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Rotierende elektrische Maschine mit schrägem Luftspalt
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Die Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine mit schrägem
Luftspalt.
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Auf dem Gebiete der Konstruktion von elektrischen Maschinen gibt es
eine Reihe von technischen Problemen. Einiger dieser Probleme sind: - Verminderung
des Luftspaltes zwischen dem Rotor und dem Stator (dies erbringt einerseits eine
Verminderung der Ausmaße der Konstruktionselemente der Maschine und andererseits
eine Verminderung der Sicherheitsgrenzen, die im Maschinenbetrieb nicht überschritten
werden dürfen).
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Kürzung der Rotorwelle (dies führt zu einer Herabsetzung der Ausmaße
der Maschine und damit zu einer Materialersparnis).
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- Wirksame Kühlung der Wicklungen (dies führt zu einer rationelleren
Ausnutzung der Elektroleiter und damit zur Herabsetzung der Maschinenausmaße).
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- Anwendungsmöglichkeit von nominellen Hochspannungen mit vermindertem,
zulässigen Isolierungsniveau der Wicklungen (dies hat eine Verminderung der Maschinenausmaße
zur Folge).
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- Erhöhung des Anlaufmomentes und Herabsetzung des Anlaufstromes (dies
begünstigt die Verminderung der Maschinenaus maße und wirkt sich positiv auf die
verlangten Charakte-
ristiken der Maschine aus.
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- Herabsetzung der Größe der für die Herstellung von Elementen für
Maschinen größerer Leistung erforderlichen Werkzeug einschließlich Erhöhung der
Stückzahl dieser Elemente (dies ermöglicht eine wirtschaftlichere Herstellung).
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- Vereinfachung der Herstellung von Dynamoblechen (fördert die Wirtschaftlichkeit
der Herstellung).
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Rotierende elektrische Maschinen klassischer Art bestehen aus einem
Stator und einem in diesem untergebrachten zylindrischen Rotor. Der zylindrische
Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator gewährleistet eine freie Rotordrehung
innerhalb des Stators, wobei die Achse des zylindrischen Luftspaltes mit der Drehachse
des Rotors zusammenfällt.
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Die Ausmaße der an beiden Seiten des Gehäuses gelagerten Rotorwelle
gewährleisten die nötige Größe des Luftspaltes.
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Für eine bestimmte Leistung und bestimmte Charakteristiken der rotierenden
elektrischen Maschinen ist eine aktive Länge und ein bestimmter Umfang des Rotors
erforderlich.
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Die Wicklungen sind dabei vollkommen im Stator und im Rotor ausgeführt.
Die Dynamobleche werden durch Stanzen aus Blechtafeln hergestellt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vollkommen neuartige
rotierende elektrische Maschine zu schaffen, die gegenüber bekannten Konstruktionen
erheblich verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Polkerne
samt Polschuhen des Stators und des Rotors Luftspalte mit einem Neigungswinkelo<'=
250 - 1550 bzw.
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2050 - 3550 gegenüber der Drehachse der Welle des Rotors aufweisen,
daß der STator und der Rotor aus je zwei, in Be-
zug auf die Ebene
durch eine zur Drehachse der Welle senkrechte Symmetrieachse, symmetrischen und
ausgeglichenen Hälften bestehen, und daß die Polkerne samt Polschuhen aus Dynamobandblech
in Form von Ringen mit verschiedenen Durchmessern hergestellt sind.
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Von besonderem Vorteil ist es dabei, daß die Polkerne samt Polschuhen
des Stators und des Rotors abgerundete Luftsspalte bilden, deren Tangentialebenen
NeigungswìnkolcC= 250 - 1550 bzw. 2050 - 3550 gegenüber der Drehachse der Welle
des Rotors bilden.
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Ferner ist es zweckmäßig, daß die Polkerne samt Polschuhen aus Dynamoblechen
in Form von komischen Ringen mit verschiedenen Durchmessern hergestellt sind oder
daß die Polkerne samt Polschuhen aus Dynamoblechen in Form von Flachringen mit verschiedenen
Durchmessern hergestellt sind.
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Die Hauptcharakteristiken einer erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen
Maschine sind folgende: - Ausbildung der Luftspalte geneigt gegenüber der Drehachse
der Welle des Rotors bzw. Aufteilung des Stators und des Rotors in je zwei (in Bezug
auf eine senkrecht zur Drehachse der Welle des Rotors ausgerichtete Symmetrieachse)
symmetrische und ausgeglichene Teile.
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- Möglichkeit der Herstellung der Polkerne samt der Polschuhe aus
Dynamoblech in Bandform.
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Mit einer erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen Maschine werden
im Vergleich mit der klassischen Maschine ferner folgen de Vorteile und Verbesserungen
erzielt: 1. Verminderung der Luftspalte, 2. Verkürzung der Rotorwelle, 3. wirksamere
Kühlung der Wicklungen,
4. Anwendungsmöglichkeit für nominelle Hochspannungen,
5. Verminderung der Werkzeuggröße, 6. Einsatzmöglichkeit von Dynamoblechen in Bandform.
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Die Verminderung der Luftspalte hat eine entsprechende Verminderung
des Magnetisierungsstromes und des Durchmessers der Welle zur Folge. Die Verminderung
des Magnetisierungsstromes bewirkt eine entsprechende Verminderung der Verluste
und eine entsprechende Verminderung des Durchmessers der Wicklungen. Sie bewirkt
ferner eine Verminderung der Reactant-Strom-Komponente, während die Verminderung
des Durchmessers der Welle zu einer Materialersparnis führt.
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Die Verminderung des Durchmessers der Wicklungen ermöglicht ihre bessere
Ausnutzung und Kühlung und vermindert sowohl die Menge des für deren Herstellung
erforderlichen Materials, als auch die Verminderung der Magnetnuten bzw. der Dynamobleche
für die Polkerne Die Verminderung der Reactant-Strom-Komponente ergibt eine Ersparnis
im Verbrauch der Reactant-Elektro-Energie, die in Elektroenergie-Bilanzen immer
kritischer wird.
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Die Änderung des Neigungs IinkelsC= 250 - 1550 bzw. 2050 -3550 der
Zwischenräume gegenüber der Drehachse der Welle und die entsprechende Abrundung
derselben, ändert die Charakteristiken der Maschine und eröffnet somit die Möglichkeit
der Erfüllung von vorgegebenen Forderungen in Bezug auf die Charakteristiken.
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Außerdem kann eine Verbesserung des Anlaufmomentes und eine Verminderung
des Anlauf stromes erzielt werden.
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Die Kürzung der Welle des Rotors führt zu einer Kürzung der Länge
des Rotors und zwar wegen der Lage der Zwischenräume mit Neigung gegenüber der Drehachse
der Welle des Rotors bzw. wegen der erfindungsgemäßen Aufteilung des Stators
und
des Rotors in zwei symmetrische und ausgeglichene Teile. Dadurch wird der Durchmesser
der Welle vermindert und Material gespart.
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Die wirksamere Kühlung der Wicklungen beruht auf deren Teilung in
zwei symmetrische und ausgeglichene Teile, wodurch auch eine rationellere Ausnutzung
der Wicklungen ermöglicht wird.
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Die Anwendung von nominellen Hochspannungen mit niedrigerem Isolierungsniveau
der Wicklungen eröffnet die Möglichkeit einer Serien-, Paralell- oder Stern-Schaltung,
wodurch die Herstellung der Wicklungen und der Polkerne billiger wird.
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Die Verminderung der für die Herstellung von Maschinen größerer Leistung
erforderlichen Werkzeuggröße, wird durch die vorerwähnte Aufteilung des Stators
und des Rotors in zwei symmetrische und ausgeglichene Teile erreicht, wodurch deren
Zahl vergrößert wird. Aufgrund der kleineren Ausmaße wird ferner die Ausnutzung
der Werkzeuge sparsamer.
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Der Einsatz von Dynamoblechen in Bandform vereinfacht die Herstellung
der Polkerne uwd der Polschuhe.
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Im folgenden sind zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis
verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher beschrieben: Es zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt der
erfindungsgemäßen Maschine mit einem Luftspalt zwischen Rotor und Stator, der gegenüber
der Rotordrehachse geneigt ist, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
rotierenden elektrischen Maschine gemäß Figur 1, jedoch mit einem Luftspalt unterschiedlicher
Neigung, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen rotierenden
elektrischen Maschine gemäß Figur 1, jedoch mit gegenüber der Drehachse senkrecht
gestelltem Luftspalt zwischen Rotor und Stator, Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen Maschine, jedoch mit abgerundetem
Luftspalt zwischen Rotor und Stator, Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen Maschine gemäß Figur 1, jedoch mit Dynamoblechen
in Form von Flachringen verschiedenen Durchmessers, Fig. 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen Maschine gemß Figur 2, jedoch mit
Dynamoblechen in Form
von Flachringen verschiedenen Durchmessers,
Fig. 7 ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen
Maschine gemäß Figur 1, jedoch mit Dynamoblechen in Form von konischen Ringen verschiedenen
Querschnittes und Fig. 8 ein siebentes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
rotierenden elektrischen Maschine gemäß Figur 2, jedoch mit Dynamoblechen in Form
von konischen Ringen mit verschiedenen Durchinessern.
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Wie aus dem vertikalen Längsschnitt gemäß Figur 1 hervorgeht, besteht
die erfindungsgemäße Maschine aus einem Stator 11 und einem Rotor 12 mit um die
Symmetrieachse 6 symmetrisch angeordneten Polkernen 1 und 3 mit Polschuhen 2 und
4, sowie Wicklungen 7 und 8. Die Luftspalte 5 zwischen der Innenfläche des Stators
11 und der Außenfläche des Rotors 12 bilden einen Winkel «= 250 - 1550 bzw. 2050
- 3550 gegenüber der Drehwelle 10 des Rotors 12, die in Lagern 13 gelagert ist.
Zur Kühlung der Maschine sind Ventilationsrippen 14, und am Rotor 12 Ventilationsschaufeln
9, 9a vorgesehen.
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Die Polkerne 1 und 3 mit den Polschuhen 2 und 4 sind erfindungsgemäß
aus Dynamoblech in Bandform: oder in Form von Ringen mit vearschieder,-an Durchmesser
hergestellt.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen
Maschine ist in Fig. 2 dargestellt. Gegenüber dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Maschine mit einer anderen Anordnung für den größeren und den kleineren
Durchmesser des LuftSpaltes 5 gegenüber der Symmetrieachse 6 sowie mit Ventilationsrippen
14a und Ventilationsschaufeln 9b nebst Rippen 14 und Schaufeln 9a ausgestattet.
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Das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen
Maschine entspricht im wesentlichen dem der Figur 1, ist aber mit gegenüber der
Drehachse der Welle 10 senkrechten (d= 900) Luftspalte 5 und ohne Ventilationsschaufeln
ausgestattet, wie sich aus Figur 3 ergibt.
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Das dritte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen
Maschine ist mit abgerundeten Luftspalten 5 ausgestattet, deren Tangentialebenen
einen Neigungswinkel oC:= 250 - 1550, bzw. 2050 - 3550 gegenüber der Drehachse der
Welle 10 bilden. Es besitzt keine VentilAtionsschaufeln, wie dies aus Figur 4 hervorgeht.
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Das vierte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen
Maschine entspricht wiederum etwa dem der Figur 1, ist aber mit Dynamoblechen in
Form von Flachringen mit verschiedenen Durchmessern ausgestattet, die zusammengesetzte
konische Luftspalte 5 bilden und mit Ventilationsschaufeln 9b ausgestattet sind,
wie dies aus Figur 5 hervorgeht.
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Das fünfte Ausführungsbeispiei der erfindungsgemäßen rotieren elektrischen
Maschine entspricht im wesentlichen dem der Figur 2, ist aber mit Dynamoblechen
in Form von Flachringen mit verschiedenen Durchmessern ausgestattet, die zusammengesetzte
konische Luftspalte 5 bilden. Es besitzt keine Ventilationsschaufeln, wie dies aus
Figur 6 hervorgeht.
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Das sechste Ausführungsbeispiel der erf indungsgemäBen rotierenden
elektrischen Maschine entspricht wiederum dem der Figur 1, ist aber mit Dynamoblechen
in Form von konischen Ringen mit verschiedenen Durchmessern ausgestattet, die zusammengesetzt
die Luftspalte 5 bilden. Es besitzt Ventila-
tionsschaufeln 9b,
wie dies aus Figur 7 hervorgeht.
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Das siebente Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen rotierenden
elektrischen Maschine entspricht etwa dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel,
ist aber mit Dynarnoblechen in Form von konischen Ringen mit verschiedenen Durchmessern
ausgestattet, die zusammengesetzt die konischen Luftspalte 5 bilden, wie dies aus
Figur 8 hervorgeht.