DE1123032B - Mehrpoliger elektrischer Generator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrpoligen elektrischen Generator mit einer ersten spannungserzeugenden Wicklung auf einem der Pole, die mit zwei Ausgangsklemmen verbunden ist.

Solche Generatoren können insbesondere durch eine mit Benzin betriebene Maschine angetrieben werden, um elektrischen Strom für Beleuchtung, zum Antrieb elektrischer Hilfsgeräte, zum Aufladen von Akkumulatoren usw. zu liefern. Dabei kann der Generator auch als Schwungradmagnet zur Lieferung des Zündstromes für die Maschine arbeiten.

In Anlagen dieser Art war es bisher schwierig, einen angemessenen elektrischen Hilfsstrom zu erzeugen, ohne sich dabei großer"oder schwerer Konstruktionen zu bedienen und ohne Kosten auf sich zu nehmen, die in keinem Verhältnis zu dem Nutzen der Einheit standen. Die übliche Weise, zusätzlichen Strom zu erzeugen, bestand darin, die Größe, das Gewicht und/oder die Kosten einiger oder aller Bestandteile zu erhöhen, wobei die Drehzahl des Generators im allgemeinen durch andere Überlegungen als solche, die sich auf die Hilfsstromleistung bezogen, bestimmt wurde.

Ferner ändert sich die Drehzahl benzingetriebener Maschinen, die zum Antrieb für Boote, Fahrräder, Rasenmäher usw. verwendet werden, entweder infolge von Drosselklappeneinstellungen, Belastungen oder durch beides über einen beträchtlichen Bereich. Infolgedessen ändert sich die Leistung eines Generators, der unmittelbar von einer solchen Maschine angetrieben wird, in ähnlicher Weise über einen erheblichen Bereich. Wenn der Generator so ausgelegt ist, daß er eine Leistung abgibt, die einem vorbestimmten Belastungswert für eine Beleuchtung entspricht, z. B. bei einer bestimmten Nenndrehzahl, dann wird bei niedrigeren Drehzahlen der Maschine eine ungenügende Leistung zur Aufrechterhaltung der vollen Beleuchtung der Lampen oder der vollen Aufladung irgendwelcher anderer Belastungsvorrichtungen erzeugt während die Generatorleistung bei höheren Drehzahlen der Maschine leicht auf einen solchen Wert ansteigen kann, daß die Lampen durchbrennen oder andere Belastungsvorrichtungen beschädigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, in welcher eine erheblich höhere Leistung erzielt werden kann, ohne daß die Größe, das Gewicht oder die Kosten eines bekannten Generators der bezeichneten Art entsprechend erhöht werden müssen. Außerdem soll eine verbesserte Regelung erzielt werden, so daß die Leistung des Generators bei jeder Antriebsdrehzahl, die über die festgesetzte

Anmelder:

Syncro Corporation,
Oxford, Mich. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Thomas F. Carmichael, Plymouth, Mich. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Drehzahl hinausgeht, im wesentlichen konstant bleibt oder bei zunehmender Maschinendrehzahl über die vorbestimmte Drehzahl hinaus abnimmt.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein Resonanznetzwerk mit einer zweiten spannungserzeugenden Wicklung auf einem weiteren Pol, der 180 elektrische Grade gegenüber dem ersten Pol versetzt ist, die magnetisch mit der ersten spannungserzeugenden Wicklung gekoppelt ist, wodurch sich eine hohe Ausgangsspannung bei relativ niedriger Drehzahl ergibt, ohne daß die Ausgangsspannung bei relativ hohen Drehzahlen wesentlich abfällt, wobei das Resonanznetzwerk bei einer zwischen der minimalen und der maximalen Drehzahl des Generators liegenden Drehzahl in Resonanz gerät. Dabei ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ein Kondensator mit der zweiten spannungserzeugenden Wicklung in Reihe geschaltet.

Es sind bereits Generatoren mit einem Netzwerk bekanntgeworden. Bei diesen Generatoren steht das Netzwerk jedoch nicht in der erfindungsgemäßen Beziehung zu der Hauptwicklung, d. h., die Wicklung ist nicht auf einem Pol angeordnet, der um 180° elektrisch gegen den die Wicklungen tragenden Pol versetzt ist. Bei diesen bekannten Generatoren ist der aus einer Wicklung und dem Kondensator bestehende Kreis nicht in Resonanz, so daß er also auch keinen Einfluß auf die Ausgangsleistung der Maschine haben kann. Außerdem fällt bei diesen bekannten Generatoren die Ausgangsleistung nach Überschreiten einer bestimmten Generatordrehzahl scharf ab.
Bei Zündgeneratoren ist es bereits bekannt, einen Kondensator zur Erzeugung eines Funkens anzuwenden. Die Funktion eines Kondensators in einem Zündgenerator unterscheidet sich aber wesentlich von

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der Funktion des Kondensators im erfindungsgemäßen Generator, wo der Kondensator zusammen mit einer Wicklung einen Resonanzkreis bildet, mit dessen Hilfe eine bei niedriger Drehzahl spannungserhöhend wirkende Komponente erzeugt wird.

Die Erfindung dient also im Gegensatz zu den bekannten Generatoren dazu, einen Generator mit schon bei relativ niedriger Drehzahl hoher Ausgangsleistung zu schaffen, die dann auch bei hoher Drehzahl nicht absinkt. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den Ansprüchen. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Unterseite eines Generators,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teiles des Generators nach Fig. 1, die die elektrischen Beziehungen besonders klar wiedergibt,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Form des Generators nach Fig. 2,

Fig. 4 eine weitere Abwandlung unter Verwendung eines einfachen wirksamen Netzes mit mehreren Spulen,

Fig. 5 eine weitere Abwandlung, in welcher doppelte wirksame Netze über doppelte Hauptwicklungen verbunden sind,

Fig. 6 eine weitere Abwandlung, die der in Fig. 5 gezeigten bis auf eine zusätzliche Hauptwicklung gleicht,

Fig. 7 eine weitere Abwandlung, in welcher ein wirksames Netz über jede Hälfte einer mit einer zentralen Abnahmestelle versehenen Hauptwicklung überbrückt ist,

Fig. 8 eine Draufsicht auf die Unterseite eines abgewandelten Generators,

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Teiles des Generators der Fig. 8, die der deutlicheren Darstellung der elektrischen Beziehungen dient,

Fig. 10 eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, eines der Elemente des Generators nach Fig. 8,

Fig. 11 eine schematische Darstellung bestimmter Elemente, die bei der Konstruktion einer Ausführungsform des in Fig. 10 gezeigten Elementes zur Anwendung kommen,

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Schnittes des Elementes nach Fig. 10, wobei die entsprechenden Größen und Abstände der Teile im Interesse der Klarheit in ein übertriebenes Verhältnis gesetzt sind,

Fig. 13 eine schematische Darstellung einer weiteren Konstruktion,

Fig. 14 eine Kurve, die bestimmte bei einer Ausführungsform vorhandene Beziehungen zwischen Strom und Generatordrehzahl wiedergibt.

Der in Fig. 1 gezeigte Feldaufbau 10 ist oder kann bekannter Art sein und wird in dieser Figur in solcher Form dargestellt, daß er auch die Funktion des Schwungrades auf einer benzingetriebenen Maschine übernehmen kann. Der Aufbau 10 besteht aus einem im allgemeinen becherförmigen Teil mit einem scheibenförmigen Unterteil 12 und einem massiven ringförmigen Flansch 14. An der Innenfläche des Flansches 14 sind ein oder mehrere Dauermagnete 16 bzw. 18 befestigt oder darin eingebettet. Diese Magnete sind bogenförmig ausgebildet und liegen konzentrisch zum Flansch 14. Während ein Dauermagnet

z. B. der Magnet 16, bei vielen Anwendungen genügt, wird die Leistung des Generators durch die Anordnung eines Magnetpaares erheblich erhöht. Es können andere Feldaufbauten angewendet werden, 5 ohne von den Grundsätzen der Erfindung abzuweichen. Der Unterteil 12 ist in seiner Mitte mit einem abgestuften, erhöhten Abschnitt 20 versehen, der eine mittlere Bohrung 22 mit einer Keilnut aufweist, mittels welcher der Feldaufbau 10 mit einer nicht gezeigten Welle der zugeordneten Maschine verbunden und von ihr in Umlauf gesetzt wird.

Innerhalb des becherförmigen Teiles 10 ist ein Kern mit einer Spule 24 angeordnet, der durch nicht gezeigte Mittel so gelagert ist, daß der Teil 10 sich mit Bezug auf die Spule 24 und den Kern dreht. Der Kern 26 ist vorzugsweise aus magnetischem Stahl geschichtet und besteht aus einem in der Mitte offenen, im allgemeinen ringförmigen Teil, der die Schenkel 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40 und 42 aufweist, die sich

ao im allgemeinen radial von ihm erstrecken. Die genannten Schenkel können mit gleichmäßigem Abstand über den Umfang des ringförmigen Teiles des Kernes 26 verteilt sein, d. h. bei acht Schenkeln in Abständen von etwa 45°, oder der Abstand zwischen den Schenkeln kann verändert werden, um den gestellten Anforderungen zu genügen. Die Enden der Schenkel sollen die bogenförmigen Dauermagnete 16 bzw. 18 nahezu erreichen, jedoch nicht berühren. Zu diesem Zweck sollen die Enden der Schenkel vorzugsweise bogenförmig sein.

In dem Beispiel ist vorausgesetzt, daß die Bauart nicht nur als ein Stromerzeuger für Hilfseinrichtungen dient, sondern auch als Magnetzünder zur Lieferung des Zündstromes. Infolgedessen ist auf dem Schenkel 28 eine Magnetspule 44 angeordnet, deren Ausgangsleitungen nicht gezeigt sind. Der Magnetstromkreis für die Magneteinrichtung umfaßt einen Teil des ringförmigen Abschnittes des Kerns 26 und die Schenkel 28, 30 und 42.

Die Erzeugung des Hilfsstromes wird durch Mittel, zu denen die auf den Schenkeln 28, 32, 34, 36, 38 und 40 angeordneten Spulen 56, 46, 48, 50, 52 und 54 gehören, bewerkstelligt. Die Anzahl der Windungen und die Stärke des Drahtes der verschiedenen Spulen wird durch die Ausgangsspannung und die Stromanforderungen wie auch durch den für die Wicklungen vorhandenen Raum bestimmt. Im Falle des hier beschriebenen Kernaufbaues ist es zweckmäßig, im Bereich der Magnetspule 44 auf dem Schenkel 28 eine Spule 56 anzuordnen. Es werden jedoch auf den Schenkeln 30 und 42 keine Spulen angeordnet. Es ist festgestellt worden, daß weder das Vorhandensein der Spule 56 auf dem Schenkel 28 noch die Anordnung einer der anderen Spulen die Wirkungsweise des Zündstromsystems einschließlich der Magnetspule 44 nachteilig beeinflussen.

In dem Beispiel weist jede der Spulen eine einfache Wicklung auf, die in zwei Anschlußstellen endet. Eine Anschlußstelle der Spule 56 ist durch einen Leiter 60 mit einem Anschluß der Spule 54, der andere Anschluß der Spule 54 durch einen Leiter 62 mit einem Anschluß der Spule 52, der andere Anschluß der Spule 52 durch einen Leiter 64 mit einem Anschluß der Spule 50, der andere Anschluß der Spule 50 durch einen Leiter 66 mit einem Anschluß der Spule 48 und der andere Anschluß der Spule 48 durch einen Leiter 68 mit dem Anschluß 70 verbunden, der gegen den Kern isoliert ist.

Der Anschluß 70 kann auch als Niet zum Zusammenhalten der Kemschichten dienen, wenn eine angemessene Isolierung vorgesehen ist. Ein Anschluß der Spule 46 ist auch durch einen Leiter 72 mit dem Anschluß 70 verbunden, während der andere Anschluß der Spule 46 durch einen Leiter 74 mit einem Anschluß des Kondensators 76 verbunden ist, wobei der andere Anschluß des Kondensators durch einen Leiter 78 mit dem Anschluß 80 in Verbindung steht, welcher ebenfalls gegen den Kern isoliert ist und als Niet zur Verbindung der Schichten dienen kann. Der Leiter 82 verbindet den Anschluß 80 mit dem anderen Anschluß der Spule 56. Die Leistung des Generators kann zwischen den Anschlüssen 70 und 80 abgenommen werden.

Wie es am besten aus der schematischen Darstellung der Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Spulen 48, 50, 52, 54 und 56 zwischen den Ausgangsklemmen 70 und 80 in Reihenschaltung miteinander verbunden, wobei die Wickelrichtung jeweils benachbarter Spulen entgegengesetzt ist. Während die auf dem Schenkel 32 angeordnete Spule 46 in gleicher Weise mit den anderen Spulen zur Erzeugung des Hilfsstromes reihengeschaltet sein könnte, ist festgestellt worden, daß die beschriebene Anordnung im Vergleich zu einer solchen Anordnung wesentlich bessere Ergebnisse erbringt. Die Spule 46 ist mit dem Kondensator 76 zwischen den Ausgangsklemmen 70 und 80 in Reihe geschaltet, so daß dieses in Reihe geschaltete Netz zu den obengenannten in Reihenschaltung miteinander verbundenen Spulen 48, 50, 52, 54 und 56 parallel geschaltet ist.

Es ist möglich, daß das den Kondensator 76 einschließende Netz in erster Linie eine vorteilhafte Abwandlung der Beziehungen der Spannung zur Stromphase bewirkt, um eine verbesserte Leistung zu erzielen oder eine Hilfsleistung zu erzeugen, die in die richtige Phase gesetzt ist und sich mit der Primärleistung verbindet, um eine verbesserte Gesamtleistung zu ergeben. Es wäre jedoch zu erwarten, daß für eine solche Wirksamkeit übermäßig große Kapazitätswerte erforderlich sind, während bei der Anordnung gemäß der Erfindung verhältnismäßig kleine und billige Kondensatoren verwendet werden oder verwendet werden können. Eine vollständige und völlig befriedigende Theorie für die Arbeitsweise ist noch nicht endgültig aufgestellt worden. Es wird auf Grund von Untersuchungen und Versuchen angenommen, daß das die Spule 46 und den Kondensator 76 umfassende Netz als ein Spannungsresonanzkreis arbeitet, welcher zur Erzeugung eines gedämpften Schwingungszuges mit seiner Resonanzfrequenz periodisch erregt wird, wobei die Abschwächungsgeschwindigkeit durch die in dem Stromkreis vorhandene Widerstandskomponente in erster Linie durch den Widerstand der Spule 46 gesteuert wird.

Bei oszillographischen Untersuchungen wurde festgestellt, daß die Form der Ausgangswelle durch die Verbindung des Resonanznetzes über die übrigen Spulen erheblich verbessert wurde. So zeigte die Ausgangsspannung ohne das in Reihe geschaltete Resonanznetz eine Wellenform, die eher einer Sägezahnlinie als einer sinusförmigen Welle glich. Bei Verbindung mit dem in Reihe geschalteten Resonanzstromkreis wies die Welle nahezu die Form einer Sinuslinie auf und bewies auch das Vorhandensein von Komponenten höherer Frequenz.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ähnlich dem in Fig. 10 gezeigten ist, betrug die wirksame Querschnittsfläche der Schenkel etwa 10,322 cm². Die Spulen 48, 50, 52, 54 und 56 waren aus Kupferdraht Nr. 18 gewickelt, wobei die Spulen 48, 50 und 52 je 96 Windungen, die Spule 54 44 Windungen und die Spule 56 74 Windungen aufwiesen, wobei die Windungszahlen größtenteils durch Raumbeschränkungen bestimmt wurden. Die Spule ίο 46 wies 237 Windungen aus Draht der Nr. 24 auf. Die Größe des Kondensators 76 wurde über einen Bereich von etwa 10 bis etwa 55 Mikrofarad verändert, wobei festgestellt wurde, daß für den Zweck, für den der geprüfte Generator verwendet werden sollte, 15 oder 30 Mikrofarad eine befriedigende Generatorleistung ergaben.

Bei einer Probebelastung von zwei parallel geschalteten zwei- bzw. zweiundzwanzigkerzigen Lampen wurde festgestellt, daß bei konstanter Drehzahl (z.B. 2800 U/min) die Volt-Ampere-Leistung bei Zusatz des Spannungszusatzresonanzkreises erheblich anstieg. So wurde bei Abschaltung der Spule 46 und des Kondensators 76 eine Leistung 11,3 Volt-Ampere festgestellt. Bei Einschaltung des Spannungsresonanzkreises und bei einem Wert des Kondensators 76 von 15 Mikrofarad stieg die Leistung auf 14,6 Volt-Ampere an, was eine Erhöhung von etwa 30% darstellt.

Bei Verwendung eines Kondensators 76 von 31 Mikrofarad stieg die Leistung auf einen Wert von 17,2 Volt-Ampere an, was eine Gesamterhöhung um etwa 5O°/o darstellt. Die Wirkung der Widerstandskomponente in dem Spannungsresonanzkreis wurde durch Einsatz eines Widerstandes, der mit dem Kondensator 76 und der Spule 46 in Reihe geschaltet war, untersucht. Bei Verwendung eines Widerstandes von 18 Ohm, jedoch ohne Veränderung der übrigen Faktoren, wurde die Volt-Ampere-Leistung um etwa 2O°/o vermindert. Bei höherer Drehzahl (4000 U/min) erzeugte das zusätzliche Netz mit der Spule 46 und dem Kondensator 76 bei einem Kondensatorwert von 15 Mikrofarad eine Erhöhung der Volt-Ampere-Leistung von etwa 70%.

Die Erhöhung der Leistung, die auf die Hinzufügung des Resonanznetzes zurückzuführen ist, ermöglicht die Erzielung der erforderlichen Nennspannung bei niedrigeren Drehzahlen, als es vorher möglich war. Sie gestattet eine größere Freizügigkeit in der Abstimmung der Kurve, welche die Leistung im Verhältnis zur Drehzahl darstellt, um flachere Leistungseigenschaften zu erhalten. So kann durch geeignete Wahl der Kerngröße und des Materials eine Regelung erzielt werden, um den wirksamen Punkt oder Bereich der Kernsättigung zu steuern. Bei den bekannten Generatoren war es jedoch schwierig, bei niedrigen Drehzahlen eine angemessene Spannung zu erzeugen und doch bei höheren Drehzahlen eine übermäßige Leistungssteigerung zu vermeiden, wobei die in Verbindung mit solchen Generatoren verwendeten Belastungseinrichtungen häufig einer Uberbelastung unterworfen und beschädigt wurden.

Die Leistungszunahme bei jeder beliebigen gegebenen Drehzahl gestattet eine wesentlich größere Freizügigkeit in der Konstruktion elektromagnetischer Stromkreise. Ferner können die Eigenschaften, die mit der Beziehung zwischen Leistung und Drehzahl in Verbindung stehen, bei jeder gegebenen Kern- und Spulenbauart durch Veränderung der Größe des

Kondensators 76 gesteuert werden. Beispielsweise erhöhte sich bei einem Versuch mit einer solchen Anordnung bei 4000 U/min die Leistung in Volt-Ampere um etwa 70%, wenn der Resonanzstromkreis mit der Spule 46 und dem Kondensator 76 an den Generator angeschlossen waren, wobei der Kondensator einen Wert von 15 Mikrofarad aufwies. Bei Erhöhung des Wertes des Kondensators 76 von 15 auf 31 Mikrofarad wurde jedoch die Volt-Ampere-Leistung um etwa 15% vermindert.

Bei einem Wert des Kondensators 76 von 15 Mikrofarad erzeugte ein Wechsel der Drehzahl von 2800 auf 4000 U/min eine Erhöhung der Volt-Ampere-Leistung um mehr als 100%. Bei Erhöhung der Kapazität des Kondensators 76 auf 31 Mikrofarad betrug bei Erhöhung der Drehzahl von 2800 auf 4000 U /min die Zunahme in Volt-Ampere weniger als 50%. Durch weitere Erhöhung des Wertes des Kondensators 76 kann die Anordnung so abgestimmt werden, daß bei erhöhter Drehzahl über eine im vorhinein bestimmte Drehzahl hinaus keine Leistungszunahme stattfindet. So stieg z. B. die Leistung bei Verwendung eines Kondensators von 42 Mikrofarad in einer anderen Ausführung bei einer Zunahme der Drehzahl von 1650 auf 3150 U/min von 7,5 auf 25,5 Volt-Ampere an, wurde jedoch bei weiterer Zunahme der Drehzahl bis auf 3900 U/min wieder auf 18,9 Volt-Ampere vermindert. Es ist daher bei jeder gegebenen Anwendung nur notwendig, die maximale Leistung zu bestimmen, die für jede gegebene Belastung vorgesehen werden soll. Dann kann durch Veränderung der Kernkonstruktion oder des Wertes des Kondensators oder dieser beiden Faktoren die Leistung auf den Wert begrenzt werden, der bei oder oberhalb jeder beliebigen im vorhinein bestimmten Drehzahl liegt.

Bei statischen Bedingungen befand sich das Netz mit der Spule 46 und dem Kondensator 76 in Resonanz bei etwa 500 Hz und bei einem Kondensatorwert von etwa 31 Mikrofarad und bei etwa 360 Hz, wenn der Wert des Kondensators 76 auf etwa 45 Mikrofarad erhöht wurde. In beiden Fällen war die Resonanzfrequenz höher als die normale Leistungsfrequenz des Generators.

Die Anordnungen nach Fig. 1 und 2 können innerhalb des Bereiches der Erfindung erheblich abgewandelt werden. So ist z. B. die Anordnung von acht Kernschenkeln und auch die Verwendung von fünf dieser Kernschenkel in den Spulen für die Primärspannung nur zur Veranschaulichung gedacht. Es ist leicht möglich, mehr als eine Spule als Element des zusätzlichen Netzes zu verwenden, was bei bestimmten Ausführungsformen durchgeführt worden ist. Es ist für den Betrieb der Vorrichtung nicht erforderlich, daß sie auch als Magneteinrichtung zur Erzeugung des Zündstromes dient. Außerdem kann der Kernaufbau außerhalb des umlaufenden Feldaufbaues des Dauermagnets in Übereinstimmung mit der Generatorkonstruktion angeordnet werden. In diesem Falle kann wiederum jede beliebige geeignete Anzahl Spulen als primäre Spannungserzeugende Spulen angeschlossen und irgendeine festgesetzte Anzahl Spulen mit dem Kondensator verbunden werden, um die verbesserten Ergebnisse zu erzielen. Das Feld kann von irgendeiner geeigneten Art sein, und es ist hinsichtlich des elektrischen Betriebes der Anlage nicht von Bedeutung, ob es sich innerhalb des Feld- oder des Kernaufbaues befindet.

Die Anordnung nach Fig. 3 zeigt, wie die Generatorleistung vollweggleichgerichtet werden kann, um einen Akkumulator aufzuladen, so daß die Batterie als zusätzliche Stromquelle dienen kann. Die Verwendung einer Batterie ermöglicht eine gleichmäßigere Spannungslieferung für die Speisung der Lampen oder anderer Hilfseinrichtungen und schafft zusätzlich eine Energiequelle, die zur Erregung des selbsttätigen Anlassers verfügbar ist, wenn die Maschine nicht läuft.

Es ist möglich, die Ausgangsklemmen 70 und 80 der Anordnung nach Fig. 2 über einen Doppelweg-Überbrückungsgleichrichter anzuschließen, um eine Gleichstromausgangsspannung an die Belastungsvorrichtung oder Batterien heranzuführen. Fig. 3 zeigt, daß es auch möglich ist, durch Verwendung von nur zwei Gleichrichtern eine Doppelweggleichrichtung zu vollziehen, wenn unter den in Reihenschaltung miteinander verbundenen Spannungsspulen eine zentrale Abnahmestelle vorgesehen ist. Daher wird der Leiter 84 mit dem Leiter 66 verbunden, welcher mit den vorher bezeichneten Parametern in großen Zügen eine zentrale Abnahmestelle für die fünf Spannungsspulen 48, 50, 52, 54 und 56 bildet.

Eine genaue zentrale Abnahmestelle könnte durch Anzapfen der Spule 50 an einem geeigneten Punkt erzielt werden. Die Anschlüsse 70 und 80 sind durch Trockengleichrichter 86 und 88 mit einem Anschluß einer Belastungsvorrichtung verbunden, wie z. B. der Batterie 90, deren anderer Anschluß mit dem Leiter 84 verbunden ist.

Es ist festgestellt worden, daß bei dieser Anordnung zum Aufladen der Batterie 90 bei einer passenden Drehzahl angemessene Ströme für die meisten Anwendungsgebiete der Vorrichtung erzeugt werden können. In einer Anordnung, in welcher zusätzlicher Ladestrom erforderlich war, und zwar in der Größenordnung von 10 Ampere, wurden sechs den Spulen 48, 50, 52, 54 und 56 entsprechende Spulen vorgesehen sowie zwei Aufnahmespulen entsprechend der Spule 46 mit dem Kondensator verbunden.

Die oben vorgeschlagene Abwandlung, bei welcher mehrere Spulen als Elemente eines zusätzlichen Netzes verwendet werden, wird in Fig. 4 gezeigt, in welcher beispielsweise ein Kernaufbau 26 b mit Schenkeln 28 ft, 30 b, 32 b, 34 b, 36 b, 38 b, 40 b und 42 b verwendet wird. Mehrere der Stromerzeugung dienende Hauptspulen 48 b, 50 b und 52 b (von denen jeweils benachbarte entgegengesetzt gewickelt sind) sind zwischen den Leistungsklemmen 70 b und 80 b in Reihenschaltung miteinander verbunden. Das wirksame Netz umfaßt zwei Spulen 92 und 94, die in richtiger Phasenverwandschaft auf die Schenkel 32 b und 40 b gewickelt und in Reihenschaltung miteinander und zwischen den Leistungsklemmen 70 b und 80 b in Reihe mit dem Kondensator 96 verbunden sind. Daher ist das wirksame Netz, welches die Elemente 92, 94 und 96 umfaßt, zu den in Reihenschaltung verbundenen Spulen 48 b, 50 b und 52 b über die Belastung wirksam parallel geschaltet.

Es ist auch in Betracht gezogen, daß das wirksame Netz mehrere Abzweigungen aufweisen kann, daß also mehrere wirksame Netze in Verbindung mit den stromerzeugenden Hauptspulen verwendet werden können. Bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung sind zwei Hauptspulen 48 c und 52 c, die auf dem Kern 26 c angeordnet sind, in Reihe über die Belastungsanschlüsse 70 c und 80 c verbunden. Die Spule 98,

9 ίο

die auf den Schenkel 32 c aufgewickelt ist, ist zwi- Schenkeln 34' und 36' jeweils Belastungsspulen 130 sehen den Anschlüssen 70 c und 80 c mit dem Kon- und 132 angeordnet und in Reihenschaltung mitdensator 100 in Reihenschaltung verbunden, wodurch einander verbunden, wobei die Richtungen der Wickein erstes wirksames Netz gebildet wird. Ein weiteres lungen (Fig. 9) über die Leistungs- oder Belastungs-Netz dieser Art, das die auf den Schenkel 40 c auf- 5 klemmen 70' und 80' entsprechend umgekehrt sind, gewickelte Spule 102 und den Kondensator 104 auf- Auf dem Schenkel 28' ist ein Element 134, welches weist, ist mit den Anschlüssen 70 c und 80 c verbun- als ein elektrisches Resonanznetz wirkt, angeordnet, den, wobei die Phasenabhängigkeit der verschiedenen dessen beide Anschlußklemmen mit den Ausgangs-Spulen passend gewählt ist. So sind in der in Fig. 5 anschlußklemmen 70' und 80' verbunden sind, so gezeigten Anordnung zwei Reihen von Induktanz- io daß das Element 134 zu den in Reihenschaltung mit-Kapazitäts-Netzen parallel miteinander und über die einander verbundenen Belastungsspulen 130 und 132 Leistungsklemmen mit den Hauptstromerzeugungs- parallel geschaltet ist. Das Element 134 ist ähnlich spulen verbunden, wobei die induktiven Elemente in wie ein Kondensator ausgebildet, jedoch so, daß es jedem dieser Netze wirksame stromerzeugende Ein- eine verhältnismäßig hohe Induktanz aufweist. heiten sind. 15 Elemente 134, bei denen die Einheit ähnlich wie die

Die in Fig. 6 gezeigte Anordnung ist mit der in bekannten Plattenkondensatoren (»Papierröhren«-

Fig. 5 gezeigten identisch, abgesehen davon, daß drei Kondensatoren) ausgebildet sind, wie auch solche,

Hauptstromerzeugungsspulen 48 d, 5OJ und 52d vor- bei denen die Einheit in Übereinstimmung mit den

gesehen sind, wobei die wirksamen Netze mit denen bekannten Verfahren zur Bildung der bekannten nicht

der Fig. 5 übereinstimmen und deren Teile, abgesehen 20 polarisierten elektrolytischen Kondensatoren kon-

von der Kennzeichnungsziffer d der Bezugszeichen, in struiert worden ist, sind mit Erfolg angewendet

gleicher Weise bezeichnet sind. worden. Die erstgenannte Anordnung wird näher er-

In der in Fig. 7 gezeigten Anordnung ist ein Kern- läutert.

aufbau 26 e mit Schenkeln 28 e, 3Oe, 32 e, 34 e, 36 e, Die in Fig. 10 gezeigte Einheit 134 weist einen 38 e, 4Oe und 42 e mit fünf einzelnen Wicklungen 25 isolierenden rohrförmigen Spulenhalter 136 auf. Die oder Spulen versehen. Von diesen sind die Spulen sich in Längsrichtung erstreckende Bohrung des 48 e auf dem Schenkel 34 e, 50 e auf dem Schenkel Halters 136 weist einen Querschnitt auf, der im all-36 e und 52 e auf dem Schenkel 38 e in Reihenschal- gemeinen der Form des Polteiles entspricht, dem das tung miteinander verbunden, und zwar in geeigneter Element zugeordnet ist. Der Schenkel 28' wird in Polarität über die Leistungsanschlüsse 7Oe und 8Oe. 30 Fig. 12 mit einem rechtwinkligen und im allgemeinen Diese Spulengruppe ist mit einer mittleren Abnahme- quadratischen Querschnitt gezeigt, so daß die Innenstelle 108 versehen. Eine Spule 110, die in richtigem fläche des Halters 136 ähnlich ausgebildet ist.
Phasenverhältnis auf den Schenkel 32 e aufgewickelt Auf dem Halter 136 ist eine Wicklungsanordnung ist, wird zwischen der Belastungsklemme 7Oe und vorgesehen. Die Bestandteile einer dargestellten der zentralen Abnahmestelle 108 mit dem Konden- 35 Wicklungseinheit schließen, wie es in Fig. 11 gezeigt sator 112 in Reihenschaltung verbunden, und eine ist, zwei leitende Streifen 140 und 144 und zwei Spule 114, die in richtigem Phasenverhältnis auf den isolierende Streifen 142 und 146 ein.
Schenkel 4Oe aufgewickelt ist, wird entsprechend In einer zusammengebauten Einheit waren die zwischen der Belastungsklemme 80 e und der mitt- Streifen 140 und 144 je aus Aluminiumblech von leren Abnahmestelle 108 mit dem Kondensator 116 40 0,00508 mm Stärke gebildet und waren je etwa in Reihenschaltung verbunden. Bei dieser Anord- 25,4 mm breit. Die isolierenden Streifen 142 und nung wird ein einzelnes wirksames Netz, bestehend 146 können aus jedem beliebigen dielektrischen aus einer oder mehreren wirksamen Spulen und Material hergestellt werden, wie z. B. gewissen Fareinem Kondensator, über jede Hälfte der gesamten ben, Papier oder plastischen Filmen. Es gelangten Anordnung stromerzeugender Hauptbelastungsspulen 45 ein unter dem Namen »Saran« (Vinylidenchloridangeschlossen. Vinylchlorid-Mischpolymerisat) verkaufter Film und

Jede der in Fig. 4 bis 7 gezeigten Anordnungen ein unter dem Namen »Mylar« (Polyäthylen-Tere-

arbeitet richtig und vorteilhaft in Übereinstimmung phthalat) gehandelter Film zur Verwendung. Bei be-

mit den Grundsätzen der Erfindung. In jedem Falle stimmten Ausführungsformen war der Film von etwa

sind drei Schenkel des Kernaufbaues unbewickelt ge- 50 der gleichen Stärke wie die Aluminiumstreifen und

blieben, um — falls erwünscht — als Elemente einer etwas breiter, z. B. 28,6 mm.

Magnetzündungsanlage verwendet zu werden, obwohl Bei Streifen 140 und 144 mit einer dazwischen-

das Vorhandensein oder das Fehlen von Magnet- gelegten Isolierung 142 und bei Überlagerung des

spulen auf dem Hauptkernaufbau mit Bezug auf die Streifens 146 über dem Streifen 144 wird die Anord-

durch das hier behandelte Gerät bewerkstelligte 55 nung in spiralförmigen Schichten um den Halter 136

Stromerzeugung unbedeutend ist. gewickelt, wobei die leitenden Streifen 140 und 144

In der in Fig. 8 bis 11 gezeigten abgewandelten über ihre gesamte Länge voneinander isoliert sind.

Anordnung besteht das Resonanznetz aus einem ein- Die beiden leitenden Streifen 140 und 144 können

heitlichen und aus einem Stück bestehenden Element von gleicher Länge sein, um eine maximale Kapa-

und weist im Vergleich mit den Netzen, die in den 60 zität im Volumen der Einheit zu erzielen, oder die

anderen beschriebenen Anordnungen zur Verwen- Induktanz der Einheit kann ohne wirksame Ver-

dung gelangen, im Hinblick auf die Kosten und den größerung der gesamten Kapazität erhöht werden,

Raumbedarf gewisse Vorteile auf. indem einer der leitenden Streifen langer als der

Die in Fig. 8 gezeigte Generatorbauart gleicht im andere ausgeführt wird, wie es in Fig. 12 gezeigt ist. allgemeinen der in Fig. 1 gezeigten, wobei entspre- 65 In dieser Darstellung sind die Stärken der verschiechende Teile unter Hinzufügung von zusätzlichen denen Streifen und die Abstände zwischen den Strei-Zeichen mit entsprechenden Bezugszeichen versehen fen im Interesse der Klarheit der Darstellung erhebsind. In der beschriebenen Anordnung sind auf den lieh vergrößert.

Das dielektrische Material kann die Form eines mit den metallischen Platten zu einer Einheit verbundenen Films haben. Zwischen den leitenden Streifen kann ein Elektrolyt angeordnet und die Einheit im übrigen in Übereinstimmung mit bekannten Verfahren für die Herstellung nicht polarisierter elektrolytischer Kondensatoren ausgebildet werden.

In der in Fig. 10 gezeigten Anordnung sind Endkappen oder Spulenköpfe 148 und 150 mit dem Halter 136 aus einem Stück gebildet oder an ihm befestigt, und die gesamte Einheit kann auf Wunsch in eine Büchse oder einen Kasten eingeschlossen werden.

Die Leiter 152 und 154 sind an den leitenden Streifen 140 bzw. 144 befestigt. Diese elektrischen Verbindungen werden an gegenüberliegenden Enden der Streifen (Fig. 11) hergestellt, so daß der Leiter 152 am inneren Ende der Wicklung 140 (Fig. 12) und der Leiter 154 an dem äußeren Ende der Wicklung 144 befestigt ist. Die Leiter 152 und 154 sind mit den Ausgangsklemmen 70' und 80' (Fig. 8 und 9) und daher über die Belastungsspulen 130 und 132 verbunden.

Die so entstehende Einheit wirkt bei Anordnung auf einem Schenkel des Feldaufbaues in Zusammenarbeit mit einem beweglichen Dauermagnet als Resonanznetz mit einer spannungserregenden Spule und einem Kondensator, d. h., die Einheit wirkt in derselben Weise wie das Netz mit den beiden abgesonderten Elementen 56 und 76 nach der Anordnung der Fig. 1 bis 3.

Der Leiter 152 ist mit dem einen Ende der Spule oder Wicklung 140, die um den Schenkel 28' gewikkelt ist, verbunden, und der Leiter 154 ist mit dem einen Ende einer zweiten Spule oder Wicklung 144, die um denselben Schenkel 28' gewickelt ist, verbunden, wobei keine unmittelbare leitende Verbindung zwischen den Wicklungen 140 und 144 besteht. Die beiden Wicklungen wirken jedoch wie die zwei Platten eines Kondensators, so daß die beiden Spulen hinsichtlich der Kapazität in gegenseitiger Beziehung stehen. Bei der dargestellten Konstruktion scheint es möglich, daß jede Windung 140 kapazitätsmäßig zusätzlich zu jeder beliebigen eventuell vorhandenen induktiven Verbindung wenigstens mit der benachbarten Windung der Wicklung 144 verbunden ist.

Diese verteilte Kapazität zwischen den beiden Wicklungen 142 und 144 kann jedoch in ihrer Wirkung als punktförmige Kapazität (Fig. 9) dargestellt werden, wobei jene beiden Enden der Wicklungen 142 und 144, die nicht mit den Leitern 152 und 154 verbunden sind, miteinander verbunden werden.

Um ein Beispiel zu geben, sind nichtelektrolytische Platteneinheiten konstruiert worden, in welchen die Streifen 140 und 142 lang genug sind, um 378 Windungen auf dem Halter 136 zu bilden. Bei Loslösung der Einheit von dem Kernaufbau, d. h. bei Verwendung eines Luftkernes, wurde bei diesen Einheiten eine Kapazität von etwa 4,5 Mikrofarad gemessen. Die Resonanzfrequenz betrug etwa 1300 Hz.

Damit die beiden in gleicher Richtung auf den Kernschenkel 28' aufgebrachten Spulen sich gegenseitig in der gewünschten Weise unterstützen, sollten die Verbindungen, wie es gezeigt ist, zum äußeren Ende der einen Wicklung und zum inneren Ende der anderen Wicklung führen.

Bei Proben der oben beschriebenen Einheit wurde eine Anschlußklemme mit einer Last (Widerstand von 5,1 Ohm) an eine mittlere Abnahmestelle der Belastungsspulen, d. h. zwischen den Belastungsspulen 130 und 132, angeschlossen. Der andere Anschluß des Belastungswiderstandes wurde über einzelne Gleichrichter an die Ausgangsklemmen 70' und 80' angeschlossen, um eine Vollweggleichrichtung der Leistung des Generators und eine Gleichstromversorgung der Belastung zu erzielen. Der Stromkreis war ähnlich dem in der Fig. 3 gezeigten, jedoch besser mit einem Widerstand als mit einer Batteriebelastung. Die Belastungsspulen waren jeweils aus 129 Drahtwindungen gebildet. Bei einem mit drei Magneten versehenen Rad stieg die Leistung der Belastung von etwa 2 Volt-Ampere bei 1500 U/min auf etwa 27,5 Volt-Ampere bei 4500 U/min. Als Maßstab für die Verbesserung sei angegeben, daß die Volt-Ampere-Leistung bei 4500 U/min etwa von 60% größer war als diejenige, die beim Betrieb derselben Konstruktion ohne den Resonanzstromkreis erzielt wurde.

Es sind elektrolytische Einheiten mit einer gemessenen Kapazität von bis zu 30 Mikrofarad gebaut und mit Erfolg erprobt worden. Zum Beispiel erzeugten eine Konstruktion und ein Stromkreis, die abgesehen vom Einsatz einer Induktor-Kondensator-Einheit mit einer gemessenen Kapazität von 23 Mikrofarad der oben beschriebenen Bauart glichen, bei 1500 U/min eine Leistung von 2,3 Volt-Ampere und bei 4500 U/min 32 Volt-Ampere, wobei die letztere im Vergleich zu der Leistung derselben Einheit unter Ausschaltung des Resonanznetzes eine Erhöhung um etwa 85% darstellt. Die Verwendung einer Einheit von 30 Mikrofarad, bei der die Windungszahl durch Hinzufügung von Drahtwindungen zur Außenseite der Bauart über die zur Erzeugung der Größe der Kapazität erforderliche Anzahl hinaus erhöht wurde, obwohl dasselbe Ergebnis auch in der mit Bezug auf Fig. 12 beschriebene Weise erreicht werden konnte, erzeugte Leistungen, die bei 4000 U/min von etwa 3 auf etwa 47 Volt-Ampere anstiegen. Bei einer weiteren Erhöhung der Drehzahl auf 4500 U/min fiel die Leistung auf etwa 38 Volt-Ampere ab. Dies zeigt, daß die Leistungs-Drehzahlkurve der Einheiten, die sich eines einheitlichen Netzes bedienen, in derselben Weise wie bei Generatoren, in denen die Netze aus mehreren gesonderten Einheiten gebildet sind, je nach Anforderungen abgestimmt werden kann. So trat bei einer Verminderung der zusätzlichen Windungen um etwa 10% im Bereich bis zu 4500 U/min kein Abfall in der Leistungs-Spannungskurve auf, und die Leistung bei 4000 wie auch bei 4500 U/min wurde erhöht, wobei sie im letzten Fall 60 Volt-Ampere erreichte.

Die beschriebene Stromkreisanordnung dient nur der Veranschaulichung. Es können beispielsweise für jedes aus mehreren Einheiten bestehendes, in Fig. 1 bis 7 gezeigte Netz wie auch bei anderen Anordnungen innerhalb des Bereiches der Erfindung einheitliche Netze verwendet werden. Die in Fig. 8 gezeigte physikalische Anordnung veranschaulicht nur eine für den Betrieb geeignete Anordnung und kann, wie es bereits in Verbindung mit der Bauart nach Fig. 1 erwähnt wurde, abgewandelt werden. Die Leistung des Generators kann auf jede geeignete Belastung übertragen werden und hat bei der Ladung von Akkumulatoren erfolgreiche Verwendung gefunden.

Ähnlich ist die beschriebene Konstruktion eines

einheitlichen Kondensator-Induktors mit zwei spiral-

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förmig angeordneten leitenden Elementen, zwischen die Wicklung 234 in demselben Augenblick mit denen dielektrisches Material derart angeordnet ist, anderen Wicklungen als der Wicklung 224 verbindet, daß sie als spannungserzeugende Spulen und als ist die Verzögerung des Stromkreises zwischen jenen Platten eines Kondensators wirken, nur zur Veran- benachbarten Polen, die in dem Augenblick nicht in schaulichung gedacht. 5 demselben Magnetfeldkreis liegen wie z. B. der bein der in Fig. 13 gezeigten Anordnung sind die schriebene Feldkreis, wesentlich größer als die Verbeiden sich relativ zueinander bewegenden Teile 200 zögerung des beschriebenen magnetischen FeId- und 202 des Generators, der Stator und der Rotor, kreises.

einfachheitshalber abgebrochen und geradlinig ge- Infolge der Abstände befinden sich die Pole 220

zeichnet. Der Rotor 202 nimmt mehrere auf Abstand io und 222 zu der gleichen Zeit, zu der die Pole 216

gehaltene, mit ihm aus einem Stück gebildete Feld- und 218 sich in einem gemeinsamen magnetischen

elemente 204 und 206 (die symbolisch dargestellt Feldkreis mit dem Feldaufbau 204 befinden, in einem

sind) auf, von denen jedes einen Dauermagnet, wie gemeinsamen magnetischen Feldkreis mit dem FeId-

■/.. B. den Dauermagnet 210, und zwei Polschuhe mit körper 206. Demgemäß können die Belastungswick-

entgegengesetzten Polen, beispielsweise die Pol- 15 lungen 224 und 226 bei genauer Beobachtung der

schuhe 212 und 214, einschließt. Polarität in der normalen Weise miteinander in

Der Stator 200 enthält einen magnetisierbaren Reihenschaltung oder in Parallelschaltung verbunden

Kern mit mehreren vorspringenden oder überstehen- werden.

den Polen, beispielsweise den Polen 216, 218, 220 Der Stromkreis, der die Wicklung 234 und 238 und 222, die sich bis in die Nähe der Rotorpolschuhe 20 und den Kondensator 246 einschließt, dient als Reerstrecken. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten sonanzstromkreis mit einer Resonanzfrequenz, die so benachbarter Pole ist im wesentlichen gleich dem gewählt ist, daß sie der Frequenz der durch die Be-Abstand zwischen den wirksamen Mittelpunkten be- lastungswicklungen 224 und 226 bei einer bestimmnachbarter Polschuhe gezeichnet. ten abhängigen Drehzahl des Rotors und des Stators Die Wicklungen 224 und 226, die auf den Polen 25 erzeugten Wechselstromspannung gleich ist. Dieser 2!6 und 220 angeordnet sind, sind beispielsweise Resonanzstromkreis wird bei jeder halben Grunddurch einen Leiter 228, der eine Anschlußklemme periode durch Stoß erregt, d. h., er wird durch Stoß der Wicklung 224 und eine Anschlußklemme der erregt oder in Schwingung versetzt jedesmal, wenn Wicklung 226 miteinander verbindet, in richtiger der Pol 218, dem die Wicklung 234 zugeordnet ist, Polarität in Reihe geschaltet, wobei die andere An- 30 und jedesmal, wenn der Pol 222, mit welchem die schlußklcmme der Wicklung 224 mit der Ausgangs- Wicklung 238 verbunden ist, auf eine Umkehrung oder Belastungsklemme 230 und die andere An- der magnetischen Polarität der zugeordneten Pole schlußklemme der Wicklung 226 mit der Ausgangs- trifft. In Erwiderung auf diese Stoßerregung schwingt oder Belastungsklemme 232 verbunden ist. Diese der Stromkreis mit den Wicklungen 234 und 238 und Wicklungen sind als »Belastungs«-Wicklungen oder 35 dem Kondensator 246 mit, wodurch gedämpfte Spulen gekennzeichnet. Schwingungen verschiedener Zeitdauer erzeugt wer-Die Wicklungen 234 und 238, die auf den Polen den. In einer erprobten Ausführungsform gemäß der 218 bzw. 222 angeordnet sind, sind in Reihenschal- Erfindung, in welcher der Resonanzstromkreis einen tung in richtiger Polarität miteinander verbunden und verhältnismäßig niedrigen ß-Wert aufwies, wurde die Reihenverbindung der Wicklungen 234 und 238 40 festgestellt, daß die erzeugten gedämpften Schwinist über den Kondensator 246 angeschlossen. So ist gungen in Erwiderung auf eine einzelne Stoßerregung eine Anschlußklemme der Wicklung 234 durch den eine bedeutende Amplitude beibehielten, die in der Leiter 240 mit einer Anschlußklemme der Wicklung Größenordnung von drei bis fünf Halbperioden lag. 238 verbunden, wobei die andere Anschlußklemme In einer Anlage der gezeigten Art tritt diese Energieder Wicklung 234 durch einen Leiter 242 mit einer 45 speicherung innerhalb des Resonanzstromkreises und Anschlußklemme des Kondensators 246 und die der Beginn eines neuen Zuges gedämpfter Schwinandere Anschlußklemme der Wicklung 238 durch gungen bei jeder Halbperiode auf, so daß die in dem einen Leiter 244 mit der anderen Anschlußklemme Resonanzstromkreis vorhandene Energie periodisch des Kondensators 246 verbunden ist. wieder aufgefüllt wird.

In der gezeigten Stellung des Rotors und des Sta- 50 Auf Grund oszillographischer Untersuchungen tors wird ein magnetischer Feldkreis vom Nordpol und im Hinblick auf die Beziehungen zwischen der des Magnets 210 durch den Polschuh 212, durch den Resonanzfrequenz des abgestimmten Stromkreises Pol 216, durch einen Teil des Kerns des Stators 200, und der Leistungsfrequenz des Generators erhält der durch den Pol 218, durch den Polschuh 214 und zu- Resonanzstromkreis bei einer Umkehr des Flusses rück zum Südpol des Magnets 210 gebildet. Daher 55 und zu einer Zeit, während der sich jeder der Pole, liegen in diesem zweipoligen Magnetfeldkreis die Pole der eine Resonanzstromkreiswicklung trägt, wie z. B. 216 und 218 zeitweilig in demselben magnetischen der Pol 218, primär in einem magnetischen Feld-Feldkreis und werden durch denselben Dauermagnet kreis befindet, Energie vom magnetischen Feldkreis, 210 erregt, und die Wicklungen 224 und 234 sind wobei sich der benachbarte Pol, der eine Belastungsüber diesen Feldkreis magnetisch miteinander ver- 60 wicklung trägt, z. B. der Pol 216, in derselben Richbunden. Diese räumlichen Beziehungen entstehen in tung befindet. Es wird ferner angenommen, daß diese beiden Wicklungen 224 und 234 gleichzeitig während Energie auf den Kondensator 246 übertragen und des Betriebes des Generators bei ihrem Eintritt in nach einer Halbperiode der Resonanzfrequenz zu den ein wechselndes magnetisches Feld. Während ein ge- Wicklungen des Resonanzstromkreises z. B. der wisser Fluß besteht oder bestehen kann, der die 65 Wicklung 234, zurückgeführt wird und daß, wenn die Wicklung 224 in der in Fig. 13 gezeigten Stellung mit relative Drehgeschwindigkeit zwischen dem Rotor anderen Wicklungen als der Wicklung 234 verbindet, und dem Stator derart ist, daß die Leistungsfrequenz und während ein gewisser Fluß bestehen kann, der des Generators sich weitgehend im Bereich der Re-

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sonanzfrequenz des abgestimmten Stromkreises be- elektrische Grade führte, was auf eine phasengleiche findet, die Rückführung der Energie zu den Wicklun- Flußkomponente schließen ließ, deren Höhe etwa gen des Resonanzstromkreises und die daraus ent- 84°/o des gesamten Flusses gleichkam, der durch den stehende Induktion eines Flusses in den Polen in Resonanzstromkreis und eine in leitender Phasen-Verbindung mit jenen Wicklungen des Resonanz- 5 verschiebung um 90° befindliche Komponente mit Stromkreises etwa um 180 elektrische Grade später einer Höhe von etwa 54 %> des gesamten Flusses in bei der Leistungsfrequenz des Generators auftritt. In- dem magnetischen Feldkreis induziert wurde,
folgedessen wird nach dieser Voraussetzung die In einer Ausführung gemäß der in Fig. 13 gezeig-Energie von der Wicklung des Resonanzstromkreises ten Anordnung wurde der Rotor mit acht Dauermagnezu einem Zeitpunkt empfangen, an welchem der Pol ίο ten versehen, die je ein Paar mit entgegengesetzten dieser Wicklung sich in einem magnetischen Feld- Polen versehene Polschuhe aufwiesen, was zusamkreis mit einem Pol befindet, welcher eine Belastungs- men sechzehn Polschuhe ausmachte. Der Kern oder wicklung trägt, z. B. dem Pol 216, und die Energie Stator wies sechzehn Pole auf, die je einen Querist oder kann vom Resonanzstromkreis zu einer Zeit schnitt von 6,35 X 38,1 mm hatten und sich je bis abgegeben werden, zu welcher der zugeordnete Pol 15 auf 0,25 mm innerhalb des Rotors erstreckten. Es sich in einem gemeinsamen Feldkreis mit einem wurden acht Belastungswicklungen, von denen jede anderen der Pole befindet, die eine Belastungswick- aus 54 Windungen aus Kupferdraht Nr. 18 bestand, lung tragen, wie z. B. Pol 220. abwechselnd auf die Pole aufgewickelt, und jeder

Während die wahre Natur dieser Vorgänge, die zu der verbleibenden Pole nahm eine Wicklung eines den sehr verbesserten Ergebnissen führen, nicht voll- 20 Resonanzstromkreises auf, die aus 100 Windungen kommen festgestellt worden ist, wird auf Grund der eines Kupferdrahtes Nr. 21 gebildet waren. Vier der verfügbaren Angaben gefolgert, daß, wenn sich die Belastungswicklungen wurden zur Bildung einer Leistungsfrequenz des Generators weitgehend im Be- ersten Gruppe in Reihenschaltung miteinander verreich der Frequenz des Resonanzstromkreises hält, bunden, wobei die verbleibenden vier Belastungsdie Resonanzwicklung bei Freigabe ihrer Energie in 25 wicklungen zur Bildung einer zweiten Gruppe in ihrem und in dem Pol, der die Belastungswicklung Reihenschaltung miteinander verbunden wurden. Die trägt und sich zu diesem Zeitpunkt mit dem anderen beiden Gruppen wurden miteinander und mit den Pol in einem magnetischen Feldkreis befindet, einen Belastungsanschlüssen in Parallelschaltung verbun-Fluß erzeugt, der um einen geringen Winkel den den. Die Wicklungen des Resonanzstromkreises wur-Fluß leitet, der zu der Zeit durch das dauermagne- 30 den alle miteinander und mit dem Kondensator in tische Feld in dem Pol erzeugt wird, der die BeIa- Reihenschaltung verbunden. Bei normalem Betrieb stungswicklung trägt. Dieser Fluß kann nach diesen bestanden zwischen den Wicklungen des Belastungs-Voraussetzungen in zwei Komponenten zerlegt wer- Stromkreises und des Resonanzstromkreises oder den: eine Komponente mit großer Höhe, die sich mit dem Kondensator keine elektrischen Verbindungen, dem im Dauermagneten erzeugten Fluß in Phase be- 35 Nach der vorliegenden Theorie dienten die Wicklunfindet und ihn unterstützt, und in eine kleinere Korn- gen des Resonanzstromkreises zur Induktion eines ponente, die sich zu diesem in leitender Phasenver- Flusses, der sowohl eine Komponente zur Stromerzeuschiebung um 90° befindet. Die phasengleiche und gung als eine Komponente zur Aufhebung des Entunterstützende Komponente erzeugt eine wesentliche magnetisierstromes aufwies, so daß diese Wicklun-Erhöhung des gesamten Flusses in dem die BeIa- 40 gen zusammen als Belastungsenergie erzeugendes stungswicklung tragenden Pol, so daß die entstehende Kupfer und zur Korrektur eines magnetischen Feldes Spannung, die über die Windungen der Belastungs- dienen.

wicklung induziert wird, entsprechend erhöht wird. Bei Proben wurde die in dieser Konstruktion je Da die Belastungswicklung als Folge der Energie- Pol verfügbare Energie mit der Energie verglichen, Übertragung von ihr auf die Last in dem sich in 45 die in jedem Pol vorhanden wäre, wenn alle Pole mit schleppender Phasenverschiebung um 90° befind- Belastungsspulen versehen worden wären, d. h. ohne liehen Pol einen entmagnetisierenden Strom geringer jegliche Resonanzstromkreise, und es wurde festge-Höhe erzeugt, dient die Komponente des Flusses in stellt, daß die Leistung des Generators über einen der leitenden Phasenverschiebung, die durch den weiten Bereich der Leistungsfrequenzen des Genera-Resonanzstromkreis erzeugt worden ist, dazu, die 50 tors einschließlich aller Generatorleistungsfrequenzen entmagnetisierende Wirkung der Lastwicklung auf- unterhalb, auf gleicher Höhe und oberhalb der Resozuheben oder zu vermindern. So betrachtet tragen nanzfrequenz des abgestimmten Stromkreises bis zu beide Komponenten des durch den Resonanzstrom- einem Punkt, an dem die Generatorleistungsfrequenz kreis induzierten Flusses zur Verbesserung der Re- etwa das IV2- bis 2fache der Resonanzfrequenz des sultate bei, die mit den beschriebenen Ausführungen 55 abgestimmten Stromkreises annahm, erheblich erhöht erreicht werden. wurde.

Die Verbindung des Resonanzstromkreises mit Die Leistung der soeben beschriebenen Ausführung

dem Belastungsstromkreis zur Übertragung der Ener- wurde bei verschiedenen Kapazitätswerten auf einer

gie kann ausschließlich magnetisch, elektrisch oder »Je-Pol«-Basis beobachtet, und die Ergebnisse einer

— wie es in Verbindung mit den vorhergehenden 60 Probenreihe sind in einer graphischen Darstellung in

Figuren gezeigt ist — magnetisch sein und durch Fig. 14 wiedergegeben. Diese graphische Darstellung

elektrische Verbindung ergänzt werden. ist eine Auftragung der Energie in Watt, die je Pol

Diese Theorie gründet sich teilweise auf die Be- verfügbar ist, als Ordinate gegenüber der Drehzahl obachtungen einer Ausführungsform gemäß der Er- des Generators in Umdrehungen je Minute als Abfindung, welche zeigte, daß der durch den Reso- 65 szisse. Die Abszisse stellt ebenfalls die Leistungsfrenanzstromkreis in dem magnetischen Feldkreis indu- quenz des Generators in Hertz je Minute dar.
zierte Fluß den in demselben magnetischen Feldkreis Die Kurve 250 zeigt die Leistungen, die über einen durch den Dauermagnet induzierten Fluß um 33 Bereich der Generatordrehzahl zwischen weniger als

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1000 bis zu 5000 U/min erzielt wurden, wobei die Reihenschaltung verbundener Widerstand hinzuge-

einer Untersuchung unterzogenen Pole nur mit be- fügt werden.

kannten Belastungswicklungen ausgerüstet und keine Ein weiterer Vorteil, der aus der Verwendung von Resonanzstromkreise vorgesehen waren. Mit an ihrem Resonanzstromkreisen erwächst, wurde in der ganz Platz angeordneten Resonanzstromkreisen unter Ein- 5 erheblichen Verbesserung der Form der Ausgangsschluß eines Kondensators von 12 Mikrofarad stieg wellen gefunden. Es wurde über einen Frequenzbedie an jedem Pol verfügbare Leistung, wie es in der reich innerhalb des Bereiches der Resonanzfrequenz Kurve 252 gezeigt ist, erheblich an. Der Resonanz- des abgestimmten Stromkreises festgestellt, daß die Stromkreis erzeugt eine an jedem Pol verfügbare er- Ausgangswellenform der Sinuslinie sehr nahe kommt, höhte Leistung, die bei etwa 4000 U/min, d. h. bei io Diese Verbesserung in der Form der Ausgangswelle 4000 Hz/min, ein Maximum erreichte, was die Re- scheint teilweise auf die Tatsache zurückzuführen zu sonanzfrequenz des abgestimmten Stromkreises war. sein, daß der Resonanzstromkreis sinusartig wirkt Bei 1000 U/min erhöhte sich die an jedem Pol ver- und teilweise auf den niedrigen Widerstand des Kon-/ügbare Leistung von 22 Watt bei Nichtvorhanden- densators gegenüber hochfrequenten Strömen, wosein eines Resonanzstromkreises auf 32 Watt bei 15 durch eine verkürzte Windungs- oder gedämpfte einem angeschlossenen Resonanzstromkreis. Bei Wicklungstätigkeit entsteht, die die Bildung steiler 2000 U/min erhöhte sich die Leistung je Pol auf Wellenfronten im magnetischen Feld verhindert. 62 Watt gegenüber 46 Watt ohne das Merkmal des Auf Grund der bevorzugten Ausführung werden Resonanzstromkreises. Bei 3000 U/min betrug die die Belastungswicklungen und die Wicklungen des Leistung je Pol 95 Watt gegenüber den in der Kurve 20 Resonanzstromkreises getrennt und so auf Abstand 250 für die betreffende Drehzahl gezeigten 64 Watt. gehalten, daß jede unabhängig von der anderen und Bei 4000 U/min betrug die Leistung je Pol unter Ein- im wesentlichen unter Berücksichtigung nur ihrer schluß eines Resonanzstromkreises 160 Watt im Ver- eigenen Konstruktion ausgelegt werden kann, gleich zu 70 Watt bei einem Generator, der nur Be- In der in Fig. 13 gezeigten Konstruktion können lastungswicklungen aufwies. Die an jedem Pol ver- 25 die verschiedenen Belastungswicklungen in jeder gefügbare Leistung wurde oberhalb der Resonanzfre- eigneten Art miteinander verbunden und jede Resoquenz laufend größer als diejenige, die ohne den Re- nanzstromkreiswicklung mit einem ihr eigenen Konsonanzstromkreis erzeugt wurde, bis zur höchsten densator versehen werden. Es kann auch ein einzel-Drehzahl, bei welcher der Generator zum Auslaufen ner Kondensator mit allen Resonanzstromkreiswickgebracht wurde. Bei 5000 U/min betrug sie noch 30 lungen gemeinsam oder es können mehrere Konden-114 Watt im Vergleich zu 70 Watt bei dem Standard- satoren mit mehreren Gruppen von Resonanzstrom-Generator, während sich die bei jedem Pol vorhan- kreiswicklungen verbunden werden. dene Ausgangsleistung auf eine Leistung, die einer In einem anderen Wechselstromerzeuger, der auf Drehzahl von 4000 U/min entspricht, verminderte. seine Verwendbarkeit als Element innerhalb einer Eine Vergrößerung des Kondensators auf einen 35 elektrischen Anlage für ein Kraftfahrzeug geprüft Wert von 15 Mikrofarad erzeugte die in der Kurve wurde, wurde der Stator mit sechzehn Polen und der 254 dargestellte Beziehung, in welcher die je Pol ver- Rotor mit acht Dauermagneten versehen, von denen fügbare Leistung im Bereich von 1000 bis etwa jeder ein Paar ihnen zugeordnete, mit entgegengesetz-3400 U/min größer war als bei einem Kondensator ten Polen versehene Polschuhe oder Polbereiche aufvon 12 Mikrofarad. Jedoch fiel die je Pol verfügbare 40 wies.

Leistung bei höheren Drehzahlen ab und glich etwa Jeder Pol des Stators wies einen Querschnitt von der Leistung des Generators nur mit Belastungswick- 6,35 X 38,1 mm auf, und jeder war 33,34 mm lang, lungen bei 5000 U/min. Die Verwendung eines klei- Der Abstand zwischen den Spitzen der Pole und dem neren Kondensators, z. B. eines Kondensators von Rotor betrug etwa 0,381 mm. Die Statorpole waren 9 Mikrofarad, erzeugte bei gleichen Wicklungen eine 45 abwechselnd mit Belastungswicklungen versehen, wohöhere Resonanzfrequenz, was zu der in der Kurve bei jede dieser Wicklungen aus 45 Windungen aus 256 in Fig. 14 gezeigten Beziehung führt. Kupferdraht Nr. 15 bestand. Unter gebührender Be-Die erhebliche Verbesserung der verfügbaren Lei- rücksichtigung der Polarität wurden vier der Bestung, die sich aus der Verwendung der Resonanz- lastungswicklungen in Reihenschaltung miteinander netze ergibt, wird durch die oben beschriebenen Kur- 50 verbunden, wobei die anderen vier Wicklungen geven bewiesen. Nach der erläuterten Theorie würden trennt in Reihenschaltung verbunden wurden. Die diese Kraftverbesserungen eine sehr erhebliche Korn- zwei Gruppen der in Reihenschaltung verbundenen ponente eines zusätzlichen Flusses in den Polen, Wicklungen wurden in Reihenschaltung miteinander welche die Belastungswicklung tragen, infolge der und mit der Last verbunden. Die anderen acht Pole Wirkung des Resonanzstromkreises bedeuten. Diese 55 wurden mit Abstimmkreisen oder Resonanzstrom-Annahme wird durch die Tatsache bestätigt, daß die wicklungen versehen, von denen jede aus 100 Winüber jede der Resonanzwicklungen erzeugten Span- düngen eines Kupferdrahtes Nr. 21 gebildet war. Die nungen verhältnismäßig große Höhen erreichten, ob- acht Abstimmkreiswicklungen wurden in Reihenwohl die Leistungsspannung des Generators gering schaltung miteinander verbunden und diese Gruppe war, was bei Resonanzwicklungen mit einer großen 60 in Reihenschaltung verbundener Wicklungen dann an Windungszahl die Verwendung eines Kondensators einen Kondensator von 5 Mikrofarad angeschlossen, mit verhältnismäßig hoher Voltzahl erforderlich Da der Wechselstromerzeuger zur Verwendung als machte. Generator in einem Kraftfahrzeug bestimmt war, Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, Strom- wurden die Leistungs- oder Belastungsklemmen mit kreise mit verhältnismäßig niedrigem Q-Wert zu ver- 65 einem Vollwellen - Überbrückungsgleichrichter, der wenden. Wenn der Widerstand der Wicklungen keine aus vier in geeigneter Weise verbundenen Gleichrichangemessen breite Resonanzspitze erzeugt, kann ein tern von je 200 Volt, 35 Ampere und geeigneten mit den Elementen des Resonanzstromkreises in Polen gebildet war, verbunden. Die Leistung des

Überbrückungsgleichrichters wurde ohne Filterung an eine Kraftfahrzeugbatterie von 12 Volt angeschlossen. Da es in Erwägung gezogen wurde, daß der Generator über eine Kraftübertragungsanlage mit einem Übersetzungsverhältnis von 2:1 durch den Fahrzeugmotor angetrieben werden würde, wurde der Generator über einen Drehzahlbereich von 1000 bis 10000 U/min geprüft. Zu Beginn der Probe war die Batterie nicht vollkommen aufgeladen, und die Probe wurde schnell genug durchgeführt, um ein Aufladen der Batterie während des Ablaufs der Probe zu verhindern.

Bei einer Drehzahl des Generators von 1000 U/min betrug der Leistungsstrom des Gleichrichters bei seiner Übertragung auf die Batterie 12 Ampere. Bei 2000 U/min (1000 U/min der Fahrzeugmaschine) betrug der Leistungsstrom des Gleichrichters 29,5 Ampere, bei 3000 U/min 36 Ampere, bei 4000 U/min 40 Ampere, bei 5000 U/min 43 Ampere, bei 6000 U/min 44,5 Ampere, bei 7000 U/min 44,5 Ampere, bei 8000 U/min 43 Ampere, bei 9000 U/min 41,5 Ampere und bei 10000 U/min 40 Ampere.

Die Erfindung kann verschiedenen Abwandlungen, Veränderungen u. dgl. unterworfen werden, ohne daß vom eigentlichen Bereich der Erfindung abgewichen wird.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Mehrpoliger elektrischer Generator mit einer ersten spannungserzeugenden Wicklung auf einem der Pole, die mit zwei Ausgangsklemmen verbunden ist, gekennzeichnet durch ein Resonanznetzwerk mit einer zweiten spannungserzeugenden Wicklung auf einem weiteren Pol, der um 180 elektrische Grade gegenüber dem ersten Pol versetzt ist, die magnetisch mit der ersten spannungserzeugenden Wicklung gekoppelt ist, wodurch sich eine hohe Ausgangsspannung bei relativ niedriger Drehzahl ergibt, ohne daß die Ausgangsspannung bei relativ hohen Drehzahlen wesentlich abfällt, wobei das Resonanznetzwerk bei einer zwischen der minimalen und der maximalen Drehzahl des Generators hegenden Drehzahl in Resonanz gerät.

2. Mehrpoliger Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator mit der zweiten spannungserzeugenden Wicklung in Reihe geschaltet ist.

3. Mehrpoliger Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Resonanznetzwerk parallel zu den Ausgangsklemmen geschaltet ist.

4. Mehrpoliger Generator nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Resonanznetzwerk aus einer in sich geschlossenen Schaltung besteht, die mit den Ausgangsklemmen nicht verbunden ist.

5. Mehrpoliger Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein zweites Resonanznetzwerk, das eine weitere spannungserzeugende Wicklung auf weiteren Polen enthält und eine weitere spannungserzeugende Hauptwicklung auf Polen, die gegenüber den letztgenannten Polen um 180 elektrische Grade versetzt sind.

6. Mehrpoliger Generator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Resonanznetzwerke mit einer mittleren Anzapfung der aus der spannungserzeugenden Hauptwicklung gebildeten Schaltung verbunden sind.

7. Mehrpoliger Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite der Belastung des Generators über Gleichrichter mit den Ausgangsklemmen und die mittlere Anzapfung der aus der spannungserzeugenden Hauptwicklung gebildeten Schaltung mit der anderen Seite der Belastung verbunden ist.

8. Mehrpoliger Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungserzeugenden Wicklungen des Resonanznetzwerkes aus zwei einander überlappenden, durch einen dielektrischen Streifen getrennte leitenden Streifen bestehen, die so miteinander verbunden sind, daß sie induktive und kapazitive Eigenschaften haben.

9. Mehrpoliger Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle spannungserzeugenden Hauptwicklungen getrennt von den spannungserzeugenden Wicklungen der Resonanznetzwerke auf besonderen Polen liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 541 211, 554351,
869, 731484, 344 725, 347 080.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

O 209 507/140 1.62