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Gleichstrommotor.
Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor, dessen Anker-Elektromagnete durch einen
Kommutator abwechselnd entgegengesetzt erregt werden. Gemäss der Erfindung besitzen die Elektro- magnete ausser einer Primärwicklung, die von dem einer äusseren Stromquelle entnommenen Strom durchflossen wird, eine Sekundärwicklung, und es sind Mittel vorgesehen, um knapp vor der Unter- brechung des in der Primärwicklung fliessenden Stromes den in der Sekundärwicklung induzierten Strom in die Primärwicklung zu schicken, wodurch der Unterbrechungs-Extrastrom zurückgewonnen wird, um zur Erregung der Elektromagneten beizutragen.
Vorzugsweise ist die Primärwicklung jedes Elektromagneten so gewählt, dass der der äusseren Stromquelle entnommene Strom den Kern dieses Elektromagneten in an sich bekannter Weise in der Nähe der magnetischen Sättigung hält und dass die ruhenden Dauerfeldmagnete und die umlaufenden Elektromagnete derart bemessen sind, dass die Summe der absoluten Werte der die Dauermagnete durchfliessenden magnetischen Flüsse grösser ist als die Summe der absoluten Werte derjenigen Flüsse, welche die Elektromagneten durchfliessen und dabei die Sättigung der Eisenkerne jener Elektromagnete hervorrufen.
Durch die genannte Anordnung und Schaltung von Sekundärwicklungen wird bei der beim jedesmaligen Umkehren des den Elektromagneten zugeführten Stromes stattfindenden Unterbrechung der hiebei entstehende Unterbrechungs-Extrastrom wiedergewonnen. indem er durch den Stromkreis geschickt wird. der im Augenblick der Unterbrechung aus dem Primärkreis und dem mit diesem in Serie geschalteten Sekundärkreis besteht. Der Sekundärkreis besitzt eine genügend grosse Zeitkonstante, um die Umlaufzeit des Unterbrechungs-Extrastromes im genannten Stromkreis genügend zu verlängern.
Dieser Extrastrom, der die gleiche Richtung hat wie der Strom der äusseren Stromquelle, wird daher zur'Verlängerung der Erregung der Elektromagnete ausgenutzt und es wird ferner bei der Stromunterbrechung die Bildung von Funken vermieden, die einerseits einen Energieverlust bedeuten und anderseits ein rasches Anfressen der Kollektorlamellen verursachen.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, jeden Polschuh des Ankers mit zwei Wicklungen zu versehen, die entgegengesetzte Kraftflüsse ergeben, wobei jeweils zuerst die eine Wicklung, dann beide Wicklungen und sodann die zweite Wicklung an die Stromquelle angeschaltet wird. Während der Anschaltung beider Wicklungen heben sich die entgegengesetzten Kraftflüsse derselben auf, so dass der Anker keine Polarität besitzt. Durch diese zwischengeschaltete Periode soll die Funkenbildung bei der Stromumkehrung vermieden werden.
Gegenüber dieser Anordnung, bei der die Stromquelle ständig an der Wicklung angeschaltet bleibt und in der genannten Zwisehenperiode Energie verloren geht, wird gemäss der Erfindung bei jeder Stromumkehrung die Stromzufuhr unterbrochen und während der Unterbrechungszeit die Selbstinduktionsenergie zurückgewonnen. um die bisherige Erregung des Ankers zu verlängern. Nach einem andern Vorschlag besitzen die Elektromagneten gleichfalls Hilfswicklungen. Dieselben sind jedoch ständig an die Hauptwieklungen angeschlossen und es wird demnach der Energierückgewinn, der sieh aus der Anschaltung der Sekundärwicklung während der Unter- brechung der Stromzufuhr ergibt, auch nicht erhalten.
Um grosse Umlaufgeschwindigkeiten des Motors zu ermöglichen, soll die Zeitkonstante des Primärstromkreises derart sein, dass die Geschwindigkeit zur Wiederherstellung des Stromes nach dem Schliessen ein Maximum ist.
Um dieses Ziel zu erreichen, kann man zwei Mittel verwenden :
Die Weicheisenkerne der Magnete sind entweder hohl, damit die mittlere Windungslänge ein Maximum wird, oder sie sind flach und dünn.
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Die Sekundärwicklungen können beispielsweise durch sehr flache Spulen gebildet werden, welche sogar eine Spiralwieldung bilden können. Sie könnten weiterhin durch Wicklungen von gleicher Länge wie die Primärspule gebildet werden, indem sie aus einigen Drahtlagen zusammengesetzt sind, die auf den Primärwicklungen angeordnet sind.
Überdies ist gemäss der Erfindung der Motor vorzugsweise derart aufgebaut, dass die Summe der absoluten Werte der die Dauermagnete durchlaufenden magnetischen Flüsse grösser als die Summe der absoluten Werte der magnetischen Flüsse ist, welche, die Elektromagnete durchlaufend, imstande sind, die Kerne dieser Elektromagnete in der Nähe der Sättigung zu halten.
Bezeichnet man mit S den Querschnitt eines Dauermagneten, mit s denjenigen eines Eisenkerns des Elektromagneten, mit H die Stärke des Feldes, welches aus einem Pol des durch den Strom der Stromquelle auf dem Sättigungswert gehaltenen Elektromagneten austritt, und mit h die Stärke des Feldes, das aus einem Pol eines Dauermagneten austritt, dann erhält man
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Die Tatsache, dass das Eisen der Elektromagnete in der Nähe der magnetischen Sättigung gehalten wird, ermöglicht es, die Veränderungen des durch diese Eisen während ihrer Verschiebung in bezug auf die Pole der Dauermagnete hindurchgehenden Flusses auf ein Minimum zu verkleinern und auf diese Weise zu einer Unterbrechung bei maximaler Stromintensität in dem Speisestromkreise des Elektromagneten zu gelangen.
Man erhält auf diese Weise bei der Unterbreehung einen maximalen Unterbrechungs-Induktionsstrom.
Aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, welche Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise wiedergibt, ist ersichtlich, auf welche Weise die Erfindung ausgeführt werden kann.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Motors gemäss der Erfindung. Fig. 2 zeigt
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Linie III-III der Fig. 2.
Eine Elektromagnetspule ist aus drei den Primärkreis bildenden Teilen B1, B2, B3 und aus zwei den Sekundärkreis bildenden Teilen 01 und O2 zusammengesetzt.
Alle auf diese Weise gebildeten Elektromagneten werden von einem Läufer getragen, welcher sich zwischen zwei Polreihen von Dauermagneten SlN1, S2N2, SaNa... usw. dreht, welche den Ständer bilden. Diese doppelte Polreihe ist in Abwicklung dargestellt (Fig. 1).
Die Kommutatorvorrichtung weist sowohl zwei Kommutatoren als auch zwei Schleifringe auf.
Der Strom einer Batterie gelangt über die Bürsten M und M'an den Umkehrkommutator, welcher aus zwei sieh drehenden Kränzen tl und t2 zusammengesetzt ist, deren Segmente a, a', b, b'usw. mit den Primärspulen 7, B2, Ba der Elektromagnete verbunden sind.
Es istleicht erkennbar, dass, wenn der Kommutator sich dreht (Pfeil P), die Bürsten j) if und M', welche sich beispielsweise auf a und a'befanden, dann auf b und b'gelangen und der Strom in dem
Primärkreis des Elektromagneten umgekehrt wird.
Im Augenblick der Unterbrechung des Stromes, welche seiner Umkehr vorausgeht, d. h. wenn beispielsweise M und M'a und a'verlassen, wird der in dem Primärkreis entstehende Unterbrechungs- Induktionsstrom durch die Wirkung eines Kondensators Kin seiner Dauer verlängert, um den Wirkungs- grad des Transformators zu erhöhen, welcher durch die Primärwicklung B"B"B, in Verbindung mit der Sekundärwicklung Ci, C gebildet wird.
Im Augenblick der Unterbrechung des Primärkreises, vorzugsweise etwas vorher, wird der
Sekundärkreis durch den Kommutator t3, t4 geschlossen und der in dem Sekundärkreis induzierte
Strom, welcher an die Schleifringe s und s'und dann durch die Bürsten γund γ' and den Kommutator t3, t4 gelangt, in den Primärkreis geführt, während dieser durch die Unterbrechungsstellen, welche zwischen den Segmenten des Kommutators t, t2 vorhanden sind, von seiner Stromquelle getrennt ist.
Die Kommutatoren t1,t2,t3,t4 und die Schleifringe s, s'sind mit der den Läufer tragenden Welle fest verbunden.
Die auf diese Weise in Form von induziertem Strom in dem Sekundärkreis wiedergewonnene
Unterbrechungsenergie des Primärstromes kann auf andere Weise zu dem gleichen Zweck nutzbar gemacht werden, den Wirkungsgrad des Motors zu verbessern.
Der Wechselstrom des Sekundärkreises kann durch einen zusätzlichen Kommutator gleich- gerichtet und der auf diese Weise erhaltene Gleichstrom dem Speisestromkreis des Primärkreises vor dem Umkehrkommutator t1, t2 zugeführt werden.
In den Fig. 2 und 3 ist ein Elektromagnet dargestellt, dessen Kern F'aus weichem Eisen hohl
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