DE148361C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung betrifft eine neue Anwendung von Gleichstromankern mit verschobener Wicklungsanordnung.

In der Maschine nach Patentschrift97432/21 rotiert ein mit verschobener Wicklungsanordnung versehener Gleichstromanker in einem feststehenden, durch Gleichstrom erregten Magnetfelde; in der Maschine nach Patentschrift 113552/21 wird der mit verschobener Wicklungsanordnung versehene Gleichstromanker durch ein umlaufendes Magnetfeld erregt, welches mittels Wechselströmen aus Schleifringen des Gleichstromankers oder durch von außen zugeführte Wechselströme gespeist wird.

Im Gegensatz hierzu bildet der Gegenstand vorliegender Erfindung eine Maschine, deren mit verschobener Wicklungsanordnung versehener Gleichstromanker einen feststehenden Anker durch die induzierende Wirkung des rotierenden Glei.chstromankerfeldes erregt, so daß weder Stromentnahme aus Schleifringen des Gleichstromankers stattfindet noch Fremdstrom zur Speisung von Magneten verwendet wird, vielmehr auch der feststehende Anker (Stator) zur Stromabgabe herangezogen werden kann. Die Verwendungsarten der Maschine sind ungemein mannigfaltig. Jede beliebige Wicklungsanordnung mit verschobenem KoI-lektoranschluß kann für die neue Maschine Verwendung finden, doch sollen zunächst, vom gewöhnlichen Gleichstromanker ausgehend, einige neue Wicklungsanordnungen mit ihren Eigenschaften erwähnt werden, welche sich besonders dazu eignen.

Beim gewöhnlichen Gleichstromanker liegen die Lamellen des Kollektors- gleichsinnig zu den daran geschlossenen Spulen. Leitet man daher mittels feststehender Schleifbürsten Gleichstrom durch den Anker, so muß bei Drehung desselben sein Feld mit derselben Geschwindigkeit im Anker selbst entgegen der Drehrichtung umlaufen. Das Ankerfeld steht deshalb im Räume still, indem sich beide Bewegungen voneinander subtrahieren, und behält, auch wenn statt des Ankers die Bürsten umlaufen, seine relative Lage zur Bürstenstellung bei.

. Verbindet man. aber die Lamellen des Kollektors in umgekehrter Reihenfolge mit den Ankerspulen, z. B. die Lamellen 1, 2, 3, 4, 5, 6 eines Kollektors der Reihe nach mit den Ankerdrähten 1, 6, 5, 4, 3, 2, so erfolgt die ,Feldbewegung im Anker selbst zwar auch mit der Ankergeschwindigkeit, aber nicht mehr der Drehrichtung des Ankers entgegen, sondern nach derselben Richtung, in welcher der Anker umläuft. Beide Bewegungen addieren sich dann und das Feld rotiert mit der doppelten Ankergeschwindigkeit in der Drehrichtung des Ankers; es führt bei jeder Ankerumdrehung zwei Umdrehungen aus. Ein solcher Anker sei als Umkehrungsanker, sein Kollektor als Umkehrungskollektor bezeichnet. In der Zeichnung Fig. ia bis if ist ein zweipoliger Umkehrungsanker mit Gleichstrom und zwei feststehenden Schleifbürsten in i8o° Abstand in sechs aufeinander folgenden Stellungen abgebildet, aus welchen ersichtlich ist, daß, wenn der Anker sich nach

rechts dreht, sein Feld mit der doppelten Ankergeschwindigkeit ebenfalls rechts herum läuft. Denkt man sich den Anker feststehend, dagegen die Bürsten nach links umlaufend, so würde das Ankerfeld mit derselben Geschwindigkeit, nämlich mit der Bürstengeschwindigkeit nach rechts umlaufen. Der Umkehrungsanker erzeugt also stets zwischen Feld und Bürsten eine Relativbewegung,

ίο welche in bezug auf den Anker mit gleichen Geschwindigkeiten nach entgegengesetzten Richtungen erfolgt.

Verdoppelt man die Lamellenzahl eines Kollektors in der Weise, daß ζ. B. an die Lamellen i, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 die Ankerdrähte 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, 2, 3, 4, 5, 6 entsprechend angeschlossen sind, so wird bei einem gegenseitigen Abstand der Bürsten von 90⁰ das Ankerfeld im Räume mit der Ankergeschwindigkeit der Drehrichtung des Ankers entgegen rotieren. Der Anker sei dann als Duplexanker, sein Kollektor als Duplexkollektor bezeichnet. Fig. 2a bis 2f zeigt einen zweipoligen Duplexanker mit zwei feststehenden Bürsten von 90° Abstand in sechs aufeinander folgenden Stellungen, welche erkennen lassen, daß der Anker sich nach rechts dreht, sein magnetisches Feld aber mit derselben Geschwindigkeit nach links.

Bei jeder Ankerumdrehung macht nämlich das Feld im Anker selbst zwei Umdrehungen nach links, davon subtrahiert sich die eine rechtsläufige Ankerumdrehung, so daß eine Linksumdrehung des Feldes im Räume übrig bleibt. Denkt man sich den Anker feststehend, dagegen die Bürsten nach links umlaufend, so läuft das Ankerfeld mit der doppelten Bürstengeschwindigkeit ebenfalls nach links. Auch der Duplexanker bewirkt also stets eine Relativbewegung zwischen Feld und Bürsten, und zwar in der Weise, daß Feld und Bürsten sich in bezug auf den Anker mit ungleichen Geschwindigkeiten nach einerlei Richtung bewegen, z. B. das Feld doppelt so schnell als die Bürsten.

Sind bei dieser Reihenfolge des Anschlusses die Ankerspulen mehr als zweimal auf dem Umfang des Kollektors angeschlossen, so hat man einen Multiplexanker; sein Kollektor ist ein Multiplexkollektor; bei diesem rotiert das Ankerfeld mit mehrfacher Ankergeschwindigkeit im Räume der Drehrichtung des Ankers entgegen. Duplex- und Multiplexanker bilden Gegenstücke zu demjenigen Anker, welcher bei der Maschine der Patentschrift 97432 angewendet ist und mit jeder Lamelle mehr als eine Ankerspule faßt, während hier jede Ankerspule mehr als eine Lamelle besitzt. Als Beispiel eines Multiplexankers zeigt Fig. 3 einen zweipoligen Quadruplexanker.

Sind die Lamellen 1 bis 12 der Reihe nach an die Ankerdrähte 1, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 6, 5, 4, 3, 2 angeschlossen, so hat man einen Duplexumkehrungsanker mit Kollektor gleichen Namens, wie ihn zweipolig Fig. 4 zeigt.

Der Multiplexumkehrungsanker ergibt sich hiernach von selbst.

Solche oder ähnliche Anker, welche zur Bürstenstellung eine Relativbewegung ihres Feldes hervorbringen, eignen sich als Dynamoanker, wenn das Ankerfeld im Drehungssinn des Ankers umläuft, als Motor- oder Umformeranker, wenn die Drehung des Feldes im entgegengesetzten Sinne erfolgt. In allen Fällen besteht zwischen Gleichstromanker und Stator eine Beziehung, wie zwischen dem primären und sekundären Stromkreis eines Transformators.

Ist der Rotor ein Duplexanker, der Stator ein Kurzschlußanker oder ein Anker mit Phasenwicklung, so wirkt die Maschine als Gleichstrominduktionsmotor. Die feststehenden Bürsten sollen dann leicht verstellbar sein. Erteilt man beim Einschalten dem Rotor einen mechanischen Impuls in beliebiger Drehrichtung, so induziert dieser im Stator ein in entgegengesetzter Richtung sich bewegendes Drehfeld, dessen Rückwirkung durch Unterstützung der Rotorbewegung den Anlauf herbeiführt. Auch durch Verstellen der Bürsten kann der Anlauf erzielt werden. Mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit steigert sich die Zugkraft ganz außerordentlich, weil im Stator immer stärker werdende Ströme induziert werden. Die Leistungsfähigkeit ist eine sehr bedeutende. In allen Fällen, in denen die mechanische Belastung erst nach dem Anlauf aufgelegt wird, genügt als Stator ein einfacher Hohlzylinder aus Eisen. Fig. 5 zeigt das Schema des Motors.

Mittels Schleifringen können aus der Wicklung des Gleichstromankers Wechselströme beliebiger Phasenzahl entnommen werden, so daß die Maschine als Umformer wirkt. Versieht man den Gleichstromanker mit einer zweiten Wicklung, so können auch aus dieser Wechelströme mittels Schleifringen oder Gleichstrom mittels eines zweiten Duplexankers entnommen werden.

Der Hauptwert der Maschine als Umformer liegt darin, daß der Stator zur Abgabe von Wechselströmen beliebiger Spannung gebaut werden kann, da diese in einem ruhenden Anker ohne Kollektor induziert werden, und doch nur eine Maschine erforderlich ist. Zu diesem Zweck kann als Rotor auch ein Multiplexanker verwendet werden. Als Schema dient ebenfalls Fig. 5.

Bei Anwendung dreier Schleifbürsten auf dem Kollektor des Rotors kann die Maschine als Drehstrommotor dienen. Die Charakteristik ist dann sehr verschieden, je nachdem

der Rotor ein Umkehrungs- oder Duplexanker ist. Mit Umkehrungsanker läuft der Motor mit geringer Umdrehungszahl und äußerst konstanter Geschwindigkeit. Fig. 6 zeigt den Motor mit Duplexanker. Induziert der in die drei Bürsten eingeleitete Drehstrom ein nach rechts umlaufendes Feld, so läuft der Rotor nach links. Der Duplexkollektor bewirkt aber, daß das Rotorfeld um so

ίο schneller nach rechts läuft, je schneller der Rotor nach links läuft, und ein um so stärkeres Drehfeld im Stator erregt. Der Motor arbeitet daher auch bei der höchst zulässigen Geschwindigkeit mit hoher Zugkraft.

Mit Umkehrungsanker und zwei Schleifbürsten arbeitet die, Maschine als Gleichstromdynamo (Fig. 7). Dabei ist zur Erregung nur ein Gleichstromimpuls im Rotor erforderlich; dieser wirkt hemmend auf die Bewegung des Rotors, wodurch der Steigerungsprqzeß eingeleitet wird.

Der Vorgang ist derselbe wie beim Rückwärtsdrehen eines Asynchronmotors und kann mit jedem Anker erzielt werden, dessen Feld im Drehungssinn des Ankers umläuft. Es kann nun entweder allein aus dem Kollektor des Rotors oder auch aus Schleifringen desselben, oder allein aus dem Stator, oder aus Rotor und Stator Strom entnommen werden.

Der Hauptwert liegt in der Möglichkeit, aus dem Stator einer einzelnen Maschine ohne Gleichstromzuführung Wechselsti'öme beliebig hoher Spannung entnehmen zu können. Das Fig. 8

darge-

Schema der Maschine ist in

stellt.

Versieht man den Rotor mit einem zweiten Kollektor, dessen neutrale Punkte ihre Lage zum Rotorfeld beibehalten, so können auf diesem Bürsten schleifen, welche dauernd oder vorübergehend an die Phasen des Stators angeschlossen werden, behufs Stromaufnahmeoder Abgabe an den Rotor. Je nach der Stellung der beiden Ankerfelder zueinander und dem Drehungssinn zwischen Rotor und dessen Feld, wirkt dann die Maschine als Doppelmotor oder Doppeldynamo. Als Schema für diese Verwendungsart dient Fig. 9 und 10.

Das vorliegenden Gleichstromdrehfeldmaschinen zugrunde liegende Prinzip läßt sich noch in der verschiedensten Weise mit Vorteil verwerten. Schon die erwähnten Verwendungsarten lassen erkennen, daß die Maschine dem Dynamobau ein neues Gebiet eröffnet.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Gleichstromdrehfeldmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit verschobener Wicklungsanordnung versehener Gleichstromanker durch die induzierende Wirkung seines rotierenden Feldes einen zweiten, feststehenden Anker erregt, dessen Ströme entweder darin belassen oder zur Arbeitsleistung daraus entnommen werden.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.

   gedruckt In cer Reichsdruckerei.