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Wechselstrommotor.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, der von Ein-oder Mehrphasenstrom angetrieben werden kann. Er beruht auf der Wirkung zweier aufeinander einwirkender Drehfelder, die gemäss der Erfindung in besonderer Weise erzeugt werden. Der Motor besteht aus einem oder mehreren gleichartigen Systemen, von denen jedes aus zwei mechanisch und elektrisch verbundenen Ständern und Läufern und einem mit dem einen Teilpaar arbeitenden Feldmagnet besteht. Bei gleichzeitiger Verwendung mehrerer, z.
B. von zwei Systemen, wie dies für gleichmässige Arbeit zweckdienlich ist, tritt eine Vereinfachung der Konstruktion in der Weise ein, dass einzelne Teile des Systems beiden Systemen gemeinsam sind.. Der Ständer wird derart mit Einphasen-oder Mehrphasenstrom erregt, dass in ihm ein Drehfeld entsteht, während der Läufer eine Käfigankerabwicklung besitzt, die zwischen dem Läuferteil (i. Läufer), der mit dem entsprechenden Ständerteil (i. Ständer) und dem zwischen beiden Teilen angeordneten Feldmagnetelement arbeitet und zwischen dem Läuferteil (2. Läufer), der in direkter Induktion zu dem anderen Ständerteil (2. Ständer) steht, um go elektrische Grade versetzt ist. Das Feldmagnetelement (Anker) besitzt zwei Serien von Feldmagneten, die abwechselnd in einem magnetisch leitenden Ring eingebaut sind.
Diese beiden Feldmagnete werden vorteilhaft von getrennten, aber regulierbaren Stromkreisen gespeist. Die eine Serie (Läuferfeld oder Läufermagnet) wirkt auf den i. Läufer und der andere Satz (Ständerfeld oder Ständermagnete) auf den i. Ständer ein.
Beim Antrieb des Motors wird der Anker mit dem Wechselstromfeld und Ständer synchronisiert. Die Drehung des Läuferfeldes induziert nun in der Wicklung dei. 1. Läufers einen Strom, wodurch auf den i. Läufer eine Zugkraft ausgeübt wird. Der Strom in der
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dem zweiten Ständer arbeitet und ruft dort ein Drehfeld hervor, das zusammen mit dem Drehfeld des Ständers ein wirksames Zugmoment für den Läufer erzeugt, da beide Drehfelder um go0 elektrisch gegeneinander verschoben sind. Dieses Quadraturverhältnis bleibt bei allen Rotorgeschwindigkeiten bestehen.
Geschwindigkeitsveränderungen werden dadurch bewirkt, dass man die Stärke des Läuferfeldes regelt. Soll die Drehrichtung umgekehrt werden, so wird die Richtung des Magnetisierungsstromes für das Läuferfeld umgekehrt. Das Ständerfeld lässt sich zur Regelung des Leistungsfaktors des Motors ändern.
Um den Anker in Synchronismus zu bringen, kann ein Anlassmotor benutzt werden, der durch den Nutzstrom gespeist wird und der, nachdem er seine Aufgabe für das Anlassen und Synchronisieren erfüllt hat, für die beiden Ankerst ! omkreise, z. B. als Konverter den Erregungsstrom für das Läufer-und das Ständerfeld liefern kann. Da der Anker beständig umläuft, kann derselbe vorteilhaft die Luftpumpe für die Luftdruckbremse antreiben, deren Wirkung auf diese Weise unabhängig von dem Umlauf der Wagenachsen ist.
Die besondere konstruktive Ausführung und die sonstigen besonderen Arbeitsverhältnisse der Erfindung sind an Hand eines Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, erläutert.
In den Zeichnungen bedeutet :
Fig. i einen senkrechten Längsschnitt durch den Motor,
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Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie 2-. 2 der Fig. i, in Richtung der Pfeile gesehen,
Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie der Fig. i in Richtung der Pfeile gesehen. Fig. 4- eine schaubildLche Darstellung von drei Läufern und Ständelll und einem Feldmagnetelement oder Anker in Verbindung mit einem Stromschema, wobei vorausgesetzt ist, dass der Motor als Einphasenwechselstrommotor arbeitet und wobei die Anordnung einer mit Einphasenwechselstrom gespeisten Stromverbrauchsspule und eine kurzgeschlossene Stromerzeugung-un Verbrauchsspule sichtbar ist, während die anderen Wicklungen der Klarheit wegen fortgelassen sind, und
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speist werden.
Der dargestellte Motor ist mit der Wagenachse 1 einer Strassenbahn o. dgl. gekuppelt.
Die Motorachse ruht in einem Gehäuse 2. Das Gehäuse besitzt zwei Seitenwände 3 und 4 mit zentralen Nabenteilen 3', 4'und einem zylindrischen Teil 5, weIcher von den Seitenwänden getragen wird. Die Ständerelemente werden auf dem Innenkreis des zylindrischen Gehäuseteils 5 getragen und bestehen aus drei aus Lamellen zusammengestellten Ringen.
Das mittlere Ständerelement 6 ist etwas breiter als die beiden äusseren Elemente 7 und 8.
Die drei Ständerelemente sind an ihrer Innenfläche mit einer Anzahl von Schlitzen (im dargestellten Beispiel 36) versehen. Die Schlitze der drei Elemente liegen iu gegenseitiger Verlängerung und dienen zur Aufnahme der Ständerwicklung 10.
Die Ständerwicklung ist zweiphasig ausgeführt. Die Spulen beider Phasen verteilen sich über die Ständer. Die eine Phasenwicklung 10 a ist, wie aus Fig. 4 ersichtlich, kurzgeschlossen, während die andere Phasenwicklung 10 b an die Einphasenwechselstromquelle 11 angeschlossen ist, die durch einen Schalter 12 an-und abgeschaltet werden kann. Die beiden Wicklungen sind um goo in der Phase zueinander versetzt.
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dem ersten Läufer 13 bzw. 17 und dem zweiten Läufer 14 bzw. 18.
Die zweiten Läufer besitzen einen grösseren Durchmesser als die inneren ersten Läufer, um einen Ringraum für den Anker zwischen dem inneren oder ersten Ständer 6, der
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Läufern 13, 17 zu schaffen, während die beiden zweiten Läufer M, 18 einen genügend grossen Durchmesser besitzen, um direkt mit den äusseren oder zweiten Ständern 7 und 8 zu arbeiten.
Der erste Läufer 13 und der zweite Läufer 14 des linksseitigen Läuferelementes sitzen auf dem Kern 15 der Muffe 16, während die Läufer 17 und 18 des rechten Läuferelementes
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gehörigen Naben 3'und 4'sind Zwischenlager vorgesehen.
Die beiden Läufer 13 und 14 sowie 17 und 18 sind durch je eine Käfigankerstabwick- lung 21 bzw. 22 miteinander verbunden, wobei die Stäbe der beiden Käfigstabwicklungen in den beiden zweiten Läufern um 300 des Umfanges versetzt gegen die der ersten Läufer liegen, so dass die Ständer-und Läuferpole in dem zweiten Aggregat um eine Phasenverschiebung von 900 zueinander verschoben sind, d. h. im elektrischen Quadraturverhältnis stehen.
Wie in der Zeichnung ersichtlich, sind sechs Pole am Anker vorhanden.
Der Anker wird durch eine Welle 23 getragen, welche im Gehäuse : 2 gelagert und von den beiden Muffen 16 und 20 umgeben ist. Diese Welle 23 besitzt genau in der Mitte zwischen den beiden Läufern 13 und 17 eine Speichenscheibe 24, welche mit dem Ring 23 des Ankers aus einem Stück besteht. Dieser Ring besitzt drei äussere, ebenfalls mit ihm aus einem Stück bestehende Polstücke 26 a, 26 bund 26 c (Fig. 2) und drei innere Polstücke 27 a, 27 bund 27 c. Die äusseren Polstücke bilden die Kerne für die Ständerfeldmagnete der einen Polarität, während die Zwischenteile des Ringes Pole von entgegengesetzte Polarität bilden. Die inneren Polstücke sowie die entsprechenden Zwischenringteile bilden die Polflächen für das Läuferfeld.
Die Ankerspulen für das Ständerfeld und für das Läuferfeld sind in gleicher Richtung, aber entgegengesetzt gewickelt und hintereinander geschaltet.
Diese Einrichtung gestattet, dass entweder das Läufer-oder das Ständerfeld verändert oder umgekehrt werden kann, ohne dass eine nennenswerte gegenseitige Beeinflussung hierdurch bewirkt wird.
Die beiden Felder werden unabhängig voneinander durch einen Strom erregt, welcher den vier Schleifringen 26d, 26e, 27d, 27e an dem einen aus dem Gehäuse : 2 herausstehenden
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Ende der Welle !'i zugeführt wird. Die Ringe 26 d und 26e sind mit der Ständerfeldwicklung und die Ringe 27 d und 27 e mit der Läuferfeldwicklung verbunden. Die Stromquelle für die Erregung der Felder besteht aus einer Batterie 28, welche mit den bezüglichen Schleifringen der beiden Felder parallel geschaltet ist. Sie steht mit den Schleifringen für das Ständerfeld durch die Leitungen. 29 und. 30 in Verbindung und in diesen Stromkreis ist auch der Feldrheostat 31 eingeschlossen.
Der eine Pol der Batterie 28 ist mit der Leitung 29 und der andere Pol mit dem Rheostathandgriff 31'verbunden, während die Leitung 30 im Ständerfeldstromkreis mit dem Rheostat in Verbindung steht. In ähnlicher Weise sind die Läuferfeldschleifringe mit der Batterie 28 durch Leitungen 32 und 33 verbunden. Die Leitung 32 führt zum einen Pol der Batterie und der andere Batteriepol ist mit dem
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geschlossen ist. In dem Läuferfeldstromkreis befindet sich, ein Strom wender 35.
Die Einstellung des Rheostathandgriffes 31'dient dazu, die Stärke des Ständerfeldes zu ändern und dadurch auch den Leistungsfaktor des Motors zu beeinflussen, während die Einstellung des Rheostathandgriffes 34'den Zweck hat, das Läuferfeld und dadurch die
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Statt zwei unabhängiger Felder kann man auch ein einziges Feld verwenden und die
Geschwindigkeit durch Widerstände in den induzierten Stromkreisen der Läufer ändern.
Der Leistungsfaktor des Motors kann durch einen Autotransformator, welcher im Ständer- stromkreis liegt, geregelt werden, jedoch ibt die Verwendung von zwei getrennten Feldern bequemer in der Ausführung und Handhabung.
Der Motor ist mit der Achse 1 durch Zahnräder 36 und 37 verbunden, die bzw. fest auf den Muffen 16 und 20 angeordnet sind und mit den Zahnrädern 38 und 39 der Wagen- achse 1 in Eingriff stehen.
Um den Anker synchron mit dem Wechselstromfelde in Gang zu setzen, ist ein
Motor 40 auf der Welle 23 vorgesehen, welcher mit der Wechselstromquelle 11 in Ver- bindung steht. Ein Schalter 41 ermöglicht, diese Verbindung zu unterbrechen. Es kann dieser Anlass-und Synchronisierungsmotor auch als Konverter arbeiten, nachdem der Anker synchronisiert ist : Der Konverter wandelt in diesem Falle den Wechselstrom in Gleich- strom um, der über Leitung 42 und 43 den Ankerstromkreisen übermittelt wird.
Bei anderer Bauart könnte der Motor 40 auch, als Generator wirkend, den Gleich- strom liefern und wird in diesem Falle nach dem Anlassen und-Synchronisieren des Ankers von der Wechselstromquelle abgeschaltet werden. Der Magnetisierungsstrom lässt sich durch 'Schalter und 45 ausschalten, eventuell kann man auch den Batteriestrom durch Schalter 46 unterbrechen, wenn der transformierte oder besonders erzeugte Strom für die Ankererregung benutzt wird.
Da der Anker beständig umläuft, kann er auch zum Antrieb der Luftpumpe 47 vor- wendet werden. Der Druckkolben steht zu diesem Zwecke mit der Welle 23 durch eine
Kurbel-und Pleuelstange in Verbindung. Die Welle 23 lässt sich sehr leicht ölen und die gesamte Bauart des Motors bietet den Vorteil der leichten Zugänglichkeit und einfachen, widerstandsfähigen Bauart.
Wie bereits erwähnt, nimmt der Motor seinen Strom von einer Einphasenwechsel- stromquelle. Der Anker wird erst auf die gewünschte Geschwindigkeit gebracht, das Stator- feld erregt und die Wicklung 10a mit der Einphasenwechselstromquelle verbunden, wo- durch in allen drei Ständern ein Drehfeld entsteht, das den Anker zu synchronem Um- lauf zwingt.
Die Drehung des Ankers e zeugt einen Strom in der kurzgeschlossenen Wieklung, welcher im elektiischen Quadraturverhältnis zu dem Einphasenwechselstrom steht, so dass dieser Einphasenwechselstrom mit dem erzeugten Quadraturstrom zusammen wirkt, um ein
Drehfeld in dem zweiten Ständer hervorzubringen. Durch die Drehung des Ankers werden auch Mehrphasenströme in den Käfigankerstabwicklungen der ersten Läufer erzeugt und diese Mehrphasenströme werden durch die Stäbe den zweiten Läufern zugeführt, wo sie ein weiteres Drehfeld erzeugen, das im elektrischen Quadraturverhältnis zu dem umlaufenden
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ausübt.
Der Motor kann in zweierlei Weise in seiner Richtung umgekehrt werden. Das erste Verfahren besteht darin, dass der Anker angehalten, in umgekehrter Richtung angelassen und synchronisiert wird, worauf die Läuferelement ebenfalls in umgekehrter Richtung wie vorher ihre Drehung ausführen.
Das zweite Verfahren b steht darin, dass der Anker weiter in Richtung des Uhrzeigers umläuft, dass man aber entweder die Ständer-oder die Läuferpole der ersten Einheit wie bei der dargestellten Ausführungsform z. B. dadurch wechselt, dass man den Stromwender 35 des Läuferfeldstromkreises verstellt.
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Wird ein verhältnismässig schwaches Läuferfeld benutzt, dann werden starke Ströme mit niedrigem Leistungfaktor erzeugt, dies eine verhältnismässig geringe Zugkraft in Richtung des Uhrzeigers in dem ersten Läufer erzeugen. Diese Ströme üben aber eine verhältnismässig starke Zugkraft in dem zweiten Läufer aus, weil daselbst das volle Quadratur Verhältnis mit Bezug auf die Ständerströme zur Geltung kommt. Die letzteren besitzen den ge- wünschen Leistungsfaktor durch Regelung des Gleichstromwertes, welcher das rotierende
Ständerfeld des Ankers hervorruft.
Auf diese Weise übertrifft die hohe Zugkraft in dem zweiten Läufer, und zwar in entgegengesetzter Richtung des Uhrzeigers bei weitem die geringe in Richtung des Uhrzeigers wirkende Zugkraft des ersten Läufers, demzufolge der
Läufer auch in umgekehrter Richtung des Uhrzeigers umläuft.
Liefert die Stromquelle Mehrphasenstrom, dann wird jede Phase der Ständerwicklung 10 durch eine besondere Leitung von der Stromquelle entnommen, wie dies aus Fig. 5 er- sichtlich ist,
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Wechselstrommotor mit einem Ständer und einem Läufer, zwischen denen ein umlaufender Anker angebracht ist, der zwei Sätze von Feldmagneten trägt, den einen für den Ständer, den anderen für den Läufer, zum Zweck, das Zugmoment auf den Läufer durch die Induktionswirkung dieses Feldmagnetsystems zu verstärken, dadurch gekenn- zeichnet, dass Ständer (6, 7J und Läufer (13, 14) je in zwei mechanisch und elektrisch verbundenen Teilen ausgeführt sind, wobei in dem einen Teilpaar (6, 13) der Anker mit dem Feldmagnetsystem (26, 27) umläuft, während das andere Teilpaar ('1,
-14) in direkter
Wirkung zueinander steht.