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Magnetelektrische Maschine mit festem Magnet und festem Anker sowie
einem Drehkörper. Gegenstand der Erfindung ist eine magnetelektrische Maschine mit
festem Magnet und festem Anker sowie einem aus zwei Teilen bestehenden Drehkörper;
welcher die Polschuhe des Magnetes und diejenigen des Ankers abwechselnd untereinander
in Verbindung setzt.- Gegenüber bekannten Maschinen dieser Art kennzeichnet sich
der Erfindungsgegenstand durch eine solche Form der die magnetischen Kraftlinien
leitenden Teile des Drehkörpers, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umkehrungen
des Kraftliinienflusses unter Abschaltung des Ankers eine unmittelbare Kurzschließung
der Magnetpole mittels der leitenden Teile des Drehkörpers erfolgt. Zweckmäßig ist
der Drehkörper aus der Achse und zwei je einem Ankerende. zugeordneten Scheiben
gebildet, die am Rande mit Ausschnitten derart versehen sind, daß zwei sich diametral
gegenüberliegende, bogenförinnge Vorsprünge entstehen; diese beiden Vorsprünge besitzen
eine verschiedene Bogenlänge, der breitere entspricht dem Abstand der Kanten der
Polstücke, während der schmalere ungefähr dem Abstand zwischen einer der Kanten
des Ankerendstückes und der Kante des benachbarten Magnetpolstückes angepaßt ist,
und jeder Vorsprung der einen Scheibe ist gegenüber dem gleich ausgebildeten Vorsprung
der anderen Scheibe um z8o° versetzt.
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Die neue Bauart der magnetelektrischen Maschine besitzt Vorzüge sowohl
in magnetelektrischer als auch in mechanischer Beziehung, was an Hand des nachstehend
l;eschriebenen Ausführungsbeispieles einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Maschine
näher
erläutert werden soll. Letztere ist in den Ai;b. i und 2 im Längsschnitt und Seitenansicht
veranschaulicht, während Abb. 3 bis 6 schematische Darstellungen sind, die zur Erläuterung
der Wirkungsweise dienen.
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Wie aus Abt. i ersichtlich ist, besteht der drehbare Teil im wesentlichen
aus einer umlaufenden Achse, auf welcher voneinander isoliert zwei Scheiken i und
2 sitzen. Letztere können aus Blechen oder aus vollen Stücken gebildet sein und
sind in der Nähe ihres Umfanges mit Ausschnitten versehen, so daß sie die aus Abt:.
3 bis 6 ersichtliche Form haben. Zufolge dieser Ausschnitte besitzt jede Scheibe
einen schmaleren Vorsprung 3 oder .4 sowie einen breiteren Vorsprung 5 oder 6. .Die
einander entsprechenden Vorsprünge sind bei Neiden Scheiben uni 18o° gegeneinander
versetzt. Die aus nichtmagnetischem Material teestehende Achse wird an beiden Enden
von Lagern 7 und 8 getragen.
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Der so ausgebildete Drehkörper ist zwischen den Schenkeln eines beispielsweise
aus zwei Teileng und io bestehenden Hufeisenmagnetes derart angeordnet, daß die
Drehachse senkrecht zur U-förmigen Schnittebene des Magnetes steht. An den Enden
der 'Magnetschenkel sind Polstücke i i und 12 angesetzt, die zwischen sich einen
Hohlraum einschließen, in dem der Drehkörper mit möglichst geringem Luftspalt umläuft.
Der Abstand der an beiden Polkörpern einander gegenüberliegenden Kanten entspricht
ungefähr dem Abstandi der Kanten an den breiteren Vorsprüngen 5 und 6.
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Die Wicklung der Magnetmaschine wird von einem zwischen den beiden
Schenkeln des Magnetes fest angeordneten Ankerkern 13 getragen, der in zwei Endstücke
i-. und 15 ausläuft, die ebenso wie die Polstücke entsprechend dem Durchmesser der
umlaufenden Scheiben ausgedreht sind. Die Endstücke sind ziemlich schmal ausgeführt,
so daß sie in einem hinreichenden Abstand von den oberen Rändern der Polstücke i
i und 12 bleiben-, dieser Abstand ist ungefähr gleich der Breite der schmaleren
Vorsprünge 3 und d. der umlaufenden Scheiben, um bei der Vorbeibewegung dieser Vorsprünge
eine Unterbrechung des iiregnetischen Kreises zu vermeiden.
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Die Wicklung 1;esteht aus zwei Spulen i G und 17, von denen die erstere
die Niederspannungs-, letztere die Hochspannungsspule bildet. Der Anschluß dieser
Spulen finit der Unterbrechungs- und Zündvorrichtung kann in der üblichen Weise
geschehen und ist nicht weiter dargestellt.
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Die Wirkungsweise der magnetelektrischen Maschine ergibt sich aus
der Betrachtung der in Abb. 3 bis 6 gegebenen schematischen Darstellungen.
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Die beiden Scheiben des umlaufenden Teiles 1;ilden gewissermaßen im
Raum bewegbare Polstücke des Ankerkernes, mit dein sie aber nur in Kontakt bleil:en
während des Zeitraumes, in welchem die Veränderungen und LTrnkehrungen des Kraftlinienflusses
stattfinden.
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Nimmt man an, daß die äußeren Induktionslinien der Magnete vom positiven
Pol oder Nordpol zum negativen oder Südpol gerichtet sind und claß das Polstück
1a mit dem Nord-1,ol in Verbindung steht, so gehen, wenn der umlaufende Teil sich
in der in Abb. 3 angegebenen Lage befindet, die aus dem Polstück 12 austretenden
Kraftlinien durch den Vorsprung 5 des Ringes r über den Vorsprung-1 und (las Endstück
14. in den Kern 13 und nach Eiessen Durchquerung über das Endstück 15 und den Teil
6 des Ringes 2 zum Polstück i i.
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Dreht man die Achse um einen gewissen Winkel im Sinne des Pfeiles
(Abb.4), so l:leil:t Teil 4. der Scheike i stets mit dem Ende i.[ des Ankerkernes
magnetisch verbunden, aber der Teil 5 v erläßt Polstück 12 und gelangt in den Bereich
des Polstückes i i. Die Scheibe 2 bleibt dal'ei mit ihrem Teil 6 noch weiter in
Deckung mit dein Ende 15 des Ankerkernes, trennt sich jedoch vom Polstück t i, um
mit dein Polstück 12 Kontakt herzustellen. Infolgedessen müssen die Induktionslinien
im Ankerkern die entgegengesetzte Richtung annehmen, indem sie hei 15 ein- und ],ei
1.4. austreten.
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Bei weiterer Drehung entfernt sich Teil :l vom Ende 14 des Ankerkernes
und gelangt in Gegenüberstellung zum Polstück 12; der Teil 6 der Scheibe :2 trennt
sich vom Ende 15 des Kernes, während der andere Vorsprung 3 nun Verbindung finit
dem Teil i i herstellt.
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Der magnetische Kreis ist dann unmittelbar innerhalb des umlaufenden
Teiles geschlossen und bleibt geschlossen so lange, als der Vorsprung 4. sich noch
nicht von der unteren Kante des Polstückes 12 und ebenso der Vorsprung 3, der im
Begriff ist, die Verbindung mit dein Ankerendstück 15 herzustellen, sich noch nicht
von der oberen Kante des Polstückes i i getrennt hat.
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Setzt man nun die Drehung fort, so gelangt man zu einer Stellung (Abb.
6), die zur Ausgangsstellung symmetrisch ist.
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Es ist zu teeachten, daß die Endstücke 14. und 15 des Ankerkernes
jedesmal, wenn sie irt Verbindung mit dein umlaufenden Teil treten, von neuem diie
gleiche Polarität annehmen, die sie zuvor bei Trennung von diesem Teil besaßen.
Die Betrachtung der Abb. 4 lehrt nämlich, daß das Endstück 14 des Ankerkernes in
magnetischer Verbindung finit dein Teil i i ist, bis es von dem Teil .l, des Ringes
i verlassen wird, und daß es von neuem in Verbindung mit dem gleichen Teil i i gelangt,
sobald
der umlaufende Teil sich so weit gedreht hat, daß die Seite 5 des Ringes r gemäß
Abb. 6 an dem 'betrachteten Ende r4 des Kernes anliegt.
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Das gleiche ist für (las andere Ende des Kernes 13 der Fäll, wie sich
aus Abb. 5 und 6 ergibt.
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Zufolge dieser Bauart weist die Maschine gegenüber anderen Bauarten
zunächst ein günstigeres Verhalten in elektrischer Beziehung auf. Die zeitweise
Unterbrechung des Kraftlinienflusses vor dessen Umkehrung ergibt 1 ei ;lnderung
der Drehzahl eine gewisse Regeiwirkurig für die elektromotorische Kraft und demgemäß
für den erzeugten Zündfunken. Da unter sonst gleichen Verhältnissen die zur Entwicklung
des vollen Kraftlinienflusses vor der Umkehrung zur Verfügung stehende Zeit nur
gering ist, tritt bei wachsender Drehzahl zufolge der Hysteresis des Materials eine
Verminderung des Kraftlinienflusses ein, die den E@influß der erhöhten Geschwindigkeit
'kompensiert. Weiterhin besteht der Vorteil, daß selbst bei Anwendung von hohen
Drehzahlen eine unzulässige Erwärmung der Ankerwicklung hintangehalten ist. Indem
nämlich der Ankerkern während fast der Hälfte der Zeitdauer einer jeden Umdrehung
der Wirkung des magnetischen Kraftlinienflusses entzogen wird, so ist er auch weniger
der Erwärmung durch parasitäre Ströme ausgesetzt, die sich während der fraglichen
Zeit natürlich nicht bilden können. Eine andere günstige Eigenschaft ist darin zu
sehen, daß die Wicklung mitsamt dem Kern zwecks Prüfung ihres Zustandes und Austausches
bei Schadhaftwerden leicht entfernt werden kann, und zwar nicht nur, ohne die Magnete
auseinanderbauen zu müssen, sondern auch, ohne daß es notwendig ist, zu einem besonderen
Hilfsmittel zu greifen, um den magnetischen Kreis geschlossen zu halten. Letzteres
ist sehr wichtig für die Erhaltung der Magnete. Man braucht in diesem Falle den
Drehkörper nur in die Lage zu führen, in welcher er den magnetischen Kreis unmittelbar
schließt, d. h. in die Lage der Abb. 5, in die er sich übrigens unter der Wirkung
der Anziehungskraft der Magnete sogleich von selbst einstellt, sobald er sich frei
drehen kann.
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In mechanischer Hinsicht hat die Bauart gemäß der Erfindung den Vorzug,
daß der Drehkörper den bei besonders hohen Umlaufsgeschwindigkeiten auftretenden
Beanspruchungen in günstigster Weise gewachsen ist. Die aus nicht magnetischem Material
gebildete Achse des Drehkörpers besteht aus einem ununterbrochenen und ungeschwächten
Stück und ist durch Bunde verstärkt, an welchen die aus magnetischem Material gebildeten
Teile befestigt werden. Letztere können aus Scheiben gebildet werden, die eine dem
Durchmesser der Achse entsprechende Bohrung besitzen und nur auf diese aufgeschoben
zu werden brauchen. Diese Scheiben bedürfen also keiner besonderen mechanischen
Befestigung, um der bei der- Drehung auftretenden Zentrifugalkraft widerstehen zu
können. Die Scheiben können ohne weiteres aus dünnen, voneinander isolierten Blechen
gebildet werden, und da, wie erwähnt, Schwierigkeiten zufolge der Zentrifugalkraft
nicht auftreten, so genügt es, die Scheiben durch einige isolierte Querstifte o.
dgl. zu verbinden, die iindessen nichts weiter zu leisten brauchen, als die Bleche
in ihrer gegenseitigen.Lage zu sichern. Infolgedessen können bei den umlaufenden
Teilen schädliche Erwärmung erzeugende Wirbelströme so gut wie gar nicht auftreten,
so daß der Drehkörper auch den Anforderungen magnetelektrischer Art in hohem Maße
entspricht.