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Gleichstromnebenschlußmotor Die Erfindung b#ezidht sich auf einen
Gleichstromnebenschlußmotor mit jeweils einer auf ausgeprägten Polen angeordneten
und über Sdhleifringe an eine Stromquelle angeschlossenen Läufer- und Ständerwicklung,
dessen Ständerfeldachse durch eine aus einem feststehenden Kommutator mit einzelnen
Segmenten und auf diesen schleifenden rotierenden Bürsten bestehende Schaltvorrichtung
in Drehung versetzbar ist.
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Es sind bereits Gleichstrommaschinen dieser Art bekannt, bei welchen
die Läuferwicklung bei mit Gleichstrom erregtem Ständer so geschaltet wird, daß
sie unsymmetrisch ist und ebenfalls eine Gleichstromerregung zugeführt erhält. Die
Schaltvorrichtung hat dabei den Zweck, die Bewegung des Läufers stetig und beliebig
langsam oder schnell zu steuern. Dabei ist es bekannt, eine derartige Schaltvorrichtung
durch einen kleinen Hilfsmotor anzutreiben und zur Steuerung der Drehzahl des Arbeitsmotors
zu verwenden. Ein Nachteil dieser Maschine liegt darin, daß die ihr zugeordnete
Schaltvorrichtung nur an eine besondere für den Antrieb geeignete Stromquelle angeschlossen
werden kann, die in Abhängigkeit von der Segmentzahl unterteilt sein muß. Ein Anschluß
dieser Maschine an einen üblichen Gleichstromgenerator oder an ein zweipoliges Gleichstromnetz
kann daher nur mit einem großen zusätzlichen Aufwand erfolgen.
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Bei einem nach Art von Stromrichtermotoren als Gleichstrommotor arbeitenden
Elektromotor, der vornehmlich für hohe Leistungen und hohe veränderbare Drehzahlen
eingesetzt werden soll, ist es bekannt, daß einerseits eine oder mehrere insbesondere
über Schleifringe gespeiste Felderregerwicklungen im Läufer angeordnet sind und
sich andererseits im Ständer Ankerwicklungen befinden, die von einem Hilfskommutator
aus mittelbar über steuerbare Stromrichter in kommutierendem Sinn gespeist werden,
wobei dem Hilfskommutator eine der Erzeugung von Steuerspannungen für die Hauptkommutierung
dienende Steuereinrichtung von solcher Ausbildung nachgeschaltet ist, daß die vom
Hilfskommutator abgegebenen Kommutierungssignale in der Form von allmählich ansteigenden
und abnehmenden Steuerspannungen weitergeleitet werden. Bei dieser bekannten Anordnung
ändern sich sämtliche Felder zugleich. Die vorgesehenen Schaltvorrichtungen müssen
entsprechend dimensioniert werden.
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Nach der Erfindung soll ein Gleichstromnebenschlußmotor mit in bekannter
Weise gleich schnell umlaufendem Anker- und Ständerfeld geschaffen werden, bei dem
die Schaltung gegenüber bekannten Einrichtungen vereinfacht ist. Zur Lösung dieser
Aufgabe zeichnet sich ein Gleichstromnebenschlußmotor der eingangs erwähnten Art
dadurch aus, daß der Ständer doppelt soviel Pole als der Läufer aufweist und daß
die einzelnen Wicklungen der Ständerpole über Verbindungen in Reihe zu einer in
sich geschlossenen Ständerwicklung verbunden sind und daß aufeinanderfolgende Verbindungen
jeweils an aufeinanderfolgende Segmente des Kommutators angeschlossen sind und daß
jeweils die auf dem Kommutator schleifenden, eine erste Bürstengruppe bildenden,
an einem ersten Tragarm befestigten ungeradzahligen Bürsten über den ersten Schleifring
mit dem einen Pol der Stromquelle und jeweils die eine zweite Bürstengruppe bildenden,
an einem zweiten Tragarm befestigten geradzahligen Bürsten über den zweiten Schleifring
mit dem anderen Pol der Stromquelle in Verbindung stehen, und daß die in der Anzahl
der Anzahl der Läuferpole entsprechenden rotierenden Bürsten genau auf die Läuferpolachsen
ausgerichtet sind und daß der Kommutator derart gegenüber den rotierenden Bürsten
angeordnet ist, daß jedem Läuferpol ein gleichnamiger Ständerpol bei Übereinstimmung
der Polachsen der jeweiligen Ständer- und Läuferpole gegenübertritt und der jeweils
in Drehrichtung nächstliegende Ständerpol ungleichnamig ist, während der entgegen
der Drehrichtung nächstliegende Ständerpol gleichnamig ist.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Gleichstromnebenschlußmotors ist
gegenüber dem erstgenannten Motor darin zu sehen, daß dieser an einen Gleichstromgenerator
üblicher Schaltungsweise oder an ein zweipoliges Netz mit einem zweipoligen Schaltgerät
angeschlossen werden kann. Gegenüber dem ebenfalls bekannten, nach der Art eines
Stromrichtermotors arbeitenden Motor hat der erfindungsgemäße Motor den Vorteil,
daß die für den Betrieb benötigten Schaltvorrichtungen nur verhältnismäßig schwach
dimensioniert zu werden brauchen, zumal hierbei die
einzelnen Ständerpole
jeweils einzeln für sich durch einen wenig aufwendigen mechanischen Kommutator umgeschaltet
werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform sind nach der Erfindung die Bürsten
des Kollektors durch einen zusätzlichen Motor angetrieben. Dieser zusätzliche Motor
ist vorzugsweise ein Gleichstrommotor-Nebenschlußmotor, dessen Drehzahl durch einen
regelbaren Widerstand regelbar ist. Die Drehzahl des Gleichstrommotors ist also
abhängig von der Drehzahl des Gleichstrom-Nebenschlußmotors. Zur Änderung der Drehrichtung
dieses Motors wird die Drehrichtung des Regelmotors geändert, wodurch sich dann
die Bürsten des Kollektors in entgegengesetzter Richtung drehen.
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Für den Fall, daß der Regelmotor schnell gebremst wird, während der
Hauptmotor noch an das Netz angeschlossen ist, ergibt sich ein weiterer Vorzug der
Erfindung dadurch, daß der Läufer des Hauptmotors dann gleich zum Stillstand kommt,
so daß keine Bremse, erforderlich ist. Bei der Anordnung nach der Erfindung wird
auch kein Unischalter für den Hauptmotor benötigt; wenn der Regelmotor in entgegengesetzter
Richtung läuft, dreht sich der Läufer des Hauptmotors ebenfalls in der entgegengesetzten
Richtung. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Regelkreis auch mit Schwachstrom
betrieben werden kann.
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Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen schematisch
dargestellt sind. Es zeigt F i g. 1 einen Gleichstrommotor nach der Erfindung;
F i g. 2 einen Gleichstrommotor nach der Erfindung mit Drehzahlregelung,
F i g. 3 bis 7 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Polwechsel
im Stator während einer Vierteldrehung.
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Die schematische Darstellung der F i g. 1 zeigt einen Ständer
1 für einen Gleichstrommotor. Der Ständer weist Pole 2 auf, die mittels Wicklungen
3
erregt werden. Die Wicklungen 3 aller Pole sind durch Verbindungen
4 zu einer geschlossenen Wicklung verbunden.
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Im Ständer 1 ist in üblicher Weise der Läufer 5
drehbar
gelagert. Der Läufer 5 weist eine Anzahl Pole 6 auf, im vorliegenden
Beispiel vier. Die Anzahl der Pole 6 des Läufers 5 ist nach der Erfindung
halb so groß wie die Anzahl der Pole im Ständer, im vorliegenden Beispiel acht.
Jeder Pol 6 des Läufers ist mit einer Wicklung 7 versehen, die durch
Verbindungen 8 mit den benachbarten Wicklungen in Reihe liegt, so daß die
Wicklungen des Läufers ebenfalls eine geschlossene Wicklung bilden.
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Der Läufer weist zwei Schleifringe 9, 10 auf, die
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durch Bürsten 11, 12 an die Stromzuführung 15, 16
angeschlossen
sind. Von den Schleifringen 9, 10
gehen Verbindungsleitungen 13, 14
zu den beiden Wicklungsausgängen der Polwicklung 7.
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Im Ständer ist ein feststehender Kollektorring an- i geordnet, der
aus einzelnen Segmenten 17 besteht, die durch Zwischenräume 23 voneinander
getrennt sind. Jeder Sektor 17 reicht etwa von der Mitte eines Ständerpoles
bis zur Mitte des benachbarten Ständerpoles. Jedes Segment 17 ist außerdem
durch eine Verbindungsleitung 18 an eine Verbindung 4 zwischen zwei benachbarten
Ständerpolwicklungen 3 angeschlossen. Die vier Pole des Läufers sind in
be-
kannter Weise so angeordnet, daß die Polarität wechselt und demnach sich
zwei gleichnamige Pole diametral gegenüberliegen.
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Entsprechend der Ausrichtung dieser Polpaare gehen vom Schleifring
9 zwei Tragarme 19 und vom Schleifring 10 zwei Tragarme 20
ab, so daß demnach die jeweils auf einer Geraden liegenden Tragarmpaare
19 und 20 gegeneinander um 901 versetzt sind. Am Ende der Traganne
19 sind Bürsten 21 und am Ende der Tragarme 20 Bürsten 22 angeordnet, die
bei Drehung des Läufers nacheinander mit den Segnienten 17 in Berührung kommen
und diese an die Stromzuführ anschließen. Die Pole des Ständers bilden dabei jederzeit
vier Polpaare, die in ihrer Polarität abwechseln, wobei jedes Polpaar zwei gleichnamige
Pole enthält.
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Bei dieser Anordnung und Schaltung wird jeder Läuferpol während des
Betriebes praktisch stets von zwei ungleichnamigen Polen des Ständers beeinflußt.
Der eine Ständerpol stößt ab, der andere Ständerpol zieht an. Mit der Drehung der
Bürsten 21, 22 über die Kollektorsektoren 17 rückt die paarweise Gruppierung
der Ständerpole jeweils um einen Pol weiter. Dabei sind die Zwischenräume
23 zwischen den Seg-7 menten vorzugsweise schmaler als die Bürstenbreite
der Bürsten 21, 22.
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Im einzelnen ergibt sich die Wirkungsweise dieses Motors aus den F
i g. 3 bis 6. Es wird angenommen,
daß sich im Einschaltmoment
die Pole so ausbilden, wie in F i g. 3 dargestellt ist. Der Läuferpol aS
steht einem gleichnamigen Ständerpol 1S gegenüber und wird von ihm abgestoßen.
Der Pol aS wird sich nun nach rechts drehen, weil rechts ein ungleichnamiger Pol
2 N und links ein gleichnamiger Pol 8 S ist. Das gleiche
geschieht auch mit den anderen Läuferpolen bN, cS und dN. Hat der Läufer
nun die Stellung erreicht wie in F i g. 4, dann ändern sich vier Ständerpole
(s. F i g. 5), und zwar: 2 N zu 2 S, 4
S zu 4 N,
6N zu 6S und
8S zu 8N. Den Läuferpolen stehen nun wieder gleichnamige Ständerpole
gegenüber. Auf den Läufer wirkt wieder ein Drehmoment, und zwar nach rechts, da
sich in der linken Drehrichtung gleichnamige Pole und in der rechten Drehrichtung
ungleichnamige Pole befinden. Der Läufer erreicht danach die in F i g. 6
gezeigte Stellung. Jetzt ändern sich die anderen vIer Pole 1 S zu
1 N, 3 N zu 3 S, 5 S
zu SN und 7N zu
7S, so daß der in F i g. 7 dargestellte Zustand erreicht wird. Es
entsteht wieder ein nach rechts wirkendes Drehmoment usw. Auf jeden Läuferpol wirkt
also ein gleichnamiger und ein ungleichnamiger Ständerpol. Auf vier Läuferpole kommen
demnach acht Ständerpole.
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In der Praxis wird der Kollektor nicht nur aus acht Segmenten
17 bestehen, sondern z. B. aus 64 oder mehr, und jede Ständerspule wird dementsprechend
unterteilt und mit Anzapfungen versehen. Damit wird erreicht, daß die Kurzschlußspannung
zwischen den Segnienten niedrig gehalten werden kann.
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In der F i g. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
die eine Drehzahlregelung ermöglicht. Der Ständer 41 enthält die Pole 42, die mit
Wicklungen. 43 erregt werden. Durch Verbindungen 44 liegen alle Wicklungen 43 in
einer in sich geschlossenen Reihe.
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Der Läufer 45 ist drehbar im Ständer 41 gelagert und weist Pole 46
auf, deren Anzahl halb so groß wie die Anzahl der Pole 42 des Ständers ist. Die
Läuferpole 46 werden mit Wicklungen 47 erregt, die
durch Verbindungen
48 zu einer in sich geschlossenen Reihe verbunden sind. Der Läufer 45 trägt Schleifringe
49 und 50, die über Bürsten 51 und 52
an die Stromzuführungen
55, 56 angeschlossen sind. Von den Schleifringen 49, 50 gehen
Verbindungen 53, 54 zu den Enden jeder Läuferwicklung 47.
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Der Ständer wird wiederum über einen aus Segmenten 57 zusammengesetzten
Schleifring mit Strom versorgt. Die Segmente 57 werden von Bürsten
61,
62 überstrichen, die an Tragarmen 59 bzw. 60 befestigt
sind. Die Tragarme 59 gehen von einem Sdhleifring 75 ab und die Tragarme
60 von einem Schleifring 76, von denen der zuerst genannte über die
Bürste 69 und die Zuleitung 67 und der zweite über die Bürste
70 und die Zuleitung 68 an die Stromzuführung angeschlossen sind.
Die Anordnung der Segmente 57 und der von diesen abgehenden Stromzuführungen
58 mit Bezug auf die Statorpole 42 bzw. deren Wicklungen 43 ist die gleiche
wie bei der ersten Ausführungsform. Ebenso entspricht die Anordnung und Ausrichtung
der Tragarine 59, 60 derjenigen der Tragarme 19, 20 des ersten Beispiels.
Die Schleifringe 75, 76 und mit ihnen die Tragarme 59, 60 sind drehbar
auf einer Achse 65 angeordnet, die von einem Motor 64 gedreht wird. Der Motor
64 ist ein Gleichstromnebenschlußmotor, der über Zuleitungen 71,
72
mit der Stromzuführung verbunden ist. Parallel zu dem Motor ist ein Widerstand
73 geschaltet, dessen Größe verändert werden kann. Ein Regler 74 ermöglicht
die Einstellung der Drehzahl des Motors 64 und damit der Schleifringe
75, 76, wodurch sich auch die Drehzahl des Hauptmotors steuern läßt.