DE121206C

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Publication number: DE121206C
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Λ!121206 KLASSE 21 d.

Vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Elektromotor, dessen Umlaufszahl bei verschiedenen Belastungen in weiten Grenzen veränderlich ist, dessen Wirkungsgrad sich jedoch nur wenig verändert. Dies wird erreicht durch die Anordnung einer sogen. »Gegenkraftwicklung« auf dem Anker, welche vom Ankerstrom durchflossen wird und beim Umlauf eine elektromotorische Gegenkraft erzeugt. Diese elektromotorische Gegenkraft, die im gleichen Sinne wie die der gewöhnlichen Gleichstromankerwicklung wirkt, somit auch ihren Antheil an der Erzeugung des Drehmomentes bezw. der Leistung des Motors hat, drückt die von aufsen zugeführte Klemmenspannung herab und vermindert so, je nach Gröfse der Gegenkraftwicklung, die Umdrehungszahl des Motors, ohne seinen Wirkungsgrad zu beeinflussen.

Nach der Patentschrift 96718 wird eine Regelung der Umlaufszahl von Elektromotoren durch Aenderung einer von besonderen Ankerwicklungen erzeugten elektromotorischen Gegenkraft bewirkt. Dabei aber ist die elektromotorische Gegenkraft eine Gleichstromspannung, während nach vorliegender Erfindung die Möglichkeit der Hintereinanderschaltung von Gleichstromspannungen mit Wechselstromspannungen gegeben ist. Aufserdem aber bleibt nach der Patentschrift 96718 die
Wicklung der elektromotorischen
stets in Reihe mit der normalen Gleichstromspannung, so dafs der gesammte Ohm'sche Wattverlust im Anker bei allen Umdrehungszahlen derselbe ist. Demgegenüber ist die nach vorliegender Erfindung zur Erzeugung der elektromotorischen Gegenkraft benutzte Wick-

Gegenkraft lung in mehrere Theile zerlegt, welche je nach der Geschwindigkeit des Motors ganz oder theilweise unwirksam gemacht werden können. Gerade dieser Umstand hat eine so wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades des nach vorliegender Erfindung eingerichteten Motors zur Folge.

Eine theoretische Betrachtung wird diese Ueberlegenheit des neuen Motors gegenüber allen bisher bekannten klar erkennen lassen.

Es bedeute: e die elektromotorische Gegenkraft im Anker, η die minutliche Umlaufszahl, H die Anzahl der wirksamen Ankerdrähte, ρ die Polzahl, N die Zahl der den Anker durchsetzenden Kraftlinien und c eine Konstante. Dann ist bekanntlich e = CpNn^, oder

η =

η kann also durch Aendern von e,p,N und ^ einzeln bezw. von mehreren dieser Factoren gleichzeitig beeinflufst werden. Es hat sich jedoch bei jeder dieser Methoden gezeigt, dafs der Wirkungsgrad des Motors desto schlechter wird, je mehr seine Geschwindigkeit von der normalen abweicht; auch waren die erforderlichen Schaltvorrichtungen u. s. w. theuer und umständlich.

Nach vorliegender Erfindung wird nun in den Ankerstromkreis ein regelbarer Widerstand in Form einer elektromotorischen Gegenkraft eingeschaltet.

Der Vortheil dieses Verfahrens ergiebt sich aus folgender Rechnung.

Es sei: J_a der Ankerstrom, E die Netzspannung, eic die Bürstenspannung, w_a der

—- E + e_r

Widerstand der Ankerwicklung, e_r die nach vorliegender Erfindung erzeugte elektromotorische Gegenkraft, n>_r der Widerstand der Gegenkraftwicklung.

Dann ist bei Benutzung eines todten Vorschal twiderstandes vor dem Anker zur Verminderung der Umdrehungszahl der als Wärmearbeit im Ankerstromkreis auftretende Wattverlust folgender:

dagegen nach der neuen Methode:

J\-*>_a + [E-(e_k+e_r)]J_a.

Wenn also E · J_a der Wattverbrauch des Motors ausschliefslich der Magneterregung wäre,

so würde z. B. bei e_k = —E (entsprechend

einer Verminderung der Umlaufszahl auf —
der Wattverlust im ersten Falle sein:

und im zweiten Falle:
oder da

Nimmt man nun an, dafs J'² _a'W_a = 0,02 und J'² _a'jp_r = 0,04 des gesammten Wattverbrauchs sind, so ist nach der alten Methode der Wattverlust 0,02 EJ+ 0,66 EJ= 0,68 EJ Watt, dagegen nach der neuen Methode

0,02 E · J + 0,04 EJ= 0,06 E J Watt.

Das ergiebt in Bezug auf den Ankerstromkreis einen elektrischen Wirkungsgrad im ersten Falle von η = 0,32 und im vorliegenden von η = Oj₉₄.

Zur Veranschaulichung der neuen Methode ist in den Fig. 1 und 2 der beiliegenden Zeichnungen die Anordnung der regulirbaren Wicklung schematisch dargestellt worden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen als Ausführungsbeispiel einen nach vorliegender Erfindung eingerichteten vierpoligen Motor.

Beide Wicklungen liegen auf dem Anker in gemeinsamen Nuthen, von denen z. B. die gewöhnliche Gleichstromwicklung nach links zum Collector (Fig. 2), die Gegenkraftwicklung nach rechts zu beispielsweise fünf Schleifringen führt. Von den letzteren, von denen vier in zwei Hälften getheilt sind, zweigen nun zu dem Zweck, die elektromotorische Gegenkraft bezw. die Anzahl der Drähte der Gegenwicklung zu verändern, Verbindungen zu diametral gegenüberliegenden Punkten a-a ^J, b-b *, c-c^l, d-d¹ der Wicklung ab. Die einzelnen Theile der Wicklung sind je nach der gewünschten Veränderung der elektromotorischen Gegenkraft verschieden. Liegen die Bürsten auf Schleifring, i, so ist die ganze Gegenkraftwicklung eingeschaltet, liegen sie auf den Ringen 2 bis 4, so ist nur ein immer kleiner werdender Theil derselben eingeschaltet, während bei der Lage der Bürsten auf Ring 5 die Gegenwicklung ganz ausgeschaltet ist und der Motor so wie jeder normale Gleichstrommotor arbeitet. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, sind bei jeder Lage der Schleifringbürsten die Gegenkraftwicklung und die gewöhnliche Gleichstromankerwicklung in Reihe geschaltet.

Beim Umlauf des Ankers wird in der Gegenkraftwicklung eine Wechselspannung erzeugt, die beim Durchgang durch Null mittelst der getheilten und isolirten Schleifringe commutirt wird, um so immer wieder in derselben Richtung auf die elektromotorische Kraft des Gleichstromes einzuwirken. Da das Commutiren zu der Zeit eintritt, in der die Spannung der Gegenkraftwicklung gleich Null ist, ist ein Feuern der Bürsten ausgeschlossen.

Um die Bürsten in axialer Richtung verschieben zu können, sind sie in einer Gabel 6 angeordnet, welche sich um zwei Zapfen 7 dreht und mittelst des Klinkwerkes 8 in verschiedener Neigung zur Senkrechten eingestellt werden kann. Auf diese Art können in leicht verständlicher Weise die Bürsten dem Anker genähert bezw. von ihm entfernt werden.

Die Theile, in welche die Gegenkraftwicklung zerlegt ist, bestimmen in dem vorliegenden Falle noch vier Geschwindigkeitsstufen bei einem beliebigen Uebersetzungsverhältnifs (etwa bis ι zu 10) des Motors, innerhalb deren dann die Geschwindigkeit noch durch den üblichen Nebenschlufsregler geregelt werden kann.

Statt der Erzeugung der einfachen Wechselspannung in der Gegenkraftwicklung kann man diese auch in Zwei- und Mehrphasen-Gegenkraftwicklungen, die in Hintereinanderschaltung, angeordnet sind, erzeugen.

Um ferner einen ruhigen, gleichmäfsigen Gang des Motors zu haben, empfiehlt es sich, die gesammte Ankerwicklung in Hintereinanderschaltung mit einer um die Magnete gelegten Hauptstromwicklung zu bringen. Es entsteht dadurch die Anordnung der gewöhnlichen Verbundmotorschaltung.

Ein nach vorliegender Erfindung ausgeführter Motor braucht mithin nicht mehr Nebenapparate als ein gewöhnlicher, auch steigt der Raumbedarf nur ganz unwesentlich. Schliefslich ist die Bedienung auch nicht schwieriger als sonst.

Claims

Patent-Anspruch: .

Gleichstrom-Elektromotor mit einer zwecks Veränderung der Tourenzahl innerhalb weiter Grenzen auf dem Anker aufser der gewöhnlichen Wicklung vorgesehenen Gegenkraftwicklung, dadurch gekennzeichnet, dafs die einzelnen Abschnitte der Gegenkraftwicklung zu axial neben einander angeordneten Schleifringen geführt sind, welche die in der Gegenkraftwicklung erzeugte Wechselspannung im Nullpunkt commutiren, so dafs durch Verschieben der Bürsten in axialer Richtung auf den Schleifringen eine Veränderung der Anzahl der wirksamen Drähte der Gegenkraftwicklung und damit der Tourenzahl herbeigeführt wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.