelle unterbrochen. Die Bewickelung der Kerne geschieht auf die oben angegebene Weise. Die Polstücke der Elektromagneten sind der Form des Ringankers entsprechend. Selbstredend kann man auch permanente Magnete statt der Elektromagnete verwenden. The inductive electromagnets are constructed in a manner similar to that of the ring armature. The cores of these, of which several can be used, are hollow and likewise interrupted at one point. The cores are wrapped as described above. The pole pieces of the electromagnets correspond to the shape of the ring anchor. Of course you can also make permanent ones Use magnets instead of electromagnets.

Fig. ι der beiliegenden Zeichnung stellt den besprochenen Ringanker ohne Drahtbewickelung in Ansicht dar. Der Ring kann aus mehreren Segmenten, in der Zeichnung vier, zusammengesetzt sein, die durch Laschen b mit einander verbunden sind. 'Fig. 2 stellt einen Schnitt durch den Ring nach Linie α -α! oder a"-cC" dar. Die im Querschnitt diagonal laufenden Linien stellen die nichtmagnetischen Theile, die verticalen Linien die magnetischen Theile des Ringes dar, während die weifsen Stellen c die Bewickelung des Ringankers andeuten. Die schräg laufenden, gebrochenen Linien stellen den Querschnitt des den Ringanker umgebenden Elektromagneten dar.Fig. Ι of the accompanying drawing shows the discussed ring anchor without wire wrapping in a view. The ring can be composed of several segments, four in the drawing, which are connected to each other by tabs b. 'Fig. 2 shows a section through the ring along line α-α! or a "-cC" . The lines running diagonally in cross-section represent the non-magnetic parts, the vertical lines the magnetic parts of the ring, while the white points c indicate the winding of the ring armature. The inclined broken lines represent the cross section of the electromagnet surrounding the ring armature.

In Maschinen zur Erzeugung von Wechselströmen und in Maschinen für gleichgerichtete Ströme, wenn solche von grofsen Dimensionen sind, ist es vorzuziehen, den Ringanker ganz aus nichtmagnetischem Material herzustellen. Ein Nachtheil der Verwendung nichtmagnetischen Materials bei Ringankern bestand bisher darin, dafs die Kraftlinien der inducirenden Elektromagnete über einen so grofsen Raum ausgebreitet wurden, dafs die meisten dieser Kraftlinien für die Wirkung verloren gingen; ferner darin, dafs der Raum, in welchem der Ringanker sich bewegte, nur einen geringen Theil des magnetischen Feldes ausmachte. Um eine möglichste Concentration des magnetischen Feldes zu erreichen, hat man bisher zwei Methoden angewendet. Die eine Methode bestand darin, dafs man Eisen in dem Ringanker anbrachte, die andere, dafs man die Drahtbewickelung des Ankers durch die Kraftlinien hindurchführte, die sich zwischen zwei ungleichnamigen Polen bilden. Bei Maschinen von grofsen Dimensionen benutzt man am besten die letztgenannte Methode, bei kleineren Maschinen jedoch, wo wegen des mangelnden Raumes innerhalb des Ringankers Magnete sich schwer anbringen lassen, erhält man ein kräftiges magnetisches Feld dadurch, dafs ein Stück oder Stücke von magnetischem Material derart angeordnet werden, dafs die magnetischen Kraftlinien, die an dem vom Ringanker am weitesten liegenden Polen des Magneten erzeugt werden, ebenfalls das Feld kreuzen müssen.In machines for generating alternating currents and in machines for rectified currents If currents are of large dimensions, it is preferable to use the ring anchor entirely made of non-magnetic material. A disadvantage of using non-magnetic The material used for ring anchors has hitherto consisted of the lines of force of the inductive Electromagnets were spread over so large a space that most of them Lines of force for the effect were lost; furthermore, that the space in which the Ring armature moved, made up only a small part of the magnetic field. Around To achieve the greatest possible concentration of the magnetic field, two methods have hitherto been used applied. One method was to put iron in the ring anchor, the other, that the wire wrapping of the anchor is passed through the lines of force which are between two dissimilar ones Poland form. The latter method is best used for machines of large dimensions, for smaller ones Machines, however, where magnets because of the lack of space inside the ring armature difficult to attach, a strong magnetic field is obtained from the fact that a Pieces or pieces of magnetic material are arranged in such a way that the magnetic Lines of force that are generated at the pole of the magnet furthest from the ring armature also cross the field have to.

Solches Stück oder Stücke magnetischen Materials können auch von einem besonderen elektrischen Strom durchflossen werden, man kann aber auch dieselbe Wirkung dadurch erreichen, dafs man ein oder.mehrere Stücke magnetischen Materials derart anordnet, dafs die Kraftlinien, die von einem oder mehreren Nachbarpolen erzeugt werden, ebenfalls das Feld kreuzen müssen. Die Fig. 3 bis 10 veranschaulichen das Gesagte deutlicher.Such a piece or pieces of magnetic material can also be of a particular one electric current can flow through it, but you can also achieve the same effect by that one or more pieces of magnetic material are arranged in such a way that the lines of force generated by one or more neighboring poles also form the field have to cross. Figures 3 to 10 illustrate what has been said more clearly.

Fig. 3 stellt einen Verticalschnitt durch einen Theil einer Maschine dar. Der äufsere Elektromagnet ist mit e, der innere mit i bezeichnet. Der letztere wird durch einen Rahmen oder ein Gestell i' getragen, das auf der fest gelagerten/ nicht rotirenden, also unbeweglichen Welle s befestigt ist. Die äufseren Elektromagnete werden von einem ringartigen Gestell e' getragen, das an der Grundplatte der Maschine befestigt ist.Fig. 3 shows a vertical section through part of a machine. The outer electromagnet is designated with e, the inner one with i . The latter is carried by a frame or stand i ' which is attached to the fixed / non-rotating, i.e. immovable, shaft s. The outer electromagnets are carried by a ring-like frame e ' which is attached to the base plate of the machine.

Die Bewickelung des Ringankers oder die zu inducirenden Theile desselben bestehen am besten aus Kupferstäben oder -Barren c c von etwa rechteckigem Querschnitt. Dieselben sind an den beiden Umfangen der Scheiben iv und \v' befestigt, welch letztere sich auf der Welle 5 leicht drehen können. Die einzelnen Kupferstreifen c c werden durch geeignete Streifen c' c' . unter einander verbunden.The wrapping of the ring anchor, or the parts of it to be induced, are best made of copper rods or bars, cc of roughly rectangular cross-section. These are attached to the two circumferences of the disks iv and \ v ' , which the latter can easily rotate on the shaft 5. The individual copper strips cc are replaced by suitable strips c 'c' . connected to each other.

Durch eine Riemscheibep an der Scheibe j-v . oder auch auf andere zweckentsprechende Weise kann der Ringanker in Umdrehung versetzt werden.By a pulley p on the pulley j-v . or the ring armature can be set in rotation in another appropriate manner will.

Fig. 4 stellt einen Verticalschnitt durch eine andere Maschine dar, bei welcher nur eine Scheibe w zum Tragen des Ringankers und daher zwei getrennte Reihen innerer Magnete i i angewendet sind. Die äufseren Magnete e sind ebenso wie bei Fig. 3 angeordnet. Die Scheibe w sitzt fest auf der Achse s, die in Lagern des Gestelles/ rotiren kann. . Letzteres trägt .sowohl die inneren als auch die äufseren Magnete. Das magnetische Feld, durch welches der Ringanker bei Fig. 3 und 4 rotirt, ist offenbar sehr kräftig.Fig. 4 shows a vertical section through another machine in which only one disc w is used to support the ring armature and therefore two separate rows of internal magnets ii . The outer magnets e are arranged in the same way as in FIG. 3. The disk w sits firmly on the axis s, which can rotate in bearings of the frame. . The latter carries both the inner and outer magnets. The magnetic field through which the ring armature rotates in Figs. 3 and 4 is evidently very strong.

Die Fig. 5 und 6 stellen eine der oben erwähnten Constructionen zur Erlangung eines starken magnetischen Feldes dar, -wobei Fig..6 eine Vorderansicht der Fig. 5 ist. ·..-.■Figures 5 and 6 illustrate one of the above mentioned constructions for obtaining one strong magnetic field, -which Fig..6 FIG. 5 is a front view of FIG. · ..-. ■

Die Elektromagnete e e sind mit Polstücken q versehen, die an dem Magneten befestigt und so um ihn herumgebogen sind, dafs zwischen diesem Polstück und dem Kern des Elektromagneten ein schmaler Raum r verbleibt, in welchem ein Ringanker· von der in Fig. 4 dargestellten Form rotiren kann.The electromagnets ee are provided with pole pieces q which are attached to the magnet and bent around it in such a way that a narrow space r remains between this pole piece and the core of the electromagnet, in which a ring armature rotates of the shape shown in FIG can.

Fig. 7 und 8 stellen die andere der erwähnten Constructionen dar. Die Kerne e e der Elektromagnete sindt mit Polstücken q Figures 7 and 8 show the other of the constructions mentioned. The cores ee of the electromagnets are provided with pole pieces q

Claims (3)

versehen, welche . derartig gebogen sind, dafs ihr Haupttheil der Polfläche des Nachbarelektromagneten gegenüberliegt. In dem schmalen Zwischenraum r bildet sich ebenfalls ein kräftiges magnetisches Feld für den rotirenden Ringanker. Die Bewickelung der Elektromagnete kann durch einen Draht in ununterbrochener Länge für sämmtliche Magnete gleichzeitig erfolgen. Indem der Draht immer von einem Kern auf den nächstfolgenden gewickelt wird, beschreibt er eine Zickzacklinie zwischen den Magneten. Beispielsweise, wie in Fig. 6 dargestellt, kommt ein Draht H, nachdem er um das hintere Ende des Kernes e gelegt ist, als Draht H' von hinten nach vorn und wird nun um das vordere Ende des mittleren Kernes e gelegt, geht als Draht H'1 wieder nach hinten um den dritten Kern e herum und kommt als Draht H3 wieder nach vorn, u. s. f. Auf diese Weise dient der Draht gleichzeitig beiden Kernen, zwischen welchen er hindurchgelegt ist, und der hindurchfliefsende Ström wird nach beiden Seiten verwerthet. Die Polstücke q in Fig. 5 und 6 können nach Belieben seitlich ebenfalls mit Draht bewickelt sein. Die Fig. g und 10 zeigen schematisch den Verlauf der inducirten Stäbe des Ringankers. Die Pole der Elektromagnete sind mit. e und i bezeichnet, während c die Kupferstäbe oder -Barren des Ringankers der Fig. 3 und 4 darstellen. Von ι anfangend, Fig. 10, geht der Stab nach 2 und 3, kreuzt das magnetische Feld, indem er nach 4 und 5 geht, kreuzt dasselbe abermals, ehe er nach 6 gelangt, u. s. f. Die Theile 1—2, 3—4 . . . der Stäbe sind die mit c c in den Fig. 3 und 4 bezeichneten Stäbe, während die Theile 2 — 3,4—5 ... die Verbindungen der Stäbe, in den Fig. 3 und 4 durch c'c' angedeutet, darstellen, welche am besten aus einzelnen von einander isolirten Blechstreifen bestehen. Soll die Maschine ■ zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Arbeit verwendet werden, so kann man zweckmäfsig die Zwischenräume zwischen den hin- und herkreuzenden Stäben c mit magnetischem Material ausfüllen, und bei Maschinen von sehr geringen Dimensionen kann man die inneren Enden dieses magnetischen Materials mit einander verbinden und dann nur die äufseren Elektromagnetpole e e e benutzen. Soll die Maschine Wechselströme liefern, so ist es nur. nöthig, die freien Enden der Ringstäbe mit entsprechenden Contactringen oder Commutatoren zu verbinden. Um den Ankerring noch mehr auszunutzen, kann man noch mehr Drähte oder Kupferstäbe auf dem Ring anbringen, wie dies beispielsweise in Fig. 10 durch punktirte und durch strichpunktirte Linien angedeutet ist. Es ist vortheilhaft, die Enden dieser Stäbe für sich je mit einem besonderen Collectorring zu verbinden, wodurch man einestheils mehrere besonderen Ströme von einer einzigen Maschine erhalten kann, anderentheils Kraftverluste durch Induction im Haupt- oder Arbeitsstrom auf ein Minimum herabdrückt, da, wenn mehrere Ringströme zur Bildung eines Hauptarbeitsstromes benutzt werden, die Schwankungen in einem der Ringströme mehr oder weniger durch einen anderen Strom aufgehoben werden und dadurch die Stromstärke im Hauptstromkreise sehr gleichmäfsig bleibt. ', Die Maschine kann dazu eingerichtet werden, eine Reihe von Strömen zu erzeugen, von denen alle oder einige derselben gleichgerichtet sein können, je nachdem man einen Commutator anwendet oder nicht. Die Maschine kann ferner eine selbsterregende sein oder kann von einer anderen Elektricitätsquelle aus besonders erregt werden. Patenτ-Ansprüche:provided which. are bent in such a way that their main part lies opposite the pole face of the neighboring electromagnet. In the narrow space r there is also a strong magnetic field for the rotating ring armature. The winding of the electromagnets can be done by a wire in uninterrupted length for all magnets at the same time. As the wire is always wound from one core to the next, it describes a zigzag line between the magnets. For example, as shown in Fig. 6, after a wire H is wound around the rear end of the core e, it comes as a wire H 'from the rear to the front, and is now wound around the front end of the central core e, goes as a wire H'1 again backwards around the third core e and comes forward again as wire H3, and so on. In this way the wire serves both cores, between which it is passed, and the current flowing through is utilized on both sides. The pole pieces q in FIGS. 5 and 6 can also be laterally wound with wire as desired. Figs. G and 10 show schematically the course of the induced rods of the ring anchor. The poles of the electromagnets are with. e and i denote, while c represent the copper rods or bars of the ring anchor of FIGS. Starting from 1, Fig. 10, the rod goes to 2 and 3, crosses the magnetic field by going to 4 and 5, crosses the same again before reaching 6, and see for parts 1-2, 3-4. . . of the bars are the bars marked cc in Figs. 3 and 4, while parts 2 - 3, 4, 5 ... represent the connections of the bars, indicated by c'c 'in Figs. 3 and 4, which best consist of individual sheet-metal strips isolated from one another. If the machine is to be used to convert electrical energy into mechanical work, the spaces between the rods c crossing back and forth can be filled with magnetic material, and in machines of very small dimensions the inner ends of this magnetic material can be joined together connect and then only use the outer electromagnetic poles eee. If the machine is supposed to supply alternating currents, that's just it. It is necessary to connect the free ends of the ring bars with corresponding contact rings or commutators. In order to make even greater use of the anchor ring, more wires or copper rods can be attached to the ring, as is indicated, for example, in Fig. 10 by dotted and dash-dotted lines. It is advantageous to connect the ends of these rods individually with a special collector ring, whereby on the one hand several special currents can be obtained from a single machine, and on the other hand power losses by induction in the main or working current are reduced to a minimum, since if several ring currents are used can be used to form a main working current, the fluctuations in one of the ring currents are more or less canceled out by another current and the current strength in the main circuit remains very uniform. 'The machine can be arranged to produce a series of currents, all or some of which may be rectified, depending on whether a commutator is used or not. The machine can also be self-energizing or it can be specially energized from another source of electricity. Patent claims: 1. Bei dynamo - elektrischen oder elektrodynamischen Maschinen die Anordnung eines kastenförmigen, hohlen Ringankerkernes, dessen Seiten an einer Stelle unterbrochen sind.1. In the case of dynamo - electric or electrodynamic Machines the arrangement of a box-shaped, hollow ring anchor core, the sides of which are interrupted at one point are. 2. Bei dynamo - elektrischen oder elektrodynamischen Maschinen die Anordnung von inducirenden Elektromagneten mit hohlem Kern, dessen Seiten an einer Stelle unterbrochen sind.2. In the case of dynamo-electric or electrodynamic machines, the arrangement of inductive electromagnets with a hollow core, the sides of which are interrupted at one point. 3. Bei dynamo - elektrischen oder elektrodynamischen Maschinen die Anordnung von inneren erregenden Elektromagneten in der durch Fig. 3 und 4 dargestellten Weise, wobei der Ringanker c von zwei, Fig. 3, rotirenden Scheiben oder einer, Fig. 4, rotirenden Scheibe w getragen wird und die inneren Magnete i im Innern des Ringankers ohne Verbindung mit diesem auf einem besonderen festen Rahmen angebracht werden können und der Ringanker nach beiden Seiten über die Elektromagnete hinausreichen kann.3. In dynamo-electric or electrodynamic machines, the arrangement of internal exciting electromagnets in the manner shown in FIGS. 3 and 4, the ring armature c being carried by two, FIG. 3, rotating disks or one, FIG. 4, rotating disk w and the inner magnets i can be attached to the inside of the ring armature without being connected to it on a special fixed frame and the ring armature can extend beyond the electromagnets on both sides. Hierzu ι Blatt Zeichnungen.For this purpose ι sheet of drawings.