DE191349C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 191349 -KLASSE 21 ä. GRUPPE

A.VEDRINE & CB _m NEUILLY s. Seine.

Feldmagnet für elektrische Maschinen. Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Oktober 1905 ab.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Feldmagnetjoch für elektrische Maschinen, welches die Erreichung einer annähernd kon-■ stanten magnetischen Permeabilität gestattet. Bei ihm ändert sich der Kraftlinienstrom, welcher auf den Anker wirkt, nahezu proportional mit der Erregung, so daß die Ankerrückwirkung nahezu konstant bleibt. Dieses Feldmagnetjoch besteht im wesentliehen aus einem Mittelteil und zwei zu beiden Seiten des letzteren befindlichen magnetischen Nebenschlüssen, wobei der Querschnitt des Mittelteiles größer bemessen ist als der jedes einzelnen Nebenschlusses, um durch die Nebenschlüsse dem mittleren Teil des Feldmagneten stets gerade so viel Kraftlinien zu entziehen, daß man die oben erwähnte Proportionalität erhält.

Man hat bereits auf anderem Wege die hier beabsichtigte Wirkung zu erzielen gesucht, z. B. indem man die Pole durch eine magnetische Brücke verband. Man erreichte jedoch hierdurch nur eine konstante Dichte der Kraftlinien, aber keine Proportionalität zwischen der Erregung und dem auf den Anker wirkenden Kraftlinienfluß.

In beiliegender Zeichnung stellt Fig. 1 die Kurve des Kraftlinienflusses als Funktion der magnetisierenden Kraft H dar. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein Joch üblicher Bauart, und Fig. 3, 4 und 5 sind Schnitte durch verschiedene gemäß vorliegender Erfindung ausgeführte Joche. Fig. 6 veranschaulicht den Verlauf der Magnetisierungskurven in den durch Fig. 3, 4 und 5 dargestellten Jochen. Fig. 7 zeigt die Verteilung der Kraftlinien bei schwacher und starker Erregung. Fig. 8, 9 und 10 zeigt eine besondere Ausführungform des Joches, und zwar ist Fig. 8 eine Vorderansicht, Fig. 9 ein Querschnitt nach Y-Y der Fig'. 8 und Fig. 10 ein Längsschnit nach X-X der Fig. 8. Fig. 11 zeigt schließlich noch eine weitere Ausführungsform des Joches.

Die Form des Joches wird gemäß vorliegender Erfindung, wie oben erwähnt, so gewählt, daß sich der Kraftlinienfluß möglichst linear mit der magnetisierenden Kraft if ändert. Demnach ist, wenn S den Querschnitt des Kraftlinienflusses Φ und μ die Permeabilität bedeutet,

Φ = μ H S.

Damit nun Φ nach einem linearen Gesetze proportional mit H wachse, ist es nötig, daß μ S konstant sei". Solches läßt sich erreichen, wenn S im entgegengesetzten Sinne sich ändert wie μ, das bekanntlich abnimmt sobald H zunimmt.

Dieses Ergebnis wird, wie bereits oben angeführt wurde, durch die besondere Form, die für das Joch des Feldmagneten gewählt ist, erreicht.

Wenn die magnetisierende Kraft H klein ist, wird der mittlere Querschnitt des vorliegenden Feldmagneten weit vom Sättigungspunkte entfernt sein. Der Kraftlinienfluß wird demnach nach dem physikalischen Gesetz vom geringsten Widerstände bestrebt sein, durch diesen mittleren Teil hindurchzutreten und fast gar nicht durch die Rippen von geringerem Querschnitt, welche ihm auch

infolge des dort längeren Kraftlinienweges einen größeren Widerstand entgegensetzen.

Allmählich jedoch wird entsprechend der Abnahme der Permeabilität des mittleren Jochteiles, d. h. mit zunehmender Sättigung desselben, der Kraftlinienfluß durch die nicht gesättigten Rippen hindurchtreten, so daß die gesamte Permeabilität, d. h. ihr Durchschnittswert bezogen auf den ganzen Jochquerschnitt

ίο zwar nicht vollkommen konstant bleibt, aber wesentlich langsamer abnimmt, als wenn der Querschnitt eine regelmäßige Form wie z. B.

die eines Rechtecks oder eines Kreises hätte, Man erhält demnach für den Verlauf der Magnetisierung eine neue Kurve α (Fig. 1), die an Stelle der gewöhnlichen, für Dynamomaschinen üblicher Bauart zutreffenden Magnetisierungkurve β tritt.

Nun wird das Funken der Stromwenderbürsten durch die Wirkung der Selbstinduktion hervorgerufen; diese ist um so kleiner, je kleiner die Permeabilität ist. Bei den zur Zeit im Gebrauch befindlichen Maschinen ist es nicht gut möglich, durch große Veränderung der Erregung große Veränderung des magnetischen Feldes zu erzielen. Diese Veränderung darf nicht bis unter den Krümmungspunkt A der Magnetisierungskurve β vorgenommen werden, damit schädliche Funken an den Bürsten nicht auftreten. Die zulässige Veränderung ist durch die Grenzen φ¹ und Φ¹ bestimmt.

Im Gegensatz hierzu kann man bei Verwendung des vorliegenden Magnetjoches die Permeabilität klein genug und innerhalb weiter Grenzen konstant erhalten. Man kann infolgedessen die Feldstärke und somit auch die Geschwindigkeit des Motors innerhalb weiter Grenzen ändern, ohne ein Funken der Bürsten befürchten zu müssen, wie aus der bekannten Formel hervorgeht

N · η Ap ■— i · tp

IO ^ Φ

In dieser Gleichung bedeutet N die Drehzahl, η die Zahl der Ankerdrähte Ap die Klemmspannung des Motors, w den Ankerwiderstand und 2 die Stromstärke. In dieser Gleichung kann die Größe n> · i vernachlässigt werden.

Fig. 2 zeigt die Form eines Jochstückes, wie es gewöhnlich zur Verbindung der Pole gebraucht wird. Der ganze Querschnitt, mag er rechtwinkelig sein, wie in der Figur, rund oder irgendwie vierkantig, ist im allgemeinen in der Breite der Pole angeordnet, so daß die Induktion in allen Punkten dieses Querschnittes für eine gegebene Erregung im wesentlichen dieselbe ist.

Fig. 3 stellt dagegen die Form dar, die dem Verbindungsstücke zu geben ist, wenn man eine von der Stärke des Kraftflusses fast unabhängige Ankerrückwirkung erhalten will. In der Mitte des Verbindungsstückes befindet sich ein Teil O M, der einen genügend großen Querschnitt besitzt, um den bei der größten Geschwindigkeit der Maschine erforderlichen Kraftlinienfluß bequem hindurch zu lassen. Da der Kraftlinienfluß bei dieser Geschwindigkeit klein ist, ist der Teil O M des Verbindungsstückes wenig gesättigt, und in dem Verhältnis, wie man die Erregung vermehrt, sinkt die magnetische Permeabilität des Teiles O M, und die Abzweigungen der Kraftlinien durch die Seitenrippen O P und Q M werden immer größer. Der nützliche Eisenquerschnitt nimmt also in dem gewünschten Augenblicke zu. Es ist klar, daß die gesamte Permeabilität des Magnetkreises auch wächst, sobald die Erregung zunimmt, aber nur um einen sehr geringen Betrag im Verhältnis zu dem, der im Falle der Fig. 1 auftritt.

An Stelle des nach Fig. 3 dargestellten Verbindungsstückes, bei dem die Seitenteile O P und M Q über ihre ganze Fläche von gleicher Dicke sind, kann man auch Verbindungsstücke von der Form der Fig. 4 und 5 wählen, die naturgemäß etwas abweichende Ergebnisse liefern. Ähnliche Erfolge ließen sich mit Zwischenformen erzielen.

Fig. 6 stellt die Magnetisierungskurven dar, die man mit den Verbindungsstücken nach Fig. 2 bis 5 erhält.

Fig. 7 zeigt die Verteilung der Kraftlinien im Feldmagneten. Es wurde ein offenes Magnetgestell angenommen, das derart abgewickelt ist, daß es die Pole des Motors zeigt, die gewöhnlich zum Anker hingewendet sind. Der linke Teil der Figur gibt die Verteilung der Kraftlinien für den Fall einer schwachen Erregung an. Man sieht hieraus, daß der größte Teil der Kraftlinien, die durch punktierte Linien dargestellt sind, von dem einen Pol zum andern auf dem kürzesten Weg verläuft. Der rechte Teil veranschaulicht dagegen, wie die Verhältnisse bei stärkerer Erregung liegen. Die Kraftlinien, die zu denen des ersten Falls hinzutreten, gehen jetzt durch einen Weg, der ein wenig länger als der vorige ist, der aber eine weit größere Permeabilität besitzt,

In den Fig. 8 und 9 ist im Querschnitt und in Draufsicht die Abwicklung des Feldmagneten eines vierpoligen Motors angedeutet. Die Rechtecke g h i j und klpq geben die Oberfläche und Lage der Pole an.

Für Änderungen der Geschwindigkeit im Verhältnis 1 : 3 wählt man das Verhältnis des Querschnittes S des mittleren Jochteiles χ zu dem Querschnitt s jedes Nebenflussesy gleich

2, sofern die Entfernung { zwischen je zwei aufeinander folgenden Polen gleich ist der doppelten Breite des Mittelteiles χ oder kleiner als diese. Ist der Abstand ^ der Pole größer als die doppelte Breite des Mittelteiles x, so wird der Weg des durch die Nebenschlüsse^ abgelenkten Kraftlinienstromes durch Anordnung unmagnetischer Zwischenräume zwischen den Nebenschlüsseny und dem mittleren Jochteil χ verlängert (vergl. Fig. ii).

Der zwischen χ und y freigelassene Raum kann vollständig ohne Eisen sein oder nur kleine Dicke besitzen, entsprechend den besonderen Anforderungen des einzelnen Falles.

Man kann auch die Zahl der Kraftlinienflüsse zwischen den Polen über zwei hinaus vermehren. Wenn man sehr große Geschwindigkeitsverminderung haben will, kann man 3, 4 oder mehrere dieser Kreise anordnen, deren Längen stufenweise anwachsen. Bei schwacher Erregung verlaufen die gesamten Kraftlinien dann ausschließlich im mittleren Jochteil x, und erst wenn dieser gesättigt ist, verteilen sie sich auch auf die Nebenschlüsse y.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   I. Feldmagnet für elektrische Maschinen,

   dadurch gekennzeichnet, daß das die Pole verbindende Joch aus einem Mittelteil und zwei zu beiden Seiten des letzteren befindlichen magnetischen Nebenschlüssen besteht, wobei der Querschnitt des Mittelteiles größer als der jedes einzelnen Nebenschlusses ist, zum Zwecke, durch die Nebenschlüsse dem mittleren Teile des Feldmagneten stets so viel Kraftlinien zu entziehen, daß der auf den Anker wirkende Kraftlinienstrom des Feldes nahezu proportional mit der Erregung sich ändert, und dadurch die Ankerrückwirkung nahezu konstant zu halten.
2. 2. Ausführungsform der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Änderungen der Geschwindigkeit im Verhältnis 1:3, sofern die Entfernung zwischen je zwei aufeinander folgenden Polen gleich ist der doppelten Breite des Mittelteiles oder kleiner als diese, das Verhältnis des Querschnittes S des mittleren Jochteiles zu dem Querschnitt s jedes Nebenschlusses gleich 2 ist.
3. 3. Ausführungsform der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, sobald der Abstand der Pole größer ist als die doppelte Breite des Mittelteiles, der Weg des durch die Nebenschlüsse abgelenkten Kraftlinienstromes durch Anordnung unmagnetischer Zwischenräume zwischen den Nebenschlüssen und dem

   wird.

   mittleren Jochteile verlängert

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.