Wechselstrom-Induktionsmaschine Die Erfindung betrifft eine Wechselstrom-Induk- tionsmaschine mit einem Rotor und zwei, durch Steuer elemente bezüglich ihrer gegenseitigen Winkellage zwi schen zwei Endstellungen beliebig einstellbaren Stato- ren.
Es ist bereits eine Wechselstrom-Induktionsmaschine mit einem Rotor und zwei im wesentlichen gleichen Sta- toren bekannt geworden, bei dem die relative Winkel einstellung der beiden Statoren zueinander durch Dre hung eines derselben um die Rotationsachse des Motors geändert werden kann zwischen einer Stellung, in der sich die von den beiden Statoren im Rotor induzierten Spannungen aufheben (Nullstellung), und einer Stellung,
in der sie sich addieren (Stellung der maximalen Lei stung).
Diese Anordnung hat den Nachteil, dass die Gegen kraft (Reaktionskraft, Auflagerkraft) des verstellbaren Stators sich auf das Verstellorgan überträgt, so dass die ses und die damit verbundenen Teile ausserordentlich stark und schwer ausgeführt werden müssen und eine besondere Abstützung erfordern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ge nannten Nachteile zu vermeiden und eine Induktions maschine der genannten Art zu schaffen, deren Steuer von allen Druckkräften entlastet ist und nur die Rei bungskräfte zu überwinden hat, so dass auch für starke Motoren leichte und billige Steuerungsorgane mit klei nem Hub verwendet werden können, die sich auch zur pneumatischen und hydraulischen Fernbetätigung eig nen.
Die Erfindung besteht darin, dass beide Statoren drehbar im Gehäuse des Motors gelagert und derart miteinander mechanisch verbunden sind, dass sie sich bei einer Winkelverdrehung stets um gleiche Beträge, jedoch nach entgegengesetzten Richtungen bewegen, wo bei ein als Drehpunkt ,der Verbindung dienendes Glied abgestützt ist und die Gegenkräfte der Statoren auf nimmt.
Das als Drehpunkt dienende Glied kann unter Zwi schenschaltung elastischer Elemente derart am Gehäuse gelagert sein, dass eine gegenseitige Drehung der Stato- ren im Sinne geringerer sekundärer Leistungsabgabe der Induktionsmaschine erfolgt, wenn die von den Sta- toren auf das erwähnte Glied oder Differentialverbin dung ausgeübte Gegenkraft einen vorausbestimmten Wert überschreitet.
Die Steuerelemente können einen Schalter enthalten, @dereine Umschaltung der Statorwick- lungen bewirkt, wenn diese über eine Drehzahl-Null- Stellung heraus in eine solche gegenseitige Stellung ge bracht werden, die dem Rückwärtslauf des Rotors ent spricht.
Die erfindungsgemässe Maschine ist überall dort mit Vorteil verwendbar, wo die Drehzahl und das Dreh moment derselben leicht und mit grosser Genauigkeit von Hand oder automatisch verändert werden soll, bei spielsweise beim Einsatz als Motor zum Antrieb von Werkzeugmaschinen, Förderbändern, Hebezeugen und Winden, oder wo es sonst auf leichte und schnelle Ände rung der Drehzahl und des Drehmomentes ankommt.
Die Erfindung eignet sich mit gewissen Zusätzen auch für Wechselstromantriebe, die bisher komplizierter Anordnungen bedurften, ;um ,die gewünschte Charakteri- stik zu erhalten. Beispielsweise kann ein solcher An trieb für eine Winde Anwendung finden, welche eine Brennstoff-Versorgungsleitung zwischen zwei Schiffen bedient, wobei der Motor imstande sein muss, in der einen oder anderen Richtung zu arbeiten oder stillzu stehen, um das Seil je nach Bedarf einzuziehen oder aus zulassen, wobei das Drehmoment innerhalb eines ge wünschten Bereiches konstant gehalten werden soll.
Ferner eignet sich die erfindungsgemässe Induktions maschine zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, insbeson dere von schweren Spezialfahrzeugen für Erdarbeiten, wobei auf dem Fahrzeug ein Motor-Generator angeord net ist, der zwei Motoren nach der Erfindung speist, die zum Antrieb je eines der beiden Antriebsräder bestimmt sind. Hierbei werden die Räder der beiden Seiten mit gleichem Drehmoment angetrieben, ohne dass eine be sondere Steuerung oder eine Aufmerksamkeit von Sei ten des Fahrers erforderlich ist.
Besonders gut eignet sich die Erfindung in entspre chender Ausbildung zum Antrieb von Kettenfahrzeugen, die durch verschieden schnellen Antrieb der beiden Ketten gesteuert werden, wobei sich besondere Vorteile ergeben. Hierbei ist in an sich bekannter Weise für jede der beiden Ketten ein gesonderter Steuerhebel vorge sehen. Da jeder dieser Hebel nicht nur die Drehzahl und das Drehmoment des zugehörigen Motors, sondern auch das Bremsen und den Antrieb in entgegengesetzter Drehrichtung steuert, entfällt für das Kettenfahrzeug die Notwendigkeit grosser und teurer Bremsen, die sonst erforderlich sind, um eine der Ketten stillstehend zu hal ten, während die andere angetrieben wird.
Im Gegenteil ist es bei der erfindungsgemässen Maschine sogar mög lich, beide Ketten in entgegengesetzter Drehrichtung an zutreiben, so dass das Fahrzeug sich auf der Stelle dreht. Dadurch erhält das Fahrzeug eine erhöhte Manövrier fähigkeit, wobei gleichzeitig eine wesentliche Verein fachung der Bedienung erzielt wird, die es dem Fahrer gestattet, sich ausschliesslich der Fahrsituation zu wid men.
Ein solcher Antriebsmotor kann mit einem Kosten aufwand hergestellt werden, der nicht nennenswert über den Kosten eines üblichen Motors der gleichen Leistung liegt; beim erstgenannten Motor kosten die für den Be trieb erforderlichen Hilfseinrichtungen jedoch nur einen kleinen Bruchteil der Kosten für Hilfseinrichtungen, die bei den üblichen Wechselstrom- oder Gleichstrommoto ren erforderlich sind.
Eine Induktionsmaschine nach ider Erfindung mit ge wickeltem Rotor kann bei festgebremstem Rotor auch als variabler Transformator (Regeltransformator) ver wendet werden, bei dem die Einstellung der Spannung unter Verwendung leichter Einstell'gleider erfolgen kann. Da die mechanische Ausgleichsverbindung zwischen den beiden Statoren sich im Gleichgewicht befindet, braucht die Steuerung keine Gegenkräfte zu überwinden, die durch den Auflagerdruck des Stators erzeugt werden.
Es kann eine gleichmässige Verteilung des Stromes in den Rotorwindungen erzielt und eine Konzentration des Stromes vermieden werden, wie sie in den Rotor Käfigstäben der üblichen Zwei-Statormaschinen auftre ten kann, wenn die Statoren gegeneinander versetzt wer den.
Einige Ausführungs- und Anwendungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Wechselstromma- schine nach der Erfindung in vereinfachter Form.
Fig. 2 ist ein Querschnitt nach 2-2 der Fig. 1. Fig. 3 ist ein Längsschnitt nach 3-3 der Fig. 2.
Fig. 4 ist ein vergrösserter Teilschnitt nach 4-4 der Fig. 1.
Fig. 5 zeigt eine Einzelheit der Fig. 4 in vergrösser- tem Massstab.
Fig. 6 zeigt den Schalter zur Umpolung der Stator- wicklungen.
Fig. 7 ist eine etwas schematische Ansicht, die eine von Fig. 1 abweichende Art der Betätigung des Umpol schalters zeigt.
Fig. 8 zeigt schematisch die nachgiebige Lagerung -des Ausgleichshebels zum Zwecke der automatischen Steuerung des Drehmomentes.
Fig. 9 zeigt den Ausgleichshebel der Fig. 8 in drei verschiedenen Stellungen, um die Wirkungsweise zu ver deutlichen.
Fig. 10 zeigt erfindungsgemässe Induktionsmaschi- nen als Teil eines Antriebs- und Steuerungssystems für ein Kraftfahrzeug.
Fig. 11 zeigt schematisch das genannte Kraftfahr zeug.
Fig. 12 zeigt ein Fahrzeug mit Raupenantrieb, wel ches durch eine erfindungsgemässe Induktionsmaschine angetrieben wird.
Fig. 13 zeigt eine Aufsicht auf das Raupenfahrzeug in verkleinertem Massstab.
Fig. 14 zeigt die Einzelheit des Steuerungssystems des Raupenfahrzeugs nach Fig. 12 und 13.
Fig. 15 zeigt eine Schar von Drehzahl-Drehmoment- Kurven, die bei verschiedenen Einstellungen des Aus gleichsgestänges erhalten wurden, sowie typische Be lastungskurven.
Fig. 16 zeigt schematisch die Anwendung einer Ma schine nach der Erfindung mit festgebremstem Rotor als Regeltransformator.
Fig. 1 bis 5 zeigen eine ,als Motor 20 konzipierte In duktionsmaschine mit einem Gehäuse, welches aus dem zylindrischen Teil 23 und den Deckeln 21 und 22 (Fig. 3) besteht. Die Rotorwelle 25 ist in ,den Lagern 26 (Fig. 3) gelagert. Die Welle trägt einen Rotor 30, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Tei len 31 und 32 besteht. Beiden Teilen des Rotors ge meinsam ist eine Wicklung 33, die zu den Schleifringen 34, 35 und 36 (Fig. 1) geführt ist.
Gegenüber den bei den Rotorteilen 31 und 32 sind zwei Statoren 41 und 42 mit den Wicklungen 43 bzw. 44 nebeneinander im Ge häuse angeordnet. Die Wicklungen 43 und 44 sind vor zugsweise Dreiphasenwicklungen, die überlappt oder un- überlappt gewickelt sein können, und die zu den Aus leitungen 45 und 46 (Fig. 6) geführt sind,
die mit einem normalen Dreiphasennetz verbunden sind. In an sich bekannter Weise können die Wicklungen für Vierpol betrieb ausgelegt sein und eine nominelle Drehzahl von 1750 Umdrehungen pro Minute bei einer Frequenz von 60 Hertz ergeben.
Beide Statoren 41 und 42 sind drehbar im Motor gehäuse gelagert; sie sind ferner durch eine mechanische Verbindung in Form eines doppelarmigen Ausgleichs hebels miteinander verbunden, dessen Enden mit den Statoren verbunden sind und dessen neutraler Punkt im Gehäuse gelagert ist, so dass die beiden Statoren sich stets um gleiche Winkelbeträge, jedoch nach entgegenge setzten Richtungen, aus der Nullstellung heraus und in diese zurück verschieben. Die Verschiebung geschieht durch Betätigung eines Steuerhebels.
Bei der Ausfüh rungsform nach Fig. 1 bis 5 hat die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 50 (Fig. 3) bezeichnete mechanische Dif ferentialverbindung die Form eines um seinen Mittel punkt schwenkbaren Hebels, dessen erstes Ende 51 mit dem ersten Stator 41, und dessen zweites Ende 52 mit dem zweiten Stator 42 verbunden ist.
Der Ausgleichs hebel ist mittels einer Achse 53 oder dgl. im Motorge häuse gelagert. Um die Statoren: mit den Enden des Ausgleichshebels zu verbinden und eine relative Längs verschiebung zu gestatten, welche eintritt, wenn der He bel aus der Nullstellung heraus verschoben wird, sind Kugeln vorgesehen, die auf den Enden des Hebels glei ten können. An den Statoren 41 und 42 sind radial an geordnete Arme 61 und 62 befestigt, welche die Ku geln 63 und 64 (Fig. 4) tragen, deren jede eine Mittel bohrung hat.
Die Enden des Ausgleichshebels sind als zylindrische Stifte 65 und 66 ausgebildet, die in die Mit telbohrungen der Kugeln eingreifen. Am Motorgehäuse sind Aussparungen 67 und 68 (Fig. 1 und 3) vorgesehen, durch welche die Arme 61 und 62 hindurchtreten.
Um die Reibung zwischen den schwenkbaren Sta- toren 41 und 42 und dem Motorgehäuse zu verringern, ist jeder der beiden Statoren mit doppelten Kuggellagern 69 (Fig. 3 und 4) gegenüber dem Gehäuse 23 .gelagert. Die Kugeln laufen in entsprechenden Nuten der Stato- ren und des Gehäuses. Statt der Kugellager können auch andere Mittel vorgesehen sein, um die Reibung zwischen den Statoren und dem Gehäuse zu verringern.
Um zu ermöglichen, dass die Enden des Aus, gleichshebels der Krümmung des Motorgehäuses folgen, sind die Arme 51 und 52 derart angeordnet, dass sie um die Achsen 51a und 52a (Fig. 3 und 4) verschwenkt werden können.
Wenn der Ausgleichshebel sich in der horizontalen Stellung der Fig. 1 befindet, wobei die radialen Arme 61 und 62 sich ,gegenüberstehen, befinden die Statoren sich in der Nullstellung, in welcher die im Rotor indu zierten Spannungen eine entgegengesetzte Phase haben und sich aufheben.
Durch einen von Hand betätigten Steuerhebel 70 kann der Ausgleichshebel 50 ver- schwenkt werden, so dass die Statoren um gleiche Be träge, jedoch nach entgegengesetzten Richtungen, aus der Nullstellung verschoben werden, wobei in der Ro- torwicklung eine aus den beiden Einzelspannungen re sultierende Spannung induziert wird.
In der einfachsten Form der Erfindung ist der Steuerhebel ein Schwenk hebel 70 (Fig. 1), der mit Hilfe einer Stange 71 mit dem Ausgleichshebel 50 verbunden ist. Die Stange 71 ist bei 72 und 73 gelenkig mit den beiden Hebeln verbunden.
Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um die Sta- torwicklungen umzupolen, wenn der Steuerhebel 70 die Nullstellung passiert, so dass der Motor in Vorwärts richtung rotiert, wenn der Steuerhebel nach der einen Seite aus der neutralen Stellung verschoben wird, und in Rückwärtsrichtung , wenn der Steuerhebel in der ent gegengesetzten Richtung verstellt wird. Die Wirkungs weise soll anhand der Darstellung von Fig. 1 und 6 näher erläutert werden.
Zwischen dem Dreiphasennetz und den Ausleitungen 45 und 46, die mit den Statoren verbunden sind, ist ein Umkehrschalter 75 (Fig. 6) an geordnet, der durch einen Schalter 76 gesteuert wird. Der Schalter 76 hat eine Stange 77 (Fig. 1) mit einer Rolle 78, die durch eine Kurve des Hebels 71 gesteuert wird.
Wird der Hebel 70 in die Rückwärtsstellung ver- schwenkt, so wird die Stange 77 verschoben, wodurch der Schalter 76 eingeschaltet wird, was eine Betätigung des Umpolschalters 75 zur Folge hat.
Statt durch den Hebel 71 kann der Schalter 76 auch durch die beiden Statoren selbst gesteuert werden, wie in Fig. 7 schema tisch dargestellt. Der Schalter 76a wird dabei über die Stange 77a durch die Rolle 78a betätigt, die durch eine Kurve des Stators 41 ,gesteuert wird. Der Schalter 76.a ist mit dem Stator 42 fest verbunden.
Wenn der Steuerhebel 70 sich in der Nullstellung be findet, befinden sich auch die Statoren 41 und 42 in ihrer Nullstellung, so dass der Motor nicht rotiert, ob wohl die Ausleitungen 45 und 46 unter Strom stehen.
Soll der Motor zum Anlaufen gebracht werden, so muss der Steuerhebel in die Vorwärtsstellung (obere Stel lung der Fig. 1) gebracht werden, wobei der Ausgleichs hebel 50 mehr und mehr verschwenkt wird, so dass der Stator 41 im Uhrzeigersinn und der Stator 42-entgegen- gesetzt dem Uhrzeigersinn verschwenkt wird, vom rech ten Ende der Fig. 1 betrachtet.
Im Augenblick der gröss- ten Verschwenkung addieren sich die von den beiden Statoren im Rotor induzierten Spannungen, so dass der Motor mit grösster Kraft angetrieben wird. Für den Fall eines Vierpolmotors wird das volle Drehmoment er zeugt, wenn die beiden Statoren gegeneinander um 90 versetzt sind, wie in Fig. 1 mit punktierten Linien ange deutet.
Wenn der Motor zum Stillstand gebracht und in ent gegengesetzter Richtung angetrieben werden soll, wird der Steuerhebel in die neutrale Stellung zurückgezogen. Geschieht dies rasch, so übt der infolge der lebendigen Kraft weiterlaufende Motor eine Generatorwirkung aus. Wird der Steuerhebel über die Nullstellung hinaus ver schoben, so wird der Schalter 76 und damit der Schalter 75 betätigt, der die Statorwicklungen umpolt. Zwei der drei Phasen werden hierbei umgeschaltet.
Als Folge da von wird ein Magnetfeld erzeugt, welches in, entgegen gesetzter Richtung rotiert. Dieses wirkt auf den Rotor ein und sucht ihn in der entgegengesetzten Richtung zu drehen, so dass der Motor zunächst bis zum Stillstand abgebremst und alsdann in entgegengesetzter Richtung angetrieben wird. Der Steuerhebel kann dann in die Nullstellung zurückgebracht oder kurzzeitig nach der entgegengesetzten Richtung verschoben werden, um den Motor wieder abzubremsen.
Wenn vorstehend von der Erhöhung und Verringe rung des Drehmomentes des Motors die Rede war, so bezieht sich dies auf die Fähigkeit zur Erzeugung eines Drehmomentes, wenn der Motor mit einer Belastung verbunden ist. Ferner war oben von einer Veränderung des Drehmomentes von Null bis zu einem Maximum in jeder Richtung id'ie Rede; in: der Praxis erlaubt der Steuerhebel, die Drehzahl in weiten Grenzen zu ändern, und zwar in Abhängigkeit von der Drehzahl-Drehmo- ment-Charakteristik der Belastung und der Drehzahl Drehmoment-Charakteristik, die für jede Einstellung des Steuerhebels für den Motor gilt.
Kurz gesagt ist die Drehzahl bei jeder Einstellung des Steuerhebels dieje nige, bei der das durch den Motor ausgeübte Drehmo ment gleich dem durch die Belastung ausgeübten Ge gendrehmoment ist, so dass ein Gleichgewichtszustand entsteht, bei dem die Drehzahl des Motors konstant bleibt.
Ein Wort sei noch über die Rotorwicklung 33 ge sagt. Vorzugsweise ist die Wicklung 33 eine gewickelte Wicklung im Gegensatz zu einem Käfiganker . Eine gewickelte Wicklung hat im vorliegenden Fall eine Reihe von Vorteilen. Einmal wird die Heizwirkung des Rotorstromes gleichmässiger auf den Rotor verteilt. Zum anderen können die Enden der Wicklung zwecks Verbindung mit Hilfs- oder Reihenwiderständen leicht herausgeführt werden.
Solche Widerstände sind in Fig. 1 dargestellt und mit den Bezugszeichen 81, 82 und 83 bezeichnet. Die Widerstände dienen der Abgleichung der Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik und im besonde ren dazu, jedes gewünschte Drehmoment beim Anlauf zu erzeugen. Vorzugsweise ist der Widerstand gerade gross genug, um ein ausreichendes Anfangsdrehmoment für den beabsichtigten. Zweck zu erzielen.
Es hat sich herausgestellt, dass die Anordnung eines auch nur ge ringen Widerstandes, in einem praktischen Falle in der Grössenordnung von 1/1o Ohm oder weniger, bewirkt, dass der Blindfluss infolge des Stromflusses durch die Rotorwicklung genügend gegenüber dem Fluss des ro tierenden Feldes versetzt wird, so dass der Feldfluss in ,den Rotar eindringen kann.
Auch bei Verwendung eines Käfigankers kann ein Widerstand vorgesehen sein, jedoch ist dann die Änderung seines Wertes schwieriger.. In jedem Falle wird es als erwünscht angesehen, die Käfigwicklung zu isolieren, um das Auftreten von zir- kulierenden Strömen in den beiden Rotorteilen, insbe sondere in der Nullstellung, zu verhindern.
Einer der Hauptvorteile des beschriebenen Motors besteht darin, dass die Änderung der Drehzahl und des Drehmomentes durch ein leichtes Steuergestänge erzielt werden können, welches nur geringe Kräfte zu seiner Bedienung braucht und darüber hinaus nur um geringe Beträge verstellt werden muss. Dies gilt auch für einen Motor mit einer Leistung von vielen Pferdestärken. Der Grund hierfür liegt darin, dass das Steuerglied kein Gegendrehmoment der beiden Statoren zu überwinden braucht.
Da das Gestänge als Ausgleichsgestänge aus gebildet ist, erzeugen- die Gegendrehmomente (Reak tionsdrehmomente, Auflagerdrehmomente) der beiden Statoren an dem Hebel 50 Drehmomente, die gleich und entgegengesetzt sind, so dass sie sich aufheben, wenn identische Statoren benutzt werden; die gesamte Reak tionskraft wird im Schwenkpunkt 53 auf das Motorge häuse übertragen. Die praktische Folge davon ist die, dass der Ausgleichshebel durch einen leichten Finger druck in jede gewünschte Stellung gebracht werden kann, wobei die aufzuwendende Kraft unabhängig von der Belastung des Motors ist.
Die normale Reibung ist im allgemeinen ausreichend, um den Steuerhebel in der gewünschten Stellung zu halten; falls gewünscht kann natürlich auch eine zusätzliche Reibung vorgesehen sein, beispielsweise durch Anziehen der Gelenkschraube 72a des Steuerhebels 70.
In der vorstehenden Beschreibung hatte die mecha nische Verbindung zwischen den beiden Statoren im we sentlichen die Form eines doppelarmigen Hebels. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf dieses Aus führungsbeispiel beschränkt ist. Jede andere mechani sche Verbindung, die die gewünschte Bewegung der bei den Statoren bewirkt, kann statt dessen verwendet wer den. So kann beispielsweise eine anders geartete Hebel verbindung verwendet werden oder ein Differentialge triebe, wie es bei der Hinterachse von Automobilen zur Anwendung gelangt, oder eine Verbindung durch ein über Rollen geleitetes Seil oder eine sonstige Verbin dung, die den gewünschten Zweck erfüllt.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung ist der neutrale Punkt der mechanischen Dif ferentialverbindung, im Falle der vorstehend besproche nen Ausführungsform die Achse 53 (Fig. 1 und 3) des Ausgleichshebels 50, nicht starr am Motorgehäuse ab gestützt, sonldern unter Zwischenschaltung nachgiebiger Glieder, beispielsweise von Federn oder von Kolben, die durch den Druck einer Flüssigkeit oder eines Gases betätigt werden.
Diese nachgiebige Abstützung des neu tralen Punktes der mechanischen Differentialverbindung wird dazu benutzt, eine automatische Korrektur des Drehmomentes hervorzurufen und dieses auf einen vor herbestimmten Wert zu beschränken.
Eine solche das Drehmoment beschränkende Charakteristik ist er wünscht für eine grosse Anzahl von Anwendungen, bei spielsweise für die Betätigung einer Winde, welche dazu bestimmt ist, zwischen zwei nebeneinander fahrenden Schiffen ein Kabel einzuziehen oder auszulassen, wenn das eine Schiff durch das andere betankt werden soll.
Die elastische Lagerung des neutralen Punktes des Aus gleichshebels ist in Fig. 8 dargestellt. Der dort darge stellte Motor entspricht bis auf die Lagerung des Schwenkpunktes des Ausgleichshebels dem Motor nach Fig. 1 bis 5. Der mit dem Bezugszeichen 120 bezeich- nete Motor hat eine Welle, die den Rotor trägt, sowie zwei Statoren 141 und 142. Die beiden Statoren sind durch eine mechanische Differentialverbindung in Form eines Ausgleichshebels 150 mit den Hebelarmen 151 und 152 miteinander verbunden.
Statt der starren Ver bindung des Schwenkpunktes des Ausgleichshebels ist dieser zwischen den Federn 154 und 155 gelagert, die sich bei den Punkten 156 und 157 gegen das Motorge stell abstützen.
Zur Verstellung des Ausgleichshebels ist ein Steuer hebel 170 vorgesehen, der durch eine Stange mit den Drehpunkten 172 und 173 mit dem Ausgleichshebel 150 verbunden ist. Der Hebel 170 ist derart ausgebildet, dass er in jeder gewünschten Stellung stehenbleibt. Mit der Rotorwelle ist ein Getriebe 160 verbunden, welches eine Übersetzung ins Langsame bewirkt. Vorzugsweise wird hiefür ein, umkehrbares Getriebe verwendet.
Unter einem umkehrbaren Getriebe wird ein Getriebe ver standen, welches den Kraftfluss in beiden Richtungen zulässt, im Gegensatz zu einem Schneckengetriebe, wel ches die Kraft nur in einer Richtung übertragen kann.
Die Wirkungsweise der elastischen Lagerung des neutralen Punktes der Differentialverbindung soll im folgenden anhand der Fig. 9 erläutert werden. Der Hebel 150 hat normalerweise, in der Stellung Aus , die hori zontale Stellung der Fig. 9, die mit dem Bezugszeichen A bezeichnet ist. Wird der Steuerhebel 170 um ein ge wisses Stück verschwenkt, so hat der Ausgleichshebel 150 die Tendenz, die Stellung C der Fig. 9 einzunehmen, die einem gewissen Ausgangsdrehmoment entspricht.
Wenn jedoch das Drehmoment auf eine Belastung trifft, wirkt die gesamte Gegenkraft der Statoren auf die Fe dern ein, so dass die Feder 154 zusammengepresst und die Feder 155 auseinandergezogen wird. Hierdurch wird der Mittelpunkt des Hebels 150 vom Punkt 153a zum Punkt 153 verschoben und dadurch der Hebel 150, da der Punkt 172 der Fig. 9 unverändert geblieben ist, in die ausgezogene Stellung B gebracht.
Der Verschwen- kungswinkel des Ausgleichshebels und damit das Aus gangsdrehmoment werden dadurch verringert, so dass das Drehmoment beschränkt und der von ihm auszu führenden Funktion angepasst wird.
Die automatische und selbstkorrigierende Wirkung der vorstehend beschriebenen Anordnung wird erkenn bar, wenn man die Wirkung einer Vergrösserung oder Verringerung des durch die Last ausgeübten Drehmo- #mentes betrachtet. Es sei angenommen, dass die Be lastung durch ein Kabel (Seil) ausgeübt wird, welches zwei Schiffe miteinander verbindet.
Wenn die Schiffe sich einander nähern, bewirkt die Verringerung der durch das Kabel ausgeübten Kraft eine Verkleinerung des Belastungsdrehmomentes und daher eine Verringe rung der auf die Feder 154 ausgeübten Kraft. Die da durch bewirkte Ausdehnung der Feder bewirkt ihrer seits eine Verschiebung des Schwenkpunktes nach unten der Fig. 9, so dass der Winkel des Ausgleichshebels ver- grössert und dadurch der Arbeitspunkt auf der Dreh zahl-Drehmoment-Charakteristik des Motors verscho ben wird,
so dass der Motor das Drehmoment der Last überwindet und das gelockerte Kabel einzieht. Wenn das Kabel wieder gestrafft wird, erhöht sich das Belastungs drehmoment, wodurch die Feder 154 wieder zusammen gedrückt wird, so dass der Schwenkpunkt des Aus gleichshebels sich wieder der Stellung 153 nähert, bei der der Ausgleichshiebel einen kleineren Winkel e<U>i nimm</U>t und das Drehmoment des Motors verringert, so dass das Kabel nicht weiter eingezogen wird.
Wenn die Schiffe sich voneinander zu entfernen trachten, wird die Spannung des Kabels weiter erhöht, so dass die Feder 154 noch mehr zusammengedrückt und das Ausgangs drehmoment weiter verringert wird, so dass das Kabel entsprechend ausgelassen werden kann. Das Endergeb nis ist eine automatische Steuerung der Winde, die eine vorherbestimmte Spannung in dem Kabel aufrechtzuer halten sucht, gleichgültig ob das Kabel eingezogen oder ausgelassen wird, wobei die Grösse der Spannung durch einfache Verstellung des Steuerhebels 170 eingestellt werden kann.
Anstelle der Feder 154, 155 kann eine durch eine Flüssigkeit oder ein Gas betätigte Zylinder-Kolben-Ein- heit vorgesehen werden, bei der ein bestimmter Druck des Druckmittels verwendet wird, wenn ein vorherbe stimmtes Drehmoment nicht überschritten werden soll.
Für den Fachmann ist aus dem Vorstehenden er sichtlich, dass der beschriebene Motor sich in idealer Weise als Drehmoment-Motor eignet, wobei der Ro tor im wesentlichen im Stillstand arbeitet und eine Ro tation in der einen oder anderen Richtung nur soweit stattfindet, als es erforderlich ist, um das Gleichgewicht des Drehmomentes aufrechtzuerhalten.
Für solch eine Arbeitsweise ist der beschriebene Motor ideal geeignet, da die resultierende Spannung, die in der Rotorwick- lung induziert wird und in dieser einen zirkulierenden Strom erzeugt, nur die Spannung ist, welche erforderlich ist, um das gewünschte Drehmoment auszuüben, und da sie unterhalb des Wertes liegt,
der eine überhitzung her- vorrufen würde. Es liegt ferner auf der Hand, dass sich ,die nach Fig. 8 ,ausgeführte Maschine nicht,auf eine Ar- beitsweise mit praktisch stillstehendem Rotor beschränkt.
Eine solche Maschine arbeitet vielmehr über einen wei ten Drehzahl- und Drehmomentenbereich, wenn sie mit andern Belastungen gekoppelt wird, wenn nötig, kann ein nach Fig. 8 disponierter Motor in beiden Drehrich tungen betrieben werden, wozu ein Umkehrschalter nach Fig. 7 und die Schaltung nach Fig. 6 benutzt wer den.
Falls gewünscht, können die Federn 154 und 155 lediglich zu Sicherheitszwecken verwendet werden, wo bei Federn einer geeigneten Charakteristik und Feder kraft derart ausgewählt werden, dass sie nur nachgeben, wenn das Drehmoment gewisse Werte überschreitet. Ein solcher Motor kann daher einer verhältnismässig wenig geschulten Bedienungsperson übergeben werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Motor infolge falscher Behandlung ausbrennt oder überlastet wird.
Die Erfindung ist ferner in besonderer Weise geeig net zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, und zwar sowohl von solchen, die in üblicher Weise gesteuert werden, als auch von Raupenfahrzeugen, die durch verschieden schnellen Antrieb der Raupen gesteuert werden. Die Art des Antriebes eines in üblicher Weise gesteuerten Kraft fahrzeuges ist mehr oder weniger schematisch in Fig. 10 dargestellt; das Fahrzeug selbst ist in verkleinertem Massstab in Fig. 11 dargestellt. Das mit dem Bezugs zeichen 200 bezeichnete Fahrzeug hat zwei Antriebs räder 201 und 202 und die gesteuerten Vorderräder 203 und 204.
Auf dem Fahrzeug befindet sich ein Ben zin- oder Dieselmotor 205, der einen-Dreiphasen-Wech- selstromgenerator 206 antreibt; der letztere- liefert den Strom für zwei Motoren 220 und 220a.
Wie aus Fig. 10 ersichtlich, hat der Motor 220 zwei Statoren 241 und 242, idie einen (in der Zeichnung nicht dargestellten) Rotor mit der Welle 225 antreiben. Die Welle 225 ist über ein Zahnradgetriebe 230 mit einer übersetzung ins Langsame, beispielsweise ein Pla netengetriebe, mit dem Antriebsrad 201 verbunden. In ähnlicher Weise wird das rechte Antriebsrad 202 durch den Motor 220a angetrieben.
Es sind Mittel vorgesehen, um die Ausgleichshebel 250 und 250a beider Motoren gleichzeitig zu verstellen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht dies durch eine Steueranordnung 260, welche über die Lei tungen 263 und 264,die Servomotoren 261 und. 262 be tätigt.
Durch die Leitung 265 wird ein Steuermittel (Luft oder Flüssigkeit) unter Druck zugeführt. Der Servo motor 261 ist in vereinfachter Form dargestellt; er be steht aus ,einem Kolben mit einer Kolbenstange 266 und. einer Zentrierfeder 267. Der Servomotor 262 ist in glei cher Weise ausgebildet.
Wenn der Steuerhebel 270 sich in seiner mittleren oder neutralen Stellung (Nullstellung) befindet, ist der Druck in den Leitungen 263 und 264 gleich Null, so dass die Kolbenstangen 266 und 268 sich unter dem Einfluss der Federn in ihrer Mittelstellung befinden, so dass die Hebel 250 und 250a eine horizontale Stellung einnehmen, wie in Fig. 10 dargestellt.
Anstelle des dop peltwirkenden Druckreglers kann auch ein einfachwir- kender Druckregler 260a verwendet werden, dessen Ausgangsleitung ein Stellventil 269b betätigt, welches in einer ersten Stellung die Leitung 263, und in einer zweiten Stellung die Leitung 264 unter Druck setzt. Die Umschaltung des Ventils erfolgt während der anfäng lichen Bewegung des Steuerhebels 270 in der einen oder anderen Richtung. Die weitere Bewegung des Hebels 270 aus der Nullstellung heraus wird durch die Federn <B>260e</B> aufgenommen.
Zur Aufnahme der Gegenkräfte der Statoren beider Motoren sind die als Drehpunkt dienenden Glieder der Ausgleichshebel mit besonderen Zylinder-Kolben-Ein- heiten verbunden, welche ein Nachgeben bewirken, wenn ein vorherbestimmtes Drehmoment überschritten wird. Diesz Zylinder-Kolben-Einheiten, die mit den Be zugszeichen 271 und 272 bezeichnet sind, sind über einen einstellbaren Druckregler 273 mit einer Pressluft- quelle verbunden.
Die Einstellung des Druckreglers 273 bestimmt den Punkt, an welchem die Zylinder-Kolben- Einheiten nachgeben. Damit die Einheiten 271 und 272 in beiden Richtungen arbeiten können, ist ein Ventil 274 vorgesehen, ,das durch einen Servomotor 274a gesteuert wird, der seinerseits mit den Leitungen 263 und 264 verbunden ist.
Wenn die Leitung 263 unter Druck steht, wird der Servomotor 274a ,und damit das Ventil 274 der art betätigt, dass die eine Seite des Zylinders der Einhei ten 271 und 272 unter Druck steht, während, wenn die Leitung 264 unter Druck steht, die entgegengesetzten Seiten der Zylinder der Einheiten 271 und 272 Druck erhalten.
Die Umschaltung der Statorwicklungen der beiden Motoren geschieht in der bereits beschriebenen Weise durch: die Schalter 276 und 276a, welche die Umkehr schalter 275 und 275a betätigen.
Um die Merkmale und Vorteile der Anordnung nach Fig. 10 zu verstehen, sei zunächst angenommen, dass das Fahrzeug sich im Stillstand befindet, und dass der Steuerhebel 270 in der neutralen oder Nullstellung steht, in der beide Motoren zwar Strom erhalten, aber still stehen. Es sei ferner angenommen, dass das Druckre gulierventil 273 der Zylinder-Kolben-Einheiten 271 und 272 derart eingestellt ist, dass das durch die Motoren ausgeübte Drehmoment .auf einen vorherbestimmten, si cheren Wert beschränkt wird.
Um in Vorwärtsrichtung anzufahren, verstellt die Bedienungspersön den ' Steuer Nebel 270 nach oben der Fig. 10. Hierdurch erhält die Leitung 263 Druck, so dass die Servomotoren<B>261</B> und 262 ihre Stangen 266 und<B>268</B> nach oben der Fig. 10 be wegen, wodurch die Ausgleichshebel 250 und 250a schräggestellt werden, ähnlich wie in Verbindung mit Fig. 9 beschrieben. Beide Antriebsmotoren erzeugen da her ein Drehmoment und das Fahrzeug fährt in Vor wärtsrichtung mit einer Geschwindigkeit, die von der Einstellung des Hebels 270 abhängt.
Im Falle einer Linkskurve muss das linke Antriebs rad 201 langsamer rotieren als das rechte Antriebsrad 202; im Falle einer sehr scharfen Linkskurve wird sogar das Antriebsrad-201 und der zugehörige Motor 220 fast zum Stillstand kommen.
Die hieraus folgende Erhöhung des Drehmomentes kann so gross .sein, dass sie den sicheren Wert überschreitet; in diesem Falle gibt je doch die Zylinder-Kolben-Einheit <B>271</B> nach, so dass der Drehpunkt des Ausgleichshebels sich nach oben der Fig. 10 verschiebt und dadurch die Winkelstellung des Hebels 250 und damit das Ausgangsdrehmoment des Motors 220 verringert, wie im Zusammenhang mit Fig. 9 beschrieben.
Ein wesentliches Merkmal besteht hierbei darin, dass das Fahrzeug durch dynamische (elektrische) Bremsung rasch zum Stillstand gebracht werden kann. Um zu bremsen, hat der Fahrer weiter nichts zu tun, als den Steuerhebel 270 in die Nullstellung zurück und dann in die Rückwärts -Stellung zu bringen. Beim Durch schreiten des Nullpunktes bewirken die Schalter 276 und 276a eine Umpolung der Statoren, so dass ein Dreh moment in der entgegengesetzten Richtung erzeugt wird.
Die Bewegung des Steuerhebels durch die Null- stellung hindurch kehrt auch .den Druck in den Servo motoren<B>261</B> und 262 sowie in den Zylinder-Kolben- Einheiten 271 und 272 um. Auf die Antriebsräder wird daher ein Drehmoment ausgeübt, welches die Vor wärtsbewegung der Räder abbremst; wenn das Fahr zeug zum Halten kommt, wird der Steuerhebel 270 in die Nullstellung zurückbewegt.
Wird der Steuerhebel so heftig in die Rückwärtsstellung gebracht, dass die Ge fahr besteht, die Motoren oder Aden Generator zu über lasten, so geben die Zylinder-Kolben-Einheiten, <B>271</B> und 272 nach und bewirken eine Rückstellung der Hebel 250 und 250a derart, dass sie sich der Nullstellung nähern, wodurch das Drehmoment verringert wird.
Dies ge schieht auch dann, wenn der Steuerhebel 270 sich in seiner äussersten Rückwärtsstellung befindet.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, wird durch die Erfindung ein Antrieb für Kraftfahrzeuge geschaf fen, der die Steuerung des Motors bzw. der Motoren durch einen einzigen Steuerhebel sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung ermöglicht, und bei dem ein Zurückwerfen des Steuerhebels in die entgegenge setzte Richtung eine sofortige elektrische Bremsung be wirkt, wobei sowohl die Motoren als auch der Genera tor beim Antrieb und beim Bremsen des Fahrzeugs gegen einen übermässigen Stromanstieg ,
geschützt sind. Ein solches Fahrzeug kann daher durch einen verhältnis- mässig ungeschulten Fahrer -bedient und instinktiv ge steuert werden, ohne dass eine Überlastung der Ein richtungen zu befürchten ist.
Mit gewissen! Abänderungen eignet die Erfindung sich auch in besonderem Masse zum Antrieb eines Rau penfahrzeuges, welches durch verschieden schnellen An trieb der beiden Raupenketten gesteuert wird. Hierbei sind zwei Motoren nach der Erfindung zum Antrieb der bederi-Raupenketten vorgesehen, wobei der Antrieb der beiden Raupenketten in der einen -oder anderen Rich tung und der Grad der Bremsung der Raupenketten durch zwei Bedienungshebel gesteuert wird. Beide An triebsmotoren -sind dabei gegen Überlastung geschützt.
Ein solches Raupenfahrzeug, bei dem dargestellten Beispiel ein Spezialfahrzeug für Erdarbeiten, ist in Fig. 12 perspektivisch und in Fig. 13 im Grundriss darge stellt. Das mit dem allgemeinen Bezugszeichen 300 be zeichnete Fahrzeug hat zwei Raupenketten<B>301</B> und 302, einen Antriebsmotor 305 und einen Generator 306. Der Dreiphasengenerator 306 liefert den Strom für die Mo toren 320 und 320a, welche die Raupenketten über ein Untersetzungsgetriebe 330 bzw. 330a antreiben, vor zugsweise ein Planetengetriebe. Fig. 14 zeigt schematisch die Einzelheiten des Antriebes.
Der Motor 320 hat zwei Statoren 341 und 342 und einen Ausgleichshebel 350. Die Stellung des Hebels 350 wird durch ein von Hand betätigtes doppelwirkendes Regulierventil 360 bestimmt, welches einen Servomotor 361 steuert, der mit den Lei tungen 363 und 364 verbunden ist. Das Steuerventil und der Servomotor entsprechen den vorstehend be schriebenen Teilen 260 und 261. Die Zuführung der Druckluft oder der hydraulischen Flüssigkeit erfolgt über eine Leitung 365.
Der Servomotor 361 ist mit dem Hebel 350 durch eine Stange 366 verbunden. Der Servo motor enthält eine Zentrierfeder 367 wie bei der vor stehenden Ausführungsform.
Um das durch den Motor ausgeübte Drehmoment zu ändern und Überlastungen zu verhindern, ist eine Zylinder-Kolben-Einheit 371 vorgesehen, die mit dem Mittelpunkt des Ausgleichshebels 350 verbunden ist und durch die Leitungen 363 und 364 gespeist wird. Die Umpolung der Statorwicklungen erfolgt durch einen Umschalter 375, der durch einen Schalter 376 in der oben beschriebenen Weise gesteuert wird.
Der Antrieb der rechten Raupenkette erfolgt in gleicher Weise. Die entsprechenden Bezugszeichen sind mit dem Zusatz a versehen.
Beim Betrieb des Raupenfahrzeugs werden die bei den Steuerhebel 370 und 370a um einen gleichen Be trag nach vorwärts verschwenkt. Hierdurch werden die Leitungen 363 und 363a unter Druck gesetzt, so dass die beiden Hebel 350 und 350a in gleicher Weise ver stellt werden. Gleichzeitig werden über die Leitungen 363 und 363a die Zylinder-Kolben-Einheiten 371 und 371a unter Druck gesetzt, welche die Gegenkräfte der Statoren aufnehmen, so dass das Fahrzeug sich in Vor wärtsrichtung bewegt.
Wenn das Fahrzeug eine Wen dung ausführen soll, beispielsweise eine Wendung nach links, wird der Steuerhebel 370a weiter nach vorn be wegt, wodurch das Drehmoment des rechten Motors er höht wird, so dass die rechte Raupenkette schneller läuft und das Fahrzeug eine Wendung nach links voll führt.
Die innere, in diesem Falle die linke Raupenkette; kann bis zum Stillstand abgebremst werden, indem der Steuerhebel 370 über die neutrale Stellung hinaus nach rückwärts bewegt wird. Hierdurch kann ein solches Gegendrehmoment erzeugt werden, dass die linke Rau penkette stillstehend gehalten wird. Bei weiterer Bewe gung des Steuerhebels 370 nach rückwärts kann die linke Raupenkette in entgegengesetzter Richtung ange trieben werden, so dass das Fahrzeug sich auf der Stelle dreht.
Scharfe Wendungen und Drehungen des Fahr zeugs auf der Stelle können somit erzielt werden, ohne dass die üblichen Bremsen erforderlich sind, die sonst bei Traktoren dieser Art erforderlich sind.. Eine elek trische Bremsung wird somit erzielt, indem der Steuer hebel nach der entgegengesetzten Richtung bewegt wird; der innere Motor, der beim Stillstand-oder in der Nähe des Stillstandes arbeitet, dient somit lediglich als Dreh moment-Motor wie im Falle der oben im Zusammen hang. mit Fig. 8 beschriebenen Winde.
Der hierbei auf tretende Strom kann jedoch einen bestimmten Wert nicht überschreiten, und zwar infolge des Nachgebens !der Zylin!der-Kolben-Einheit 371, welche die Stellung des Ausgleichshebels verändert und den auftretenden Strom innerhalb bestimmter Grenzen hält.
Um das Fahrzeug rasch zum Stillstand zu bringen, können die beiden Steuerhebel 370 und 370a durch die neutrale Stellung hindurch nach rückwärts bewegt wer den, wodurch die Richtung des ausgeübten Drehmo ments umgekehrt und das Fahrzeug zum Stillstand ge bracht wird. Auch hierbei wird das Drehmoment durch Nachgeben der Zylinder-Kolben-Einheiten 371 und 371 a innerhalb gewünschter Grenzen gehalten.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die durch die Zylinder-Kolben-Einheiten 371 und 371a ausgeübte Kraft von der Stellung des Steuerhebels abhängig ist. Gewünschtenfalls können die Zylinder-Kolben-Einheiten 371 und 371a durch einen besonderen Regler mit Druckmittel versorgt werden wie bei der Ausführungsform nach Fig. 10. In diesem Falle schützen die Zylinder-Kolben-Einheiten die Motoren und den Generator gegen Überlastung; der Grad der zulässigen Belastung wird hierbei durch die Einstellung des Druckreglers bestimmt.
Schwere Fahrzeuge, insbesondere Spezialfahrzeuge für Erdbewegungen, die durch die Vorderräder oder durch den Antrieb von Raupenketten gesteuert werden, müssen oft an Arbeitsstellen eingesetzt werden, die weit von den Werkstätten entfernt sind, in denen die War tung der Fahrzeuge erfolgen kann. Es ist daher von be sonderem Vorteil, dass die ausserordentlich grosse An passungsfähigkeit und der sicher wirkende Schutz gegen überlastung der Steuerung ohne komplizierte Schalt- massnahmen oder empfindliche elektronische Teile er reicht wird.
Die in Rede stehende Anordnung ist im Gegenteil so einfach und sicher, dass die Wartung der Einrichtungen an Ort und Stelle durch verhältnismässig ungeschultes Personal erfolgen kann, welches nur eine geringe Kenntnis von elektrischen und mechanischen Zusammenhängen hat. Im Falle einer Panne ist es daher nicht erforderlich, zu warten, bis ein Fachmann in Elek tronik oder ein geschulter Mechaniker die notwendigen Einstellungen vornimmt. Auch sind keine komplizierten Einstellungen erforderlich, die infolge von Nachlässig keit oder mangelnder Kenntnis verdorben werden kön nen.
Mit erheblichen Kosten verbundene Stillstandszei ten werden daher auf ein Minimum beschränkt, so dass die mit Motoren nach der Erfindung versehenen Fahr zeuge ohne Wartungsschwierigkeiten nach abgelenenen Arbeitsstellen entsandt werden können. Auch sind an dererseits keine schweren Steuerkomponenten erforder lich. Alle Steuereinrichtungen können infolge der leich ten und kurzen Steuerbewegungen, welche zur Bedie nung des gesamten Steuerbereiches ausreichend sind, verhältnismässig klein und billig gehalten werden.
Zur Umschaltung der Statorwicklungen können verhältnis- mässig kleine Umkehrschalter verwendet werden, da die Umschaltung stets dann erfolgt, wenn die Statoren sich in der Nullstellung befinden, wobei der im Rotor er zeugte Strom gleich Null ist. Wie erwähnt, genügt die elektrische Bremsung,- um alle notwendigen Brems- und Lenkungsfunktionen durchzuführen, so dass die An schaffungs- und Unterhaltungskosten für besondere Bremsen fortfallen.
Die Wechselstrommotoren können in üblicher Weise ausgebildet sein; die Kosten pro Pferdestärke sind dabei kaum, grösser als die von vergleichbaren Motoren.
Bei einer Maschine nach der Erfindung sind ferner keine besonderen oder komplizierten Zusatzeinrichtun gen erforderlich. Im Gegenteil kann die Erfindung über all dort angewendet werden, wo veränderliche Drehzah len oder Drehmomente erforderlich sind, auch in solchen Fällen, wo bisher normale Induktionsmotoren ausrei chend waren, beispielsweise zum Antrieb von Lüftern oder Ventilatoren.
Die Eignung und Anpassungsfähigkeit einer Ma schine nach der Erfindung für verschiedene Arten der Belastung geht aus dem Drehzahl-Drehmoment-Dia- graxnm der Fig. 15 hiervor. Die Zeichnung zeigt eine Schar von Drehzahl-Drehmoment-Kurven P1 bis P6, die verschiedenen Stellungen des Steuerhebels entsprechen, d. h. verschiedenen Verschiebungen der Statoren gegen über der Nullstellung mit verschiedenen Widerständen im Rotorstromkreis, um ein gutes Anfangsdrehmoment zu erzeugen.
Für den Fall einer Last mit einer nach un ten konkaven Drehmoment-Charakteristik, wie durch die Kurve L1 dargestellt, vollzieht sich die Arbeitsweise nach Massgabe des Gleichgewichts, das durch die ver schiedenen Schnittpunkte zwischen der Belastungskurve und den Scharen der Motorkurven bestimmt wird. Es ist daher ein weiter Bereich von Drehzahlen verfügbar, der hier durch die Werte S1 bis S6 angezeigt wird.
Ein Motor nach der Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Belastungscharakteristik beschränkt; eine Belastungs kurve L2, die nach oben konkav gewölbt ist (beispiels weise für die Belastung durch einen Ventilator) hat ebenfalls eine Reihe von Schnittpunkten mit der Schar der Motorkurven, wodurch verschiedene Punkte der Ar beitsdrehzahl bestimmt werden.
Darüber hinaus kann ein Motor nach der Erfindung ohne weiteres für Be lastungen verwendet werden, die sich erheblich von den Kurven L1 und L2 der Fig, 15 unterscheiden, Eine Maschine nach der Erfindung kann für jede gewünschte Belastung ausgelegt werden, indem einfach die Bela stungskurve aufgetragen und die Parameter des Motors derart ausgewählt werden, dass eine Schar von Motor kurven entsteht, welche die Belastungskurve an ver schiedenen Punkten mit einem ausreichenden Winkel schneiden.
Ein Parameter, der leicht geändert werden kann, ist der des Rotorwiderstandes. Ein anderer ist die Tiefe der Rotornuten. Eine stärkere Änderung kann da durch erzielt werden, dass Motorwicklungen verwendet werden, die im mittleren Teil. des genannten Drehzahl bereiches von Zweipolbetrieb auf Vierpolbetrieb umge schaltet werden können, was für den Fachmann auf Grund des Gesagten ohne weiteres verständlich ist.
Der Rotor kann auch festgebremst und eine Aus gangsspannung von den Schleifringen des Rotors abge nommen werden, so dass die Anordnung als variabler Transformator arbeitet, wobei das gleiche Steuerungs system benutzt wird wie beispielsweise bei der Aus führungsform nach Fig. 1 bis 5. Eine solche Anordnung ist in Fig. 16 schematisch dargestellt. Der Motor 420 hat eine festgebremste Rotoranordnung 430 und zwei Statoren 441 und 442, die mittels einen Steuerhebels 470 in der gleichen Weise verschwenkt werden können wie beispielsweise bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 5.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass der ganze Spannungsbereich von Null bis zum Maximum mit sehr geringen Stellkräften beherrscht werden kann, da die Gegenkräfte der beiden Statoren sich aufheben.
Infolge der geringen, für die Steuerung aufzuwendenden Kräfte ist die Anordnung in hohem Masse zur automatischen Spannungsregelung geeignet, wobei leichte und billige Steuerelemente zur Anwen dung gelangen, beispielsweise ein Relais R, welches einen ersten oder einen zweiten Kontakt schliesst, je nachdem ob die Spannung unterhalb oder oberhalb des Sollwertes liegt, und ein kleiner, umsteuerbarer Motor M, der mit dem Steuerhebel 470 gekoppelt ist, um die sen so einzustellen, dass die Ausgangsspannung auto matisch auf dem gewünschten Wert gehalten wird, und zwar unabhängig von der Belastung.
Obwohl bei den beschriebenen Anordnungen in er ster Linie an Induktionsmotoren gedacht ist, kann die erfindungsgemässe Maschine auch als Induktionsgene rator Verwendung finden, indem ein Antriebsmotor zum Antrieb der Welle vorgesehen wird und der Steuer hebel in seinen verschiedenen Einstellungen die Menge der Energie bestimmt, welche in das Netz eingeleitet wird.
Alternating current induction machine The invention relates to an alternating current induction machine with a rotor and two stators which can be set at will by means of control elements with regard to their mutual angular position between two end positions.
There is already an AC induction machine with a rotor and two essentially the same stator become known, in which the relative angular setting of the two stators to each other by turning one of them around the axis of rotation of the motor can be changed between a position in which the voltages induced by the two stators in the rotor cancel each other out (zero position), and a position
in which they add up (position of maximum power).
This arrangement has the disadvantage that the counter force (reaction force, bearing force) of the adjustable stator is transferred to the adjusting member, so that the ses and the associated parts must be made extremely strong and heavy and require special support.
The invention has for its object to avoid the mentioned disadvantages and to create an induction machine of the type mentioned, the control of which is relieved of all pressure forces and only the friction forces has to be overcome, so that even for powerful engines, lightweight and cheap control organs small stroke, which are also suitable for pneumatic and hydraulic remote control.
The invention consists in the fact that both stators are rotatably mounted in the housing of the motor and are mechanically connected to one another in such a way that they always move by the same amounts when angularly rotated, but in opposite directions, where a link serving as a pivot point is supported and the opposing forces of the stators takes on.
The link serving as the fulcrum can be mounted on the housing with the interposition of elastic elements in such a way that a mutual rotation of the stators takes place in the sense of lower secondary power output of the induction machine when the counterforce exerted by the stators on the mentioned link or differential connection exceeds a predetermined value.
The control elements can contain a switch which causes the stator windings to be switched over if they are brought via a speed zero position into a mutual position that corresponds to the reverse rotation of the rotor.
The machine according to the invention can be used with advantage wherever the speed and torque of the same are to be changed easily and with great accuracy by hand or automatically, for example when used as a motor for driving machine tools, conveyor belts, hoists and winches, or wherever Otherwise, it is important to change the speed and torque easily and quickly.
With certain additions, the invention is also suitable for AC drives which previously required complicated arrangements in order to obtain the desired characteristics. For example, such a drive can be used for a winch that serves a fuel supply line between two ships, whereby the motor must be able to work in one direction or the other or to stand still in order to pull the rope in or out as required allow, the torque should be kept constant within a ge desired range.
Furthermore, the induction machine according to the invention is suitable for driving motor vehicles, in particular heavy special vehicles for earthworks, with a motor generator being net angeord on the vehicle, which feeds two motors according to the invention, which are intended to drive one of the two drive wheels . Here, the wheels on both sides are driven with the same torque, without the need for any special control or attention from the driver.
The invention is particularly well suited in the corresponding training for driving tracked vehicles that are controlled by driving the two chains at different speeds, with particular advantages. Here, a separate control lever is provided in a known manner for each of the two chains. Since each of these levers controls not only the speed and torque of the associated motor, but also the braking and the drive in the opposite direction of rotation, there is no need for large and expensive brakes for the tracked vehicle, which are otherwise required to keep one of the chains stationary while the other is being driven.
On the contrary, it is even possible with the machine according to the invention to drive both chains in opposite directions of rotation so that the vehicle rotates on the spot. This gives the vehicle increased maneuverability, while at the same time a significant simplification of operation is achieved, which allows the driver to devote himself exclusively to the driving situation.
Such a drive motor can be manufactured at a cost that is not appreciably higher than the cost of a conventional motor of the same power; in the former motor, the auxiliary equipment required for operation cost only a small fraction of the cost of auxiliary equipment that is required for the usual AC or DC motors.
An induction machine according to the invention with a wound rotor can also be used as a variable transformer (regulating transformer) when the rotor is braked, in which the voltage can be adjusted using light adjustment gauges. Since the mechanical compensating connection between the two stators is in equilibrium, the control does not need to overcome any counterforces that are generated by the bearing pressure of the stator.
A uniform distribution of the current in the rotor windings can be achieved and a concentration of the current can be avoided, as can occur in the rotor cage bars of conventional two-stator machines when the stators are offset from one another.
Some exemplary embodiments and application examples of the invention are explained below with reference to the drawing.
1 is a side view of an alternating current machine according to the invention in simplified form.
FIG. 2 is a cross-section along 2-2 of FIG. 1. FIG. 3 is a longitudinal section along 3-3 of FIG.
FIG. 4 is an enlarged partial section according to 4-4 of FIG. 1.
FIG. 5 shows a detail of FIG. 4 on an enlarged scale.
6 shows the switch for reversing the polarity of the stator windings.
Fig. 7 is a somewhat schematic view showing a different from Fig. 1 type of operation of the pole reversal switch.
Fig. 8 shows schematically the resilient mounting of the compensating lever for the purpose of automatic control of the torque.
Fig. 9 shows the compensating lever of FIG. 8 in three different positions in order to make the operation clear.
10 shows induction machines according to the invention as part of a drive and control system for a motor vehicle.
Fig. 11 shows schematically the said motor vehicle.
Fig. 12 shows a vehicle with caterpillar drive wel Ches is driven by an induction machine according to the invention.
13 shows a plan view of the crawler vehicle on a reduced scale.
FIG. 14 shows the detail of the control system of the crawler vehicle according to FIGS. 12 and 13.
Fig. 15 shows a family of speed-torque curves that were obtained at different settings of the compensating linkage, as well as typical loading curves.
Fig. 16 shows schematically the application of a Ma machine according to the invention with a braked rotor as a control transformer.
Fig. 1 to 5 show a, designed as a motor 20 in induction machine with a housing which consists of the cylindrical part 23 and the covers 21 and 22 (Fig. 3). The rotor shaft 25 is mounted in the bearings 26 (FIG. 3). The shaft carries a rotor 30, which consists of two parts 31 and 32 in the illustrated embodiment. Common to both parts of the rotor is a winding 33 which leads to slip rings 34, 35 and 36 (FIG. 1).
Compared to the rotor parts 31 and 32, two stators 41 and 42 with the windings 43 and 44 are arranged side by side in the housing. The windings 43 and 44 are preferably three-phase windings, which can be wound in an overlapping or non-overlapping manner, and which are led to the lines 45 and 46 (FIG. 6),
that are connected to a normal three-phase network. In a manner known per se, the windings can be designed for four-pole operation and result in a nominal speed of 1750 revolutions per minute at a frequency of 60 Hertz.
Both stators 41 and 42 are rotatably mounted in the motor housing; They are also connected to each other by a mechanical connection in the form of a double-armed compensating lever, the ends of which are connected to the stators and whose neutral point is mounted in the housing, so that the two stators are always at the same angular amounts, but in opposite directions move out of the zero position and back into it. The shift is done by operating a control lever.
In the Ausfüh approximate form of Fig. 1 to 5 with the general reference numeral 50 (Fig. 3) designated mechanical Dif ferential connection in the form of a pivotable about its center lever, the first end 51 with the first stator 41, and the second end 52 is connected to the second stator 42.
The compensation lever is mounted in the Motorge housing by means of an axis 53 or the like. In order to connect the stators to the ends of the compensating lever and to allow a relative longitudinal displacement which occurs when the lever is moved out of the zero position, balls are provided which can slide on the ends of the lever. On the stators 41 and 42 are attached radially to subordinate arms 61 and 62, which the Ku rules 63 and 64 (Fig. 4), each of which has a central bore.
The ends of the compensating lever are designed as cylindrical pins 65 and 66 which engage in the telbohrungen with the balls. Recesses 67 and 68 (FIGS. 1 and 3) are provided on the motor housing, through which the arms 61 and 62 pass.
In order to reduce the friction between the pivotable stators 41 and 42 and the motor housing, each of the two stators is supported with double ball bearings 69 (FIGS. 3 and 4) opposite the housing 23. The balls run in corresponding grooves in the stators and the housing. Instead of the ball bearings, other means can also be provided in order to reduce the friction between the stators and the housing.
In order to enable the ends of the compensating lever to follow the curvature of the motor housing, the arms 51 and 52 are arranged in such a way that they can be pivoted about the axes 51a and 52a (FIGS. 3 and 4).
When the compensating lever is in the horizontal position of FIG. 1, with the radial arms 61 and 62 facing each other, the stators are in the zero position, in which the voltages induced in the rotor have an opposite phase and are canceled out.
The compensating lever 50 can be pivoted by means of a manually operated control lever 70 so that the stators are shifted from the zero position by the same amount, but in opposite directions, with a voltage resulting from the two individual voltages in the rotor winding is induced.
In the simplest form of the invention, the control lever is a pivot lever 70 (FIG. 1) which is connected to the compensating lever 50 by means of a rod 71. The rod 71 is articulated to the two levers at 72 and 73.
Means are preferably provided to reverse the polarity of the stator windings when the control lever 70 passes the zero position, so that the motor rotates in the forward direction when the control lever is shifted to one side from the neutral position and in the reverse direction when the control lever is adjusted in the opposite direction. The effect will be explained in more detail with reference to the representation of FIGS. 1 and 6.
Between the three-phase network and the outlets 45 and 46, which are connected to the stators, a reversing switch 75 (FIG. 6) is arranged, which is controlled by a switch 76. The switch 76 has a rod 77 (FIG. 1) with a roller 78 which is controlled by a curve of the lever 71.
If the lever 70 is pivoted into the reverse position, the rod 77 is displaced, whereby the switch 76 is switched on, which results in an actuation of the pole reversal switch 75.
Instead of the lever 71, the switch 76 can also be controlled by the two stators themselves, as shown schematically in FIG. 7. The switch 76a is operated via the rod 77a by the roller 78a, which is controlled by a curve of the stator 41. The switch 76.a is firmly connected to the stator 42.
When the control lever 70 is in the zero position, the stators 41 and 42 are also in their zero position, so that the motor does not rotate, although the outlets 45 and 46 are energized.
If the motor is to be started, the control lever must be brought into the forward position (upper position of FIG. 1), the compensation lever 50 being pivoted more and more so that the stator 41 clockwise and the stator 42- is pivoted counterclockwise, viewed from the right end of FIG.
At the moment of the greatest pivoting, the voltages induced by the two stators in the rotor add up, so that the motor is driven with the greatest possible force. In the case of a four-pole motor, the full torque is generated when the two stators are offset from one another by 90, as indicated in Fig. 1 with dotted lines.
When the motor is to be stopped and driven in the opposite direction, the control lever is pulled back to the neutral position. If this happens quickly, the motor, which continues to run as a result of the living force, acts as a generator. If the control lever is pushed beyond the zero position, the switch 76 and thus the switch 75 is actuated, which reverses the polarity of the stator windings. Two of the three phases are switched over here.
As a result, a magnetic field is generated which rotates in the opposite direction. This acts on the rotor and tries to turn it in the opposite direction, so that the motor is first braked to a standstill and then driven in the opposite direction. The control lever can then be returned to the neutral position or briefly moved in the opposite direction in order to brake the motor again.
When the increase and decrease of the torque of the motor was mentioned above, this refers to the ability to generate a torque when the motor is connected to a load. Furthermore, a change in the torque from zero to a maximum in each direction was mentioned above; In: in practice, the control lever allows the speed to be changed within wide limits, depending on the speed-torque characteristic of the load and the speed-torque characteristic that applies to every setting of the control lever for the motor.
In short, at any setting of the control lever, the speed is the one at which the torque exerted by the engine is equal to the counter-torque exerted by the load, so that a state of equilibrium is created where the speed of the engine remains constant.
A word should be said about the rotor winding 33 ge. The winding 33 is preferably a wound winding as opposed to a cage armature. In the present case, a wound winding has a number of advantages. On the one hand, the heating effect of the rotor current is distributed more evenly over the rotor. On the other hand, the ends of the winding can easily be led out for the purpose of connection with auxiliary or series resistors.
Such resistors are shown in FIG. 1 and denoted by the reference numerals 81, 82 and 83. The resistors are used to adjust the speed-torque characteristics and in particular to generate any desired torque at start-up. Preferably, the resistance is just large enough to provide a sufficient initial torque for the intended. Purpose.
It has been found that the arrangement of even a low resistance, in a practical case of the order of 1/10 ohms or less, causes the reactive flux due to the current flow through the rotor winding to offset the flow of the rotating field sufficiently so that the field flux can penetrate into the Rotar.
A resistance can also be provided when using a cage armature, but then changing its value is more difficult. In any case, it is considered desirable to isolate the cage winding to prevent circulating currents in the two rotor parts, in particular in the zero position to prevent.
One of the main advantages of the motor described is that the change in speed and torque can be achieved by a light control linkage, which only needs small forces to operate and moreover only needs to be adjusted by small amounts. This also applies to an engine with an output of many horsepower. The reason for this is that the control element does not need to overcome any counter-torque from the two stators.
Since the linkage is designed as a compensating linkage, the counter-torques (reaction torques, support torques) of the two stators on the lever 50 generate torques that are equal and opposite, so that they cancel each other out when identical stators are used; the entire reaction force is transmitted to the motor housing at pivot point 53. The practical consequence of this is that the compensation lever can be brought into any desired position with a light finger pressure, whereby the force to be applied is independent of the load on the engine.
Normal friction is generally sufficient to keep the control lever in the desired position; if desired, additional friction can of course also be provided, for example by tightening the hinge screw 72a of the control lever 70.
In the above description, the mechanical connection between the two stators was essentially in the form of a double-armed lever. It goes without saying that the invention is not limited to this exemplary embodiment. Any other mechanical connection that causes the desired movement of the stators can be used instead. For example, a different type of lever connection can be used or a differential gear, as used on the rear axle of automobiles, or a connection through a rope passed over pulleys or other connec tion that fulfills the desired purpose.
According to a preferred embodiment of the invention, the neutral point of the mechanical differential connection, in the case of the previously discussed embodiment, the axis 53 (Fig. 1 and 3) of the compensating lever 50, is not rigidly supported on the motor housing, but with the interposition of flexible members, for example springs or pistons that are actuated by the pressure of a liquid or a gas.
This resilient support of the neutral point of the mechanical differential connection is used to cause an automatic correction of the torque and to limit this to a predetermined value.
Such a torque-limiting characteristic is desirable for a large number of applications, for example for the operation of a winch which is intended to pull in a cable between two ships traveling next to each other or to let out when one ship is to be refueled by the other .
The elastic mounting of the neutral point of the equalizing lever is shown in FIG. The motor shown there corresponds to the motor according to FIGS. 1 to 5 except for the mounting of the pivot point of the compensating lever. The motor denoted by the reference numeral 120 has a shaft that carries the rotor and two stators 141 and 142. The two Stators are connected to one another by a mechanical differential connection in the form of a balance lever 150 with the lever arms 151 and 152.
Instead of the rigid Ver connection of the pivot point of the compensation lever, this is mounted between the springs 154 and 155, which are supported at points 156 and 157 against the Motorge alternate.
To adjust the compensating lever, a control lever 170 is provided which is connected to the compensating lever 150 by a rod with the pivot points 172 and 173. The lever 170 is designed in such a way that it stops in any desired position. A gear 160 is connected to the rotor shaft, which causes a transmission to slow speed. A reversible gear is preferably used for this.
A reversible gear is understood to mean a gear that allows the flow of power in both directions, in contrast to a worm gear, which can only transmit the power in one direction.
The mode of operation of the elastic mounting of the neutral point of the differential connection will be explained below with reference to FIG. The lever 150 normally has, in the off position, the hori zontal position of FIG. 9, which is denoted by the reference symbol A. If the control lever 170 is pivoted by a certain amount, the compensating lever 150 has the tendency to assume the position C of FIG. 9, which corresponds to a certain output torque.
However, when the torque encounters a load, the entire counterforce of the stators acts on the springs so that the spring 154 is compressed and the spring 155 is pulled apart. As a result, the center point of the lever 150 is shifted from point 153a to point 153 and as a result the lever 150, since point 172 in FIG. 9 has remained unchanged, is brought into the extended position B.
The pivoting angle of the compensating lever and thus the output torque are thereby reduced, so that the torque is limited and adapted to the function it performs.
The automatic and self-correcting effect of the arrangement described above can be seen if one considers the effect of increasing or decreasing the torque exerted by the load. It is assumed that the load is exerted by a cable (rope) which connects two ships.
As the vessels approach each other, the reduction in the force exerted by the cable causes a reduction in the loading torque and therefore a reduction in the force exerted on the spring 154. The expansion of the spring caused by this causes a shift of the pivot point downward in FIG. 9, so that the angle of the compensating lever is increased and the operating point is shifted on the speed-torque characteristic of the motor,
so that the motor overcomes the torque of the load and pulls in the loosened cable. When the cable is tightened again, the load torque increases, whereby the spring 154 is pressed together again, so that the pivot point of the equalizing lever again approaches the position 153 at which the equalizing lever takes a smaller angle e <U> i < / U> t and the torque of the motor is reduced so that the cable is no longer pulled in.
As the ships attempt to move away from each other, the tension on the cable is further increased so that the spring 154 is compressed even more and the output torque is further reduced so that the cable can be correspondingly omitted. The end result is an automatic control of the winch, which seeks to maintain a predetermined tension in the cable, regardless of whether the cable is retracted or let out, the amount of tension can be adjusted by simply adjusting the control lever 170.
Instead of the spring 154, 155, a cylinder-piston unit actuated by a liquid or a gas can be provided, in which a certain pressure of the pressure medium is used if a predetermined torque is not to be exceeded.
For those skilled in the art it is evident from the foregoing that the motor described is ideally suited as a torque motor, the Ro tor operating essentially at a standstill and a rotation in one direction or the other only takes place as far as necessary is to maintain the balance of torque.
The motor described is ideally suited for such a mode of operation, since the resulting voltage, which is induced in the rotor winding and generates a circulating current in it, is only the voltage which is required to exert the desired torque and because it is below the value,
which would cause overheating. It is also obvious that the machine implemented according to FIG. 8 is not restricted to a mode of operation with a practically stationary rotor.
Rather, such a machine works over a wide range of speed and torque when it is coupled to other loads, if necessary, a motor planned according to FIG. 8 can be operated in both directions of rotation, including a reversing switch according to FIG. 7 and the circuit according to Fig. 6 who used the.
If desired, the springs 154 and 155 can only be used for safety purposes, where springs with suitable characteristics and spring force are selected so that they only yield when the torque exceeds certain values. Such a motor can therefore be handed over to a relatively untrained operator without the risk of the motor burning out or being overloaded as a result of incorrect handling.
The invention is also particularly suitable for driving motor vehicles, both those that are controlled in the usual manner, as well as caterpillar vehicles that are controlled by driving the caterpillars at different speeds. The type of drive of a conventionally controlled motor vehicle is shown more or less schematically in FIG. 10; the vehicle itself is shown on a reduced scale in FIG. The vehicle designated by the reference numeral 200 has two drive wheels 201 and 202 and the steered front wheels 203 and 204.
On the vehicle there is a gasoline or diesel engine 205 which drives a three-phase alternator 206; the latter supplies the power for two motors 220 and 220a.
As can be seen from FIG. 10, the motor 220 has two stators 241 and 242, which drive a rotor (not shown in the drawing) with the shaft 225. The shaft 225 is connected to the drive wheel 201 via a gear transmission 230 with a transmission to slow speed, for example a planetary transmission. Similarly, the right drive wheel 202 is driven by the motor 220a.
Means are provided to adjust the balance levers 250 and 250a of both motors simultaneously. In the illustrated embodiment, this is done by a control arrangement 260, which lines 263 and 264, the servo motors 261 and via the Lei. 262 operated.
A control medium (air or liquid) is supplied through line 265 under pressure. The servo motor 261 is shown in simplified form; he is from a piston with a piston rod 266 and. a centering spring 267. The servomotor 262 is designed in the same way.
When the control lever 270 is in its middle or neutral position (zero position), the pressure in the lines 263 and 264 is zero, so that the piston rods 266 and 268 are in their middle position under the influence of the springs, so that the levers 250 and 250a assume a horizontal position, as shown in FIG.
Instead of the double-acting pressure regulator, a single-acting pressure regulator 260a can also be used, the output line of which actuates a control valve 269b which pressurizes line 263 in a first position and line 264 in a second position. The valve is switched during the initial movement of the control lever 270 in one direction or the other. The further movement of the lever 270 out of the zero position is absorbed by the springs <B> 260e </B>.
To absorb the opposing forces of the stators of both motors, the links of the compensating levers, which serve as fulcrums, are connected to special cylinder-piston units, which give way when a predetermined torque is exceeded. These cylinder-piston units, which are denoted by the reference numerals 271 and 272, are connected to a compressed air source via an adjustable pressure regulator 273.
The setting of the pressure regulator 273 determines the point at which the cylinder-piston units give way. In order that the units 271 and 272 can operate in both directions, a valve 274 is provided, which is controlled by a servo motor 274a, which in turn is connected to the lines 263 and 264.
When the line 263 is pressurized, the servo motor 274a, and thus the valve 274, is operated in such a way that one side of the cylinder of the units 271 and 272 is pressurized, while when the line 264 is pressurized, the opposite side Sides of cylinders of units 271 and 272 received pressure.
The switching of the stator windings of the two motors is done in the manner already described by: the switches 276 and 276a, which actuate the reversing switches 275 and 275a.
In order to understand the features and advantages of the arrangement according to FIG. 10, it is first assumed that the vehicle is at a standstill and that the control lever 270 is in the neutral or zero position in which both motors receive power but are still. It is further assumed that the pressure regulating valve 273 of the cylinder-piston units 271 and 272 is set in such a way that the torque exerted by the motors is limited to a predetermined, safe value.
In order to move in the forward direction, the operator moves the control fog 270 upward in FIG. 10. This gives the line 263 pressure so that the servomotors 261 and 262 move their rods 266 and 268 / B> upwards of FIG. 10 because of, whereby the compensating levers 250 and 250a are inclined, similar to that described in connection with FIG. Both drive motors therefore generate a torque and the vehicle travels in the forward direction at a speed that depends on the setting of the lever 270.
In the case of a left turn, the left drive wheel 201 must rotate more slowly than the right drive wheel 202; in the case of a very sharp left turn, even the drive wheel 201 and the associated motor 220 will almost come to a standstill.
The resulting increase in torque can be so great that it exceeds the safe value; In this case, however, the cylinder-piston unit <B> 271 </B> gives way, so that the pivot point of the compensating lever shifts upward in FIG. 10 and thereby the angular position of the lever 250 and thus the output torque of the motor 220 reduced, as described in connection with FIG.
A key feature here is that the vehicle can be quickly brought to a standstill by dynamic (electrical) braking. In order to brake, the driver has nothing more to do than move the control lever 270 back to the neutral position and then to the reverse position. When the zero point is crossed, the switches 276 and 276a reverse the polarity of the stators, so that a torque is generated in the opposite direction.
The movement of the control lever through the zero position also reverses the pressure in the servomotors <B> 261 </B> and 262 and in the cylinder-piston units 271 and 272. A torque is therefore exerted on the drive wheels, which brakes the forward movement of the wheels; when the vehicle comes to a halt, the control lever 270 is moved back to the neutral position.
If the control lever is moved so violently into the reverse position that there is a risk of overloading the motors or the generator, the cylinder-piston units, <B> 271 </B> and 272 give way and cause the Levers 250 and 250a such that they approach the zero position, thereby reducing the torque.
This also happens when the control lever 270 is in its extreme reverse position.
As can be seen from the above, a drive for motor vehicles is created by the invention, which allows the control of the motor or motors by a single control lever in both the forward and reverse directions, and in which a throwing back of the control lever in the opposite direction set direction causes an immediate electrical braking, whereby both the motors and the generator when driving and braking the vehicle against an excessive increase in current,
are protected. Such a vehicle can therefore be operated and instinctively controlled by a relatively untrained driver without fear of overloading the equipment.
With conscience! Modifications, the invention is particularly suitable for driving a Rau penfahrzeuges, which is controlled by driving the two caterpillar chains at different speeds. Here, two motors according to the invention are provided for driving the bederi caterpillar chains, the drive of the two caterpillar chains in one direction or the other and the degree of braking of the caterpillar chains being controlled by two operating levers. Both drive motors are protected against overload.
Such a crawler vehicle, in the example shown a special vehicle for earthworks, is shown in perspective in FIG. 12 and in plan in FIG. 13 Darge provides. The vehicle designated by the general reference numeral 300 has two caterpillars 301 and 302, a drive motor 305 and a generator 306. The three-phase generator 306 supplies the power for the motors 320 and 320a, which the caterpillars via a Drive reduction gear 330 or 330a, preferably before a planetary gear. Fig. 14 shows schematically the details of the drive.
The motor 320 has two stators 341 and 342 and a balance lever 350. The position of the lever 350 is determined by a manually operated double-acting regulating valve 360 which controls a servo motor 361 connected to lines 363 and 364. The control valve and the servomotor correspond to the parts 260 and 261 described above. The compressed air or the hydraulic fluid is supplied via a line 365.
The servo motor 361 is connected to the lever 350 by a rod 366. The servo motor includes a centering spring 367 as in the prior embodiment.
In order to change the torque exerted by the engine and to prevent overloads, a cylinder-piston unit 371 is provided which is connected to the center of the balance lever 350 and is fed through the lines 363 and 364. The polarity reversal of the stator windings is carried out by a changeover switch 375 which is controlled by a switch 376 in the manner described above.
The right caterpillar chain is driven in the same way. The corresponding reference symbols are provided with the addition a.
When the crawler vehicle is in operation, the control levers 370 and 370a are pivoted forward by the same amount. As a result, the lines 363 and 363a are put under pressure, so that the two levers 350 and 350a are adjusted in the same way. At the same time, the cylinder-piston units 371 and 371a are put under pressure via the lines 363 and 363a, which absorb the counterforces of the stators, so that the vehicle moves in the forward direction.
When the vehicle is to make a turn, for example a left turn, the control lever 370a is moved further forward, which increases the torque of the right motor so that the right track runs faster and the vehicle completes a turn to the left leads.
The inner, in this case the left caterpillar chain; can be braked to a standstill by moving the control lever 370 backwards past the neutral position. In this way, such a counter torque can be generated that the left Rau penkette is held stationary. If the control lever 370 is moved further backwards, the left caterpillar chain can be driven in the opposite direction so that the vehicle rotates on the spot.
Sharp turns and turns of the vehicle on the spot can thus be achieved without the usual brakes required, which are otherwise required on tractors of this type .. Electric braking is thus achieved by moving the control lever in the opposite direction becomes; the inner motor, which works at standstill or in the vicinity of standstill, thus only serves as a torque motor as in the case of the above in connection. with Fig. 8 described winch.
However, the current occurring here cannot exceed a certain value due to the yielding of the cylinder-piston unit 371, which changes the position of the compensating lever and keeps the current occurring within certain limits.
To bring the vehicle to a standstill quickly, the two control levers 370 and 370a can be moved backwards through the neutral position, reversing the direction of the torque exerted and bringing the vehicle to a standstill. Here, too, the torque is kept within desired limits by yielding the cylinder-piston units 371 and 371 a.
A major advantage of this arrangement is that the force exerted by the cylinder-piston units 371 and 371a is dependent on the position of the control lever. If desired, the cylinder-piston units 371 and 371a can be supplied with pressure medium by a special regulator, as in the embodiment according to FIG. 10. In this case, the cylinder-piston units protect the motors and the generator against overload; the degree of permissible load is determined by the setting of the pressure regulator.
Heavy vehicles, especially special vehicles for earthmoving, which are controlled by the front wheels or by the drive of caterpillars, must often be used at workplaces that are far from the workshops in which the maintenance of the vehicles can take place. It is therefore of particular advantage that the extraordinarily high adaptability and the reliable protection against overloading of the control is achieved without complicated switching measures or sensitive electronic parts.
On the contrary, the arrangement in question is so simple and safe that maintenance of the facilities can be carried out on site by relatively untrained personnel who have little knowledge of electrical and mechanical relationships. In the event of a breakdown, it is therefore not necessary to wait until a specialist in electronics or a trained mechanic makes the necessary settings. There is also no need for complicated settings that could be spoiled as a result of carelessness or lack of knowledge.
Standstill times associated with considerable costs are therefore limited to a minimum, so that the vehicles provided with engines according to the invention can be dispatched to abandoned jobs without maintenance difficulties. On the other hand, no heavy control components are required either. All control devices can be kept relatively small and cheap due to the light and short control movements, which are sufficient to operate the entire control area.
Relatively small reversing switches can be used to switch over the stator windings, since the switchover always takes place when the stators are in the zero position, the current generated in the rotor being equal to zero. As mentioned, the electrical braking is sufficient - to carry out all the necessary braking and steering functions, so that the acquisition and maintenance costs for special brakes are eliminated.
The AC motors can be designed in the usual way; the costs per horsepower are hardly greater than those of comparable engines.
In a machine according to the invention, no special or complicated Zusatzeinrichtun conditions are required. On the contrary, the invention can be used anywhere where variable speeds or torques are required, even in cases where normal induction motors have been sufficient, for example to drive fans or fans.
The suitability and adaptability of a machine according to the invention for different types of load is shown in the speed-torque diagram in FIG. 15 above. The drawing shows a family of speed-torque curves P1 to P6, which correspond to different positions of the control lever, i. H. various displacements of the stators in relation to the zero position with various resistances in the rotor circuit in order to generate a good starting torque.
In the case of a load with a torque characteristic that is concave downward, as shown by curve L1, the mode of operation takes place in accordance with the equilibrium determined by the various intersections between the load curve and the families of motor curves. A wide range of speeds is therefore available, which is indicated here by the values S1 to S6.
A motor according to the invention is not limited to a specific load characteristic; a load curve L2, which is curved upwardly concave (example, for the load from a fan) also has a number of intersections with the family of motor curves, whereby different points of the Ar beits speed are determined.
In addition, a motor according to the invention can easily be used for loads that differ significantly from the curves L1 and L2 of FIG. 15. A machine according to the invention can be designed for any desired load by simply plotting the load curve and the parameters of the motor are selected in such a way that a family of motor curves arises which intersect the load curve at various points with a sufficient angle.
One parameter that can easily be changed is that of the rotor resistance. Another is the depth of the rotor slots. A greater change can be achieved by using the motor windings in the middle part. of the above-mentioned speed range can be switched from two-pole operation to four-pole operation, which is readily understandable for those skilled in the art based on what has been said.
The rotor can also be braked and an output voltage taken from the slip rings of the rotor, so that the arrangement works as a variable transformer, the same control system being used as, for example, in the embodiment according to FIGS. 1 to 5. Such an arrangement is shown schematically in FIG. The motor 420 has a braked rotor arrangement 430 and two stators 441 and 442, which can be pivoted by means of a control lever 470 in the same way as, for example, in the embodiment according to FIGS. 1 to 5.
A major advantage of this arrangement is that the entire voltage range from zero to the maximum can be controlled with very low actuating forces, since the opposing forces of the two stators cancel each other out.
As a result of the low forces to be used for the control, the arrangement is highly suitable for automatic voltage regulation, with light and cheap controls being used, for example a relay R, which closes a first or a second contact, depending on whether the voltage is below or above the setpoint, and a small, reversible motor M, which is coupled to the control lever 470, in order to set the sen so that the output voltage is automatically maintained at the desired value, regardless of the load.
Although the described arrangements are primarily intended for induction motors, the machine according to the invention can also be used as induction generator by providing a drive motor to drive the shaft and the control lever in its various settings determines the amount of energy which is in the network is initiated.