DE2158750B2 - Elektrische Unipolarmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Unipolarmaschine mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Es ist bekannt, diese Maschinen derart auszulegen, daß die Läufer- und Ständerscheiben eine konstante Dicke vom inneren zum äußeren Umfang hin aufweisen, wobei die Erregerwicklung, die eine der Gesamtdicke der Scheibenanordnung entsprechende axiale Länge aufweist Diese bekannte Anordnung ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß die höhere Stromdichte am inneren Scheibenumfang gegenüber jener am äußeren Umfang ein höheres Scheibenvolumen erfordert, wobei aber auch die große axiale Länge der Feldwicklung insbesondere dann hohe Kosten verursacht, wenn sie supraleitend ausgebildet werden soll.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Unipolarmaschine mit Scheibenläufer zu schaffen, die besonders wirtschaftlich gegenüber den bekannten derartigen Maschinen hergestellt werden kann, und bei der die Stromdichte zwischen dem inneren und äußeren Umfang der Scheiben gleich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. Es zeig'.

F i g. 1 schematisch eine axiale Halbschnittdarstellung einer bekannten Unipolarmaschine;

F i g. 2 ein axialer Halbschnitt einer Unipolarmaschine nach der vorliegenden Erfindung; und

F i g. 3 eine Schnittdarstellung gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung.

Wie die Fig. I zeigt, besteht eine bekiinnte Unipolarmaschine mit mehreren mit der Welle 2 drehbaren Läuferscheiben 1, imd zwischen diesen angeordneten ortsfesten StÄnderscheiben 3, die von einer Erregerwicklung 4 umgeben sind. Eine Reihe von Gleitkontakten 5 stellen die elektrische Leitung sicher und zwar zum einen zwischen der zylindrischen Umfangsfläche 6, die die Innenbegrenzung einer Ständerscheibe darstellt, und einer zylinderischen Umfangsfläche 7 einer Nabe 8, die eine axiale Verlängerung der Läuferscheibe 1 darstellt, und zum anderen zwischen der zylinderischen Umfangsfläche 9

ίο jeder Läuferscheibe 1 und der inneren zylinderischen

Umfangsnäcne 10 der Ständerscheibe 3. Der elektrische Strom fließt in Richtung der in Fig. 1 gezeigten Pfeile

entsprechend der Linie li.

Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß

dem Strom an der Basis 12 jeder Scheibe ein geringerer Querschnitt zur Verfügung steht, als am Umfang 13. Dadurch wird durch die Stromdichte am Punkt 12 die Kapazität dieser Vorrichtung begrenzt und die verbleibenden Abschnitte der Metallscheiben sind schlecht ausgenutzt

Die Erregerwicklung 4 weist eine Länge auf, die der Gesamtdicke der Läufer- und Ständerscheiben entspricht, damit sämtliche Läufer- und Ständerscheiben in den Bereichen des magnetischen Flusses, der etwa zwischen den Linien 14 und 15 verläuft, zu liegen kommen. Darüberhinaus muß die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung 4 ausreichend groß sein, damit die Flußlinien sich über die Luft schließen können. Die daraus resultierenden großen Abmaße der Erreger wicklung 4 führen zu einer Verteuerung der Maschine, insbesondere dann, wenn diese Erregerwicklung aus einem supraleitenden Material hergestellt werden solL Schließlich liegen die leitenden Flächen 6 und 7 oder 9 und 10 nicht parallel zu den Flußlinien 14 und 15, was insbesondere an den letzten Scheiben auftritt so daß die Spannungsverteilung dieser Kontaktflächen inhomogen ist

Die erfindungsgemäße Unipolarmaschine gemäß F i g. 2 weist ebenfalls eine Reihe von Läuferscheiben 1 auf, zwischen denen Ständerscheiben 3 angeordnet sind, jedoch ist die Dicke der Scheiben vom Zentrum zum

Umfang hin unterschiedlich, so daß planparallele Flächen fehlen. Die Maschine ist so ausgelegt, daß sie von der Stelle

12 aus (F i g. 1), bei der der Strom einen Querschnitt an der Basis einer Scheibe 1 findet zur Stelle 13, bei der der Strom einen Querschnitt entsprechend dem Umfang dieser Scheibe findet, schräg verläuft derart, daß die Dicke der Scheibe am Umfang bei 13 gleich der Dicke der Scheibe bei 12, vermindert um das umgekehrte Verhältnis der entsprechenden Radien, ist Die Stromdichte bei den Abschnitten 12 und 13 ist daher gleich.

Für alle Zwischenabschnitte läßt sich die selbe Regel anwenden, so daß sich für das Rotationsvolumen erzeugende Krümmungslinien ergeben. Der Einfachheit halber kann man das Volumen mittels zweier gerader Linien definieren, so daß sich für alle Zwischenabschnitte eine Stromdichte ergibt die nur sehr wenig unter der Stromdichte bei 12 und 13 liegt Die gleiche Anordnung ist für die Ständerscheibe 3 vorgesehen.

Zum anderen ergibt sich aus einem Vergleich mit Fig. 1, daß die Erregerwicklung 4 sehr viel kürzer als die Gesamtdicke der Scheibenanordnung in der Nähe des Zentrums ist und auf der nach innen weisenden Seite durch eine torus-förmige Fläche 16 begrenzt ist. Da das Volumen der Erregerwicklung somit verringert ist, kann diese wegen der erzielten Materialeinsparung aus einem Supraleiter-Material hergestellt werden. Dabei gestat-

tet die torus-förmige innere Flftche 16 eine einfachere thermische isolation der geringen Gesamtdicke mittels getrennter mehrerer Schirme, bzw, in diesem Fall mittels eines Doppelschirmes dank der Tatsache, daß eine Torusfläche sehr viel besser einem von Innen oder Außen ausgeübten Druck Widerstand leisten kann. Dieses Merkmal führt auch zu der Möglichkeit, daß die Erregerwicklung so gedrängt wie möglich am Umfang der Gegenscheiben angeordnet werden kann. Schließlich führt auch die Form der Erregerwicklung zu der Erzeugung von Flußlinien wie bei 14 und 15, die sehr viel stärker gekrümmt sind und Überall näher bei den verschiedenen Läufer- und Ständerscheiben verlaufen.

Die leitenden Kontaktflächen 6 und 7 oder 9 und 10 liegen jetzt parallel zu den Induktionslinien entsprechend 14 oder 15, so daß dort wegen der dadurch erzielten homogenen Spannungsverteilung Verluste weitgehend vermieden sind. Diese Konstruktion führt

indessen zu Montagescbwierigkeiten, was zu der Forderung führt, bestimmte Läufer- oder Stftnderscheiben aus z^ei Teilen herzustellen. F i g, 2 zeigt nun, daß man beispielsweise die Läuferscheibe 1 durch zwei Teile 1 β und 1 b, die Ständerscheiben 3 durch zwei Teile 3a und 3b oder durch die Teile 3cund 3t/zusammensetzen kann.

Um eine derartige Komplikation, insbesondere in dem Fall, bei dem der Kontakt zwischen den leitenden Flächen durch vollständige Ausfüllung mittels eines flüssigen Metalls hergestellt wird, zu vermeiden, kann man gemäß F i g. 3 eine von den zwei Flächen 6 und 7 oder 9 und 10 wie bei 6a und 9a angedeutet, abflachen.

Diese Flächen bestehen dann aus einem Abschnitt, der parallel zu einer Induktionslinie verläuft und in einen Abschnitt parallel zur Achse übergeht Durch diese Maßnahme wird eine Montage auch bei einstückigen Scheiben 1 und 3 möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche!

1. Elektrische Unipolarmaschine mit einem aus mehreren Scheiben bestehenden Läufer und zwischen die Läuferscheiben ragenden Ständerscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß jede Läuferscheibe (1) und Ständerscheibe (3) eine Dicke aufweist, die vom inneren zum äußeren Umfang der Scheibe hin abnimmt, derart, daß die Dicke am äußeren Umfang gleich der Dicke am inneren Umfang, vermindert um das umgekehrte Verhältnis der entsprechenden Radien, ist

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (4) insbesondere auf der inneren Seite (16), durch eine torus-förmige Fläche begrenzt ist

3. Maschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Leitung des elektrischen Stromes zwischen den Kontaktflächen durch vollständige Ausfüllung mit einem flüssigen Metall alle Läufer- oder Ständerscheiben, bei denen sich Schwierigkeiten der Montage aufgrund der Neigung der leitenden Fläche ergeben, eine dieser Flächen entsprechend einer zylindrischen Fläche abgeflacht ist, wobei der Durchmesser dieser zylindrischen Fläche gerade so groß ist, daß eine Montage ermöglicht wird, während die andere Fläche weiterhin parallel zur entsprechenden Induktionslinie verläuft