Mehrphasiger Schrage-Motor Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechsel- stromkornmutatormaschine vom Schrage-Typ, wie sie beispielsweise in der britischen Patentbeschreibung Nr. 25358/1911 dargestellt ist. Doch ergeben sich die hauptsächlichen für das Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendigen Konstruktionsmerkmale gut aus Fig. 1 der beigefügten Zeichnung, die das Schal tungsdiagramm eines zweipoligen Schrage-Motors dar stellt. Darnach wird, wie gezeigt, eine Primärwicklung P im Rotor über Schleifringe S aus einem üblicherweise dreiphasigen Netz gespeist.
<I>SD,</I> SE und<I>SF</I> stellen die drei Phasen des Stators der Maschine dar und C ist eine Regulierwicklung, die in die Rotornuten gelegt und mit einem Kommutator verbunden ist, auf dem die Bürsten<B>Dl,</B><I>D2, El, E2,</I> F1 und F2 schleifen, wobei der Index 1 die Anfänge der Statorphasenwicklungen und der Index 2 die En den der Statorphasenwicklungen darstellt.
Die Betriebseigenschaften, und insbesondere die Drehzahl der Maschine, können durch Verschieben der Bürsten um einen bestimmten Winkel verändert werden. Aus diesem Grunde sind bei üblichen Schrage- Motoren die Halter der Bürsten Dl, El und F1 (nachstehend Anfangsbürsten genannt) auf einer er sten Bürstenbrille und die Halter der Bürsten D2, E2 und F2 (nachstehend Endbürsten genannt) auf einer zweiten Bürstenbrille.
Damit die Anfangsbürsten mit dem Index 1 an den Endbürsten mit dem Index 2 vorbeibewegt wer den können, sind die beiden Bürstenbrillen üblicher weise in axialer Richtung verschoben angeordnet, wie das in Fig. 2 gezeigt ist. In Fig. 2 ist C der Kommu- tator, <I>SD</I> eine der Statorphasenwicklungen, D1 und D2 die Bürsten, die mit der Anfangsklemme dl bzw. der Endklemme<I>d2</I> der Phasenwicklung<I>SD</I> verbun den sind.
Die Bürstenbrille R1 trägt die Anfangs- bürsten jeder Statorphasenwicklung und die Bürsten brille 2 die Endbürsten jeder Statorphasenwicklung. Die Bürstenbrille R1 wird nachfolgend die äussere und die Bürstenbrille R2 die innere Bürstenbrille genannt.
In einer mehrpoligen Maschine sollte die Anzahl der Bürsten jeder Art (Anfangs- und Endbürsten) für jede Phase theoretisch gleich der Zahl der Polpaare der Maschine sein. Fig. 3 zeigt schematisch die theo retisch vollständige Bürstenvorrichtung einer vierpoli- gen Maschine mit drei Statorphasen, wobei R1 und R2 zwei Bürstenbrillen sind und jede Bürstenbrille zwei gleichpolige parallel geschaltete Bürsten trägt,
wobei die Verbindungen zum Parallelschalten zum Zwecke der C7bersichtlichkeit aus dem Diagramm fortgelassen sind. Die zwei Bürstenbrillen sind neben einander gezeichnet, müssten aber bei einer Ansicht in axialer Richtung übereinanderliegen.
In Maschinen kleiner Leistung, beispielsweise bei Motoren bis zu 20 PS, ist es konstruktiv zweckmässig, die Anfangsbürsten und die Endbürsten im Gegensatz zu Fig. 2, in der die Bürstenbrillen und Bürsten in axialer Richtung verschoben sind, in der gleichen Ebene zu bewegen.
Das kann durch das Weglassen der parallelen Bürsten erreicht werden, das beispiels weise durch reichlich bemessene Ausgleichswindungen am Kommutator möglich gemacht werden kann. Fig. 4 zeigt das Ergebnis bei Weglassen der Hälfte der theo retisch erforderlichen Anzahl nach Fix. 3. Nun kön nen die inneren (D2 usw.) und die äusseren Bürsten (D 1 usw.) sich mit der gleichen Spur (Ebene) auf dem Kommutator C bewegen statt wie bei der Form nach Fig. 3 über axial versetzte Spuren (Ebenen).
Doch sind die gegeneinander gerichteten Verschiebungs bewegungen der Bürstenbrillen, die durch die Pfeile <I>W</I> angegeben sind, auf sehr kleine Winkel<I>a</I> be schränkt, die infolge der Grösse der Büstenhalter und infolge des notwendigen Spiels<I>CL</I> vielleicht nur 5 betragen, während für einen vollen Regulierbereich theoretisch ein Winkel von 45 nötig wäre.
Um diese Begrenzung der Bewegung der Bürsten brille aufzuheben und gleichzeitig das konstruktiv zweckmässige Merkmal der Anordnung in einer Ebene zu wahren, ist es beispielsweise möglich, nur zwei Sekundärphasen zu verwenden. In diesem Falle ergibt sich die Bürstenanordnung nach Fig. 5, in der die Bezugszeichen die gleiche Bedeutung haben wie in Fig. 4. Hier erreicht der Winkel a für die Bewegung der Bürstenbrillen gegeneinander tatsächlich den vol len Wert von 45 .
Da aber sich hierbei weniger Bür stenhalter um den Kommutator ergeben, erfordern Maschinen mit weniger Bürstenhaltern bei gleicher Leistung mehr Bürsten pro Bürstenhalter, d. h. einen längeren Kommutator und damit eine kostspieligere Konstruktion als bei Maschinen, bei denen die Zahl der Sekundärphasen nicht vermindert ist.
Diese und noch weitere Schwierigkeiten werden durch die vorliegende Erfindung überwunden, die eine Mehrphasenmaschine vom Schrage-'Typ betrifft, die dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein Paar von Bürsten von mindestens einer Phase der Sekun därwicklung in eine Lage versetzt ist, die um 180 elektrische Grade gegenüber der symmetrischen Stel lung verschoben ist, und dass entweder die Verbindung dieses Bürstenpaares mit den Klemmen der zugehöri gen Phasenwicklung gegenüber den nicht versetzten Bürsten oder die Zugehörigkeit der versetzten Bürsten zu den Bürstenbrillen vertauscht ist.
In einer Ausführungsform, die für kleine Maschi nen mit weniger als 20 PS geeignet ist, können bei spielsweise alle Bürsten in ein und derselben Ebene angeordnet werden, wobei sich ein befriedigender Winkel für die Bürstenverstellung ergibt, der viel grösser ist, als er bei üblichen Bürstenanordnungen in einer einzigen Ebene sein könnte.
In einer weiteren, für grössere Motore besonders vorteilhaften Ausführungsform trägt jede der Bürsten brillen vorzugsweise in gleicher Anzahl Anfangs- und Endbürsten, die sich der gleichen Spur auf dem Kommutator entlang bewegen.
Natürlich kann die Erfindung auf Schrage-Motoren mit beliebiger Anzahl der Statorphasen angewandt werden, z. B. auf Motoren mit 2, 4, 5, 6 und 7 Phasen, während zum Zwecke der Vereinfachung in der nach folgenden Erläuterung und eingehenden Darstellung der Erfindung auf eire Dreiphasenanordnung Bezug genommen ist.
Fig. 6 zeigt die Maschine der Fig. 1 mit den An fangs- und Endklemmen dl bzw. <I>d2</I> einer Statorphase SD, die mit den Anfangs- und Endbürsten D1 bzw. <I>D2</I> verbunden sind. Pfeile<I>L</I> zeigen die Bewegung der Bürsten der inneren und äusseren Bürstenbrille für einen untersynchronen Bereich an, dessen Drehzahlen mit den Drehzahlen eines normalen Induktionsmotors vergleichbar sind.
Die Bürsten mit dem Index 1 wer den in einer Richtung und die Bürsten mit dem Index 2 in der entgegengesetzten Richtung bewegt. Wenn die Bürsten<I>D l</I> und<I>D2</I> um 180 elektrische Grade versetzt werden, nehmen sie die in Fig.7 gezeigte Stellung ein. Doch ist die Spannung, die nunmehr aus dem Kommutator zugeführt wird, hinsichtlich der Phasenlage umgekehrt, und bei einer Bewegung der Bürstenbrille mit den Bürsten mit dem gleichen Index in Richtung der Pfeile<I>H</I> würde die Phase<I>D</I> auf eine übersynchrone Drehzahl hinwirken.
Doch können die elektrischen Bedingungen auf den Stand in Fig. 6 da durch zurückgeführt werden, dass die Verbindungen zwischen den Bürsten und den Statorl:lemmen so ver tauscht werden, dass die Bürsten<I>D 1</I> und<I>D2</I> der Fig. 7 die Bürsten<I>D2</I> bzw.<I>D 1</I> der Fig. 8 werden, ohne dabei ihre Zugehörigkeit zu den Bürstenbrillen zu ändern, die die durch die Pfeile angegebene Verschieberich tung festlegt.
Es ergibt sich dann, dass der Satz der Bürsten<I>E2, D1</I> und F2 für eine bestimmte Drehzahl regelung im Gegenuhrzeigersinne gedreht werden muss, der Satz El,<I>D2,</I> FI dagegen im Uhrzeigersinn, so dass jeder Satz auf einer der beiden Bürstenbrillen montiert sein kann.
So bleiben die elektrischen Bedingungen, wie das für die Drehzahlregelung notwendig ist, unverändert, wenn gemäss der vorliegenden Erfindung die Bürsten, die an die Klemmen einer beliebigen Statorphase an geschlossen sind, um 180 versetzt und hinsichtlich ihrer Verbindung mit den Statorklemmen umgekehrt werden.
Fig. 8A zeigt mit mehr Einzelheiten solch eine Anordnung. Die Bürsten D1,<I>D2</I> sind in die Stellun gen D1' und D2' verschoben und mit den Enden dl, <I>d2</I> der Wicklung<I>SD</I> verbunden. Die Bürsten E1, <I>D2',</I> F1 sitzen auf der einen, die Bürsten E2,<I>D1', F2</I> auf der anderen Bürstenbrille, wobei die beiden Bril len, wie durch die Pfeile der Fig. 8A angegeben ist, in entgegengesetzten Richtungen verschiebbar sind.
Das gleiche Prinzip kann auf Anordnungen Ver wendung finden, die je Phase mehr als zwei Pole besitzen. Solch eine Anordnung zeigt Fig. 9, die aus Fig. 4 hergeleitet werden kann. Die Bürste F2 ist da bei zwischen Bürste Dl und Bürste E1 und die Bürste FI zwischen Bürste D2 und Bürste F2 angeordnet.
Das bringt die drei Bürsten an jeder Bürstenbrille in einen Raumwinkel von weniger als 60 elektrischen Graden, so dass unter Berücksichtigung des nicht nutz baren Winkels<I>CL</I> zwischen den Bürstenbrillen in ihren Extremstellungen der erforderliche Regelungs winkel von a = 45 elektrischen Graden ermöglicht wird.
Fig. 10 zeigt die Anwendung der Erfindung auf eine Bürstenbrille einer Vielpolmaschine mit fünfpha- siger Sekundärseite. In diesem Falle können die Bür sten an jeder Bürstenbrille innerhalb eines Bogens von 72 , statt innerhalb des üblichen Bogens von 144 eingestellt werden.
Es brauchen nicht alle Gruppen von Bürsten in der gleichen Ebene angeordnet zu sein. Es kann also auch hier jede der Gruppen einer getrennten Spur entlang schleifen, die jeweils gegenüber der Spur der anderen Gruppen in axialer Richtung einen Abstand aufweist.
Wo nicht alle Bürsten in der gleichen Ebene an geordnet, sondern teilweise in axialer Richtung ver schoben sind, dient die Verstellung der Bürsten dazu, sicherzustellen, dass längs der verschiedenen Spuren einer Kommutatoroberfläche ein mehr gleichförmiger Betrieb durch Vorsehen gemischter Bürstengruppen erreicht wird, von denen jede Gruppe Anlauf- und Auslaufbürsten enthält, wobei jede Gruppe sich längs einer eigenen Spur bewegt, die von der Spur der anderen Gruppe axial in Abstand liegt.
Um die letztere Möglichkeit der vorliegenden Er findung zu veranschaulichen, wird zunächst auf Fig. 11 verwiesen. Diese zeigt eine übliche Bürsten anordnung für einen achtpoligen Motor mit sieben- poliger Sekundärwicklung, wobei, wie üblich, die Hälfte der gesamten Bürsten weggelassen ist. Alle An fangsbürsten Dl, El<B>...</B> K1 sind auf der äusseren Bürstenbrille montiert und alle Endbürsten D2, E2<B>...</B> K2 sitzen auf der inneren Bürstenbrille. Die Bürsten sind in ihrer Mittelstellung gezeigt, wie sie für syn chronen Lauf notwendig ist, und die von Kreisen umgebenen Buchstaben D bis K zeigen die Stellungen der weggelassenen Bürsten an.
Fig. 12 zeigt eine mögliche Anordnung nach der vorliegenden Erfindung. Es ergibt sich, dass die äussere und die innere Bürstenbrille je sowohl eine Anfangs- wie eine Endbürste von jeder der sieben Phasen tra gen.
Die von gestrichelten Rechtecken umgebenen Bürsten sind hinsichtlich ihrer Stellung unverändert, wie das aus ihren Bezugszeichen ersichtlich ist, wäh rend alle anderen Bürsten versetzt sind. Beispielsweise ist eine Bürste Dl, die üblicherweise auf der äusse ren Bürstenbrille sitzen und bei Z1 oder Z2 stehen sollte, um 180 elektrische Grade nach der Stelle Y versetzt und wird als Bürste Dl von der inneren Bür stenbrille getragen. In ähnlicher Weise sitzt eine Bürste J2, die üblicherweise in den Stellungen P1 oder P2 auf der inneren Bürstenbrille sitzt, nun auf der äusse ren Bürstenbrille als Bürste<I>J2</I> bei<I>Q</I> um 180 elektri sche Grade von P1 und P2 entfernt.
Diese Methode ist dem Wechseln der Klemmen anschlüsse ohne Ändern der Brillenzugehörigkeit der -ersetzten Bürsten gleichwertig.
Natürlich kann die Auswahl der Anfangs- und Endbürsten für die verschiedenen Phasen für die ge- mischten Gruppen ganz verschieden ausfallen. Eine Bürstenbrille kann beispielsweise alle Anfangsbürsten der einen Hälfte der Phasen und alle Endbürsten der anderen Hälfte der Phasen tragen, während die andere Bürstenbrille die restigen Hälften der Anfangs- und der Endbürsten tragen kann.
Natürlich sind weitere Änderungen möglich, ohne vom Wesen dieser Erfindung abzuweichen.