DE1160531B

DE1160531B - Electric machine

Info

Publication number: DE1160531B
Application number: DE1960H0040036
Authority: DE
Inventors: Hermann Rupp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1960-07-26
Filing date: 1960-07-26
Publication date: 1964-01-02

Description

Elektrische Maschine Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine zur Erzeugung von Rotationsenergie, bestehend aus einem Stator mit nach innen gerichteten Polen aus magnetischem Material, deren in Reihe geschaltete Windungen zusammen mit einem Kondensator einen Schwingkreis bilden, der über eine Vorrichtung zur Impulserzeugung an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist und einem in dem Stator umlaufenden Rotor mit einer der Polzahl des Stators entsprechenden Anzahl von Dauermagneten von abwechselnd entgegengesetzter Polarität.Electrical machine The invention relates to an electrical machine for generating rotational energy, consisting of a stator with inwardly directed Poles made of magnetic material, whose windings connected in series together with a capacitor form an oscillating circuit, which has a device for pulse generation is connected to a direct current source and a rotating in the stator Rotor with a number of permanent magnets corresponding to the number of poles of the stator of alternately opposite polarity.

Es sind elektromagnetisch angetriebene Schrittschaltwerke bekanntgeworden, die einen Ringanker mit an seinem Umfang angeordneten Polen abwechselnder Polarität aufweisen, der sich innerhalb eines Stators mit einer gleichen Anzahl von magnetisierbaren Polen befindet; diese Pole werden jedoch nicht von hintereinander geschalteten Windungen erregt, welche zusammen mit einem Kondensator einen periodisch mit Gleichstromimpulsen angeregten Schwingkreis bilden. Bei diesen Schrittschaltwerken wird die Schrittfrequenz und damit die Drehzahl von der Frequenz der erregenden Wechselspannung bestimmt, so daß zur Änderung der Schrittfrequenz eine vom Schrittschaltwerk unabhängige Steuervorrichtung benötigt wird.Electromagnetically driven stepping mechanisms have become known, one ring armature with poles of alternating polarity arranged on its circumference have, which is located within a stator with an equal number of magnetizable Poland is located; however, these poles are not made up of windings connected in series excited, which together with a capacitor periodically with direct current pulses form excited resonant circuit. With these stepping mechanisms, the step frequency is and thus the speed is determined by the frequency of the exciting alternating voltage, so that a control device independent of the stepping mechanism can be used to change the step frequency is needed.

Es ist des weiteren ein Wechselstrommotor bekanntgeworden, welcher im Anlaufzustand als sogenannter Unterbrechermotor mit mechanisch betätigtem Unterbrecherkontakt betrieben wird und anschließend als Synchronmotor arbeitet. Dieser Motor weist parallel zur Elektromagnetspule einen Kondensator auf, welcher jedoch lediglich der Herabsetzung der Funkenbildung in dem Betriebszustand dient, in dem der Motor als Unterbrechermotor arbeitet; auch weist der Motor einen stabförmigen Weicheisenanker auf.It has also become known an AC motor which in the start-up state as a so-called interrupter motor with mechanically operated interrupter contact is operated and then works as a synchronous motor. This engine points in parallel to the solenoid coil on a capacitor, which, however, is only the reduction serves to generate sparks in the operating state in which the motor is used as an interrupter motor is working; the motor also has a rod-shaped soft iron armature.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine an eine Gleichstromquelle anzuschließende elektrische Maschine obiger Art mit Steuerorganen auszurüsten, die es ermöglichen, die Gleichstromimpulse zu steuern, um auf diese Weise die Leistung und die Tourenzahl der Maschine zu verändern.The invention is based on the object of a direct current source to be connected electrical machine of the above type to equip with controls that make it possible to control the DC pulses in order to increase the power in this way and to change the number of revolutions of the machine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Erzeugung der Gleichstromimpulse durch eine mit gleicher Geschwindigkeit wie der Rotor umlaufende Walze aus ausreichend isolierendem Werkstoff gebildet wird, in deren Oberfläche ein leitender Ring und mit diesem leitend verbunden eine Mehrzahl von sich in Achsenrichtung erstreckenden auf dem Umfang gleichmäßig verteilten leitenden Lamellen mit in Achsenrichtung nach verkleinernder Breite eingebettet ist und auf deren Umfangsfläche in veränderlichem axialem Abstand voneinander zwei Bürsten schleifen, von denen die eine, auf dem Ring schleifende, mit dem einen Pol der Gleichstromquelle und die andere, auf den Lamellen schleifende, mit einem Kontaktpunkt des Leistungsschwingkreises verbunden ist, und wobei der andere Pol der Gleichstromquelle mit dem anderen Kontaktpunkt des Leitungsschwingkreises verbunden ist.This object is achieved according to the invention in that the device to generate the direct current pulses by one at the same speed as the roller rotating around the rotor is made of sufficiently insulating material, in the surface of which there is a conductive ring and a plurality of conductive rings connected to it of conductive conductors that extend in the axial direction and are evenly distributed around the circumference Lamellae is embedded with in the axial direction after reducing width and on the circumferential surface of which grind two brushes at a variable axial distance from each other, one of which, sliding on the ring, with one pole of the direct current source and the other, rubbing on the lamellas, with a contact point of the power oscillating circuit is connected, and wherein the other pole of the direct current source with the other contact point of the line resonant circuit is connected.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung ergibt sich der Vorteil, daß die erfindungsgemäße Steuervorrichtung von der Maschine selbst angetrieben wird.This inventive design has the advantage that the control device according to the invention is driven by the machine itself.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Weise dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Frontansicht der erfindungsgemäßen Maschine, F i g. 2 einen senkrechten Schnitt nach der Schnittlinie 2-2 der F i g. 1, F i g. 3 das elektrische Schaltschema der Maschine, F i g. 4, 5 und 6 Ausschnitte aus dem Stator und dem Rotor der Maschine nach der F i g. 1, wobei die Rotormagnete sich gegenüber den Statormagneten in unterschiedlichen Stellungen befinden, und F i g. 7 eine graphische Darstellung des in den Statorwicklungen fließenden Stromes.In the drawing, an embodiment of the invention is in schematic Way presented. It shows F i g. 1 is a front view of the machine according to the invention, F i g. 2 shows a vertical section along the section line 2-2 of FIG. 1, Fig. 3 the electrical circuit diagram of the machine, FIG. 4, 5 and 6 excerpts from the Stator and the rotor of the machine according to FIG. 1, the rotor magnets themselves are in different positions with respect to the stator magnets, and F i g. 7 is a graphical representation of the current flowing in the stator windings.

Die Maschine umfaßt ein Gehäuse 2, an welchem nach innen ragende Pole 4 angeordnet sind. Die Zahl dieser Pole kann beliebig gewählt werden. Diese Pole bilden jeweils den Kern eines Elektromagneten und sind mit Windungen 6 versehen, wobei, wie die F i g. 1 und 3 zeigen, die Windungen 6 a bis 6 h in Reihe geschaltet sind. Die Stirnfläche 8 eines jeden Poles 4 ist entgegen der Drehrichtung des Rotors etwas verlängert. Die Pole 4 und gegebenenfalls der ganze Stator sind vorteilhafterweise aus Transformatorenblechen hergestellt.The machine comprises a housing 2 on which inwardly protruding poles 4 are arranged. The number of these poles can be chosen arbitrarily. These poles each form the core of an electromagnet and are provided with turns 6, where, as shown in FIG. 1 and 3 show the turns 6 a to 6 h connected in series are. The end face 8 of each pole 4 is opposite to the direction of rotation of the rotor somewhat extended. Pole 4 and possibly the whole stator are advantageously made from transformer sheets.

Der Rotor 10 besteht aus einer Scheibe 12, die auf einer Welle 14 angeordnet ist und an ihrem Umfang eine Anzahl von sich radial nach auswärts erstreckenden Polen 16 aufweist, deren Stirnflächen unmittelbar den Stirnflächen 8 der Pole 4 des Stators gegenüberliegen. Die Schiebe 12 des Rotors besteht aus nichtmagnetischem Material, um den magnetischen Fluß der Maschine zu isolieren. Die Pole 16 des Rotors werden von Ringstücken 18 gebildet und sind permanente Magnete von vorzugsweise geschichtetem Aufbau. Die Stirnfläche eines jeden Poles 16 des Rotors ist in Drehrichtung des Rotors etwas verlängert, wobei diese Verlängerungen mit den in entgegengesetzter Richtung sich erstreckenden Verlängerungen der Statorpole zusammenwirken.The rotor 10 consists of a disk 12 which is arranged on a shaft 14 and has a number of radially outwardly extending poles 16 on its circumference, the end faces of which are directly opposite the end faces 8 of the poles 4 of the stator. The slide 12 of the rotor is made of non-magnetic material to isolate the magnetic flux of the machine. The poles 16 of the rotor are formed by ring pieces 18 and are permanent magnets, preferably of a layered structure. The end face of each pole 16 of the rotor is somewhat elongated in the direction of rotation of the rotor, these extensions cooperating with the extensions of the stator poles extending in the opposite direction.

Auf der Rotorwelle 14 ist ein Zahnrad 30 angeordnet, welches im Eingriff mit einem Zahnrad 32 steht, das auf einer eine Walze tragenden Welle 34 angeordnet ist. Die Walze 36 besteht aus elektrisch isolierendem Werkstoff und weist an ihrem einen Ende in ihre Umfangsfläche eingelassen einen Ring 38 aus elektrisch leitendem Material auf, von welchem in axialer Richtung sich erstreckende Lamellen 40 ausgehen, die so geformt sind, daß ihre Breite von dem Ring 38 bis zu dem gegenüberliegenden Ende abnimmt. Die Oberflächen dieser Lamellen 40 haben von der Drehachse denselben Abstand wie die zylindrische Oberfläche der Walze 36. Es sind des weiteren zwei elektrisch leitende Bürsten 42 und 44 vorgesehen, von denen die eine, 42, sich im Kontakt mit dem Ring 38 befindet und die andere, 44, über die Oberfläche der Walze 36 an den Enden der Lamellen 40 streicht. Diese im axialen Abstand voneinander angeordneten Bürsten sind gegeneinander beweglich angeordnet, und die Bürste 44 kann zusätzlich auch noch längs des Umfanges der Walze verschoben werden. In F i g. 2 ist diejenige Stellung der beiden Bürsten gezeigt, in der sie den größten Axialabstand voneinander haben, wobei die Bürste 42 auf dem Ring 38 gleitet, während die Bürste 44 gerade noch die Spitzen der Lamellen 40 berührt.On the rotor shaft 14, a gear 30 is arranged, which is in mesh with a gear wheel 32 which is arranged on a shaft 34 carrying a roller is. The roller 36 is made of electrically insulating material and has on her one end embedded in its circumferential surface is a ring 38 made of electrically conductive Material from which axially extending lamellae 40 proceed, which are shaped so that their width from the ring 38 to the opposite The end is decreasing. The surfaces of these lamellae 40 have the same axis of rotation Distance as the cylindrical surface of the roller 36. There are also two electrically conductive brushes 42 and 44 are provided, one of which, 42, is located in the Is in contact with the ring 38 and the other, 44, across the surface of the roller 36 strokes at the ends of the slats 40. These are arranged at an axial distance from one another Brushes are arranged to be movable relative to one another, and the brush 44 can additionally can also be moved along the circumference of the roller. In Fig. 2 is the one Position of the two brushes shown in which they have the greatest axial distance from each other with the brush 42 sliding on the ring 38 while the brush 44 is straight still touches the tips of the lamellae 40.

Die Statorspulen 6 sind Teile eines Leistungsschwingkreises 50, der aus den in Reihe geschalteten Statorwindungen 6 a bis 6 h und einem veränderlichen mit den Statorwindungen in Reihe geschalteten Kondensator 52 besteht und über Leitungen 56 und 58 mit einer Gleichstromquelle 54 verbunden ist, wobei die Leitung 58 über die Bürsten 42 und 44 führt. Das Verhältnis von induktivem zu kapazitivem Blindwiderstand des Leitungsschwingkreises ist sehr hoch, so daß eine hohe Leistung des Schwingkreises gewährleistet wird.The stator coils 6 are parts of a power resonant circuit 50, the from the series-connected stator windings 6 a to 6 h and a variable there is capacitor 52 connected in series with the stator windings and via lines 56 and 58 is connected to a direct current source 54, the line 58 via the brushes 42 and 44 leads. The ratio of inductive to capacitive reactance of the line resonant circuit is very high, so that a high performance of the resonant circuit is guaranteed.

Da die Maschine nicht von selbst anläuft. wird der Rotor mittels eines Hilfsgerätes in Umdrehung versetzt. Nehmen die Rotorpole 16 im Verhältnis zu den Statorpolen die in der F i g. 4 gezeigte Stellung ein, so fließt von der Stromquelle 54 Gleichstrom über die Leitungen 58 und die Bürsten 42 und 44 zum Schwinb kreis 50 und erregt so die Statorwindungen und lädt den Kondensator 52 auf. Diese Stromzufuhr dauert nur so lange, als die Bürsten 42 und 44 elektrisch über den Ring 38 und die Lamellen 40 miteinander verbunden sind. Bei der Drehung der Walze wird die Verbindung zwischen den sich verjüngenden Lamellen 40 der Walze 36 und der Bürste 44 unterbrochen und so die Stromquelle 54 vom Schwinkreis 50 abgeschaltet. Der von der Gleichstromquelle 54 auf den Schwingkreis 50 übertragene Impuls ist in F i g. 7 durch den steil ansteigenden Ast der sinusförmigen Kurve dargestellt, die den Stromverlauf in den Windungen der Statorpole wiedergibt. Dieser Initialimpuls a liefert die Energie für den ersten Halbzyklus des Betriebs des L#eistungsschwingkreises und seine zeitliche Dauer ist von der Lage der Bürste 44 im Verhältnis zu der Lage der Bürste 42 abhängig. Die beim Abschalten des Impulses in den Statorwindungen induzierte Spannung hält das magnetische Feld der Statorpole aufrecht, wobei gleichzeitig der Kondensator 52 aufgeladen wird. Im ersten Halbzyklus ist die Erregung der Statorpole dann auf Null abgefallen, wenn die Stator- und die Rotorpolflächen einander genau gegenüberstehen; dieser Punkt ist in F i g. 7 mit b bezeichnet.Because the machine does not start by itself. the rotor is set in rotation by means of an auxiliary device. Take the rotor poles 16 in relation to the stator poles as shown in FIG. 4, a direct current flows from the power source 54 via the lines 58 and the brushes 42 and 44 to the Schwinb circuit 50 and thus excites the stator windings and charges the capacitor 52. This power supply lasts only as long as the brushes 42 and 44 are electrically connected to one another via the ring 38 and the lamellae 40. When the roller rotates, the connection between the tapering lamellae 40 of the roller 36 and the brush 44 is interrupted and the current source 54 from the oscillating circuit 50 is thus switched off. The pulse transmitted from the direct current source 54 to the resonant circuit 50 is shown in FIG. 7 represented by the steeply rising branch of the sinusoidal curve, which reproduces the current curve in the windings of the stator poles. This initial pulse a supplies the energy for the first half cycle of the operation of the power resonant circuit and its duration depends on the position of the brush 44 in relation to the position of the brush 42. The voltage induced in the stator windings when the pulse is switched off maintains the magnetic field of the stator poles, the capacitor 52 being charged at the same time. In the first half cycle, the excitation of the stator poles has dropped to zero when the stator and rotor pole surfaces are exactly opposite one another; this point is in FIG. 7 denoted by b.

Auf den ersten positiven Halbzyklus folgt der zweite, negative Halbzyklus, während dessen die Statormagnete durch die Entladung des Kondensators 52 erregt werden. Dabei kehrt sich die Polarität der Statormagnete gegenüber dem ersten Halbzyklus um. während die Polarität der Statormagnete gleichbleibt. In diesem Augenblick werden zwischen den Stator- und den Rotormagneten Abstoßungskräfte erzeugt. Beim Weiterdrehen des Rotors werden die Abstoßungskräfte allmählich schwächer, wohingegen die Rotorpole jeweils von dem in Drehrichtung gesehen nächsten Statormagneten angezogen werden. Dieser Zustand bleibt so lange erhalten, bis der Nullpunkt der magnetischen Erregung wieder erreicht ist, welcher in F i g. 7 mit c bezeichnet ist; damit ist ein voller Zyklus durchlaufen worden.The first positive half cycle is followed by the second, negative half cycle, during which the stator magnets are excited by the discharge of the capacitor 52 will. The polarity of the stator magnets is reversed compared to the first half cycle around. while the polarity of the stator magnets remains the same. At that moment will be Repulsive forces generated between the stator and rotor magnets. As you continue to turn of the rotor, the repulsive forces gradually weaken, whereas the rotor poles are each attracted by the next stator magnet viewed in the direction of rotation. This state remains until the zero point of the magnetic excitation is reached again, which is shown in FIG. 7 is denoted by c; so that is a full one Cycle has been run through.

Da die Polarität der Rotormagnete dauernd gleichbleibt, können für diese Dauermagnete Verwendung finden.Since the polarity of the rotor magnets remains the same, for these permanent magnets are used.

Die Belastbarkeit der !Maschine hängt von der Wirksamkeit des Leistungsschwingkreises und somit von der Impedanz dieses Kreises ab. Die Vorrichtung kann auch zur Verwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom herangezogen werden.The resilience of the machine depends on the effectiveness of the power oscillating circuit and thus on the impedance of this circuit. The device can also be used to transform can be used from direct current to alternating current.

Claims

Claims: 1. Electrical machine, consisting of a stator with inwardly directed poles made of magnetic material, whose windings are connected in series together with a capacitor form an oscillating circuit that is controlled by a device is connected to a DC power source for pulse generation and one in the Stator rotating rotor with a number corresponding to the number of poles of the stator of permanent magnets of alternately opposite polarity, characterized in that the device for generating the direct current pulses by a with the same Speed like the rotar rotating roller made of sufficiently insulating material is formed, in the surface of which a conductive ring and conductively connected to it a plurality of axially extending circumferentially uniformly distributed conductive lamellae embedded in the axial direction according to a decreasing width is and on the circumferential surface at a variable axial distance from each other two Grind brushes, one of which, grinding on the ring, with one pole the direct current source and the other, on the slats grinding, is connected to one contact point of the resonant circuit, and the other Pole of the direct current source with the other contact point of the power oscillating circuit connected is.

2. Machine according to claim 1, characterized in that means are provided which allow the angular spacing of the two brushes to be changed from one another. Considered publications: German Auslegeschriften No. 1 001191, 1055 677; German patent specifications No. 631196, 815 509.