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Vielpolige elektrische Maschine Vielpolige elektrische Maschinen,
bei denen eine Relativbewegung zwischen einem magnetischen Erregerfeld mit ausgeprägten
Polen und einem bewickelten Anker stattfindet, dessen sämtliche Wicklungsteile vom
Ankerstrom durchflo.s,sen ,sind, hat man bisher meist in der bei elektrischen Maschinen
auch sonst üblichen Weisse gebaut, indem alle Pole mit der durch die Zahl,der Pole
gegebenen Polteilung bzw. alle Nuten entsprechend der Nubenteilung radial am Umfang
des Rotors bzw: Stators verteilt sowie durch die gleichen senkrecht zur Maschinenachse
verlaufenden Ebenen seitlich begrenzt waren. Langsam laufende Maschinen mit hoher
Polzahl ließen sich daher nur mit entsprechend großem Außendurchmesser ausführen.
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Es sind Maschinen der sog. Gleichpoltype bekannt, bei denen eine drehbare
Erregerfeldspule zwei in Richtung der Maschinenachse hintereinanderliegende ungleichnamige
Pole erzeugt, deren jeder m eine Anzahl von Einzelpolen unterteilt ist, wobei ein
Statorjo.ch.aus Weicheisen eine der Zahl der Einzelpole entsprechende Zahl von Weicheisenzähnen
besitzt, die je zur Hälfte den Polen der Erregerfeldspule zugeordnet sind. Bei diesen
Maschinen schließt sich also der Erregerkraftfluß der Feldspule über den in Richtung
der Maschinenachse verlaufenden Teil des Statorjochs. Sobald die Erregerfeldspule
erregt wird, hat diese das Bestreben, sich so zum Statorjoch ,einzustellen, daß
der magnetische Leitwert des Kraftlinienweges zwischen Rotor und Stator am größten
wird. Damit nun nach Erreichen dieser Stellung eine. weitere Drehung des Rotors
ermöglicht wiTd,@ ist die Maschine mit zwei oder mehr Erregerspulen ausgerüstet,
wobei die Einzelpole sämtlicher Erregerfeldspulen gegeneinander räumlich versetzt
angeordnet- sind. Hat also die eine Erregerfeldspule sich in Richtung des größten
magnetischen Leitwertes reingestellt, so stehen die zusätzlichen Feldspulen so zum,
Stator, daß der größte magnetische Leitwert des ihnen zuggeordneten Kraftlinienweges
noch nicht erreicht ist. Durch nacheinanderfolgendes wechselweises Magnetisieren
der Erregerfel.dspulen wird nun eine fortlaufende Drehung des Rotors, erreicht.
Die Anordnung der Einzelpole jeder ErregeHeldspule auf in Richtung der Maschinenachsehintereinanderliegenden
Polkränzen ist für die Maschinen der Gleichpoltype zwangsläufig bedingt durch ihre
spezielle Wirkungsweise.
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Es ist weiter eine Maschine bekannt mit zweipoligem Erregerfeld und
einem Anker, der zwei in Achsrichtung hintereinanderliegende,
gegeneinander
versetzte Polkränze besitzt, von denen immer nur ein Teil der bewickelten Pole derart
an Spannung gelegt wird, daß die gerade an Spannung gelegten und sich dem Erregerfeld
nähernden bewickelten Ankerpole so magnetisiert werden, daß dem Norderregerpol sich
immer ein Ankersüdpol nähert, währenddem Süderregerpol sich ein Ankernordpol nähert,
unabhängig davon, auf welchem Polkranz die sich nähernden Pole liegen, wobei nach
jeder Halbdrehung des Ankers eine Umpolung der Ankerwicklungsteile stattfindet.
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Es ist weiterhin bei Maschinen der eingangs erwähnten, zu verbessernden
Bauart bekannt, benachbarte runde Polkerne gegeneinander und gegen ihre zugehörigen
Polschuhe in Richtung der Maschinenachse zu versetzen, um auf diese Weise Wickelraum
zwischen den Polkernen zu gewinnen und dadurch dein Durchmesser der Maschine zu
verkleinern.
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Eine darüber leinausgehende beträchtliche Durchmesserverr eng erung
läßt sich erfindungsgemäß dadurch erzielen, d:aß ,die in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden
Pole oder Nuten auf zwei oder mehrere um die gesamte axiale Pol- bzw. Nutenlänge
in Richtung der Maschinenachse hintereinanderliegende Pol-bzw. Nutenkränze verteilt
sind und-alle Pole bzw. Nuten radial zur Maschinenachse unter Wahrung der winkelmäßig
gemessenen Pol-bzw. Nutteilung verschoben sind, derart, daß die bewickelten oder
unbewickelten Pole bzw. Nuten jedes Pol- bzw. Nutkranzes an ihrem Fuß aneinander
angrenzen, wobei jeder Pol-Z:> Nutkranz mit einer der gesamten Polzahl entsprechend
ausgebildeten Wicklung magnetisch gekoppelt ist. Man kann auf diese Weise bei einer
n-poligen Maschine den Durchmesser einer
poligen Maschinc erhalten. Die Erfindung läßt sich in gleicher Weise bei runden
und rechteckigen Polen anwenden.
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In den Abb. i bis 6 sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar beziehen sich die Abb. i bis auf das erste und die Abb. 5
und 6 auf das zweite Ausführungsbeispiel.
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Abb. i ist ein Querschnitt und Abb. 2 :ein Längsschnitt einer erfindungsgemäß
aufgebauten i2poligen Maschine. 2o ist der Stator mit den zwölf ausgeprägten, in
ihrer Polarität abwechselnden Erregerpolen a, b, c ... k, L,
von denen jeder mit einer Erregerwicklung versehen ist. Die Polteilung im Stator
beträgt
Die Wicklung des Rotors 21 ist ebenfalls als ausgeprägte Polwicklung ausgebildet.
Die Pole des Rotors liegen aber nicht auf einem einzigen Polkranz, sondern auf zwei
in Richtung der Rotor %velle 23 hintereinander angeordneten Polkränzen, von denen
jeder sechs Pole 1, 3, 5, ;, 9, 11 bzw. 2, 4, 6, 8, io, 12 trägt. Es muß dabei,
in der Umfangsrichtung des Rotors gesehen, ebenfalls wie im Stator immer ein Nordpol
mit einem Südpol abwechseln. Dementsprechend sind, wenn die geradzahligen Pole 2,
.l, 6 usw. als Nordpole angenommen sind, die ungeradzahligen Pole Südpole bzw. umgekehrt.
Die Polteilung zwischen einem Pol des einen Polkranzes und einem in der Umfangsrichtung
des Rotors folgenden nächsten Pol beträgt ivie im Stator 3o°. Bei der dargestellten
Anordnung, bei der .alle Nordpole und alle Südpole auf je einem Polkranz angeordnet
sind, wirkt der Rotor wie ein zweipoliger -N7agnet.
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Die Herstellung des erfindungsgemäß aufgebauten Rotors kann man sich
so vorstellen, daß, ausgehend von der üblichen Anordnung der Pole 1, 2, 3 usw. auf
einem einzigen Polkranz, wie in Abb. ;l, oben, dargestellt, die Pole unter Beibehaltung
der winkelmäßig gemessenen Polteilung
(p =Polzahl ) radial auf die Achse des Polkranzes hin verschoben werden (vgl. Abb..l,
unten), wobei jeder zweite Pol, z. B. die Pole 2, q., 6, gleichzeitig in axialer
Richtung um eine ganze Pollänge verschoben wird, wie in Abb.2 dargestellt. Die Pole
können so weit radial verschoben werden, bis die seitlichen unteren Kanten der Wicklungen
je zweier benachbarter Pole desselben Polkranzes nahezu aneinanderstaßen. Man sieht,
daß die bewickelten Pole der axial hintereinanderliegenden Polkränze, in axialer
Richtung gesehen, einander überschneiden. Aus Abb. ,4, unten, ergibt sich, daß bei
der Benutzung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bauart sich der Durchmesser des
Rotorpolkra.nzes beträchtlich verringern läßt gegenüber der üblichen Anordnung aller
bewickelten Pole auf einem einzigen Polkranz.
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Die Statorpole erstrecken sich gemäß Abb. 2 über die ganze magnetisch
wirksame Länge der Rotorpole.
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Abb.3 zeigt eine andere Ausführungsform, wobei jeder der hintereinand@erliegenden
Polkränze mit einer gesonderten Statorwicklung 2o' bzw. 20" magnetisch gekoppelt
ist. Dic Wicklungen der einzelnen Pole beider Polkränze sind in üblicher Weise z.
B. hintereinanderges.cUaltet. Zwischen je zwei hintereinandergesebalteten Polwicklungen
der beiden Polkränze sind Anzapfungen vorgesehen und die Anzapfungen zu den Segmenten
eines Kollektors 24 hingeführt, auf dem Bürstenpaare 25 schleifen.
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Wie ohne weiteres ersichtlich, ergibt sich bei der dargestellten Bauart
ein geringerer Durchmesser, als wenn alle Polwicklungen des
Rotors
auf einem einiigen Polkranz untergebracht wären.
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Die Abb. 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein geringerer
Durchmesser der Maschine dadurch erreicht wird, daß nicht wie in den Abb. i und
2 die bewickelten Pole, sondern die bewickelten Nuten unter Wahrung der Nutteilung
auf zwei oder mehrere in axialer Richtung hintereinanderlieg ,ende Nutkränze verteilt
sind. Die Abb. 5 zeigt in ihrem oberen Teil einen Ausschnitt aus einem normal bewickelten
Nutkranz mit den Zähnen 30, 31, 32 und der zwischen je zwei Zähnen liegenden
Wicklung 34 34@-Man kann sich dabei wieder in entsprechender Weise, wie es bei dem
vorerwähnten Ausführungsbeispiel für die Pole erläutert war, vorstellen, daß die
Zähne 30, 34 32, 33 aus der üblichen Anordnung auf einem einzigen Nutkranz, wie
in Abb. 5, obein, dargestellt, unter Wahrung der winkelmäßig gemessenen Nutteilung
(z = Zahl der Zähne bzw. Nuten') radial auf
die Achse .des Nutkranz:es hin verschoben werden (vgl. Abb. 5), wobei jeder zweite
Zahn, z. B. 3 i, 33, gleichzeitig in axialer Richtung um eine ganze Zahnlänge verschoben
wird. Dadurch werden zwei Nutkränze gebildet, von denen in Abb. 6 :ein Ausschnitt
in Draufsicht dargestellt ist. Die bewickelten Nuten der einzelnen Kränze überschneiden
dabei einander, in axialer Richtung gesehen. Die Zähne können so weit radial verschoben
werden, daß zwischen zwei Zähnen gerade noch genügender Raum zur Unterbringung der
Nutwi.cklumg vorhanden ist. Gemäß Abb. 6 wird die Wicklung gekröpft beim Übergang
von dem ,einen Nutkranz auf den anderen. Der mit dem Nutkranz magnetisch gekoppelte
Wicklungsteil des Stators könnte beispielsweise ein in Abb. i und 2 dargestellter,
mit ausgeprägten Poleri versehener Polkranz sein.
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Erfindungsgemäß ausgebildete Maschinen jeder Leistung lassen sich
überall dort mit Vorteil verwenden, wo es auf die Unterbringua-ig .einer Maschine
auf engsten Raum ankommt. Ein besonderen Anwendungsgebiet der Erfindung ergibt sich
als Empfängermotor für elektrische Winkelfernübertragungssysteme.
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Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind verschiedener Abänderungen
fähig. So könnten natürlich die innenliegenden Pol- bzw. Mutkränze samt Kollektor
als Stator und der äußere Polkranz als Rotor ausgebildet sein, wobei dann die Schleifbürsten
mit dem außenliegenden Rotor drehbar sein müßten. Weiterhin könnten auch mehr als
zwei axiale hinterenandexliegende Polkränze benutzt werden. Bei drei Kränzen hätte
zwe:ckmäßigerweise jeder Kranz 1/3 der gesamten Pol- bzw. Nutzahl aufzunehmen. Eine
solche Maschine könnte in gleicher Weise mit Gleich- und Wechselstrom betrieben
werden. Bei bestimmten Maschinentypen könnte auch an Stelle der innenliegenden Wicklung
die äußere von axial hintereinanderliegenden Pol- bzw. Nutkränzen getragen werden.
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Die Erfindung läßt sich in gleicher Weise auch für permanente Magnetpole
ausbilden.