DE4214038C2 - Elektrische Maschine mit zahn- rechteck- oder wellenförmigem Luftspalt - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Elektromaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der DE-OS 19 14 531 bekannt ist.

Im Elektromaschinenbau ist die Luftspaltaufweitung durch Vergrößern der Polschuhflächen, die zum An­ ker zeigen, bekannt. Dabei handelt es sich immer um glatte, im Kreis radial liegende und zylindri­ sche Flächen.

Sinn der Luftspaltaufweitung ist, mit oder durch Vergrößern der anliegenden Flächen von Polschuh und Anker, den magnetischen Fluß zu erhöhen oder den magnetischen Widerstand im Luftspalt delta zu verringern. So wird im gesamten magnetischen Kreis­ lauf der Elektromaschine vom Polschuh, dem Luft­ spalt und dem Anker - das Streufeld bleibt fast immer ohne Bedeutung - der Abstand im Luftspalt delta klein zwischen dem Polschuh und dem Anker bemaßt, die Polschuhfläche jedoch groß gehalten. In einem jeden Kreis steht aber nur eine bestimmte radiale Fläche zur Verfügung, die genutzt werden kann. Und hier liegt bei allen herkömmlichen Elektroma­ schinen die Grenze der Polschuhaufweitung.

Aus der DE-OS 19 14 531 ist bereits eine elektri­ sche Umlaufmaschine bekannt, die in Zahn-Rechteck- oder Wellenform ausgebildete, einander gegenüber­ liegende Flächen von Polschuhen und Anker unter Beibehaltung eines Luftspaltes aufweist.

Ähnliche Ausgestaltungen der Luftspaltbegrenzungs­ flächen in einer elektrischen Maschine sind auch schon aus der DE-OS 39 17 343 und der DE-OS 22 34 472 bekannt.

Aus der CH-PS 254 374 und der US-PS 16 42 448 sind bereits elektrische Maschinen bekannt, bei denen das Gehäuse teilbar ausgebildet ist und dessen mit einem Scharnier verbundene Hälften gegeneinander verschwenkbar sind.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, elek­ trische Maschinen mit radial ineinanderlaufenden Flächen mit Zahn-Rechteck- oder Wellenform von Polschuhen und Anker derart auszugestalten, daß sie in einfachster Weise montiert bzw. demontiert werden können, da normalerweise durch die Verzah­ nung von Gehäuse und Anker ein Auseinanderziehen beider Teile in Achsrichtung nicht möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 2 gekennzeichneten Merkmale ge­ löst.

Ein wesentlicher Vorteil besteht in der Verringe­ rung des magnetischen Widerstandes im Luftspalt delta und es wird erreicht, daß sich die Übertra­ gung des magnetischen Flusses zwischen Polschuh und Anker erhöht, weder bestehende Gesetzmäßigkei­ ten geändert noch die Baugrößen von Elektromaschi­ nen wesentlich verändert werden, sondern daß die ge­ samte Stromaufnahme bzw. Stromabgabe dahingehend verändert wird, daß sich bei einem Motor die Strom­ aufnahme verringert und sich bei einem Generator die Stromabgabe erhöht. In beiden Fällen erhöht sich die Leistung und der Wirkungsgrad.

Die Ausgestaltung ist vorgesehen für alle magneti­ schen Kreisläufe mit einem bestimmten Luftspalt delta beliebiger Größe, statischer und rotierender Elektro-Magnete, Elektro-Motoren und Elektro-Gene­ ratoren. Sie werden in Folge nur mit Elektro-Ma­ schine benannt. Dabei wird bei der Elektro-Maschi­ ne durch radial ineinanderlaufende Zahn-Rechteck- oder Wellenform der zueinanderliegenden Flächen von Polschuhen und Anker, unter Beibehaltung des Luftspaltes delta, eine Vergrößerung der zueinan­ derliegenden Flächen von Polschuhen und Anker, der Fläche A, erreicht, derart, daß sich die Fläche theoretisch fast verdoppelt, so daß sich der mag­ netische Fluß im Luftspalt durch die Verdopplung der Fläche A auch verdoppeln kann oder der magne­ tische Widerstand sich halbieren wird. Vorgesehen ist dabei, daß die Maschine einen aufweitbaren An­ ker hat, der um das Maß aufgeweitet wird, wie die Höhe der Zahn-Rechteck- oder Wellenform es erfordert.

Erreicht wird damit, daß bei einem Motor sich die Stromaufnahme verringert, bei einem Generator sich die Stromabgabe erhöht und der Wirkungsgrad gestei­ gert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachste­ hend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zei­ gen in rein schematischen Ansichten

Fig. 1 eine Elektromaschine im Schnitt,

Fig. 2 u. 3 Ausführungsformen einer Flächenaus­ gestaltung bei einer Elektromaschine gemäß Fig. 1,

Fig. 4 u. 5 eine erfindungsgemäße Ausführungs­ form der Elektromaschine in unter­ schiedlichen Schnittdarstellungen, und

Fig. 6 u. 7 eine weitere erfindungsgemäße Aus­ führungsform der Elektromaschine in unterschiedlichen Schnittdarstellungen.

Fig. 1 zeigt eine Elektromaschine 100 mit äußerer Teilung des Polschuhgehäuses 7 um 180°, mit der Gehäusetrennung 10, im Gehäusescharnier 8 schwenk­ bar verbunden und dem Gehäuseverschluß, so daß in das Polschuhgehäuse 7 mit seiner radial verlau­ fenden Zahn-Rechteck- 4 oder Wellenform 5 mit ei­ nem korrespondierenden Anker mit Zahn-Rechteck- oder Wellenform hineinmontiert werden kann, der nach Lagerung und unter Beibehaltung des Luftspal­ tes 6 frei läuft. Durch die Zahn-Rechteckform 4 gemäß Fig. 3 oder Wellenform 5 gemäß Fig. 4 in der Maschine wird fast eine Verdoppelung der Fläche A erreicht, die für den Magnetfluß Φ entscheidend ist oder der Widerstand, der dem Magnetfluß ent­ gegensteht, wird um fast die Hälfte verringert. Dies gilt selbstverständlich auch für Fig. 2 und 3. Daraus ergibt sich eine Verbesserung des Wirkungs­ grades sowohl für Elektromotoren als auch für Elektrogeneratoren.

Fig. 4 und 5 zeigen eine Klauenpol-Drehstrom-Lichtma­ schine 200, bei der bedingt durch die Vielzahl der Kupferwindungen eine Teilung des Polschuhgehäuses kaum technisch lösbar ist. Es entstand eine Ma­ schine mit folgenden Besonderheiten:

Die Klauenpole 3 sind als einzelne Pole ausgebil­ det mit je einem Fuß, der zur Ankerwelle 1 zeigt und sowohl zur Ankerwelle als auch zur Distanz­ buchse 12 und dem Außendurchmesser maßhaltig gear­ beitet ist.

Aufgeweitet werden die Pole mit einer Zahn-Winkel- oder Wellenform, durch zwei auf der Ankerwelle 1 gegenüberliegende Keilbuchsen 11, die zur genauen Positionierung und Fluchtung, je entsprechend der Klauenpolzahl, mit Klauenpolpositionierungen 13 für die Klauenpole versehen sind. Die Keilbuchsen 11 werden links und rechts der Klauenpole 3 auf die Ankerwelle 1 gesetzt und eingepreßt bis zum vor­ gegebenen Maß der Distanzbuchse 12. Die Distanzbuchse 12 übernimmt dabei den Magnetfluß unter den Klauen­ polen 3. Gleichzeitig wird das Ineinandergreifen der Zahn-Winkel- oder Wellenform und Beibehaltung des Luftspaltes delta von Klauenpolen 3 und Polschuh­ gehäuse 7 erreicht, so daß der Klauenpolanker sich im Polschuhgehäuse frei drehen kann. Eingebettet zwischen den Klauenpolen 3 liegt die Erregerwick­ lung 2, die im aufgeweiteten Zustand des Klauenpol­ ankers eng an der Distanzbuchse 12 anliegt und einen Freiraum zu den Polen im Klauenpolanker gibt.

Fig. 6 und 7 zeigen einen Kurzschlußläufer 300 mit aufweitbarem Anker. Der Stator weist eine Zahn-Recht­ eck- oder Wellenform auf, die auch mehrere Stufen haben kann. Der Anker wird mit der oberen Hälfte im aufgeweiteten Zustand gezeigt, die untere Hälfte ist nicht aufgeweitet. Das gesamte Ankerpaket besteht aus der Ankerwelle mit den Magnetblechen, die nor­ malerweise nicht aufweitbar wären. Der erfinderische Gedanke geht von der Besonderheit aus, daß die Magnetbleche 15 in 3 oder mehrere Teile geteilt werden und mit ihrem zur Ankerwelle 1 gerichteten Teil größer sind als das Magnetblech 14, entsprechend der erforderlichen Aufweitung.

Die Magnetbleche 14, 15 haben einen Führungsschlitz 17, in den eine Führungslehre zur Montage einge­ führt wird. Es kann auch eine Führungsnut sein, beide sind im rechten Winkel zur Ankerwelle 1 ange­ ordnet. Diese Führungsschlitze 17 mit den Füh­ rungslehren verhindern beim Aufweiten ein radiales Kippen der Magnetbleche 15. Die Aufweitung der Magnetbleche 15 erfolgt in ein oder zwei Stufen durch eine Federhülse 16, die nach der Aufweitung wieder entfernt werden kann, aber nicht muß, wenn das Aufweiten bereits mit der Ankerwelle 1 erfolgt. Die noch bedingt losen Magnetbleche 14, 15 werden mit Nieten oder Schrauben, den Polbefestigungen 18, zu einem festen Ankerpaket 3 verbunden, die Führungslehren werden entfernt.

Bezugszeichenliste:

 1 Ankerwelle
 2 Ankerwicklung - Erregerwicklung
 3 Ankerpaket - Klauenpole - Rotor
 4 Rechteckluftspalt delta
 5 Zahn - Wellen - Luftspalt delta
 6 Feld-Statorwicklung
 7 Polschuhgehäuse
 8 Gehäusescharnier
 9 Gehäuseverschluß
10 Gehäusetrennung
11 Keilbuchse
12 Distanzbuchse
13 Klauenpolpositionierung
14 Magnetblech
15 Magnetblech
16 Federhülse
17 Führungsnut - Führungsschlitz
18 Paketbefestigungen

Claims (2)

1. Elektrische Maschine (200), wie statischer oder rotierender Elektro-Magnet, Elektro-Motor oder Elektro-Generator mit radial ineinanderlau­ fenden, Zahn-Rechteck- oder Wellenform aufwei­ senden Flächen von Polschuhen und Anker unter Beibehaltung eines Luftspaltes (delta), dadurch gekennzeichnet, daß bei einer als Klauenpol-Drehstrom-Lichtmaschine mit einteiligem Polschuhgehäuse (7) ausgeführten Elektromaschine (200) Klauenpole (3) als ein­ zelne Pole ausgebildet sind mit je einem Fuß, der zur Ankerwelle (1) zeigt und sowohl zur An­ kerwelle (1) als auch zur Distanzbuchse (12) und dem Außendurchmesser maßhaltig gearbeitet ist, wobei die Pole, die eine Zahn-Winkel- oder Wellenform aufweisen, durch zwei auf der Anker­ welle (1) gegenüberliegende Keilbuchsen (11), die zur genauen Positionierung und Fluchtung entsprechend der Klauenpolzahl mit Klauenpol­ positionierungen (13) für die Klauenpole (3) versehen sind, aufweitbar sind und wobei sich die Keilbuchsen (11) rechts und links der Klauenpole (3) auf der Ankerwelle (1) befinden und bis zum vorgesehenen Maß der Distanzbuchse (12) zwischen Ankerwelle (1) und Klauenpol (3) einpreßbar sind, so daß die korrespondierenden Flächen von Polschuhgehäuse (7) und Klauenpolen (3) ineinandergreifen und daß sich die Erreger­ wicklung (2) im aufgeweiteten Zustand des Klauenpolankers eng an die Distanzbuchse (12) anlegt und sich ein Freiraum zu den Polen im Klauenpolanker ergibt.

2. Elektrische Maschine (300), wie statischer oder rotierender Elektro-Magnet, Elektro-Motor oder Elektro-Generator mit radial ineinanderlau­ fenden, Zahn-Rechteck- oder Wellenform aufwei­ senden Flächen von Polschuhen und Anker unter Beibehaltung eines Luftspaltes (delta), dadurch gekennzeichnet, daß bei einer als Kurzschlußläufer ausgeführten Elektro-Maschine (300) der Stator und der Anker eine korrespondierende Zahn-Rechteck- oder Wellenform aufweisen, die auch mehrere Stufen haben kann, wobei das Ankerpaket (3) aus einer Ankerwelle (1) und Magnetblechen (14, 15) besteht, die in drei oder mehr Teile unterteilt sind und unterschiedliche Größen aufweisen und die Führungsschlitze (17) besit­ zen, in die eine Führungslehre einbringbar ist und daß die Magnetbleche im aufgeweiteten Zu­ stand mittels Nieten oder Schrauben verbindbar sind.