DE2537548B2 - Elektrische unipolarmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektrische Unipolarmaschine, insbesondere einen Motor, bestehend aus jeweils zwei in axialer Richtung hintereinanderliegenden, auf einer Welle isoliert angeordneten rotierenden Zylindern, die von jeweils zwei entsprechenden stehenden Zylindern umgeben sind, aus einer stehenden, in der Mitte angeordneten, sich bis zu einem kleineren Durchmesser als den der Zylinder erstreckenden gleichstromdurchflossenen, insbesondere supraleitenden Erregerwicklung und aus Gleitkontakten, insbeson- dere Flüssigkeitsgleitkontakten, welche die stehenden und rotierenden Zylinder jeweils; untereinander verbinden. Eine derartige Maschine ist aus den »Proceedings of the IEEE«, Januar 1973, S. 103 und 104, bekannt. Bei der dort in F i g. 26 abgebildeten Unipolarmaschine sind jeweils mehrere Zylinder sowohl im stehenden als auch im rotierenden Teil konzentrisch zueinanderliegend angeordnet, und jeweils zwei Zylinder liegen in axialer Richtung hintereinander. Da die feststehende Erregerwicklung in der axialen Mitte der Maschine auf einem kleineren Durchmesser als dem der Zylinder liegt, besteht die Tragkonstruktion für die rotierenden Zylinder, um die Montage de;· Erregerwicklung zu ermöglichen, aus einem glockenförmig ausgebildeten Körper, der einseilig von einer rotierenden Welle gelragen wird, Is tritt jedoch an jedem der beiden in axialer Richtung jeweils hintereinanderliegenden Zylinder das halbe Drehmoment auf, so daß die Kräfteverteilung bei einem derartig unsymmetrisch ausgebildeten Tragkörper sehr ungünstig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Unipolarmaschine konstruktiv so auszubilden, daß die auftretenden Kräfte in einfacher Weise aufgenommen werden können, ohne daß darunter die Montage der einzelnen Teile leidet. Zur Lösung dieser Aufgabe werden gemäß der Erfindung die rotierenden Zylinder von einer Läufernabe getragen, die durch eine in einer radialen Ebene liegenden Teilfuge in axialer Richtung mittig geteilt ist, während das die stehenden Zylinder tragende Gehäuse in Umfangsrichtung durch eine in einer axialen Ebene liegenden Teilfuge geteilt ist, und die in einer mittigen Aussparung der Läufernabe angeordnete, als einteiliger Ring ausgebildete Erregerwicklung stützt sich jeweils in der Teilfuge des Gehäuses ab und ist an diesem durch längs des Umfanges verteilt angeordnete Bolzen ausgerichtet und befestigt.

Auf diese Weise erhält man einen symmetrisch aufgebauten Läuferkörper, bei dem sich jeder rotierende Zylinder unmittelbar auf der Welle abstützen kann. Durch die Teilfuge in der axialen Mitte des Läufers kann die stehende Erregerwicklung ohne Schwierigkeit zwischen die beiden Läuferhälften eingesetzt werden, die dann miteinander verbunden werden und in die die Welle eingezogen wird. Der somit komplette Läufer wird danach in das untere Gehäuseteil eingebracht, wobei sich die Erregerwicklung auf der Teilfuge des Gehäuses abstützt. Die genaue Ausrichtung der Erregerwicklung erfolgt dann nach der Montage der restlichen Gehäuseteile durch die längs des Umfanges des Gehäuses angeordneten Bolzen, durch welche die Erregerwicklung ebenfalls im Gehäuse befestigt ist.

Diese Form des konstruktiven Aufbaues der Unipolarmaschine ist völlig unabhängig davon, ob jeweils mehrere Zylinder konzentrisch zueinander angeordnet sind, oder ob statt der durchgehend, aus gut elektrisch leitendem Metall gebildeten Zylinder längs der Zylindermantelwand jeweils verteilte Leiter nach Art einer Wicklung vorgesehen sind. Außerdem kann die Erregerwicklung zu zwei konzentrisch zueinander liegenden Teilerrregerwicklungen mit verschiedenen Durchmessern aufgeteilt sein, zwischen denen die Gleitkontakte, insbesondere Flüssigkeitsgleitkontakte, angeordnet sind, da dann diese in einem Bereich geringer oder auf Null herabgesetzter Feldstärke liegen.

Es empfiehlt sich, die elektrischen Zuleitungen für die Erregerwicklung durch das Innere eines Rohres zu führen, welches an der Stelle der Abstützung der Erregerwicklung in der Teilfuge des Gehäuses angeordnet ist. Da die Erregerwicklung zur Erzielung einer großen Leistung der Unipolarmaschine im allgemeinen als supraleitende Wicklung ausgebildet und mit ihrem Kryostaten zu einem Konstruktionsteil zusammengefaßt ist, wird man auch die Kühlmittelzuleitung in zweckmäßiger Weise durch das Innere dieses Rohres oder eines auf der gegenüberliegenden Teilfuge liegenden Rohres führen.

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Im folgenden sei die Erfindung noch anhand ds's in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausliihrimgsbeispiels näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt in der oberen Hälfte einen Längsschnitt durch eine gemäß der Erfindung aufgebaute elektrische Unipolarmaschine, in der unteren Hälfte ist eine Aufsicht auf die Erregerwicklung dargestellt. F i g. 2 zeigt, bei weggelassenem Läufer, einen Schnitt der Linie 11 — 11 in F:g. 1, bei dem der Kyrostat mit der Erregerwicklung nicht geschnitten dargestellt ist.

Bei einer elektrischen Unipolarmaschine 1, uie als Motor für einen Schiffsantrieb verwendet wird, sind die stromführenden Teile zylinderförmig ausgebildet. So besteht der rotierende, von der Welle 2 angetriebene Teil aus zwei in axialer Richtung hintereinanderliegenden Zylindern 3 und 4, die isoliert auf der Läufernabe 5 befestigt sind. Die rotierenden Zylinder 3 und 4 werden von zwei ebenfalls in axialer Richtung hintereinanderliegend angeordneten entsprechenden stehenden Zylindern 6 und 7 umgeben. Diese stehenden Zylinder 6 und 7 sind in einem ebenfalls stehenden Gehäuse 8 angeordnet. Die Verbindung zwischen den rotierenden und stehenden Zylindern erfolgt über nur schematisch angedeutete Flüssigkeitsgleitkontakte 9, die jeweils einen Ringkanal 10 enthalten, der mit einer elektrisch leitfähigen metallischen Flüssigkeit gefüllt ist, wobei noch zusätzliche, nicht dargestellte seitliche Abdichtungsmittel vorgesehen sein können, die ein Austreten der metallischen Flüssigkeit aus dem Ringkanal 10 verhindern.

Zur Erzeugung des Magnetfeldes der Unipolarmaschine 1 dient eine Erregerwicklung 11, die in der axialen Mitte der Maschine angeordnet ist und auf einem kleinreren Durchmesser als die rotierenden Zylinder 3 und 4 und die Flüssigkeitsgleitkontakte 9 liegt.

Diese Erregerwicklung 11 ist als supraleitende Erregerwicklung ausgebildet und liegt in einem Kyrostaten, mit dem sie ein einziges Konstruktionsteil bildet.

Die Läulernabe ¹S ist in avaler Richtung millig geteilt und beMehl somit aus zwei symmetrischen l.äulerhäll· ten (2 und Π, die an dei l'eilfugi- 14 durch Bolzen Π zusammengehalten werden. Die l\>rm der Läufernabc S s bildet eine inittige Aussparung 16, in welcher die Erregerwicklung 11 liegt. Das Gehäuse 8 des stehenden Teils ist ebenfalls geteilt, aber in IJmfangsrichtung, so daß die 'Feilfuge 17 in der Höhe der Mitte der Welle 2 liegt.

ίο Für die Zuführung der elektrischen Leitungen und des Kühlmittels zur Erregerwicklung ll, die als einteiliger Ring ausgebildet ist, dient ein Rohr 19, durch dessen Inneres die Zuleitungen geführt werden. Das Rohr 19 erstreckt sich an der Stelle der Teilfuge 17 im Gehäuse 8 von der äußeren Mantelfläche 18 der Erregerwicklung 11 bis über den Außendurchmesser des Gehäuses 8 hinaus und ist außen mit seitlichen Platten 20 versehen, mittels deren sich die Erregerwicklung U auf der Teilfuge 17 abstützt. Weiterhin sind auf der äußeren Mantelfläche 18 der Erregerwicklung 11 zwei Versteifungsringe 21 angeordnet, zwischen denen längs des Umfanges verteilt Winkeiteile 22 liegen, die Gewindeföcher zur Aufnahme von Bolzen 23 aufweisen, die im Gehäuse 8 befestigt sind.

2s Der Zusammenbau der einzelnen Teile der Unipolarmaschine 1 bereitet somit keinerlei Schwierigkeiten. Zunächst wird die einteilige Erregerwicklung 11 nebst dem sie umgebenden Kyrostaten in die Aussparung 16 der einen Läuferhälfte 12 eingelegt und die zweite Läuferhälfte 13 wird mit den Bolzen 15 an der ersten Läuferhälfte 12 befestigt. Dann wird die Welle 2 eingezogen. Die komplette Läufernabe 5 mit der Welle 2 und der Erregerwicklung 11 wird nun in das untere Gehäuseteil 24 eingebracht. Dabei stützt sich die Erregerwicklung 11 mit Hilfe der Platten 20 auf der Teilfuge 17 ab. Nun wird das Gehäuse 8 durch Aufsetzen der oberen Gehäusehälfte 25 geschlossen. Mittels der Bolzen 23 wird schließlich die Erregerv/icklung 11 genau gegenüber dem Läufer und dem Gehäuse E ausgerichtet und am Gehäuse 8 befestigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. l'aientari' prüche:

   I. Elektrische Unipolarmaschine, insbesondere Motor, bestehend aus jeweils zwei in axialer Richtung hintereinander liegenden, auf einer Welle s isolier! angeordneten rotierenden Zylindern, die von jeweils zwei entsprechenden stehenden Zylindern umgeben sind, aus einer siehenden, in der Mitte angeordneten, sich bis zu einem kleineren Durchmesser als den der Zylinder erstreckenden gleichstromdurchflossenen, insbesondere supraleitenden, Erregerwicklung und aus Gleitkontakten, insbesondere I lüssigkeitsgleitkontakien, welche die stehenden und rotierenden Zylinder jeweils untereinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden Zylinder (3,4) von einer Läufernabe (5) getragen werden, die durrch eine in einer radialen Ebene liegenden Teilfuge (114) in axialer Richtung mittig geteilt ist, während das die stehenden Zylinder (6, 7) tragende Gehäuse (8) in Umfangs- richtung durch eine in einer axialen Ebene liegenden Teilfuge (17) geteilt ist, und daß die in einer mittigen Aussparung (16) der Läufernabe (5) angeordnete, als einteiliger Ring ausgebildete Erregerwicklung (11) sich jeweils in der Teilfuge (17) des Gehäuses (8) abstützt und an diesem durch längs des Umfanges verteilt angeordete Bolzen (23) ausgerichtet und befestigt ist.
2. 2. Elektrische Unipolarmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abstützung der Erregerwicklung (11) in der Teilfuge (17) des Gehäuses (8) ein Rohr (19) vorgesehen ist, durch dessen Inneres die elektrischen Zuleitungen für die Erregerwicklung (11) geführt sind.
3. 3. Elektrische Unipilarmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, diiß bei supraleitender Erregerwicklung (U) auch die Kühlmittelzuleitung zu dem die Erregerwicklung (11) umgebenden Kyrostaten durch das Innere des Rohres (19) geführt ist.
4. 4. Elektrische Unipolarmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (11) zu zwei konzentrisch zueinander liegenden Teilerregerwicklungen mit verschiedenen Durchmessern aufgeteilt ist, zwischen denen die Gleitkontakte (9) angeordnet sind.