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Wechselstrommotor mit mehrpoliger Laufwicklung und Bremswicklung Es
sind Wechselstrommotoren mit mehrpoliger Laufwicklung und Bremswicklung bekannt,
die häufig kurz als Bremsmotor bezeichnet werden, und deren Bremswicklung dazu dient,
den Rotor abzubremsen. Im einzelnen besteht eine bekannte Ausführungsform eines
derartigen Wechselstrommotors aus Stator und Rotor, deren einer mit der mehrpoligen
Laufwicklung versehen ist und wobei außerdem eine einphasige, höherpolige Bremswicklung
sowie ein Steuerstromkreis zur Umschaltung der Erregung von der Laufwicklung auf
die Bremswicklung vorgesehen sind. Bei der bekannten Ausführungsform wird der Motor
zum Abbremsen von einer Dreiphasen-Hauptwicklung auf eine Einphasen-Hilfswicklung
höherer Polzahl umgeschaltet und dadurch auf eine gegenüber der Normaldrehzahl entsprechend
dem Polzahlverhältnis verminderte Geschwindigkeit abgebremst. Bei dieser niedrigen
Geschwindigkeit stellt sich wieder ein stabiler Betriebszustand ein. Zur weiteren
Abbremsung muß dann die Hilfswicklung ausgeschaltet und eine mechanische Bremse
zur Wirkung gebracht werden. Bei Stillstand erzeugt die Einphasen-Hilfswicklung
weder ein Drehmoment noch einen Hemm- oder Blockierungseffekt, obwohl unter Umständen
nachteilig große Ströme fließen. Der Motor könnte sich also unter der Einwirkung
äußerer Kräfte auch bei eingeschalteter Bremswicklung drehen. Auch ist die Bremscharakteristik
nicht befriedigend. Andererseits ist auch eine Ausführungsform eines Wechselstrommotors
bekannt, bei der von drei um den gleichen räumlichen Winkel verschobenen Phasenwicklungen
zum Zwecke des Bremsens ein Teil einphasig an das Netz zu legen sind, während die
anderen in sich kurz zu schließen sind, wobei die Gesamtwicklung so ausgeführt und
geschaltet ist, daß sie bezüglich des Läuferdrehfelds symmetrisch wirkt. Bei einem
Übergang von Betrieb in den Bremszustand wird hier die Hauptwicklung in sich auf
bestimmte Weise umgeschaltet. Dabei werden gewisse Wicklungsteile in sich selbst
kurzgeschlossen.
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Demgegenüber hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Wechselstrommotor
mit mehrpoliger Laufwicklung und Bremswicklung so zu gestalten, daß eine vorteilhafte
Bremscharakteristik entsteht und der Motor einerseits unter Last normal betrieben,
beim Abbremsen jedoch schnell auf die Drehzahl Null verzögert werden kann, während
auch bei Stillstand ein hemmendes Drehmoment den Motor hemmt bzw. blockiert.
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Die Erfindung betrifft einen Wechselstrommotor aus Stator und Rotor,
deren einer mit einer mehrpoligen Laufwicklung versehen ist und wobei außerdem eine
einphasige, höherpolige Bremswicklung sowie ein Steuerstromkreis zur Umschaltung
der Erregung von der Laufwicklung auf die Bremswicklung vorgesehen sind. Die Erfindung
besteht darin, der Bremswicklung eine gleichphasige Kurzschlußwicklung derart zuzuordnen,
daß sie mit der Bremswicklung eine zweiphasige Wicklung bildet, wobei in der Kurzschlußwicklung
keine Spannung induziert wird, wenn der Rotor steht, und in ihr eine Spannung induziert
wird, wenn die Erregung auf die Bremswicklung geschaltet ist und der Rotor läuft.
Dabei besteht die Möglichkeit, in den Stromkreis der Kurzschlußwicklung einen ohmschen,
induktiven oder kapazitiven Widerstand einzuschalten.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß bei dem erfindungsgemäßen Wechselstrommotor die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Rotors mit großem Bremsmoment schnellstens herabzusetzen ist, wenn die Bremswicklung
erregt wird. Wenn indessen der Rotor die Geschwindigkeit Null erreicht hat, ist
in der Kurzschlußwicklung nur noch ein zu vernachlässigender und nicht störender
Stromfluß vorhanden. Nichtsdestoweniger kann die Bremswicklung eine Haltekraft gegen
weitere Drehung des Rotors bewirken, wenn dieser stillsteht.
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Diese und weitere Vorteile sowie Merkmale der Erfindung werden im
folgenden an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung
ausführlicher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Wechselstrommotors, wobei Teile des Motors zu Erläuterungszwecken weggebrochen sind,
Fig.2 das Schaltschema eines erfindungsgemäßen Motors,
Fig. 3 ein
Schema zur Veranschaulichung der Anordnung der Leiterstäbe bei einem einundvierzig
Nuten aufweisenden Rotor für einen erfindungsgemäßen Motor, Fig. 4 eine schematische
Stirnansicht eines mit einundvierzig Nuten versehenen Rotors für einen erfindungsgemäßen
Motor, Fig. 5 die Kurve der Drehzahl-Drehmomenten-Charakteristik, Fig.6 das Schaltschema
einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motors.
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Ein Motorrahmen oder Gehäuse 10 trägt einen Motorstator 12
und einen Rotor 14. Der Rotor 14 ist mit einer Welle 16 versehen, die in Antifriktionslagern
18 gelagert ist. Der Stator 12 weist eine Anzahl von Wicklungen, die eine herkömmliche
dreiphasige Laufwicklung 20 einschließen, ferner eine kurzgeschlossene Wicklung
22 und eine einphasige Bremswicklung 24 auf. Die Wicklung 20 ist so angeordnet,
daß sie an die Energiezufuhrleitungen L-1, L-2 und L-3 mit Hilfe eines herkömmlichen
mehrpoligen Schalters 26 angeschlossen ist. Die Laufwicklung 20 ist als eine in
Stern geschaltete Wicklung dargestellt, kann jedoch auch eine Dreieckschaltung oder
eine andere Schaltung aufweisen.
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Wenn es erwünscht ist, den Motor anzulassen, so wird ein Anlaßschalter
28 geschlossen, der einen Magneten 30 erregt, welcher den mehrpoligen Schalter 26
wie üblich schließt. Durch Schließen der bewegbaren Kontakte 32, 34 und 36 des mehrpoligen
Schalters 26 wird die dreiphasige Laufwicklung 20 erregt. Die Bremswicklung 24 bildet
zusammen mit der kurzgeschlossenen Wicklung 22 eine zweiphasige Wicklung, die direkt
in die gleichen Nuten gelegt werden kann, die für die Statorhauptwicklung 20 vorgesehen
sind. jedoch ist die Anordnung der Bremswicklung 24 und der kurzgeschlossenen Wicklung
innerhalb der Nuten des Stators dergestalt, daß sie ein Feld erzeugt, daß eine größere
Anzahl von magnetischen Polen aufweist, als von der Statorhauptwicklung20 erzeugt
werden. Vermöge dieser Anordnung der Wicklungen ist es offensichtlich, daß die synchrone
Drehzahl des Motors, der lediglich von der Laufwicklung 20 erregt ist, mehrfach
größer sein kann als die synchrone Drehzahl des Motors, wenn er nur durch die Bremswicklung
24 erregt wird. Das Ergebnis ist, daß die Umschaltung von der Erregung der Hauptlaufwicklung
20 auf die Erregung der Bremswicklung 24 sofort eine Drehzahlabnahme des Rotors
14 bewirkt. Die kurzgeschlossene Wicklung 22 ist innerhalb der Nuten des
Stators 12
so angeordnet, daß sie während der Zeit, da Strom durch die Hauptlaufwicklung
20 fließt, keine induzierte Spannung aufweist.
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Nach dem Schaltschema Fig.2 ist die Bremswicklung 24 niemals erregt,
wenn die Laufwicklung 20 erregt ist, und umgekehrt. jedoch wird im Augenblick, da
der Schalter 28 geöffnet wird, die Bremswicklung 24 für eine vorbestimmte Zeitdauer
erregt.
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Zum Zwecke der Erläuterung wird eine Zeitreglereinrichtung 38 zur
Anwendung bei der Steuerung eines Schalters 40 veranschaulicht, der die Bremswicklung
24 erregt. Die Zeitreglereinrichtung 38 weist einen Magneten 42 auf, der
in Reihe mit einem Zeitreglersteuerschalter 44 geschaltet ist, der automatisch den
Magneten 42 nach Schließen des Schalters 28 erregt. Wie veranschaulicht, wird der
Schalter 44 vom Magneten 30 betätigt, wobei er so angeordnet ist, daß er geschlossen
wird, wenn der Motor angelassen wird, und so lange geschlossen bleibt, bis der Schalter
28 geöffnet wird, in welchem Augenblick der Schalter 44 den Magneten 42 des Zeitreglers
38 entregt, der wiederum den Schalter 40 nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit
entregt.
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Zu Erläuterungszwecken ist ein herkömmlicher Verzögerungsschalter
veranschaulicht, bei welchem die Zeitverzögerung durch eine Dämpfungsvorrichtung
50 bewirkt wird, welche das Öffnen des Schalters 40 verlangsamt. Natürlich können
auch andere Arten von Zeitschaltern angewandt werden. Es wird bemerkt, daß der Magnet
30 auch den Schalter 52 betätigt, der immer geschlossen bleibt, wenn der Magnet
30 entregt ist. Der Schalter 52 öffnet sich sofort, wenn der Magnet 30 erregt wird,
um den Durchgang des Stroms durch die Bremswicklung 24 zu verhindern, wenn die Laufwicklung
20 erregt ist.
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Wie in Fig. 2 angedeutet, sind die Enden der Wicklung 22 mit Hilfe
eines Leiters miteinander verbunden. Jedoch kann ein Kondensator an die Wicklung
22 angeschlossen sein, um verschiedene Resultate in der Größe der Verzögerung des
Rotors 14 zu erzielen, wenn die Bremswicklung 24 erregt wird. Der in der Wicklung
22 erzeugte Strom ist dem durch den Fluß im Rotor erzeugten Feld entgegengesetzt,
der auf Grund der Erregung der Bremswicklung 24 vorherrscht. Wenn der innerhalb
der Wicklung 22 geführte Strom nicht wäre, würde die Bremswicklung 24 dazu neigen,
den Rotor 14 als einen einphasigen Motor in Betrieb zu halten, jedoch bei verminderter
Geschwindigkeit, die von der Anzahl der von der Wicklung 24 erzeugten Pole abhängt.
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Ein bei der oben beschriebenen Motorsteuerung angewandter herkömmlicher
Rotor kommt zu einem völligen Stillstand, und ein Nulldrehmoment wird vom Rotor
bei Stillstand erzeugt. Es wurde gefunden, daß, wenn ein Stator mit einem Bremsstromkreis,
wie in Fig.2 veranschaulicht, angewandt und richtig gesteuert wird, und wenn ein
Rotor, wie es Rotor 14 ist, mit Leiterstäben versehen ist, von denen einige einen
vorbestimmten Widerstand und andere einen vom vorbestimmten Widerstand verschiedenen
Widerstand aufweisen, und wenn die Rotorstäbe, welche verschiedenen Widerstand aufweisen,
richtig auf die Nuten des Rotors aufgeteilt sind, ein Halte- oder Hemmeffekt durch
Erregung der Bremswicklung24 erzielt wird, wenn der Rotor 14 im Stillstand ist.
Auch ist bei einem Rotor mit solchen aufgeteilten Leiterstäben ungleichen Widerstands
die Bremswirkung zwangläufiger als mit einem herkömmlichen Rotor, wenn er sich dem
Stillstand nähert.
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Der mit einundvierzig Nuten versehene Rotor 14
ist in Einzelheiten
in Fig.3 und 4 veranschaulicht. Ein Leiterstab ist in jeder der einundvierzig Nuten
des Rotors 14 eingesetzt und mit einem Paar von Stirnringen in herkömmlicher Weise
verbunden. Die Rotornuten können der Länge nach parallel mit oder schräg zu der
Welle 16 verlaufen.
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Bei dem gemäß der Erfindung konstruierten Rotor sind Messing- oder
Kupferleiterstäbe veranschaulicht, Kupferstäbe weisen einen von Messingstäben gleicher
Größe verschiedenen Widerstand auf. Die Erfindung it nicht auf Messing- und Kupferstäbe
beschränkt, insofern als aus anderem Material geformte Stäbe verwendet werden können.
Bei der in Fig.3 veranschaulichten Abbildung ist eine Tafel gezeigt, auf welcher
die Leiternuten eines Rotors mit einundvierzig Nuten beziffert sind und das in jedem
der in jeder der einundvierzig Nuten eingesetzten stromführenden Leiter verwandte
Material benannt wird. Die Tafel in der Fig. 3 zeigt die vollständige Anordnung
der Leiterstäbe nach dem Material, aus welchem jeder
der Stäbe geformt
ist. Der Buchstabe B bezieht sich auf einen Messingleiterstab, während der Buchstabe
C einen Kupferleiterstab bezeichnet.
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Es ist zu ersehen, daß zwei oder drei Messingleiterstäbe, die in aufeinanderfolgenden
Nuten des Rotors 14 angeordnet sind" von einem in der nächsten Nut angeordneten
Leiterstab aus Kupfer gefolgt werden, dem wieder zwei oder drei Messingleiterstäbe
folgen. Bei einer solchen Anordnung der Leiterstäbe im Rotor 14 wurde gefunden,
daß bei Erregung der Wicklungen 24 und 22 ein Bremsen, wie oben beschrieben, erfolgt,
und daß während dieser Erregung, nachdem sich der Rotor 14 im Stillstand befindet,
ein Halte- oder Hemmeffekt im Rotor 14 herbeigeführt wird. Dieser Halteeffekt verhindert
eine Drehung des Rotors 14. Der Halteeffekt kann von einer Größe sein, die gleich
dem vollen Belastungsmoment des Motors oder größer als dieses ist. In Fig. 5 ist
eine Bremskurve gezeigt, die den Prüfdaten eines typischen Motors gemäß dieser Erfindung
entnommen ist. Wie in Fig.5 gezeigt, ist der Halteeffekt bei Stillstand größer als
das volle Belastungsdrehmoment des Motors.
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Bei dem in Fig. 3 und 4 veranschaulichten Motor mit einem einundvierzig
Nuten aufweisenden Rotor wird die Bremswicklung 24, welche achtzehn Pole erzeugt,
zufriedenstellend arbeiten. Jedoch kann auch eine andere Anzahl als achtzehn Pole
entweder bei einem einundvierzig Nuten aufweisenden Rotor oder bei einem Rotor mit
mehr oder weniger als einundvierzig Nuten zufriedenstellend sein. Bei einer Bremswicklung,
wie sie die Wicklung 24 darstellt, besteht die Neigung, daß die Kupferstäbe oder
die Rotorstäbe mit kleinstem Widerstand versuchen, sich selbst mit dem Mittelteil
der von der Bremswicklung 24 erzeugten Pole auszurichten. Auf diese Weise wird ein
Halte-oder Hemmdrehmoment bei Stillstand erreicht. Die Bremswicklungen 24 und 22
werden so, zu Haltewicklungen.
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Eine Haltevorrichtung mit einem Rotor und einer Haltewicklung gemäß
der vorliegenden Erfindung braucht nicht notwendigerweise mit Hilfe des in Fig.3
veranschaulichten Stromkreises gedreht oder zum Halten gebracht werden. Jeder geeignete
Stromkreis oder Wicklung(en) können zur Drehung oder Drehzahlverringerung des Motors
angewandt werden, während der Rotor und die Brems- oder Haltewicklungen gemäß der
Erfindung zum Halten des Rotors gegen Drehung angewandt werden und so eine Haltevorrichtung
bilden. Selbstverständlich wird ein Motor oder eine Vorrichtung, die zur Erzeugung
eines derartigen Halteeffekts, wie hierin beschrieben, befähigt sind, bei einer
großen Anzahl von Verwendungsmöglichkeiten benutzt.
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Die Anordnung der Leiterstäbe innerhalb des Rotors ist nicht auf Stäbe
aus Messing oder Kupfer beschränkt. Es können auch Rotorstäbe aus anderen Metallarten,
wie z. B. Aluminium und anderen geeigneten Leitermaterialien angewandt und in einer
vorbestimmten Anordnung auf die Nuten eines Rotors verteilt werden. Des weiteren
können die Leiterstabwiderstände in einem Rotor dergestalt sein, daß ein Leiterstab
mit einem vorbestimmten Widerstand in einer vorbestimmten Nut zusammen mit einem
Stab größeren Widerstands angeordnet werden kann, der in einer angrenzenden Nut
an einer Seite derselben angebracht ist, während ein Stab geringeren Widerstands
in einer angrenzenden Nut an der anderen Seite derselben angeordnet ist. Mit anderen
Worten, die von irgendeiner Anzahl von Widerstandsgruppen ausgewählten Leiterstäbe
können auf die Nuten eines Rotors entsprechend einer vorbestimmten Anordnung aufgeteilt
werden.
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Eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motors wird an
Hand des Schaltschemas Fig.6 erläutert. Die dort gezeichnete Schaltung bewirkt,
daß der Motor schnell an Drehzahl abnimmt und anhält, und bewirkt auch automatisch,
daß die Bremswicklung in dem Augenblick entregt wird, in welchem der Rotor des Motors
zum Halten kommt. Wie in Fig. 6 veranschaulicht, schafft eine dreiphasige Statorwicklung
100 ein Drehfeld zur Drehung eines Rotors 102. Im gleichen, Stator, in welchem die
dreiphasige Wicklung 100 vorgesehen ist, befindet sich auch eine Bremswicklung 104
und eine kurzgeschlossene Wicklung 106. Die Statorwicklung 106 ist ähnlich der in
Fig.2 veranschaulichten Statorwicklung 20, während der Rotor 102 dem Rotor 14 ähnlich
ist; ferner ist die kurzgeschlossene Wicklung 106 ähnlich der kurzgeschlossenen
Wicklung 22 und die Bremswicklung 104 der in Fig. 2 veranschaulichten Bremswicklung
24. Der Rotor 102 ist mit einer Anzahl von Rotorleiterstäben 108 versehen, die verschiedene
Widerstände aufweisen und entsprechend einer vorbestimmten Anordnung auf eine Weise
verteilt sind, die oben mit Bezug auf den Rotor 14 beschrieben ist, oder in jeder
anderen geeigneten Anordnung.
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Ein Schalter 110 ist zum Zwecke der Erregung der Statorwicklung 100
an die Energiezufuhrleitung L-1, I_-2 und L-3 angeschlossen. Wird ein Knopf 116
herabgedrückt, so wird eine Anlaufspule 114 durch die Leitungen L-2 und L-3 erregt.
Ist die Spule 114 erregt, werden die normalerweise offenen Schalter 120, 122, 124
und 126 geschlossen, während der normalerweise geschlossene Schalter 128 öffnet.
Durch das Schließen des Schalters 126 wird die Verbindung zur Leitung L-2 geschaffen,
so daß der Knopf 116 freigelassen werden kann und die Anlaufspule 114 erregt bleibt.
Der Rotor 102 dreht sich als Folge der induzierten Spannungen, die sich aus der
Erregung der dreiphasigen Wicklung 100 ergeben. Wie oben erwähnt, wird von der Hauptwicklung
aus keine induzierte Spannung in der kurzgeschlossenen Wicklung gemäß dieser Erfindung
erzeugt. Die kurzgeschlossene Wicklung 106 ist so gewickelt, daß zwischen ihren
Enden 130 und 132 keine Spannung erzeugt wird, jedoch wird eine Spannung in Teilen
der kurzgeschlossenen Wicklung 106 erzeugt. Auf Grund der Tatsache, daß in Teilen
der kurzgeschlossenen Wicklung 106 eine Spannung erzeugt wird, kann zwischen verschiedenen
Stellen dieser Wicklung eine Spannung abgenommen werden. Zum Beispiel besteht eine
Spannung zwischen einem Punkt 134 der Wicklung 106 und dem Ende 132 der kurzgeschlossenen
Wicklung 106. Leiterdrähte 135 führen von Punkten 132 und 134 zu einer Betätigungsspule
136 eines Relais 138, das auch mit einem normalerweise offenen Schalter 140
versehen ist. Auf diese Weise dreht sich der Rotor 102, wenn die Statorwicklung
100 erregt wird, und eine Spannung wird in Teilen der kurzgeschlossenen Wicklung
106 erzeugt, so daß die Betätigungsspule 136 den normalerweise offenen Schalter
140 schließt.
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Da der normalerweise geschlossene Kontakt 128 während der Erregung
der Statorwicklung 100 geöffnet wird, bleibt die Bremswicklung 104 auch entregt,
obwohl der normalerweise offene Schalter 140 mittels der Betätigungsspule 136 geschlossen
ist. Wenn es jedoch erwünscht ist, die Drehung des Rotors 102
anzuhalten,
wird ein Abschaltknopf 142 herabgedrückt,
wodurch der Stromkreis
geöffnet wird, der zur Anlaufspule 114 führt, wobei diese entregt wird. Daher werden
die Schalter 120,122 und 124 geöffnet, wobei die dreiphasige Wicklung 100 entregt
wird, während der Schalter 128 geschlossen wird. Das Relais 138 weist eine zugehörige
Verzögerungsabfallcharakteristik von ungefähr 1/1Q Sekunden auf. Daher öffnet sich
der Schalter 140 nicht, wenn die Statorwicklung 100 entregt ist. Wenn sich
der normalerweise geöffnete Kontakt 128 nach .der Entregung der Anlaufspule 114
schließt, wird durch die Leitungen L-2 und L-3 der Bremswicklung 104 Spannung zugeführt.
Auf diese Weise wird wiederum auch der Betätigungsspule 136 Spannung zugeführt,
welche den Schalter 140 geschlossen hält mit dem Ergebnis, daß die Bremswicklung
104 eine schnelle Verzögerung des Rotors 102 verursacht, während die kurzgeschlossene
Wicklung 106 bewirkt, daß der Rotor 102 sehr schnell zu einem völligen Stillstand
kommt. Erreicht der Rotor 102 Stillstand, so wird keine Spannung in der kurzgeschlossenen
Wicklung 106 durch Drehung des Rotors 102 induziert. Es ist daher keine Spannung
auf irgendeinem Teil der kurzgeschlossenen Wicklung 106 vorhanden; der Schalter
140 öffnet sich als Folge der Entregung der Betätigungsspule 136. Öffnet sich der
Kontakt 140, wird die Bremswicklung 104 entregt. Folglich wird keine Spannung zu
irgendeiner der Statorwicklungen zugeführt, so daß der Motor völlig entregt ist.
Im Ergebnis wird schnelle Abbremsung des Rotors und automatische Entregung der Bremswicklung
nach Stillstand des Rotors erreicht.
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Jede gemäß der Erfindung hergestellte Vorrichtung kann im übrigen
mit einer dreiphasigen Wicklung, wie sie durch die Bezugsziffern 20 und 100 in den
Fig.2 und 6 dargestellt ist, oder mit jeder anderen mehrphasigen Wicklung versehen
sein.