DE18216C - Neuerungen an magneto- oder dynamoelektrischen Maschinen oder Elektromotoren - Google Patents

Description

KAISERLICHES 9

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 2. August 1881 ab.

Die Erfindung bezweckt in erster Linie, eine dynamo- oder magneto-elektrische Maschine herzustellen, bei welcher der Eisenkern der Armatur nicht nöthig ist und bei welcher der durch das Warmwerden derselben entstehende Kraftverlust vermieden wird, da nur der Inductionstheil der Armatur zwischen den Polflächen der erregenden Magnete hindurchgeführt wird, welche Polflächen demzufolge nahe aneinander gebracht werden können, um so ein starkes magnetisches Feld zu erzeugen.

Ferner geht die Erfindung dahin, eine Maschine zu construiren, welche einen continuirlichen Strom von hoher elektromotorischer Kraft in einer Richtung ohne Anwendung von Stromwechslern erzeugt, indem der Stromlauf fortwährend durch alle Inductionstheile der Armatur geht und der innere Widerstand der Maschine aufserordentlich gering wird.

Dies wird erreicht, indem die Armatur in Gestalt einer Scheibe oder Platte construirt wird, wie die von Arago bei seinen Versuchen gebrauchte, jedoch in Radialschnitte getheilt. Diese Radialschnitte, welche den Inductionstheil der Armatur bilden, bestehen am besten aus blanken Kupferstäben, die mit einander an den Kanten durch ein nichtleitendes Material verbunden sind, so dafs sie eine starre Scheibe bilden, die an der Triebwelle vermittelst einer isolirenden Nabe gut befestigt ist. Diese radialen Stücke oder Stäbe sind an ihren inneren Enden umgebogen und dadurch oder vermittelst Stangen mit runden Platten, welche die Triebwelle oder die Nabe der Armatur umgeben, verbunden und von einander isolirt.

Jede solche Platte hat eine Zunge, die nach aufsen gedreht und in einer Vertiefung des isolirenden Commutatorcylinders befestigt ist. Die in fast diametral gegenüber befindlichen Stellungen gelegenen Stäbe sind auf diese Weise zu Paaren und mit einem Commutatorstabe in derhalben Strecke zwischen ihnen verbunden. Die radialen Stücke rotiren zwischen den Polflächen eines oder zweier Elektromagnete (zwei Elektromagnete sind für vorliegende Zwecke vorzuziehen) und aufserhalb der Polflächen ist die aus radialen Stücken und isolirendem Material gebildete Scheibe von concentrischen metallischen Ringen (am besten aus Kupfer) umgeben, die von einander und von den Radialstücken isolirt sind.

Die Anzahl dieser äufseren metallischen Ringe sowie der Platten an der Nabe ist halb so grofs als die der Radialstücke. An ihrem äufseren Ende tragen letztere Arme, aus einem Stücke mit ihnen oder an ihnen befestigt, die bis zu den entsprechenden Ringen reichen und von allen isolirt sind. Jeder Ring verbindet zwei radiale Theile, und zwar wird das Endstück eines Gegenpaares mit dem Anfangsstück eines anderen Paares verbunden, so dafs beständig ein geschlossener Strom durch alle Theile geht. Da die Verbindungen zwischen denselben alleParallelschaltungen sind, wird der innere Widerstand des Apparates ein Minimum. Durch die Platten und Ringe werden die Verbindungen an jeder Stelle symmetrisch.

Zur Erläuterung will ich annehmen, die Scheibe bestehe aus 16 radialen Stäben, die als Stab ι bis 16 bezeichnet seien. Dann würde die Scheibe von acht Ringen umgeben sein, die Ringe 1 bis 8 heifsen mögen, wobei Ring 1 der innerste, Ring 8 der äufserste sei. Es wür-

den ferner acht Platten und Commutatorstäbe nöthig werden. Nun würde also verbunden: Ring ι mit den äufseren Enden der Stäbe ι und Ii; Ring 2 mit denen der Stäbe 8 und 15; Ring 3 mit den Stäben 6 und 13; Ring 4 mit den Stäben 4 und 10; Ring 5 mit den Stäben 3 und 9; mit Ring 6 die Stäbe 7 und 16; mit Ring 7 die Stäbe 5 und 14; mit Ring 8 die Stäbe 2 und 12.

Die Stäbe würden an ihren inneren Enden und mit Commutatoren auf halber Strecke zwischen ihnen zu Paaren verbunden werden, wie folgt: Stab 1 und 8, 2 und 11, 3 und 10, 4 und 13, 5 und 12, 6 und 15, 7 und 14, 9 und 16.

Diese Anordnung kann nach Belieben erweitert und Armaturen mit einer grofsen Anzahl von Stäben angewendet werden.

Der Strom, der an der negativen Commutatorbürste oder Feder beginnt, wird in zwei Theile getrennt, deren jeder eine Hälfte der radialen Stäbe durchläuft und sich mit dem anderen an der positiven Commutatorbürste oder Feder vereinigt.

Auf diese Weise liegen alle Stäbe beständig im Stromkreise, und es wird ein Strom erzeugt, dessen elektromotorische Kraft der halben Länge aller Stäbe entspricht.

Die concentrischen Ringe sind aufserhalb der Polflächen der erregenden Magnete angeordnet, so dafs diese Polflächen dicht an die Inductionsstäbe gebracht werden können, während die Ringe fast aufserhalb des magnetischen Feldes liegen und die Kraftrichtungen nicht unter rechten Winkeln schneiden und deshalb keine Gegenwirkung auf die elektromotorische Kraft des Stromes äufsern.

Die radialen Stäbe könnten an drei oder mehr Stellen wegfallen, um Raum zu schaffen für metallische Arme, die von der Nabe ausgehen und die Armatur versteifen, ohne dafs die Wirksamkeit der Maschine erheblich vermindert würde.

Es ist von Wichtigkeit, dafs eine derartige Scheibenarmatur aufserordentlich fest und stark gebaut wird, besonders wenn die Maschine als Elektromotor dienen soll.

Es lassen sich für diesen Zweck folgende zwei Coristructionen anwenden:

i. Die Polflächen auf einer Seite der Armatur können weiter zurückgesetzt werden, um Platz zum Anbringen einer Verstärkungsscheibe zu gewinnen, an welcher die Inductionsstäbe befestigt werden. Diese Scheibe wird gebildet durch Aufwinden eines dünnen Eisenstreifens auf die Nabe, zugleich mit einem Papierstreifen, der die Spiralwindungen des Eisens trennt. Um diese Scheibe wird ein eiserner Reifen gelegt, und radiale Bolzen werden durch Löcher in der Scheibe gezogen und in die Nabe eingeschraubt.

Dann werden die Kupferringe hinzugefügt, worauf schliefslich ein anderer eiserner Reifen aufgezogen wird. Dieser letzte Reifen kann bei allen oder einigen der hier beschriebenen Constructionen gebraucht werden.

Da diese Verstärkungsscheibe ihren leitenden Theil in der Form von Spiralwindungen besitzt, so schneidet dieser leitende Theil die Kraftrichtungen nicht, sondern wird ein getrennter Theil des Magneten, der mit der Armatur rotirt.

2. Die radialen Stäbe der ersten Construction können gabelförmig gemacht werden, oder aus zwei parallelen Theilen, die an ihrem inneren Ende verbunden sind, und zwischen diese Theile kann ein Kern aus Eisen- und . Papierspiralwindungen der oben beschriebenen Art eingesetzt werden.

Die Inductionskupferstäbe der letzten beiden Constructionen sind, wie es bei der ersten Construction beschrieben worden ist, verbunden.

Ein anderer Theil der Erfindung bezieht sich auf die Anwendung concentrischer Ringe, um die Verbindungen der Kupferstäbe zu Parallelschaltungen in dynamo- oderelektro-magnetischen Maschinen oder Elektromotoren mit cylinderförmiger Armatur herbeizuführen.

An jedem Ende der cylindrischen Armatur wird eine Reihe isolirter concentrischer Kupferringe aufserhalb der Polflächen des erregenden Magneten angebracht. Jeder Ring ist an der äufseren Kante mit zwei überstehenden Fingern versehen, welche einwärts gebogen und mit den Enden der eigentlichen Längsstäbe verbunden sind.

In. der Mitte der Verbindung jedes Ringes mit zwei Stäben am Commutatorende der Maschine ist der Ring mit einem Stabe des Commutatorcylinders verbunden. Dies geschieht am besten vermittelst eines Winkelstabes, der mit dem Ringe und dem Commutatorcylinder verbunden ist oder einen Stab des letzteren bildet. In dieser Maschine können die Stäbe zu Gegenpaaren und in halber Strecke mit Commutatoren in gleicher Weise verbunden werden, indem die zuvor beschriebenen Radialstäbe an ihren inneren Enden verbunden werden, während die Verbindung der Stäbe am entgegengesetzten Ende dieser letzteren Maschine wie an den äufseren Enden der zuvor beschriebenen Radialstäbe erfolgen kann.

Für Elektromotoren besitzt diese Scheibenarmatur den Vortheil geringer Breitenausdehnung, so dafs die Maschine auf einem schmalen Eisenbahnwagen gebraucht werden kann, ohne dafs sie an den Seiten hinausragt, oder in anderen Räumlichkeiten, wo die Breite beschränkt ist.

Fig. ι zeigt den Aufrifs einer Scheibenarmatur in ihrer einfachsten Form, mit dem Commutatorcylinder im Durchschnitt und mit schematischer Angabe der Verbindungen der Radialstäbe mit den Commutatorstäben.

Fig. 2 ist ein centraler Horizontalschnitt,

Fig. 3 eine perspectivische Ansicht dieser Maschine.

^:Fig. 4 ist ein Horizontalschnitt der Maschine mit Scheibenarmatur mit Verstärkungskern,

Fig. 5 ein verticaler Durchschnitt der Armatur dieser Maschine.

Fig. 6 zeigt eine besondere perspectivische Ansicht eines der doppelten Inductionsstäbe und seiner Verbindung mit dem Commutator.

Fig. 7 stellt die perspectivische Ansicht einer cylindrischen Armatur mit durch concentrische Ringe verbundenen Längsstäben dar.

Fig. 8 ist ein Längenschnitt durch diese letzte Armatur mit dem Commutatorcylinder in der Ansicht, und

Fig. 9 eine besondere Ansicht eines der cöncentrischen Ringe.

In den Fig. i, 2 und 3 sind AB die Elektromagnete, A^x A² B¹ B² deren Polflächen; C ist die Antriebswelle. Die radialen Kupferstäbe sind numerirt von 1 bis 16, D ist die Nabe, an welcher die Radialstäbe befestigt und gegen welche sie gut isolirt sind. 16 Radialstäbe sind zum Zwecke der Erläuterung gezeichnet, jedoch kann die Anzahl, je nach der Gröfse der Maschine, gröfser oder kleiner sein. E sind die kreisförmigen isolirten Platten, mit denen die Radialstäbe verbunden sind. Diese Platten haben Zungen e, die mit den Stäben des Commutatorcylinders F in Verbindung stehen. Zwei Radialstangen sind mit jeder Platte E verbunden und durch sie mit dem nächsten centralen Commutatorstabe.

Die concentrischen Kupferringe, welche die Radialstäbe umschliefsen, sind mit G¹ bis G^s bezeichnet. Sie sind mit den Radialstäben durch Bänder, Streifen oder Stangen H verbunden; oder es können auch die Radialstäbe gabelförmig gespalten sein und die Ringe zum Theil umschliefsen, in welchem Falle H und der Radialstab aus einem Stück sein würde. Die neutrale Linie geht vertical durch das Centrum der Armatur, während die Commutatorbürsten oder Federn PN die Seiten des Commutatorcylinders an den Enden des horizontalen Durchmessers berühren und die der neutralen Linie zunächst liegenden Stäbe mit der inneren Commutatorseite, wie gezeigt, verbunden sind. Auf der linken Seite der neutralen Linie laufen, wie in Fig. 1 angegeben, die Ströme in den Radialstäben alle nach innen, dagegen auf der rechten Seite alle nach aufsen. In der gezeichneten Stellung würde ein Theil des Stromes von der negativen zur positiven Commutatorbürste übergehen auf dem Wege 1, G\ 11, 2, G^a, 12, 5, G^T, 14, 7, G^e und 16; der andere Theil auf dem Wege 8, G², 15, 6, G³, 13, 4, G\ 10, 3, G⁵ und 9, wobei die Platten E und Streifen H in die Stromkreise einbegriffen sind..

Das erste in der allgemeinen Beschreibung angegebene Mittel zur Verstärkung der Scheibenarmatur (durch Anwendung einer besonderen Scheibe auf einer Seite der Radialstäbe) ist in den Zeichnungen nicht angegeben, da jene völlig genügt, die Construction verständlich zu machen.

Die zweite Construction für diesen Zweck ist in den Fig. 4, 5 und 6 angedeutet.

In diesen Figuren ist A die Welle, B die Nabe, C sind die doppelten blanken Kupferstäbe, D ist die Kupferscheibe, die durch Theile α mit C und durch Stäbe oder Bänder b mit den Stäben des Commutatorcylinders E verbunden ist. F ist der Kern der Armatur, H stellt die concentrischen Kupferringe dar, die mit C durch den aufgesetzten Arm d verbunden sind.

IK sind die Elektromagnet^, NS deren Polflächen.

Die Anwendung der concentrischen Kupferringe auf die zylindrische Armatur zeigt Fig. 7, 8 und 9.

A ist der Kern der Armatur, die aus Scheiben oder Ringen aus Eisen, getrennt durch Papier, besteht. B stellt die blanken kupfernen Längsstäbe dar. C C¹ sind die concentrischen Kupferringe an den Enden der Construction. Jeder Ring hat zwei Finger c zur Verbindung mit den Inductionsstäben. D ist der Commutatorcylinder, dessen Stäbe an einem Ende der Armatur mit den concentrischen Ringen durch Winkelstäbe d verbunden sind.

Claims (6)

Patent-Ansprüche:

1. Eine dynamo- oder magneto-elektrische Maschine oder ein elektrischer Motor mit einer Armatur aus radialen Inductionsstäben, die im magnetischen Felde rotiren.

2. Die Armatur einer dynamo- oder magnetoelektrischen Maschine oder eines elektrischen Motors in Gestalt einer kräftigen Metallscheibe, die in radiale, mit einander verbundene bezw. von einander isolirte Stücke getheilt ist.

3. In einer dynamo- oder magneto elektrischen Maschine oder in einem elektrischen Motor eine Armatur derartig aus symmetrisch unter einander und mit Commutatorstäben ver² bundenen Radialstäben zusammengesetzt, dafs alle Radialstäbe sich fortwährend im Stromkreise befinden.

4. Eine magneto- oder dynamo-elektrische Maschine oder ein elektrischer Motor mit einer aus Radialstäben, die an ihren inneren Enden zu Paaren mit Commutatorstäben verbunden sind, gebildeten Armatur in Combination mit entsprechenden Verbindungen verschiedener Paare an den äufseren Enden der Radialstäbe, wodurch dieselben sämmtlich

. sich unausgesetzt im Stromkreise befinden.

5. Die zur Verbindung der Armaturstäbe dienenden concentrischen Ringe in einer dynamo-

. oder magneto-elektrischen Maschine oder einem elektrischen Motor.

6. In einer dynamo- oder magneto-elektrischen Maschine oder einem elekrischen Motor die concentrischen, zur Verbindung der Armaturstäbe dienenden Ringe, welche aufserhalb der Polflächen der erregenden Magnete rotiren, in Combination mit der Armatur.

Die beschriebene und dargestellte Art und Weise zur Verstärkung einer Scheibenarmatur, bestehend in einem Kern oder einer Scheibe, welche auf einer Seite der Armatur befestigt wird und welche aus spiralförmig gewundenem Eisen und einem isolirenden Material hergestellt ist.

Die Combination der cylindrischen Armatur mit den concentrischen/ die Inductionsstäbe verbindenden Ringen.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.

BERLIN. GEDRUCKT IN DER REICHSDRUCKEREI.