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Elektrischer Scheibeninduktionszähler
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Scheibeninduktionszähler, bei dem auf beiden Sei- ten einer Scheibe zwei Magnetkreise angeordnet sind, von denen der eine durch eine Wicklung erregt wird, die durch die Spannung der Energiequelle gespeist wird, während der andere Magnetkreis durch eine Wick- lung erregt wird, durch die der von der Energiequelle abgegebene Strom fliesst. Der Spannungsmagnetkreis enthält einen Mittelschenkel und zwei Aussenschenkel ; der Strommagnetkreis ist U-förmig ausgebildet.
Die in den beiden Magnetkreisen erzeugten Magnetflüsse wirken über einen sie trennenden Hauptluftspalt auf die bewegliche Scheibe ein, deren Drehzahl bekanntlich innerhalb gewisser Grenzen der von der Energiequelle abgegebenen Arbeit proportional ist.
Es wird allgemein vorausgesetzt, dass unter diesen Bedingungen bei Magnetkreisen üblicher Bauart das auf die Scheibe ausgeübte Drehmoment in der Grössenordnung von 4 bis 5 g X cm ist, wenn der Verbrauch in der Spannungswicklung gleich oder kleiner als etwa 1 Watt ist, und die in der Stromwicklung erzeugte Amperewindungszahl gleich oder grösser als 60 ist und wenn eine normale Aluminiumscheibe mit einem Durchmesser von weniger als 100 mm verwendet wird und wenn der Hauptluftspalt für die Scheibe ein Spiel in der Grössenordnung von höchstens 1, 5 mm lässt.
Ziel der Erfindung ist die Verbesserung eines Induktionszählers dieser Art durch Vergrösserung des Antriebsmomentes Cm ohne entsprechende Erhöhung der von der Spannungsspule aufgenommenen Leistung und sogar unter Verringerung der in der Stromwicklung erzeugten Amperewindungen ; dadurch wird der störende Einfluss des Bremsmomentes Cf herabgesetzt, das bekanntlich dem Quadrat der Ampèrewindungs- zahl proportional ist. Die hiedurch erzielten Verbesserungen ergeben ein erhöhtes Verhältnis Cm/Cf, wodurch vor allem ein hervorragendes Verhalten des Zählers bei geringen Belastungen sowie bei starken Überlastungen, die oft das Mehrfache des Nennstroms betragen können, erhalten wird.
Nach der Erfindung kennzeichnet sich der Zähler dadurch aus, dass der Spannungsmagnetkreis und der Strommagnetkreis so ausgebildet sind, dass sie keinen direkten magnetischen Verbindungsteil enthalten und durch nichtmagnetische Teile in der richtigen gegenseitigen Lage gehalten sind. Dadurch wird erreicht, dass jede Feldlinie des von dem Spannungsmagnetkreis erzeugten Feldes und des von dem Strommagnetkreis erzeugten Feldes, die zugleich durch beide Magnetkreise verläuft, die Scheibe zweimal durchsetzt.
Bei einem unter sonst gleichen Bedingungen in der zuvor geschilderten Weise aufgebauten Zähler kann ein Magnetstromkreis, der eine Durchflutung von vorzugsweise 30 Ampèrewindungen aufweist, ein ausreichendes Drehmoment erzeugen, das mindestens die gleiche Grössenordnung wie das zuvor erwähnte Drehmoment hat. Es ist unter diesen Bedingungen möglich, dem so gebildeten Elektromotor einen normalen Strommagnetkreis zuzuordnen, der eine verhältnismässig geringe Zahl von Amperewindungen aufweist, so dass ein normales Antriebsmoment bei einem annehmbaren Bremsmoment bei starken Überlastungen erhalten wird.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung, die nur infolge der durch das erste Erfindungsmerkmal er- zielten Leistungsverbesserung angewendet werden kann, wird ein zusätzlicher Luftspalt (oder mehrere Luftspalte, die in der Folge zur Vereinfachung als Luftspalt bezeichnet werden) in den Strommagnetkreis so eingefügt, dass er praktisch nur diesen beeinflusst. Mit diesem zusätzlichen Luftspalt können mehrere beträchtliche Vorteile erzielt werden.
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Insbesondere ist es im Hinblick auf die Erhöhung der Leistung und damit des Antriebsmomentes mög- lich, die Stärke des Strommagnetfeldes auf einen geeigneten Wert herabzusetzen, so dass dementsprechend die Grösse des Bremsmomentes verringert wird und als Folge davon eine Fehlerkurve erhalten wird, die bis zu einer beträchtlichen Überlastung in bezug auf den Nennstrom praktisch horizontal verläuft.
Ferner wird es durch diesen Luftspalt möglich, Justieranordnungen vorzusehen, die bei den herkömm- lichen Zählern im allgemeinen an andern empfindlichen Punkten der Magnetkreise angeordnet sind. Diese Justiervorrichtungen weisenden Vorteil auf, dass sie an dem Strommagnetkreis angebracht sind, so dass die volle Wirksamkeit des Spannungsmagnetkreises erhalten bleibt, d. h., dass der optimale Wert des Magnet- flusses dieses Magnetkreises für den vorgeschriebenen Verbrauch erhalten bleibt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine Seiten- ansicht der Magnetkreise des Zählers, Fig. 2 Diagramme des Spannungsmagnetfeldes und des Stromma- gnetfeldes, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Strommagnetkreises und Fig. 4 eine perspektivische An- sicht des Antriebsorganes des Zählers.
Wie in. Fig. 1 dargestellt ist, enthält der Zähler einen üblichen M-förmigen Magnetkreis mit einem Mittelschenkel l und Aussenschenkeln 2. Dieser Magnetkreis stellt den Spannungsmagnetkreis dar ; er wird durch einen Strom erregt, der durch eine Wicklung 3 fliesst und der Spannung der Energiequelle proportio- nal ist. Ferner enthält der Zähler einen U-förmigen Magnetkreis 4 mit Polschuhen 5, die sich zur Mitte hin unter Bildung von Nasen 5a verjüngen. Dieser Magnetkreis 4 stellt den Strommagnetkreis dar ; er wird durch eine Wicklung 6 erregt, durch die der von der Energiequelle abgegebene Strom oder ein dazu proportionaler Strom fliesst.
1h dem Luftspalt T ist die Zählerscheibe 8 vorgesehen, die sich um die beiden Magnetkreisen gemeinsame Symmetrieachse 7a dreht.
Der Nutzfluss des Spannungsmagnetkreises schliesst sich hauptsächlich über die Polschuhe 5 des Strommagnetkreises zurück zu den Schenkeln 2 des Spannungsmagnetkreises und zu einem geringen Teil über das Schlussstilck 9, das ausserdem magnetisch mit den Schenkeln 2 verbunden ist.
In gleicher Weise schliesst sich der Magnetfluss des Strommagnetkreises hauptsächlich über den Spannungsmagnetkreis und zu einem sehr geringen Teil über das Schlussstück 9.
Der Spannungsmagnetkreis und der Strommagnetkreis besitzen keinen direkten magnetischen Verbindungsteil. Die beiden Magnetkreise werden durch (nicht dargestellte) nichtmagnetische Teile in der richtigen gegenseitigen Lage gehalten. Die beiden Magnetkreise können durch Stützen aus einem nichtmagnetischen Metall auf einem Chassis aus einem nichtmagnetischen Material (beispielsweise aus Isoliermaterial oder einer Aluminiumlegierung) befestigt sein. Dieses Chassis kann auch die Befestigungsstützen enthalten. Infolge dieser Anordnung geht der von den Polen des Spannungsmagnetkreises ausgehende und in den Strommagnetkreis eindringende Magnetfluss zwangsläufig durch die Scheibe hindurch. Das gleiche giltfürden Magnetfluss, der von den Polen des Strommagnetkreises ausgeht und in den Spannungsmagnetkreis eintritt.
Dies bedeutet, dass jede magnetische Feldlinie, die von dem Spannungsmagnetkreis erzeugt wird sowie jede magnetische Feldlinie, die von dem Strommagnetkreis erzeugt wird und die zugleich durch beide Magnetkreise verläuft, die Scheibe zweimal durchsetzt.
Da der Spannungsmagnetkreis und der Strommagnetkreis keine direkte magnetische Verbindung aufweisen, weist der Spannungsmagnetfluss nach Betrag und Phase die optimalen Werte zur Erzeugung eines maximalen Drehmomentes mit dem Strommagnetfluss auf, insbesondere in den Abschnitten der Scheibe, die unter den Seitenschenkeln des Spannungsmagnetkreises liegen. Dies ist aus Fig. 2 zu erkennen, in der das Spannungsmagnetfeld Hu und das Strommagnetfeld Hi dargestellt sind. Zum Vergleich zeigt die Kurve H'u die Verteilung des Spannungsmagnetfeldes, die mit den üblichen Magnetkreisen erhalten und als normal angesehen wird.
Die beschriebenen Massnahmen haben zur Folge, dass die Leistung der Magnetkreise vergrössert wird.
Diese Verbesserung ergibtsichinsbesonderedurchdie Einwirkung des Spannungsmagnetfeldes unter den Seitenschenkeln 2 des Spannungselektromagnetes auf die Ströme, die in der Scheibe durch das Strommagnetfeld induziert werden. Da dieses zusätzliche Drehmoment ohne Änderung der Grösse des Strommagnetfeldes erzeugt wird, wird dadurch das Bremsmoment nicht verändert, so dass zugleich eine Vergrösserung des Verhältnisses Cm/Cf erhalten wird.
Der Strommagnetkreis enthält ferner in dem die beiden Pole verbindenden Joch einen zusätzlichen Luftspalt 10. Dieser Luftspalt liegt vorzugsweise symmetrisch in bezug auf die Symmetrieachse 7a. Die Seitenflächen des Luftspaltes sind vorzugsweise parallel und er kann entweder senkrecht zu den Feldlini-
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Wie bereits zuvor erwähnt wurde, lassen sich durch die Anordnung dieses zusätzlichen Luftspaltes mehrere beträchtliche Vorteile erzielen.
Durch die Verschiebung eines magnetischen Teiles in dem Luftspalt 10 kann das Antriebsmoment be- trächtlich geändert werden, ohne dass dadurch die Phase des Strommagnetflusses in bezug auf den Strom merklich beeinflusst wird : manerhält dadurch ein Mittel zur Justierung des Zählers bei nichtinduktiver Be- lastung, und es wird möglich, ganz oder teilweise die sonst übliche Justierung durch einen magnetischen
Nebenschluss oder durch Verschiebung des Bremsmagnetes zu ersetzen.
Durch Verschiebung eines leitenden Teiles in dem Luftspalt 10 ist es möglich, die Phasenverschiebung des Strommagnetflusses inbezug auf den Strom zu verändern, ohne diesen Magnetfluss merklich zu beein- flussen ; man erhält dadurch ein Mittel zur Justierung bei induktiver Belastung.
Fig. 3 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Anordnungen, mit denen diese Justierun- gen durchgeführt werden können.
Bei dieser Ausführungsform ist der Schlitz 10 zu dem Strommagnetkreis geneigt, wodurch eine Um- gehung der Wicklung 6 und die leichte Einführung und Verschiebung der Organe für die Justierung bei nichtinduktiver und bei induktiver Belastung möglich wird.
Die Phasenjustierung (oder Justierung bei nichtinduktiver Belastung) wird durch Verschiebung einer magnetischen Lamelle 11 in dem Luftspalt 10 durchgeführt und die Justierung der Phasenverschiebung des
Strommagnetflusses in bezug auf den Strom (oder Justierung bei induktiver Belastung) wird durch Verschie- bung einer leitenden Lamelle 12 in dem gleichen Luftspalt durchgeführt.
Die Lamellen 11 und 12 werden durch Rollen 13 bzw. 14 angetrieben, die ihrerseits durch Betätigungs- knöpfe 15 bzw. 16 angetrieben werden. Durch einen zwischen den Lamellen 11 und 12 eingeführten Teil 17 wird eine gegenseitige Mitnahme dieser Lamellen verhindert.
Da der Luftspalt 10 die beiden Polflächen der Schenkel 5 magnetisch trennt, ist es möglich, diese durch eine sehr geringe Ablenkung des Spannungsmagnetflusses auf geringfügig verschiedene magnetische
Potentiale zu legen. Dieses Ergebnis wird durch einen magnetischen Teil 18 erhalten, der in Berührung mit dem Schlussstück 9 steht, und durch dessen Verstellung die magnetischen Widerstände für den Streufluss in be- zug auf die Pole 5 im entgegengesetzten Sinne verändert werden. Dies ermöglicht eine Justierung bei ge- ringen Belastungen.
SchliesslichermöglichtderLuftspalt 10 eine Justierung des Bremsmomentes, das der Zahl der Ampere- windungen proportional ist, durch die Verschiebung der Stromwicklung 6 in bezug auf diesen Luftspalt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Scheibeninduktionszähler mit zwei getrennten Magnetkreisen, die zu beiden Seiten der Scheibe gegenüberliegend angeordnet sind und von denen der eine durch eine Wicklung erregt wird, die durch die Spannung der Energiequelle gespeist wird, während der andere durch eine Wicklung erregt wird, durchdiedervonder Energiequelle abgegebene Strom fliesst, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden magnetischen Kreise 1, 2 und 4 keinen direkten magnetischen Verbindungsteil enthalten und in der richtigen gegenseitigen Lage durch Teile aus nichtmagnetischem Material oder nichtmagnetischer Legierung festgehalten sind.