DE1488473A1 - Wechselstromgenerator - Google Patents

Description

• Wechselstromgenerator

  Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselstromgenerator

  für hohe Umdrehungszahlen mit einem zwei-oder mehrpoligen

  Vollrotor.

  Es sind schon die verschiedensten Konstruktionen vorgeschla-'

  gen worden mit dem Ziel, eine möglichst hohe Generatorleistung

  mit geringstmöglichen Stößen und Verwerfungen bei hohen Um-

  drehungsge$ohwindigkeiten der Läufer zu schaffen, die mit

  einigen 10 OOO U/min laufen. Derartige Läufer oder Rotoren

  bestehen notwendigerweise aus wenigetens'zwei ferromagneti.-

  schen 'teilen, die durch wenigstens eine Einfügung. von- V.eht =

  metallischem Material miteinander verbunden sind, so-daß eire

  vollständige, umfängliche Einheit oder Homogenität über d

  ganze Länge des Rotors unerreichbar ist.

  Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Generator

  der beschriebenen '.,rt mit einem Uotor anzugeben, der den

  zentrifugalen Einflüssen besser als die bekannten hotoren

  widersteht und für Vorkehrungen von größeren Erregerspulen

  geeignet ist und ferner in seiner Gesamtheit durch eine festes

  oder kompakte :-itruktur von gr::ißerer ;:icierst:rncisfc:;Lliig(ceit aus--

  gezeichnet ist,..

  Die Erfindung, zeichnet e#;icü dadurch ;aus, dz-7L[3 der Rotor ;@.rxs

  ei.em ferroma gnetischen Festkörper besteht, der in seinem

  mittleren :%.bschnitt wenigstens einen r.idiulen Polvorsprung

  aufweist, an dem sich zu beiden Seiten zylindrische Mittel.-

  abschnitte anschließen, die an, Endabschnitten angrenzen, an

  denen je ein Lagerzapfen vorgesehen ist, und da.-3 der Rotor

  weiterhin aus einem Joch besteht, c1zs aus z".-ei entgegenge-

  setzt gleichen ferromügnetischen Ringkörpern besteht, von

  denen jeder Ringkörper einen zur Rotormitte hin zu liegen

  kommenden, inneren, ,zylindrische,n Ringabschnitt mit ent-

  sprechend der Zahl der Polvorsprünge mindestens einer

  Aussparung aufweist, die jeweils die eine , Hälfte des

  Polvorsprunges umfaßt, und der an den inneren RinGabschnit-

  ten anschließende, äußere Ringuhschnitt den Mittelabschnitt

  des Festkörpers umzingt, wobei die Oberflächen der i:;.u ßereii

  Ringabschnitte zu ihren Enden hin sich konisch verjüngen,

  und die beiden Ringkörper in einer mittleren Ebene des

  Rotors an den radialen Endflächen der zylindrischen Ringabschnitte miteinander verbunden sind, und daß schließ-@ich der Festkörper mit den beiden Ringkörpern durch einen ununterbrochenen Spalt zwischen ihren einander gegenüberliegenden inneren Flächen voneinander getrennt sind und der Spaltaxial oder radial zu jeder Seite des Polvorsprunges sowie um ihn und um den Mittelabschnitt des Festkörpers herumläuft, wobei dieser Spalt mit nichtmagnetischem Material ausgefüllt ist, um die einzelnen ferrom@gnetischen Rotorteile zu einem zusammenhängenden Rotorkörper zu verbinden.
• In einem Zweipol-Rotor nach der Erfindung haben die Jochelemente jeweils nur eine Aussparung,um einen Polvorsprung zu umfassen. Die miteinander verbundenen Jochelemente stellen den magnetischen Gegenpol zu dem Polvorsprung dar.
• In einemn erfindungsgemäßen Rotor mit vier Polen oder einer größeren geraden Polzahl, z.B. bei paarweise angeordneten Polen, h@tt jedes Jochelement bzw. jeder Ringkörper zwei, drei oder mehr Ausschnitte, die in jedem Ringkörper einander entgegengesetzt ausgebildet sind, um die Pole zu umfassen. Die u@nfänglich zwischen den Polvorsprüngen miteinander verbudenen Ringkörper stellen im Erregungszustand wiederuin -die 1@ägrletischen Gegenpole zu den Polvorsprüngen Die Endabschnitte des Festkörpers des erfindungsgemäßen Rotors, die über die Enden der Ringkörper hinausragen, können zylindrisch oder, wie noch ausgeführt wird, um besten konisch ausgebildet sein, wobei der Konus sich in Richtung auf die Lagerzapfen verjüngt und den gleichen Konuswinkel wie die äußeren Ringabschnitte der Ringkörper aufweist.
• In einem weiteren, nach der Erfindung ausgebildeten Wechselstromgenerator ist der mittlere Abschnitt des Rotors mit den Polen vollständig von einem Blechkranz für die Statorwindungen umgeben. Die Endabschnitte des Rotors sind von je einem Ringgehäuse für die Erregerwicklungen umgeben. Jedes Gehäuse kreist vorteilhafterweise in einem radialen Bereich eine innere, rechtwinklige Öffnung mit einem konischen Vorsprung an der einen Gehäusewand auf, der den konischen Ringabschnitt des Ringkörpers dicht umgibt. Ferner ist ein breiter Fußteil an der anderen Gehäusewand vorgesehen, der den jeweils über den Ringkörper hinausragenden Endabschnitt des Festkörpers umgibt.
• Sind diese Endabschnitte nicht zylindrisch, sondern iaie erwähnt konisch ausgebildet, so können die entsprechenden Fußteile der Gehäuse far die Erregerwicklungen in der gleichen Weise konisch ausgebildet sein. Dabei sind dann die

  Winkel aller konischen Teile im wesentlichen gleich ge-

  wählt. Eine derartige ,Ausbildung dient zum axialen Verschie-

  ben der Erregerwicklungsgehäuse relativ zu dem Motor, so

  daß man imstande ist, das praktische Minimum des Luftspaltes

  zwischen allen gegenseitigen Flächen des Rotors der Erreger-

  wicklungs-Gehäuse zu verwirklichen, die in den magnetischen

  Kreis mit eingeschlossen sind.

  Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen lediglich

  für :iusführungsbeispiele näher erläutert und beschrieben. In

  den Zeichnungen zeigt:

  Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Vierpol-

  Rotors;

  z einen L"uerschnitt nach II - II in Fig. 1;

  1'it@. 3' einen abgebrochenen Axialschnitt nach III - III in

  Fig. ?_;

  tiL,: einen =juerschnitt durch einen erfindungsgemäßen Generator

  gent=it3 einem .':.usiiihrungrbeispiel;

  einen .iuerschnitt durch einen erfindungrgentäßen Gene-

  rator nach eineni- "ieitereii .usiitirtingsbeispiea .

  Der Roter besteht nach Fig. 1 bis 3 aus einem langgestreckten, homogenen, zylindrischen Festkörper 1 einer hochfesten Eisenlegierung von niedriger Reduktanz. Der Durchmesser dieses zylindrischen Festkörpers kann beispielsweise 70 mm betragen. In seinem Mittelabschnitt enthält der zylindrische Festkörper zwei Vorsprünge 2, die als ein Polpaar, beispielsweise das Nordpolpaar, ausgebildet sind. Die Pole 2 weisen im wesent -lichen eine rechtwinklige Begrenzung auf und erstrecken sich jeweils in gleicher Veise in der mittleren Querschnittsebene II-II nach Fig. 1 zu beiden Seiten des Festkörpers. Die Polvorsprünge 2 nebst den zu beiden Seiten der Polvorsprünge 2 sich anschließenden Mittelabschnitten 3, 3 des Festkörpers 1 werden mit Aiusnahme der Poloberflächen von einem Hohlkörper ummantelt, der aus zwei entgegengesetzt gleichen Hülsen oder Ringelementen 4 zusammengesetzt ist, die vorzugsweise aus der gleichen Eisenlegierung wie der Festkörper bestehen. Jettes Ringelement 4 weist zwei Aussparungen j auf, die je eine Hälfte eines Polvorsprunges 2 umfassen. Jedes Ringelement setzt sich demnach aus einem äußeren geschlossenen,ringförmigen Endabschnitt 6 mit einer konusförmig sich verjüngenden, äußeren, gewölbten Oberfläche 7 und zwei inneren Ringausschnitten zusammen, die zwischen den Polvorsprüngen 2 mit ihren Oberflächen im wesentlichen in der Zylinderebene der Oberflächen der Polvorsprünge zu liegen kommen und in der mittleren Querschnittsebene II - II aneinanderstoßen. Die inneren Oberflächen 10 der Ringausschnitte 8 verjüngen sich divergent zur radialen Endfläche 9 der Ringausschnitte, um dadurch in vorteilhafter Weise den magnetischen Fluß im Bereich ihrer Verbindungsstellen zu konzentrieren, die die entgegengesetzten Pole, im Beispielsfall die Südpole, bilden.
• Aus Fig. 1 bis 3 ergibt sich, daß zwischen den inneren Flächen des Festkörpers 1 und dem von den aneinanderstoßenden Ringelementen 4 gebildeten Joch ein ununterbrochener Spalt besteht, der sowohl in Abschnitten 11 und 12 zu beiden Seiten jedes Polvorsprunges 2 um diese herum verläuft, als auch teilweise um den mittleren Abschnitt 3, 3 des Festkörpers zwischen den Polvorsprüngen (Fig. 2) sowie v@llständig um die zylindrischen Mittelabschnitte 3,3 des Festkörpers 1 herum verläuft. Dieser Spalt ist mit einem nichtmagnetischen Material, insbesondere Metall ausgefüllt, das vorzugsweise eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist, um als Dämpfungswindung zu wirken, und zwar beispiels@äse Messing oder Phosphorbronze, oder zum besseren Verbinden beispielsweise ein nichtrostender Stahl von niedriger Permeabilität.
• Der Festkörper 1 weist jenseits seiner zylindrischen Mittelabschnitte 3 nach Fig . 1 und deutlicher nach Fig . 1t weitere zylindrische .bschnitte 15 auf, die in den magnetischen Kreis mit einbezogen sind und an jedem Ende einen Lagerzapfen 16 aufweisen. Der beschriebene Rotor nach der Erfindung kann im mittleren Abschnitt in der kreisförmigen Querschnittsfläche der Ringausschnitte 8 und der Polvorsprünge 2 beispielsweise einen Durchmesser von 120 mm aufweisen und ist beispielsweise für Umdrehungszahlen von 29 000 pro Minute gut geeignet. In einem Wechselstromgenerator nach Fig. 4 ist der mittlere Teil des Rotors mit den Polen 2'und 8 von einem Blechkranz 17 @mgeben, an dem die Statorwicklungen 18 befestigt sind. Die Oberfläche der sich verjüngenden Abschnitte 7 und die zylindrischen Abschnitte 15 des Rotors aind von einem Paar von ringförmigen Gehäusen 19 für die Erregerspulen 20 umgeben.
• Jedes von den beiden Gehäusen 19 weist einen radialen Spalt in rechteckiger Form auf. Jeweils das innereGlied bzw. die innere Wand 21 eines Gehäuses enthält an seiner inneren Peripherie einen konusförmig sich verjüngenden Vorsprung 22, der die Oberfläche des sich konusförmig verjüngenden @bschnittes dicht umgibt. Weiterhin enthält jeweils das äußere Glied bzw. die äußere Gehäusewand gleichfalls an ihrer inneren Peripherie einen breiteren Fußabschnitt 24, der die Oberfläche des, zylindrischen Teils 15 dicht umschließt. Diese Vorsprünge an den Gehäusen dienen als magnetische Schleifringe, und der magnetische Kreis führt von den Nord-Polen 2 durch den Festkörper 1 zu den Flächenabschnitten 15 und weiter durch die Abschnitte 24, 23; 21, 22 zurüclg4"u den Flächenabschnitten:? des Ringkörpers 4 und dann zu den Siid-Polen B. Der abgewandelte Rotor nach der Erfindung, dargestellt in Fig. 5, ist im wesentlichen aus den entsprechenden Teilen aufgebaut, wie sie im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben sind. Dabei sind jedoch die zylindrischen Abschnitte 15 des Rotors ersetzt durch Abschnitte 25, die sich nach außen hin konisch verjüngen, und zwar entsprechend der äußeren Gestalt des Abschnittes 7 des Ringkörpers 4. In entsprechender Wkeise ist auch der vorspringende Fußabschnitt 26 an der inneren Peripherie der äußeren Gehäusewand der Erregerspule konisch ausgefüihrt, um die Oberfläche des Fußabschnittes 26 dicht zu umfassen.
• Eine solche Anordnung erlaubt eine besonders genaue Einstellung bzw. Justierung der Luftspalte zwischen den Abschnitten 7 und 22 sowie 25 und 26, und zwar durch eine axiale Verstellung der Erregerspulengehäuse 19, 23.
• Der erfindungsgemäße hochtourige Wechselstromgenerator zeigt einen Rotor von großer Stärke oder Robustheit, der keinerlei Stöße oder Verwerfungen zeigt, wenn er bei hohen Geschwindigkeiten läuft. Dieser erfindungsgemäße Generator ist außerdem mit äußerst robusten Erregerspul-Gehäusen versehen, wobei der 'to tor innerhalb von ihn vollkommen umgebenden, ungeteilten Elementen, nämlich den Statorblechen sowie zwei Erregerspul-Gehäusen, angeordnet ist. Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und bzw. oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschließlich dessen, was in Abweichung von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. @echselstromgenerator fier hohe Umdrehungszahlen mit einem zwei- oder mehrpoligen Vollrotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einem ferromagnetischen Festkörper (1) besteht, der in seinem mittleren Abhchnitt wenigstens einen radialen Polvorsprung (2) aufweist, an dem sich zu beiden reiten zylindrische Mittelabschnitte (3) anschließen, die an Endabschnitten (15 bzw. 25) angrenzen, an denen je ein Lagerzapfen (16) vorgesehen ist, und daßti der Rotor weiterhin aus einem Joch besteht, das aus zwei entgegengesetzt gleichen ferromagnetischen Ringkörpern (4 , 4) besteht, von denen jeder Ringkörper einen zur Rotormitte hin zu liegen kommenden, inneren, zylindrischer Ringabschnitt (8) mit entsprechend der Zahl der Polvorsprünge mindestens einer Aussparung (5) aufweist, die jeweils die eine Hälfte des Polvorsprunges (2) .. umfaßt, und.der an den .inneren Ringabschnitten an- schließendeäußere Ringabschnitt (6),den Mittelabschnitt (3) des Festkörpers (1@ umringt, wobei die Oberflächen der äußeren Ringabschnitte zu ihren Enden hin sich konisch verjüngen, und die beiden Ringkörper in einer mittleren. Ebene, (II-II) des Rotors an den radialen End- flächen (,9) der zylindrischen, Ringabschnitte (8) mitein- ander verbunden.,sind,,und daß schließlich der Festkörper (1) mit den beiden Ringkörpern (4, 4) durch einen ununter- brochenen Spalt (11, 12, 13) zwischen ihren einander ge-: genüberliegenden inneren-Flächen voneinander getrennt sind und der Spalt axial oderradial zu. jeder Seite des Polvor- sprunges sowie um ihn und um den Mittelabschnitt (3) des Festkörpers herumläuft, wobei dieser Spalt mit nichtmagne- tischen Material ausgefüllt ist, um die einzelnen ferro- magnetischen Rotorteile zu einem zusammenhängenden Rotor- körper zu verbinden. 2. Generator nach linspruch,.1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verbundenen Ringkörper (4,, 4) den bzw. die mag- netischen Gegenpole zu dem oder den Polvorsprüngen darstel- len. 3. Generator nach Inspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder, der Endabschnitte (,1,5) des fes.tkörpers (1) zylin- drisch ausgebildet ist und jeweils über die Enden der Ring- körper (4, , 4) hin.@usra.gen., , 4. Generator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Endabschnitte (25) des Festkörpers (1) in Richtung zu den Lagerbolzen hin konisch sich verjüng , und zwar entsprechend dem konischen Verlauf der äußeren Ringabschnitte (6) der Ringkörper (4, 4). 5. Generator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blechkranz (17) für die Statorwindungen (1ß) den mittleren Abschnitt des Rotors mit den Polen (2, 8) vollständig umschließt. 6. Generator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (7) des äußeren Ringabschnittes (6) eines jeden.Ringkörpers (4) und die darüber hinausragenden Oberflächen der Endabschnitte (15 bzw. 25) des Festkörpers (1) durch je ein ringförmiges Gehäuse (19, 23) für die Erregerwicklungen (20) umgeben sind. 7. Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gehäuse (19,bzw. 23) innenseitig eine radiale Öffnung von rechtwinkligem Querschnitt aufweist und die eine radiale Gehäuseseite einen der Konizität der Fläche des äußeren Ringabschnittes (6) angepaßten konischen Vorsprang (22) aufweist, der die Fläche (7) dicht umschließt, während die andere radiale Gehäuseseite einen Vorsprung (24) aufweist, der den Endabschnitt (15 bzw. 25) des Festdicht körpers/umgibt, wobei der Vorsprung (24) entsprechend :dem Endabschnitt beispielsweise zylindrisch oder konisch ausge- B. Generator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (11, 12, 13) mit einem nichtmagnetischen Metall oder Metallegierung, beispielsweise Messing oder Phosphorbronze, ausgefüllt ist. 9. Generator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (11, 12, 13) mit einem nichtrostenden stahl niedriger Permeabilität ausgefüllt ist. 10. Generator nach Ainspruch 1 und vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Oberflächen (10) der Ringausschnitte (8) sich jeweils divergent zu ihren radialen Endflächen (9) hin verjüngen. 11. Generator nach einem oder mehreren der insprüche 1 bis 10, ansonst wie beschrieben und bzw. oder dargestellt.