DE158347C

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Publication number: DE158347C
Application number: DENDAT158347D
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Es ist bekannt, daß man durch Kaskadenschaltung zweier asynchroner Motoren einen Induktionsmotor ohne Schleifringe und Bürsten erhalten kann, der kräftig anzugehen vermag, 5 ohne daß man zur Einschaltung von Widerständen in die Läuferwickhing seine Zuflucht zu nehmen hat. Zu diesem Zweck kann man die Kaskadenschaltung ζλνίΒΛεη den beiden Läufern ausführen, statt zwischen dem Läufer

ίο des Primärmotors und dem Ständer des Sekundärmotors, indem man die Verbindungen so führt, daß sich das durch den Induktionsstrom des primären Motors im sekundären Motor erregte Kraftfeld entgegengesetzt dreht wie das des primären Motors. Da also der Erregungsstrom für den sekundären Motor von dem umlaufenden Anker ausgeht, erzielt man ein auf den Induktor (und nicht, wie im EaIl der Erregung durch den Ständer auf den Anker) wirkendes Kräftepaar, das gleich, aber entgegengesetzt dem auf den Anker des sekundären Motors wirkenden ist. Diesen entgegengesetzten Drehsinn der Kraftfelder, welcher gleichen Drehsinn der beiden Motoren zur Folge hat, erhält man bei Zweiphasenwicklung durch die Umkehrung der Verbindungen der einen Phase und bei Dreiphasenwicklung durch Vertauschung der Verbindungen zweier Phasen. Da die beiden Läufer auf derselben Achse sitzen, so sind Schleifringe und Bürsten überflüssig, um die elektrischen \^erbindungen zwischen beiden Wicklungen herzustellen; dies kann vielmehr einfach durch drei oder vier Drähte geschehen.

Die Anlaßwiderstände können in die Stromkreise des als Anker dienenden Ständers des sekundären Motors eingeschaltet werden, bedürfen also, da sie mit festen Wicklungen zu verbinden sind, ebenfalls keiner Schleifbürsten.

Indessen ist die beschriebene Lösung der Aufgabe noch mit mehreren Nachteilen behaftet. Der ernsteste ist die durch die Übertragung" zwischen zwei durch Kaskadenschaltung verbundenen Motoren bedingte, beträchtliche Erniedrigung des Leistungsfaktors. Man muß also, um dem zu begegnen, folgende Maßnahmen treffen:

1. Größtmögliche Verringerung der Luftspaltweite,

2. größtmögliche Verringerung der Länge der λ⁷erbindungen z\vischen den Wicklungen beider Motoren,

3. größtmögliche Vermehrung der Anzahl der Windungen im Verhältnis zur Pol- und Phasenzahl.

Die letzte Bedingung ist verhältnismäßig leicht zu erfüllen, indem die Anzahl der Pole bei zwei durch Kaskadenschaltung verbundenen Motoren um das Doppelte kleiner ist als bei einem gewöhnlichen Induktionsmotor mit gleicher Geschwindigkeit.

Schwerer ist die Erfüllung der beiden anderen Bedingungen, und diese mit einfachen Mitteln auf praktisch befriedigende Weise zu erfüllen, ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, die im wesentlichen in der Anwendung eines einzigen, in Gestalt einer Ringscheibe senkrecht zwischen zwei Ständern angeordneten Läufers besteht; dieser hat eine besondere Wicklung, die aus radialen, auf beiden Seiten der Ringscheibe angeordneten

und auf dem Umfang dieser Scheibe verbundenen Leitern besteht.

Die Zeichnungen stellen eine Ausführungsform der Erfindung dar.
Fig. ι ist eine Stirnansicht des Motors,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Läufers,

Fig. 3 eine Seitenansicht des induzierenden Ständers für Hochspannung.

Fig. 4, 5, 6 und 7 zeigen schematisch, wie die Verbindungen der Leiter des Läufers gemacht werden können.

Zwischen den Ständern für Hoch- und Niederspannung α und d ist der Läufer b gelagert. Diese Bauart gestattet eine so geringe Weite des Luftspalts, wie durch die gewöhnliche Anordnung nicht erreicht werden kann.

Die Ständer haben Ringscheibenwicklung, die sich aber, wie Fig. 3 zeigt, von einer Trommelwicklung nicht unterscheidet und in Spulen oder fortlaufend gewickelt werden kann. Der Läufer hingegen hat eine Wicklung, wie sie weiterhin beschrieben ist.

Der Läufer ist ebenso wie die Ständer aus einem Eisenblechband hergestellt, das auf einer Wickelmaschine spiralig aufgewickelt wird. Wenn die Wicklung fertig ist, wird das Ganze mit Bolzen oder warm aufgezogenen Bändern zusammengehalten.

Das Spiralband der Ständer besitzt an dem einen dem Läufer zugekehrten Rande und dasjenige des Läufers auf beiden Rändern aufeinander folgende radiale Einschnitte, welche die Drahtvvindungen aufnehmen (Fig. 2 und 3).

Die Nuten können zugleich mit dem Aufwickeln hergestellt werden, indem man die Stanzmaschine mit dem Stern zusammen wirken läßt, auf den das Band aufgewickelt wird. Wird nämlich die Stanzmaschine so gesteuert, daß sie für gleiche Winkelgeschwindigkeit des Sternes eine gleiche Anzahl Einschnitte in der Zeiteinheit stanzt, so wird damit der Bedingung genügt, daß der Abstand zwischen je zwei Nuten selbsttätig in demselben Maße zunimmt, wie der Durchmesser der Windungen wächst und die Einschnitte, welche die Nut bilden, alle in einer Reihe liegen.

Es ist ersichtlich, daß die beschriebene An-Ordnung ermöglicht, den Luftspalt ungefähr um die Hälfte des sonst gebräuchlichen Wertes (von 2 bis 2,5 mm) zu vermindern. Der Luftspalt liegt hier in einer Ebene senkrecht zur Wellenachse, das Sinken der Welle infolge des Lagerverschleißes ist also ohne Einfluß auf die Weite des Luftspaltes, da der Anker dadurch niemals mit dem Ständer in Berührung kommen kann. Dagegen muß die Längsverschiebung durch Ansätze an der Welle o. dgl. verhindert werden. Diese \^erminderung des Luftspaltes ist wichtig, weil sie infolge des verringerten Widerstandes bei gleichen Stromstärken eine geringere Anzahl von Drahtringen gestattet, was wiederum die Selbstinduktion der Windungen vermindert und den Leistungsfaktor erhöht.

Die beiderseitigen Leiterteile der Wicklung des Läufers sind am äußeren Umfang nach dem Schema der Fig. 4, 5, 6 oder. 7 miteinander verbunden, welche der größeren Anschaulichkeit halber beide Seiten der Scheibe mit den Leitern in der Zeichenebene darstellen. Die Leiter, von denen der Einfachheit halber nur zwölf bei zwei. Magnetpolen angenommen sind, sind in den Figuren auf einer äußeren und einer inneren Scheibe mit ι bis 12 bezeichnet.

Am nächsten liegt der Gedanke, die Leiter beider Scheiben im entgegengesetzten Sinne zu zählen (s. Fig. 4) und die gleichnamigen Leiter miteinander zu verbinden, wobei die Verbindungen statt in der Papierebene in Wirklichkeit auf dem Zylinderumfang des Läufers liegend zu denken sind. Die Außenenden der Leiterstäbe befinden sich sämtlich nahe am inneren Ringumfang der Ringscheibe des Läufers und sind hier an zwei Kurzschlußringen g und / (wie bei den Ankern einer Käfigwicklung) angelötet.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß das von dem Strom im inneren Ringe der Fig. 4 erregte Kraftfeld sich entgegengesetzt drehen wird, als das im äußeren Ring durch den zugehörigen Ständer (mit hoher Spannung) erzeugte Kraftfeld.

Diese Wicklung erfüllt also die gestellte Aufgabe, in dem induzierenden Teile des sekundären Elementes des durch Kaskadenschaltung verbundenen Paares ein dem primären entgegengesetzt umlaufendes Kraftfeld zu erzeugen und zugleich die Länge der Verbindungen im Läufer beträchtlich zu beschränken, indem man nicht mehr zwei, sondern nur einen einzigen Läufer hat. Die Schar der Verbindungsdrähte zum zweiten Läufer ist ersetzt durch die beiden Kurzschlußringe g und /.

Die in Fig. 4 dargestellte Wicklung ist jedoch nicht bequem und in regelmäßiger Gestalt ausführbar; weit einfacher und regelmäßiger ist die nachstehend beschriebene Wicklung.

Betrachtet man die vier Stäbe 1, 2, 7, 10 (oder 2, 5, 8, n oder 3, 6, 9, 12), welche Quadranten einschließen, so ergibt sich, daß sie Ströme führen, die um je 90⁰ gegeneinander verschoben sind. Demnach erzeugt jede derartige Gruppe von vier Stäben ein Drehfeld, und die Felder aller Gruppen addieren sich zu dem Gesamtfeld. In dem dargestellten Beispiel sind die Richtungen der komponierenden Felder um je ein Zwölftel

Claims

der Periode gegeneinander verschoben. In dem zweiten Ring / setzt sich das Feld in derselben Weise zusammen, da ebenfalls die Leiter i, 4, 7 und 10 und 2, 5, 8 und 11 und so fort je um 900 voneinander entfernt sind. Die Gruppen folgen einander in derselben Ordnung wie im Ring g, und das resultierende Feld kommt also genau in derselben Weise zustande wie dort. Obgleich es nun offenbar notwendig ist, die Ordnung beizubehalten, in der die Leiter je derselben Gruppe (beispielsweise I, 4, 7, 10) aufeinander folgen, so ist es offenbar nicht durchaus notwendig, auch die Ordnung beizubehalten, in der die Gruppen aufeinander folgen. Also es genügt, wenn man von dem ersten Ring in den zweiten übergeht, die Ordnung beizubehalten, in der die Leiter innerhalb jeder einzelnen Gruppe aufeinander folgen. Indem man nun auch in zweckmäßiger Weise die Ordnung" der Gruppen unter sich im zweiten Ringe abändert, gelangt man zu einfacheren Verbindungsweisen, wie beispielsweise diejenige, die in Fig. 5 dargestellt ist. Fig. 6 zeigt eine weitere Abänderung der Anordnung nach Fig. 5, in welcher die Verbindungen in den beiden Verbindungsebenen dieselbe Form haben. Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der jede Gruppe statt aus vier um 900 voneinander entfernten aus sechs Leitern besteht, die um je 60° voneinander entfernt sind. Dadurch ist also jede Gruppe sechsphasig statt wie bei den vorhergehenden Beispielen zweiphasig. Durch die angeführten Ausführungsformen, die Leiter beider Ringscheibenseiten miteinander zu verbinden, ist somit der Zweck der vorliegenden Erfindung erreicht, die sonst gebräuchlichen zwei Läufer zu einem einzigen Drehkörper zu vereinen. Da die entgegengesetzte Drehung der beiden Kraftfelder in einem und demselben Spiralband eine Erhitzung der Verschraubungsbolzen desselben zur Folge haben könnte, ist es zweckmäßig, zwei parallele Spiralbänder mit geringem Abstand zwischeneinander anzuwenden, oder auch nur das eine Spiralband in der Mitte ringsum zu lochen, um den Magnetisierungswiderstand zwischen beiden Hälften zu erhöhen. Patent-A ν Sprüche:

1. Asynchroner Induktionsmotor mit Kaskadenschaltung ohne Schleifringe und Bürsten, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwicklungen an den Seiten eines Scheibenringes angeordnet sind, welcher zwischen zwei Ständern (für Hoch- und Niederspannung) gelagert ist, so daß der Luftspalt senkrecht zur Wellenachse liegt und auf ein beliebig geringes Maß herabgesetzt werden kann.

2. Ausführungsform des Elektromotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Läuferwicklungen aus zwei an den beiden Seiten der Ringscheibe radial angeordneten, über dem äußeren Umfang des Eisenkörpers verlaufenden Leitersystemen bestehen, deren Enden am inneren Ringumfang beiderseits je an einen Kurzschlußring (g und I) angelötet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.