Wechselstrom-Repulsionsmotor. Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Wechselstrom-Kollektormotor mit der Eigenschaft, dass sein Ankerstrom nicht, wie in gewohnter Weise, vermittelst zwei Schleifbürsten pro Polpaar durch den Kol lektor zu- resp. abgeleitet wird, sondern von einer einzigen Bürste direkt umgeleitet wird. Naturgemäss eignet sich hierfür nur der Re pulsionsmotor mit Ankerkurzschluss, insbe sondere der unter dem Namen "Atkinson- Motor" bekannte, indirekt gespeiste Wech selstrommotor, sowie der Sonderfall eines Motors mit Läufererregung.
Es sei vorerst anhand von Fig. 1 dar gestellt, welchen Weg der Ankerstrom in einem gewöhnlichen zweipoligen Repulsions motor ausserhalb des Ankers (Rotors) durch läuft. Es ist daraus ersichtlich, dass der Ankerstrom J die beiden Schleifbürsten der Länge nach durchfliessen muss und hierbei einen nutzlosen Spannungsverlust er leidet, welcher ihm und dem Längswider stand der beiden Bürsten proportional ist und den Wirkungsgrad verschlechtert. Mit Rücksicht hierauf darf deshalb das Bürsten material einen nicht zu hohen spezifischen Widerstand haben. Im Interesse einer gün stigen Kommutation wäre aber erforderlich, dass das Bürstenmaterial einen möglichst hohen spezifischen Eigenwiderstand hätte um die schädlichen Kurzschlussströme der Ankerspulen möglichst klein zu halten, was jedoch nicht im Einklang steht mit dem Vor hergesagten.
In Fig. 2 ist schematisch eine neue Ankerschaltung dargestellt, welche zeigt, wie der Ankerstrom im Anker selbst für einen bestimmten Moment vermittelst Dia metralverbindungen umgeleitet werden kann. Diese Verbindung ist keine Äquipotential- verbindung, sondern eine Diapotentialverbin dung, das heisst sie verbindet Punkte ent gegengesetzten Potentials der Ankerwick lung unter einer einizigen Bürste B.
Von Punkte "d" der Ankerwicklung fliessen die Ankerströme J/2 zusammen durch diese Diapotentialverbindung in das Segment "b", welches zwischen zwei aufeinander folgen den Segmenten "a" und "c" liegt, die zum entgegengesetzten Wicklungsabschnitt ge hören. Punt "ci" braucht nicht genau in der Mitte der Wicklung, das heisse sym,- metrisch zu "a" und "c" zu lieben, son dern kann je nach dem zu erreichenden Zweck links oder rechts verschoben werden. Fig. 3 ist eine Erweiterung von Fig. 2 und zeigt in grösserem Massstabe, wie sich die Stromumleitung (nicht Stromwendung in den einzelnen Ankerspulen) im Anker während dessen Drehung stetig vollziehen kann.
Im Prinzip wird also bei einem ge wöhnlichen Anker mit geschlossener Wellen- oder Schleifenwicklung anstatt jede Anher spule an zwei benachbarten Kollektorseg menten anzuschliessen, nur jede zweite Spule angesehlossen und dabei ein Kollektorsegment überhüpft. Das zwischenliegende Segment wird alsdann durch eine Verbindung mit der entgegengesetzten Seite der Ankerwick lung verbunden. Dieses Verfahren wird rings der ganzen Ankerwicklung ausgeführt, so dass sich auf dem Kollektor effektiv ab wechselnd Segmente entgegengesetzten Po tentials folgen.
Diese Schaltung ist zulässig, da durch den Ankerkurzschluss das Poten tial der induzierten Ankerwicklung sowieso annähernd Null, das heisst bis auf den Spannungsabfall unter und in der Bürste, welcher unabhängig vom Strom J ist und zirka zwei bis drei Volt beträgt. Unter der Annahme, dass die nun erforderliche einzige Bürste in Fig. 4 momentan genau drei Seg mente bedechen würde, ergäbe sich alsdann das darin dargestellte Strombild. Der An kerstrom J, welcher in Verbindung mit dem Erregerfluss das Drehmoment des Ankers bildet, teilt sich nach Verlassen des Segmen tes "b" in der Bürste (zum Beispiel Kohle) in zwei Teile und fliesst alsdann durch die Segmente "a" und "c" in die Wicklung zu rück.
Der Ankerstrom J hat also, wie bis her, zweimal den Übergangswiderstand zu überwinden und zum Teil das sehr kurze Stück Bürstenmaterial von Segment zu Seg ment. Aus der Bürste fliesst daher kein Strom ab, und diese benötigt keine Verbin dungen nach aussen vermittelst Kabel, son dern braucht auf dem Kollektor nur richtig aufzuliegen. Hätte die Bürste, wie in Fig. 4, eine Breite von gleich, drei Segmenten, so ergäbe sieh beim Übergand auf das vierte Segment naturgmäss eine andere Stromver teilung, welche ohne Berücksichtigung der Stromwendeströme eine maximale Belastung von zirka J/2 pro Segment ergäbe. Da sich jedoch zu den Ankerströmen in der Bürste und den Segmenten die Stromwendeströme geometrich addieren, ist die Stromverteilung in Wirklichkeit eine andere.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, haben bei spielsweise diese Ströme im gleichen Moment wie in Fig. 4 den punktierten Verlauf. Im Falle, dass die Bürste wiederum drei Seg mente bedeckt, wird momentan nur eine Spule kurzgeschlossen, und die resultierende Kurz schlusswende EMK erzeugt eben diesen Strom, welcher nun in diesem Falle zwei parallele Wege hat. Weg I quer durch die ganze Bürste und Weg II über das mittlere Seg ment, wobei er jedoch viermal den Über gangswiderstand passieren muss. Wären diese beiden Wege gleichwertig, so würde sich der Kurzschlussstrom ungefähr in zwei Teile teilen.
Hat nun aber die Bürste selbst einen sehr hohen, aber stetigen Querwiderstand, so wird der Teil I des Wendestromes ver schwindend klein und nur Teil II, dessen Widerstand sich zusammensetzt aus vier Übergangswiderständen und zwei kurzen Überbrückungen in der Bürste, kann noch einen geringen, aber unschädlichen Wert erreichen. Durch die Wahl eines günstigen Verhältnisses der beiden Widerstände von Weg I und II können die Verluste am Kol lektor auf ein Minimum reduziert werden.
Damit wäre der Zweck der Schaltung er reicht, die überaus schädlichen Wendeströme zu dämpfen, ohne den Ankerstrom zu be einflussen; denn dieser braucht, wie gezeigt, die einzige Bürste nicht der Länge nach (radial) zu durchfliessen und der hohe spezifische Widerstand der Bürste hat so mit einen verschwindend kleinen Einfluss auf den Wirkungsgrad und die Ausbildung des Drehfeldes.
Prinzipiell sind hauptsächlich zwei Schaltungen möglich, welche nur wenig voneinander abweichen. In Fig. 3 sind die sogenannten Diapotentialverbindungen je weils in der Mitte einer gegenüberliegenden Ankerspule abgezapft, was jedoch nicht. Be dingung ist. Zu einem ähnlichen Resultat kommt man, wenn diese Abzapfung direkt an einem links oder rechts davon liegenden Segment gemacht wird oder sonst zwischen den Segmenten "e" und "g".
Vorstehend beschriebene Anordnung lässt sich zweckentsprechend nicht nur für zweipo lige Maschinen anwenden, sondern sinngemäss auch für mehrpolige Maschinen mit Schlei fen- oder Wellenwicklung. Wie eingangs erwähnt, eignet sich diese Anordnung der Ankerschaltung auch für einen Motor mit unabhängiger Läufererregung, indem durch eine Erregerbürste C (Fig. 6), welche um 90 (elektrisch) gegen die Arbeitsbürste verschoben, der nötige Erregerfluss vom Anker aus erzeugt werden kann. Dieser Motor erreicht alsdann mit nur zwei Bürsten das, was sonst mit vier Bürsten (bei zweipoligem Motor) erlangt wird, nämlich Nebenschluss charakteristik bei sehr günstigem cos. p. Zum Anlauf kann die Erregerbürste C ab gehoben werden und zugleich die Arbeits bürste B in eine günstige Arbeitsstellung verschoben werden.
Nach dem Anlauf wird B wieder in die Arbeitsstellung verschoben und gleichzeitig mit C aufgelegt.
Durch diese Schaltungsanordnung mit Diapotentialverbindungen bei Repulsions motoren wird neben einer Vereinfachung eine bedeutende Steigerung der spezifischen Polbelastung von Wechselstrommotoren er reicht und zudem die Betriebskosten ver ringert.